RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM PENGKONDISI SINYAL PENGUKURAN TEMPERATUR

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN MODUL PRAKTIKUM PENGKONDISI SINYAL PENGUKURAN TEMPERATUR DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SIGNAL CONDITIONER TEMPERATURE MEASUREMENT MODULE PROYEK AKHIR Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Oleh : EKA CIPTA WIBAWA NIM : POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2 LEMBAR PENGESAHAN

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang telah melimpahkan nikmat, rahmat dan hidayah-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Proyek Akhir ini dengan baik dan tepat waktu. Shalawat serta salam semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW yang telah memberikan teladan kepada umatnya sehingga sampai detik kali ini penulis masih bisa menikmati hasil perjuangan beliau. Laporan Proyek Akhir ini berjudul Rancang Bangun Modul Praktikum Pengkondisi Sinyal Pengukuran Temperatur. Laporan ini disusun sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Listrik, Jurusan Teknik Elektro di Politeknik Negeri Bandung. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua dan seluruh keluarga tercinta yang telah banyak memberikan bantuan baik secara materi maupun spiritual. Selain itu, dalam menyusun dan menyelesaikan Laporan Proyek Akhir ini penulis telah banyak menerima bantuan berupa materi, motivasi, saran, bimbingan dan doa dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis juga menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus dan ikhlas kepada : 1) Bapak Hari Purnama, Ir., M.Eng, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. 2) Bapak Sunarto, ST., M.Eng., selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung. 3) Bapak Dedi Nono Suharno, Ir., MT., selaku pembimbing utama dan Bapak Baisrum, Drs.,SST.,M.Eng., selaku pembimbing pendamping yang telah

4 memberikan ilmu, pengalaman, pengarahan, dan dorongan dalam pengerjaan serta penyusunan Laporan Proyek Akhir ini. 4) Bapak Yudi Prana Hikmat, ST., MT., Bapak Sarjono Wahyu Jadmiko, ST., M.Eng., dan Bapak Trisnawiyana, SST., M.Eng., selaku Panitia Proyek akhir, serta semua Dosen pengajar Program Studi Teknik Listrik yang telah banyak membantu dalam pengerjaan serta penulisan laporan proyek akhir ini. 5) Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, yang telah membantu dalam menyelesaikan proyek akhir ini. Semoga Allah SWT selalu melimpahkan rahmat, hidayah dan karunia-nya atas segala bantuan yang diberikan kepada penulis. Sebagai manusia yang tidak terlepas dari keterbatasan dan kelemahan, baik dalam hal pengetahuan maupun pengalaman, penulis memohon maaf apabila ada kesalahan dan kalimat yang tidak berkenan. Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk kesempurnaan Laporan Proyek Akhir ini. Akhir kata, penulis berharap semoga Laporan Proyek Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi diri penulis khususnya, maupun bagi semua orang. Bandung, Juli 2012 Penulis

5 RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI Nama lengkap : Eka Cipta Wibawa Tempat / tanggal lahir : Tasikmalaya, 17 Mei 1987 Agama : Islam Alamat : Jln. Bantarsari RT.03, RW16, Kel. Nagarasari, Kec. Cipedes, Kota Tasikmalaya. No. HP : eka_wibawa@yahoo.co.id PENDIDIKAN SDN Benda 1 Tasikmalaya ( ) SLTP Negeri 3 Tasikmalaya ( ) SMK Negeri 2 Tasikmalaya ( ) Politeknik Negeri Bandung ( ) PENGALAMAN ORGANISASI Anggota Himpunan Mahasiswa Listrik ( ) Anggota ROHIS Himpunan Mahasiswa Listrik ( ) Anggota Himpunan Mahasiswa Jurusan Elektro ( )

6 Bacalah dengan (menyebut) nama Tuhanmu yang menciptakan. (QS. Al Alaq/96 : 1) Allah tidak membebani seseorang melainkan sesuai dengan kesanggupannya. Ia mendapatkan pahala (dari kebajikan) yang diusahakannya dan ia mendapat siksa (dari kejahatan) yang dilkerjakannya (QS. AL Baqarah/2 : 286) Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain, dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap. (QS. Alam Nasyrah/94 : 5-8) Lakukanlah segala pekerjaan dengan maksimal, sebab mengerjakan sesuatu setengahsetengah menunjukkan keragu-raguan, dan ragu-ragu adalah sifat orang munafik. (KH. Abdullah Gymnastiar) Hidup yang meletihkan adalah sibuk mencari penilaian manusia, hidup yang menentramkan adalah sibuk hanya mencari penilaian Allah. (KH. Abdullah Gymnastiar) Karya ini kupersembahkan untuk Ibu dan Ayahku tercinta yang selalu memberikan kasih sayang sepanjang zaman, serta Kakak, Adik dan semua keluargaku tercinta, Sebagai penghargaan atas kasih sayang, perhatian, bantuan, dan dukungan yang telah diberikan selama ini.

7 ABSTRAK Sensor temperatur merupakan salah satu komponen yang banyak digunakan di industri, rumah tangga, dan lain-lain. Ada 4 jenis sensor temperatur yang sering digunakan yaitu Thermocouple, Thermistor NTC, Resistance Temperature Detector (RTD), dan IC LM35. Karakteristik dari jenis-jenis sensor dan transduser tersebut berbeda-beda sehingga peranan dari rangkaian pengkondisi sinyal sangatlah penting yaitu untuk mengubah, menguatkan, mengkompensasi atau memanipulasi sinyal dari sensor menjadi sinyal keluaran yang dibutuhkan. Rangkaian pengkondisi sinyal ini terdiri dari rangkaian jembatan wheatstone dan rangkaian penguat operasional/op-amp biasa serta penguat instrumentasi. Keluaran dari rangkaian pengkondisi sinyal ini berupa tegangan yang dapat digunakan untuk keperluan pengukuran maupun untuk sistem kontrol atau pengendalian. Modul pengkondisi sinyal ini akan digunakan sebagai media pembelajaran yaitu untuk modul praktikum instrumentasi dan sistem kendali. Kata kunci : Thermocouple, Thermistor NTC, Resistance Temperature Detector (RTD), IC LM35, jembatan wheatstone, op-amp.

8 ABSTRACK The temperatur sensors is the one of many component that used in industrial, household, etc. There are 4 kind of temperature sensors which is very often to be used, that is thermocouple, NTC thermistor, Resistance Temperature Detector (RTD) and IC LM35. The characteristic of each sensors and transduscers is difference, so the function of signal conditioner system is really important to convert, amplified, compentation, or manipulate the signal from sensors or transduscer to become an output signal that needed. This signal conditioner circuits is contains of wheatstone bridge circuits, and operational amplifier/opamp circuits and instrumentation amplifier. The output of this signal conditioner circuits is voltage which can be used measurement or control system. This signal conditioner module will be used as study media that is for practice module of instrumentation and control system. Keywords : Thermocouple, Thermistor NTC, Resistance Temperature Detector (RTD), IC LM35, wheatstone bridge, op-amp.

9 DAFTAR ISI LEMBAR JUDUL... i LEMBAR PENGESAHAN... ii KATA PENGANTAR... iii RIWAYAT HIDUP... v KATA MUTIARA... vi ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR GAMBAR... xiv DAFTAR TABEL.... xvi DAFTAR LAMPIRAN.... xvii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Perumusan Masalah Batasan Masalah Manfaat Metodologi Perancangan Sistematika Penulisan Laporan Proyek Akhir... 4 BAB II LANDASAN TEORI Sistem Instrumentasi Karakteristik Sistem Instrumentasi Sistem Kendali Kendali Loop Terbuka Kendali Loop Tertutup Sensor dan Transduser Sensor Temperatur Thermocouple... 12

10 2.4.2 Resistance Temperature Detector (RTD) Thermistor IC LM Pemilihan Jenis Sensor Temperatur Aplikasi Sensor Temperatur Pengkondisi Sinyal Voltage Devider Jembatan Wheatstone Penguat Operasional (Op-Amp) Penguat Inverting Penguat Non Inverting Penguat Buffer Penguat Diferensial Penguat Instrumentasi Penyearah Satu Fasa Setengah Gelombang Rangkaian Regulator Regulator Variabel LM BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI Perancangan Tujuan Perancangan Spesifikasi Alat Deskripsi Kerja Alat Flowchart dan Diagram Blok Flowchart Diagram Blok Perancangan Power Supply dc ±15V dan Variabel 1-15V Pemilihan Komponen Skema Rangkaian dan Lay out PCB Daftar Komponen Power Supply Modul Power Supply Perancangan Jembatan Wheatstone... 39

11 3.8 Perancangan Penguat Operasional Perancangan Penguat Instrumentasi Skema dan Lay out PCB Pengkondisi Sinyal Daftar Komponen Pengkondisi Sinyal Perancangan Modul Pengkondisi Sinyal Realisasi Realisasi Power Supply Realisasi Modul Pengkondisi Sinyal BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Tujuan Pengujian Metoda Pengujian Pengujian Power Supply Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengujian Tegangan Keluaran Thermocouple Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengujian Tahanan NTC Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengujian Tahanan RTD Tujuan... 55

12 4.6.2 Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengujian Tegangan IC LM Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengkondisian Sinyal Thermocouple Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengkondisian Sinyal NTC Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengkondisian Sinyal RTD Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian Hasil Pengujian Analisa Pengkondisian Sinyal IC LM Tujuan Alat dan Bahan Langkah Pengujian... 73

13 Hasil Pengujian Analisa BAB V KESIMPULAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konfigurasi sistem instrumentasi... 5 Gambar 2.2 (a) Tangapan linier, (b) Tangapan non linier... 7 Gambar 2.3 Karakteristik dinamis... 8 Gambar 2.4 Kontrol loop terbuka pemanas listrik... 9 Gambar 2.5 Kontrol loop tertutup pemanas listrik... 9 Gambar 2.6 Arah gerak elektron jika logam dipanaskan Gambar 2.7 Perubahan tegangan terhadap perubahan temperatur thermocouple.. 13 Gambar 2.8 Konstruksi RTD Gambar 2.9 Pemasangan RTD (PT100) pada Tangki Crystalizer Gambar 2.10 Contoh jenis-jenis NTC Gambar 2.11 Kurva perubahan resistansi terhadap temperatur pada NTC Gambar 2.12 Contoh jenis jenis PTC Gambar 2.13 Salah satu model IC LM Gambar 2.14 Diagram blok pengkondisi sinyal Gambar 2.15 Voltage devider Gambar 2.16 Jembatan Wheatstone Gambar 2.17 Simbol IC Op-Amp Gambar 2.18 Konfigurasi dan bentuk IC Op-Amp Gambar 2.19 Penguat Inverting Gambar 2.20 Penguat Non Inverting Gambar 2.21 Penguat Buffer Gambar 2.22 Penguat diferensial Gambar 2.23 Rangkaian penguat instrumentasi Gambar 2.24 Penyearah satu fasa setengah gelombang Gambar 2.25 Bentuk gelombang penyearah setengah gelombang Gambar 2.26 Bentuk dan konfigurasi IC 78XX dan 79XX Gambar 2.27 Aplikasi IC 78XX dan 79XX pada power supply simetris Gambar 2.28 IC Regulator LM Gambar 2.29 Rangkaian regulator variabel Gambar 3.1 Flowchart proses pembuatan modul Gambar 3.2 Diagram blok sistem... 35

15 Gambar 3.3 Skema rangkaian power supply Gambar 3.4 Lay out pcb power supply Gambar 3.5 Perancangan modul power supply Gambar 3.6 Rangkaian jembatan wheatsone Gambar 3.7 Rangkaian penguat operasional Gambar 3.8 Rangkaian penguat instrumentasi Gambar 3.9 Skema rangkaian pengkondisi sinyal Gambar 3.10 Lay out PCB Pengkondisi Sinyal Gambar 3.11 Perancangan modul pengkondisi sinyal Gambar 3.12 Realisasi PCB power supply Gambar 3.13 Realisasi Modul power supply Gambar 3.14 Realisasi modul pengkondisi sinyal bagian dalam Gambar 3.15 Realisasi modul pengkondisi sinyal bagian depan Gambar 4.1 Bentuk gelombang tegangan keluaran power supply Gambar 4.2 Pengukuran tegangan thermocouple Gambar 4.3 Grafik karakteristik thermocouple tipe K Gambar 4.4 Pengukuran tahanan NTC Gambar 4.5 Grafik karakteristik NTC Gambar 4.6 Rangkaian pengukuran tahanan RTD Gambar 4.7 Grafik karakteristik RTD PT Gambar 4.8 Pengukuran tegangan IC LM Gambar 4.9 Grafik karakteristik IC LM Gambar 4.10 Rangkaian percobaan Gambar 4.11 Rangkaian percobaan Gambar 4.12 Tegangan keluaran pengkondisi sinyal thermocouple Gambar 4.13 Rangkaian pengkondisi sinyal NTC Gambar 4.14 Tegangan keluaran pengkondisi sinyal NTC Gambar 4.15 Rangkaian pengkondisi sinyal RTD Gambar 4.16 Tegangan keluaran pengkondisi sinyal RTD Gambar 4.17 Rangkaian pengkondisi sinyal IC LM Gambar 4.18 Tegangan keluaran pengkondisi sinyal LM

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik dari beberapa jenis sensor temperatur Tabel 2.2 Tipe dan material thermocouple Tabel 2.3 Tipe Resistance Temperature Detector (RTD) Tabel 3.1 Spesifikasi Alat Tabel 3.2 Daftar komponen power supply Tabel 3.3 Daftar komponen modul pengkondisi sinyal Tabel 4.1 Hasil pengukuran tegangan keluaran power supply Tabel 4.2 Pengukuran Tegangan Thermocouple Tabel 4.3 Pengukuran Tahanan NTC Tabel 4.4 Pengukuran Tahanan RTD Tabel 4.5 Pengukuran Tegangan LM Tabel 4.6 Pengukuran tegangan percobaan Tabel 4.7 Pengukuran tegangan percobaan Tabel 4.8 Pengukuran tegangan keluaran pengkondisi sinyal NTC Tabel 4.9 Pengukuran tegangan keluaran pengkondisi sinyal RTD Tabel 4.10 Pengukuran tegangan keluaran pengkondisi sinyal IC LM

17 DAFTAR LAMPIRAN LAMPIRAN A Job Sheet Pengkondisian Sinyal Thermocouple Tipe K LAMPIRAN B Job Sheet Pengkondisian Sinyal Negative Temperature Coefficient (NTC) LAMPIRAN C Job Sheet Pengkondisian Sinyal Resistance Temperature Detector (RTD) LAMPIRAN D Job Sheet Pengkondisian Sinyal LM35 LAMPIRAN E Data Sheet Komponen dan Sensor

18 DAFTAR PUSTAKA [1] Bolton.W Sistem Instrumentasi dan Sistem Kontrol. Penerbit Erlangga. [2] Setiawan, Iwan Buku Ajar Sensor dan Transduser. Program Studi Sistem Komputer, Fakultas Teknik. Semarang : Universitas Diponegoro. [3] Pramudijanto, Jos. Sistem Instrumentasi Pengukuran Temperatur. Jurusan Teknik Elektro FTI Institut Teknologi Sepuluh November. [4] Femila, Femy Modul Pengkonversi Suhu ke Tegangan dan Arus Berbasis RTD. Bandung : Politeknik Negeri Bandung. [5] [6] fungsinya.html [7] journal.mercubuana.ac.id/data/2_op-amp.pdf [8] engkondisian%20sinyal.pdf