Thermistor Tugas Komponen Sistem Kontrol Disusun Oleh : Ryan (08622118) Zen (0722038) Nadia Roxana (0822084) JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA BANDUNG 2011
Thermistor A. Pendahuluan Nama termistor berasal dari Thermally Sensitive Resistor. Termistor biasanya termasuk material-material semikonduktor yang dibagi dua golongan:oksida logam dan semikonduktor kristal tunggal. Negative Temperature Coefficient (NTC) pertama kali ditemukan oleh Faraday pada perak sulfid pada tahun 1833. Pemahaman tentang termistor oksida ini mengalami perkembangan yang sangat pesat oleh becker, Vervey dkk pada akhir tahun 1940-an. Termistor kristal germanium dipelajari oleh Lark- Horovitz dkk pada tahun 1946, dan olehestermann (meneliti Si), Hung dan Gliessman pada tahun 1950, Friedberg padatahun 1951, dan kemudian Fritzsche dan Kunzler dkk. Silikon pada suhu rendah dipelajari oleh Morin, Maita dan Cralson pada tahun 1954-1955. Broom juga mempelajari termometer GaAs pada tahun 1958. Termistor atau thermal resistor adalah suatu jenis resistor yang sensitive terhadap perubahan suhu. Prinsipnya adalah memberikan perubahan resistansi yang sebanding dengan perubahan suhu. Perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi. Termistor yang dibentuk dari bahan oksida logam campuran (sintering mixture), kromium, kobalt, tembaga, besi, atau nikel, berpengaruh terhadap karakteristik termistor, sehingga Pemilihan bahan oksida tersebut harus dengan perbandingan tertentu. Dimana
termistor merupakan salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi. Komponen dalam termistor ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur. Dengan demikian dapat memudahkan kita untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik. Termistor dapat dibentuk dalam bentuk yang berbeda-beda, bergantung pada lingkunganyang akan dicatat suhunya. Lingkungan ini termasuk kelembaban udara, cairan, permukaan padatan, dan radiasi dari gambar dua dimensi. Maka, termistor bisa berada dalam alat±alat seperti disket, mesin cuci, tasbih (manik-manik), balok,dan satelit. Ukurannya kecil dibandingkan dengan termometer lain, ukurannya dalam range 0.2mm sampai 2mm. Termistor dibedakan dalam 2 jenis, yaitu termistor yang mempunyaikoefisien negatif, yang disebut NTC (Negative Temperature Coefisient), temistor yang mempunyai koefisien positif yang disebut PTC (Positive TemperatureCoefisient). Kedua jenis termistor ini mempunyai fungsinya masing masing, tetapidi pasaran, yang lebih banyak digunakan adalah termistor NTC. Karena termistor NTC material penyusunnya yaitu metal oksida, dimana harganya lebih murah darimaterial penyusun PTC yaitu Kristal tunggal. TIPE THERMISTOR DIBAGI 2 : 1. NTC NTC merupakan termistor yang mempunyai koefisient negatif. Dimana bahannya terbuat dari logam oksida yaitu dari serbuk yang halus kemudian dikompress dan disinter pada temperatur yang tinggi. Kebanyakan pada material penyusun termistor biasa mengandung unsur - unsur seperti Mn2O3, NiO, CO2O3, Cu2O, Fe2O3, TiO2, dan U2O3. Oksida-oksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang sangat tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor dengan menambahkan beberapa unsur lain yang mempunyai valensi yang berbeda disebut dengan doping dan pengaruh dari resistansinya dipengaruhi perubahan temperatur yang diberikan. Thermistor logam oksida digunakan dalam daerah 200 0 K sampai
700 0 K. Untuk digunakan pada temperatur yang sangat tinggi, thermistor dibuat dari Al2O3, BeO, MgO, Y2O3, dan Dy2O3. 2. PTC PTC merupakan termistor dengan koefisien yang positif. Termistor PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara lain : 1. Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya dalam interfal temperatur tertentu, sehingga diluar interval tersebut akan bernilai nol atau negatif, 2. Harga mutlak dan koefisien temperatur dari termistor PTC jauh lebih besar daripada termistor NTC. Jenis-jenis PTC: Jenis pertama terdiri dari thermally sensitif silicon resistors, kadang-kadang disebut sebagai "Silistors". Device ini menunjukkan nilai koefisien suhu positif yang cukup seragam (sekitar 0,77% / C) kebanyakan dari silistor melalui berbagai wilayah/rentang operasional, tetapi dapat juga menunjukkan koefisien suhu negatif diwilayah temperatur yang melebihi 150 C. Device ini paling sering digunakan untuk kompensasi terhadap device semiconducting silicon dalam kisaran temperature antara -60 C ke 150. Jenis kedua merupakan polycrystalline bahan keramik yang biasanya resistivitasnya tinggi tetapi terbuat dari semiconduktor dengan penambahan dopants. Umumnya dibuat dari campuran barium, timah dan strontium titanatesdengan tambahan seperti yttrium, manganese, tantalum dan silika. Device ini memiliki daya tahan-suhu karakteristik negatif yang sangat kecil. Koefisien suhu device ini hingga mencapai suhu yang kritis, yang disebut sebagai "Curie", perubahan atau transisi suhu. Suhu kritis ini merupakan pendekatan, device inimulai menunjukkan peningkatan, resistansi suhu koeficient positif seperti peningkatan resistansi yang besar.
B. Kakteristik Thermistor Kebanyakan termistor digunakan pada daerah temperatur dalam konsentrasi inonisasi (n atau p) yang berpengaruh terhadap fungsi temperatur. Dimana energy aktivasi Ea adalah hubungan pada energi gap dan tingkat impuritas. Dimana nilai hambatan semakin kecil ketika temperaturnya dinaikkan, ini yang biasa disebut termistor NTC Dimana R adalah hambatan pada suhu T, R0 adalah hambatan awal ketika T0 (pada temperatur ruang), B adalah Konstanta termistor dimana besarnya bergantung dari jenis bahan dan memiliki dimensi yang sama dengan suhu. Hargakonstanta termistor yang memenuhi pasar biasanya antara rentang 2000-5000 K. Dengan ρ=r merupakan resistivitas listrik thermistor. Selain konstanta thermistor (B), sensitivitas (α)juga menentukan karakteristik dari termistor. Nilai sensitivitas menentukan sejauh mana termistor yang dibuat dapat dengan cepat mendeteksi perubahan temperatur lingkunagan termistor. Termistor yang baik sensitifitasnya lebih besar dari -2,2%/K. Ciri khas dari harga α adalah sekitar = -5% yang mana 10 kali lebih sensitiv dari pada detektor temperatur resistansi metal. Resistansi dari termistor berada pada daerah 1 KΩ sampai 10 MΩ.
Karakteristik dari thermistor: -Resistansi tinggi 30 Ω sampai 41,5kΩ -Respon waktu cepat, untuk thermistor manik ½ detik -Lebih murah daripada RTD -Sensitivitas sangat tinggi (1000 kali lebih sensitif daripada RTD -Perubahan resistansi 10% per ºC. Misal resistansi nominal 10Ω maka resistansi akan berubah 1 Ω utk setiap perubahan temperatur 1 ºC -Tidak sensitif terhadap shock dan vibrasi -Dilindungi capsul (plastik, teflon/material lembam) -Memperlambat waktu respon karena kontak termal kurang baik C. RANCANGAN DAN PENGOLAHAN SINYAL Blok diagram untuk rangkaian pengkondisi sinyal dan akuisisi data untuk thermistor terlihat pada gambar dibawah ini:
(A) (B) Bila thermistor yang kita gunakan memiliki range resistansi yang besar kita bisa merancang pengolah sinyal seperti gambar B,tetapi bila range thermistor yang kita gunakan kecil sebaiknya kita menggunakan pengolahan sinyal seperti gambar A.Tetapi juga ada hal-hal yang harus kita pertimbangkan bila kita merancang pengolahan sinyal seperti gambar A karena akan banyak kendala yang kita temui dalam pembuatan rangkaian jembatannya. D.PENGAMATAN Pada percobaan ini saya memakai thermistor yang memiliki kapasitas 50 Kῼ,karena bila saya memakai thermistor dengan kapasitas ini saya bisa menggunakan rangkaian pembagi tegangan sebagai rangkaian pengolah sinyal,karena memiliki perubahan resistansi yang signifikan dan menghasilkan nilai tegangan yang besar,mudah dibaca jika terjadi perubahan suhu.berikut ini adalah gambar pengolahan sinyal yang kami uji.saya menggunakan supply sebesar 5V karena
tegangan yang saya harapkan maksimum bernilai sebesar 5V.Saya menginginkan range tegangan sebesar 0-5V sebagai output yang dihasilkan oleh thermistor ini. Resistor 10k? Supply 5V Thermistor 50k? Multimeter Dengan memanaskan thermistor terjadi perubahan resistansinya sehingga menghasilkan perubahan resistansi terhadap perubahan suhu.berikut ini gambar perbandingan suhu terhadap resistansi thermistornya. Grafik Pada Percobaan Pada teori
Gambar dibawah ini menunjukan grafik perbandingan suhu terhadap tegangan yang dihasilkan oleh thermistor setelah diserikan terhadap resistor 10kῼ,pada percobaan yang dilakukan Dan ini adalah grafik tegangan terhadap suhu jika kita menggunakan pembagi tegangan secara teori dihasilkan grafik seperti dibawah ini:
D. KESIMPULAN DAN ANALISIS Kesimpulan pada percobaan: -Kepekaan yg tinggi terhadap perubahan temperatur membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolandan kompensasi temperature. Gb. Rangkaian uji termistor sebagai pembagi tegangan Dengan menggunakan rumus di atas kita bisa menghitung tegangan yang dihasilkan oleh thermistor.pada percobaan yang saya lakukan resistor yang saya gunakan adalah 10Kῼ.Dalam percobaan ini saya bisa menghitung sensitivitas dari thermistor 50Kῼ yang saya gunakan.setelah saya hitung didapatkan hasil sebesar ±0.042 V/ C.Kita bisa menghitung perbandingan tegangan dengan suhu dengan menggunakan sensitivitas dari thermistor,atau bisa juga menggunakan perhitungan pembagi tegangan.ternyata hasil yang didapat di dalam percobaan ini berbeda dengan teori contohnya adalah sensitivitas yang setelah melakukan percobaan bernilai ±0.042 V/ C sedangkan dengan teori menmiliki nilai ±10mV/ C.Percobaan berhasil karena terbukti bahwa sensor thermistor yang digunakan berjenis NPN,karena semakin bertambahnya suhu pada thermistor semakin berkurang juga nilai resistansi dari thermistor tersebut.dengan menggunakan sensor ini kita bisa mengetahui perubahan suhu yang terjadi di udara maupun di air tidak seperti sensor LM 35 yang tidak bisa mengukur perubahan suhu air.