TM2 LAB : LAPORAN PEMBUATAN SENSOR SUHU (SENSITIVITAS SUHU)

Dasar Teori
Termistor

Perbedaan thermistor PTC dan NTC.

Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-thermistor-ntc-ptc-karakteristik/

Termistor adalah salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi.dimana komponen ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur. Dengan demikian dapat memudahkan kita untuk dijadikan sebagai mengubah energi panas menjadi energi listrik.termistor dibedakan dalam 3 jenis,yaitu termistor yang mempunyai koefisien negatif, yang disebut NTC (Negative temperature Coefisient), temistor yang mempunyai koefisien positif, yang disebut PTC (positive Temperature Coefisient) dan termistor yang mempunyai tahanan kritis, yaitu CTR ( Critical Temperature Resistance).

Resistor
Resistor adalah komponen elektronika berjenis pasif yang mempunyai sifat menghambat arus listrik Satuan nilai dari resistor adalah ohm, biasa disimbolkan Ω.
Fungsi dari Resistor
Sebagai pembagi arus
Sebagai penurun tegangan
Sebagai pembagi tegangan
Sebagai penghambat aliran arus listrik,dan lain-lain.
Jenis-Jenis Resistor
Resistor berdasarkan nilainya dapat dibagi dalam 3 jenis yaitu :
Fixed Resistor (Resistor Tetap), yaitu resistor yang nilai hambatannya tetap.
Beberapa hal yang perlu diperhatikan :
-  Makin besar bentuk fisik resistor, makin besar pula daya resistor tersebut.
-  Semakin besar nilai daya resistor makin tinggi suhu yang bisa diterima resistor tersebut.
-  Resistor bahan gulungan kawat pasti lebih besar bentuk dan  nilai dayanya dibandingkan resistor dari bahan carbon.
Resistor Variable, yaitu resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah. Bentuk resistor variabel misalnya:
Trimpot, yaitu variabel resistor yang nilai hambatannya dapat diubah dengan mengunakan obeng. Contoh bentuk fisik dari variable resistor jenis Trimpot.
Potensio, yaitu variabel resistor yang nilai hambatannya dapat diubah langsung mengunakan tangan (tanpa alat bantu) dengan cara memutar poros engkol atau mengeser kenop untuk potensio geser.
Resistor non linear, yaitu resistor yang nilai hambatannya tidak linier karena pengaruh faktor lingkungan misalnya suhu dan cahaya.

Sensor Suhu dengan Thermistor
Thermistor merupakan salah satu sensor suhu yang sangat mudah untuk digunakan, karakteristik dari thermistor ini ialah thermistor akan berubah resistansinya / tahanannya ketika terjadi perubahan suhu disekitarnya. Dengan karakteristik seperti itu, dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan dalam merancang suatu sensor sederhana.
Adapun komponen yang digunakan pada rangkaian sensor suhu (Gambar 2.1):
Baterry
Thermistor
Variabel resistor
Transistor NPN 2N2222
Relay
Led 2 Buah


Sumber :
Gambar 2.1. Rangkaian Sensor Suhu dengan Thermistor.

Ketika thermistor mendeteksi kenaikan suhu maka resistansi thermistor akan mengecil dan ketika resistansi thermistor lebih kecil dari resistansi variabel resistor sebagai pembagi tegangannya maka akan ada arus yang mengalir ke basis transistor, ketika itu juga relay akan aktif dan led merah [ sebagai indikator panas akan aktif] sebaliknya jika suhu yang dideteksi thermistor kecil maka resistansi pada thermistor akan menjadi besar, dan ketika resistansi thermistor lebih besar dari pembagi tegangannya dalam rangkaian kali ini variabel  resistor maka tidak akan ada arus yang mengalir ke basis transistor, relay tidak aktif dan led hijau (sebagai indikator suhu tidak panas aktif).

Sumber:
Gambar 2.2. Rangkaian sensor suhu, ketika suhu panas

Sumber:
Gambar 2.3. Rangkaian sensor suhu, ketika suhu tidak panas.

Jembatan Wheatstone
Jembatan wheatstone merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mengukur hambatan yang belum diketahui. Rangkaian-rangkaian jembatan dipakai secara luas untuk pengukuran nilai-nilai komponen seperti resistor R, induktansi L dan Kapasitor C dan parameter lainnya yang diturunkan secara langsung dari nilai-nilai komponen seperti frekuensi, sudut fasa dan suhu. Karena rangkaian jembatan hanya membandingkan nilai komponen yang tidak diketahui dengan komponen yang besarnya diketahui secara tepat, tentu saja ketelitian hasil pengukurannya akan sangat tinggi sekali. Pengukuran dengan rangkaian jembatan adalah dengan cara perbandingan,  yaitu  yang  didasarkan pada penunjukan nol dari kesetimbangan rangkaian jembatan. Oleh karena itu ketelitian pengukuran ini adalah langsung sesuai dengan ketelitian komponen yang tersedia pada rangkaian jembatan, bukan bergantung pada detektor nolnya sendiri.

Sumber :
Gambar 2.4.


Pada rangkaian jembatan wheatstone pada Rn diganti dengan Galvanometer (G). Jembatan wheatstone merupakan sebuah metode yang digunakan untuk mengukur hambatan yang belum diketahui. Jembatan Wheatstone juga bisa digunakan untuk mengoreksi kesalahan yang dapat terjadi dalam pengukuran hambatan menggunakan hukum Ohm. Adapun susunan rangkaian jembatan Wheatstone ditunjukan seperti gambar berikut ini.
Dalam hal ini jembatan disebut setimbang jika beda potensial pada galvanometer sama dengan 0 volt atau dengan kata lain tidak ada arus yang terdeteksi galvanometer.

Sumber:
Gambar 2.5.

Jembatan wheatstone dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah. Sumber kesalahan utama terletak  pada kesalahan batas dari ketiga tahanan yang diketahui. Kesalahan-kesalahan lain bisa mencakup :
Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup.
Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I2R) dari arus-arus lengan jembatan dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya mempengaruhi tahanan selama pengukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal ini tidak boleh terjadi, karena pengukuran-penguuran selanjutnya akan menjadi salah. Karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.
Ggl termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitiv dilengkapi dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal.
Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar memegang peranan dala pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah.
Cabang pengatur dan cabang ratio dibuat dengan memperhatikan beberapa ketentuan-ketentuan yang perlu. Pertama-tama untuk keduanya tahanan-tahan kontak daripada penghubung-penghubung, bila dipergunakan untuk merubah-rubah tahanan akan menyebabkan harga tahanan yang tidak stabil. Kedua, jumlah tahanan yang akan dipergunakan hendaknya seminimal mungkin.

Alat dan Komponen

VU meter 1 buah
NTC  10D-9 1 buah
Papan VCB 1 keping
Potensiometer A-plus B10K 1 buah
Resistor 1K (R2) 1 buah
Resistor 47 1 buah
Sakelar 1 buah
Kabel 1 meter
Baterai 1,5 volt 2 buah
Tempat baterai 1 buah
Viber 2 keping
Les berwarna 1 meter
Solder 1 buah
Timah Solder 1 meter
Isolasi hitam 1 buah
Lem setan 1 buah
Lem Lilin 3 batang
Thermometer 1 buah
Lilin 1 buah
Korek Api 1 kotak
Gunting 1 buah
Gergaji Besi 1 buah
Spidol 1 buah


Prosedur Kerja

Gambar 2.6. Rangkaian instrument Sensor Suhu (Sensitivitas Suhu).

Siapkan alat dan komponen yang diperlukan.
Rangkailah resistor, NTC, Potensio, VU meter, Baterai, Saklar sesuai dengan gambar rangkaian diatas. Rangkaian di atas di rancang sesuai dengan Jembatan Wheatstone.
Cobalah terlebih dahulu rangkaian tersebut dengan cara memasukan NTC ke dalam air yang di panaskan untuk memastikan bahwa alat tersebut berjalan dengan lancar. Dan aturlah potensio sesuai dengan hambatan dan arus yang masuk.
Kemudian, sambungan antar kabel diberi timah (cair) dengan bantuan solder agar sambungan tidak mudah lepas.
Selanjutnya, kalibrasilah alat tersebut.
Setelah proses kalibrasi telah dilakukan, persiapkan kerangka sensor menggunakan Viber dengan bantuan gergaji.
Beri lem lilin untuk menyatukan bagian-bagian Viber menjadi satu kesatuan membentuk kotak.

Prosedur Kalibrasi Alat
Kalibrasi pada umumnya merupakan proses untuk menyesuaikan keluaran atau indikasi dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar yang digunakan dalam akurasi tertentu. Contohnya, termometer dapat dikalibrasi sehingga kesalahan indikasi atau koreksi dapat ditentukan dan disesuaikan (melalui konstanta kalibrasi), sehingga termometer tersebut menunjukan temperatur yang sebenarnya dalam celcius pada titik-titik tertentu diskala.

Berikut ini prosedur pengkalibrasian Sensor Suhu, yaitu:
Tekan tombol on pada saklar
Putarlah potensio hingga pada titik nol
Nyalakan pemanas air
Masukkan Termometer kedalam air untuk mengukur suhu air,catatlah suhu awal air tersebut.
Setelah itu masukkan NTC kedalam air
Catatlah  perubahan suhu yang ada di termometer dan angka yang ditunjukkan pada VU meter hingga titik maksimal
Buatlah perhitungan setiap pertambahan derajat yang di tunjukkan pada termometer , VU meter dan buatlah  perbandingan antara suhu di termometer dan VU meter, catatlah data tersebut.
Buatlah skala yang ada di VU meter berdasarkan data yang di analisis setiap per derajat celcius.
Alat telah terkalibrasi.

Hasil Pengamatan
 Kolom Data Kalibrasi

Tabel 6.1. Data pegkalibrasian Sensor Suhu dengan 3kali pengulangan.
NOSkala di VUPercobaan Ke
Rata-rata12312030°C30°C30°C30°C21040°C41°C40°C°C3755°C55°C54°C°C4370°C69°C70°C7°C53,589°C89°C89°C89°C
Grafik Data Kalibrasi.

6.3 Pembahasan
Pada percobaan kali ini, kami membuat instrumen Sensor Suhu menggunakan bantuan Thermistor NTC. Penambahan thermistor NTC pada instrumen yang kami buat karena hambatan NTC sangat sensitiv terhadap perubahan suhu (panas) serta penggunaan NTC yang sering pada alat-alat elektronika. Cara kerja thermistor NTC untuk alat Sensor Suhu ini yaitu perubahan suhu yang ditangkap NTC mengubah hambatannya menjadi lebih kecil. Besar hambatan yang berubah-ubah inilah yang kemudian ditangkap oleh VU meter. Dalam menyatakan skala suhu yang terbaca VU meter dimana VU meter sendiri masih dalam besaran hambatan, maka alat ini perlu melalui proses kalibrasi. Namun sebelum membahas proses kalibrasi alat, kami akan membahas rangkaian alat Sensor Suhu (Sensitivitas Suhu).
Rangkaian Sensor Suhu (Sensitivitas Suhu) dibuat menggunakan prinsip Jembatan Wheatstone. Adapun persamaan untuk Jembatan Wheatstone sebagai berikut:
= (6-1)
Dimana R1 dan R4  merupakan hambatan yang secara berurut yakni 47Potensiometer, R1 sebagai hambatan R2 R3

Kami melakukan percobaan pengkalibrasian ini sebanyak 3 kali. Hal ini digunakan untuk menentukan skala pada alat ukur sensor suhu yang diguanakan.
Data yang kami peroleh pada percobaan pertama, yaitu :
Thermometer menunjukkan suhu 30oC dan pada VU meter 0.
Thermometer menunjukkan suhu 35oC dan pada VU meter 10.
Thermometer menunjukkan suhu 40oC dan pada VU meter 7.
Thermometer menunjukkan suhu 49oC dan pada VU meter 5.
Thermometer menunjukkan suhu 51oC dan pada VU meter 3.
Untuk hasil kalibrasi percobaan kedua yaitu:
Thermometer menunjukkan suhu 30oC dan pada VU meter 0.
Thermometer menunjukkan suhu 40oC dan pada VU meter 10.
Thermometer menunjukkan suhu 45oC dan pada VU meter 7.
Thermometer menunjukkan suhu 48oC dan pada VU meter 5.
Thermometer menunjukkan suhu 50oC dan pada VU meter 3.
Untuk percobaan ketiga yaitu:
Thermometer menunjukkan suhu 30oC dan pada VU meter 0.
Thermometer menunjukkan suhu 39oC dan pada VU meter 10.
Thermometer menunjukkan suhu 44oC dan pada VU meter 7.
Thermometer menunjukkan suhu 46oC dan pada VU meter 5.
Thermometer menunjukkan suhu 49oC dan pada VU meter 3.
Nilai rata-rata yang kami dapatkan pada percobaan 1,2,dan 3
Untuk skala 0 pada VU meter adalah  30oC
Untuk skala 10 pada VU meter adalah 38oC
Untuk skala 7 pada VU meter adalah 43oC
Untuk skala 5 pada VU meter adalah 47,7oC
Untuk skala 3 pada VU meter adalah  50oC
Pada data yang diperoleh kita dapat mengetahui bahwa suhu mempengaruhi skala pada sensor suhu. Karena NTC bernilai negative, maka jika suhu meningkat, nilai hambatan akan berkurang. Bekerjanya sensor suhu karena adanya perubahan suhu disekitar sensor, hasil pendeteksian berupa sinyal bukan listrik di ubah menjadi sinyal listrik dapat berupa tegangan listrik.
Ketika thermistor mendeteksi kenaikan suhu maka resistansi thermistor akan mengecil dan ketika resistansi variable resistor sebagai pembagi tegangannya maka aka nada arus yang mengalir ke basis transistor, ketika itu juga relay akn aktif dan led merah (sebagai indicator panas akan aktif) sebaliknya jika suhu yang dideteksi thermistor kecil maka resistansi pada thermistor akan menjadi besar, dan ketika resistansi thermistor lebih besar dari pembagi tegangannya dalam rangkaian ini variabel resistor tidak aka nada arus yang mengalir ke basis transistor, relay tidak aktif dan led hijau (sebagai indicator suhu tidak panas aktif).
Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

Aldrin, Muhammad. 2016. Sensor Suhu dengan Thermistor. .Diakses pada tanggal 30 April pukul 15.00 WIB.
Kho, Dickson. 2016. Pengertian Thermistor NTC dan PTC. http://teknikelektronika.com/pengertian-thermistor-ntc-ptc-karakteristik/. Diakses pada tanggal 30 April pukul 15.00 WIB.