elektronika industri

RANGKAIAN MENJAGA SUHU INKUBATOR DENGAN SENSOR SUHU LM35

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

4.1 Rangkaian Simulasi

Memahami prinsip kerja sensor LM35
Mendeteksi suhu pada inkubator.
Untuk menjaga suhu inkubator agar tetap sama dengan suhu rahim ibu (36-37°C), maka saat suhu di dalam inkubator dideteksi diatas 37 °C, maka kipas akan hidup sehingga suhu di dalam inkubator tetap stabil.

2. Alat dan Bahan

Alat :

voltmeter

           voltmeter DC atau volt meter arus searah tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).

Bahan :

Resistor

Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan sirkuit elektronik yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam komponen dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikelkromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi.

Battery

Baterai (Battery) merupakan suatu komponen yang berupa sebuah alat dan dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

LM35

Lm35 adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Lm358 yang diguankan sebagai komparator inverting , yaitu membandingkan antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor.

POTENSIOMETRI

Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat.

LED

LED dapat kita definisikan sebagai suatu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan dapat memancarkan cahaya apabila arus listrik melewatinya. Led (Ligth-Emitting Diode) memiliki fungsi utama dalam dunia elektronika sebagai indikator atas sinyal indikator/lampu indikator. Contohnya dapat kita jumpai pada rangkaian-rangkaian elektronika led digunakan sebagaiindikator ON/OFF.

Relay

Relay merupakan Saklar (Switch) yang dioperasikan dengan listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi.

Kapasitor

komponen elektronika yang berguna untuk menyimpan arus listrik. komponen ini akan menyimpan muatan dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah Farad.

Dioda

Dioda (Diode) merupakan sebuah komponen elektronika aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

Motor

Motor DC merupakan suatu motor listrik yang membutuhkan suplai tegangan arus searah atau arus DC (Direct Current) pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor tersebut disebut stator, dan kumparan jangkar disebut rotor.

Fan DC

Kipas yang dihidupkan dengan sumber DC.

Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Cara kerja transistor secara sederhana adalah jika pada kaki basis transistor diberi tegangan bias maka arus pada collector transistor akan mengalir ke kaki emitor (transistor sebagai saklar). Jika pada tegangan bias ini diikuti dengan adanya sinyal atau pulsa listrik yang akan dikuatkan maka pada kolektor pun akan menguatkan sinyal seperti yang ada pada basisnya (transistor sebagai penguat). Arus yang mengalir antara kaki basis dan emitor akan berfungsi sebagai saklar untuk mengalirkan arus yang lebih besar dari kaki kolektor ke emitor.

Agar lebih sederhana sebuah transistor NPN bisa diibaratkan sebagai sebuah keran air dimana jika keran diputar sebagai basis bisa mengalirkan air yang dialirkan melalui pipa. Kekuatan air yang mengalir keluar dari keran tergantung seberapa besar keran dibuka, dalam istilah teori nya disebut hFE atau penguatan.

3. Dasar Teori

1. Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika. Hampir setiap peralatan Elektronika menggunakannya. Pada dasarnya Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika. Resistor atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Hambatan atau Tahanan dan biasanya disingkat dengan Huruf “R”. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω). Sebutan “OHM” ini diambil dari nama penemunya yaitu Georg Simon Ohm yang juga merupakan seorang Fisikawan Jerman.

Nilai Resistor yang Axial bisa dilihat dari kode warna-warna yang terdapat di resistor tersebut dalam bentuk gelang. Biasanya ada 4 gelang di tubuh resistor namun ada juga yang memiliki 5 gelang.

Untuk gelang warna emas dan perak terletak lebih jauh dari warna lain. Lihat tabel warna dibawah ini :

Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)
Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)

Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

2. LM35

Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor.

Sensor lm35 merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Lm358 yang diguankan sebagai komparator inverting , yaitu membandingkan antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor.

Adapun karakteristik sensor lm35 yaitu :

· Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.

· Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC .

· Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.

· Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.

· Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.

· Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.

· Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.

· Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.

Prinsip kerja LM35 yaitu secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya . suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu. Suhu lingkungan akan ini diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan outputnya,

Kelebihan dan kekurangan sensor suhu lm35 :

• Kelebihan:

a. Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 ^oC

b. Low self-heating, sebesar 0.08 ^oC

c. Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V

d. Rangkaian tidak rumit

e. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal

• Kekurangan:

Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi

3. Kapasitor

Kondensator atau sering disebut sebagai kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kondensator juga dikenal sebagai "kapasitor", tetapi kata "kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya. Kebanyakan bahasa dan negara yang tidak menggunakan bahasa Inggris masih mengacu pada perkataan bahasa Italia "condensatore", bahasa Prancis condensateur, Indonesia dan Jerman Kondensator atau Spanyol Condensador.

Kondensator diidentikkan mempunyai dua kaki dan dua kutub yaitu positif dan negatif serta memiliki cairan elektrolit dan biasanya berbentuk tabung.

Lambang kondensator (mempunyai kutub) pada skema elektronika.

Sedangkan jenis yang satunya lagi kebanyakan nilai kapasitasnya lebih rendah, tidak mempunyai kutub positif atau negatif pada kakinya, kebanyakan berbentuk bulat pipih berwarna coklat, merah, hijau dan lainnya seperti tablet atau kancing baju.

Lambang kapasitor (tidak mempunyai kutub) pada skema elektronika.

Namun kebiasaan dan kondisi serta artikulasi bahasa setiap negara tergantung pada masyarakat yang lebih sering menyebutkannya. Kini kebiasaan orang tersebut hanya menyebutkan salah satu nama yang paling dominan digunakan atau lebih sering didengar. Pada masa kini, kondensator sering disebut kapasitor (capacitor) ataupun sebaliknya yang pada ilmu elektronika disingkat dengan huruf (C).

Kapasitor adalah sebuah benda yang dapat menyimpan muatan listrik. Benda ini terdiri dari dua pelat konduktor yang dipasang berdekatan satu sama lain tapi tidak sampai bersentuhan. Benda ini dapat menyimpan tenaga listrik dan dapat menyalurkannya kembali, kegunaannya dapat kamu temukan seperti pada lampu flash pada camera, juga banyak dipakai pada papan sirkuit elektrik pada komputer yang kamu pakai maupun pada berbagai peralatan elektronik. simbol kapasitor adalah :

Berikut contoh cara membaca kapasitor
Kode : 473Z
Nilai Kapasitor = 47 x 10³
Nilai Kapasitor = 47 x 1000
Nilai Kapasitor = 47.000pF atau 47nF atau 0,047µF
Huruf dibelakang angka menandakan Toleransi dari Nilai Kapasitor tersebut, Berikut adalah daftar Nilai Toleransinya :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G= 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

untuk menentukan nilai kapasitor, dapat menggunakan rumus :

4. Potensiometer

Spesifikasi:

Manufacturer                                    : BOURNS
     Series                                                  : 3590S
     Number of turns                                  : 10
     Max resistance                                    : 200 Ohm Linear
     Resistance Tolerance             : 5%
     Independent Linearity            : 0.25%
     Power                                                  : 2W
     Operating temperature            : +1 s/d +125 C
     Rotational Life                                   : 1,000,000 rotations
     Load Life                                            : 1000 hours
     Shaft Diameter                                    : 6.35mm

Potensiometer adalah sebuah jenis resistor yang mengatur sebuah tahanan atau hambatan secara linier atau Komponen resistif tiga kawat yang bertindak sebagai pembagi tegangan yang menghasilkan sinyal output tegangan variabel kontinu yang sebanding dengan posisi fisik wiper di sepanjang trek.

Prinsip Kerja (Cara Kerja) Potensiometer

Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.

Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).

Fungsi-fungsi Potensiometer

Dengan kemampuan yang dapat mengubah resistansi atau hambatan, Potensiometer sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan Elektronika dengan fungsi-fungsi sebagai berikut :

Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
Sebagai Pembagi Tegangan
Aplikasi Switch TRIAC
Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
Sebagai Pengendali Level Sinyal

5. Transistor PNP

Transistor adalah sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk penguat, sebagai sirkuit pemutus, sebagai penyambung, sebagai stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain-lain. Fungsi transistor juga sebagai kran listrik yang dimana berdasarkan tegangan inputnya, memungkinkan pengalihat listrik yang akurat yang berasal dari sumber listrik.

• Transistor npn

Pada transistor npn, pergerakan pembawa Arus Negatif (Elektron) melalui wilayah Basis yang merupakan aksi transistor, karena elektron menyediakan hubungan antara sirkuit Collector dan Emitter. Hubungan antara rangkaian Input dan Output, Fitur aksi transistor karena transistor yang memperkuat properti berasal dari kontrol konsekuen yang diberikan oleh Base pada Collector ke Emitter.

Arus transistor dalam transistor NPN bipolar adalah rasio dari dua arus ini (Ic/ Ib), disebut Gain Arus DC dan simbol dari HFE atau sekarang Beta (β). Nilai β hingga 200 untuk transistor standar, Rasio antara Ic dan Ib menjadi penguat ketika digunakan diwilayah aktif karena Ib menyediakan Input dan Ic Output.

Arus Gain transistor terminal Kolektor dan Emitor, Ic/Ie, disebut Alpha (α), dan merupakan fungsi dari transistor (elektron menyebar di persimpangan). Karena arus emitor adalah jumlah dari arus basis yang sangat kecil ditambah arus kolektor yang sangat besar, nilai alfa (α), dan untuk transistor sinyal daya rendah khas, nilai ini berkisar 0,950 ke 0,999.

Hubungan α dan β dalam Transistor NPN

• Transistor pnp

Transistor Positif-Negatif-Positif. Lapisan material N-Negatif diantara dua Lapisan P-Positif. Tiga terminal Basis (B), Kolektor (C) dan Emitor (E) dan menghubungkan transistor ke papan sirkuit.

Transistor PNP memiliki karakteristik sangat mirip dengan NPN Bipolar, kecuali Polaritas (Biasing) dari arah arus dan tegangan dibalik untuk salah satu dari tiga konfigurasi, Common Base, Common Emitter dan Kolektor Biasa.

Tegangan antara Base-Emitter (VBE), Negatif pada Base dan Positif pada Emitter untuk transistor PNP, Terminal Base selalu Bias Negatif terhadap Emitter. Juga Tegangan Suplai Emitor Positif sehubungan dengan Kolektor (VCE). Jadi untuk transistor PNP untuk melakukan Emitter selalu lebih Positif sehubungan dengan Basis-kolektor.

Emitter terhubung ke tegangan suplai VCC dengan Resistor Beban, RL yang membatasi arus maksimum yang mengalir melalui perangkat yang terhubung ke terminal Kolektor. Basis tegangan VB yang Bias Negatif terhadap Emitter dan terhubung ke Resistor Basis RB, untuk membatasi Arus Basis Maksimum.

Untuk menyebabkan Arus Base mengalir dalam transistor PNP, Base harus lebih Negatif daripada Emitter (Arus meninggalkan Basis) sekitar 0,7 volt (Silikon) atau 0,3 volt (Germanium). Rumus untuk menghitung Basis Resistor, Arus basis atau Arus Kolektor sama dengan Transistor NPN yang setara.

6. Motor Listrik DC

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion).

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan kumparan motor DC ditunjukkan dalam persamaan berikut :

Gaya elektromagnetik : E = K Φ N

Torque : T = K Φ I_a

Dimana:

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal kumparan motor DC (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan.

N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)

T = torque electromagnetik

I_a = arus kumparan motor DC

K = konstanta persamaan

4. Percobaan

4.1 Rangkaian Simulasi

4.2 Prinsip Kerja

Saat suhu berada di bawah 37°C, maka arus dari baterai akan menuju ke kaki 1 sensor, ke R1, ke Op Amp U4 ke ootocouopler U3 dan ke R4 dan juga ke transistor Q1 dan Q2. Arus yang masuk ke R1 akan diteruskan menuju rangkaian kalibrasi Rv1 dan Rv2. Kemudia arus akan menuju ground, sehingga u2 off. Arus dari baterai . Arus yang masuk ke R4 akan diteruskan menuju D2 kemudian ke R2, diteruskan ke R3 dan menuju ground, karena U2 off maka D2 off. Sehingga arus yang masuk ke U2 akan diteruskan ke rangkaian heater, sehingga tidak ada arus yang masuk ke kaki base Q1 sehingga transistor off dan relay off.

Arus yang masuk ke R1 juga diteruskan menuju kalibrasi RV2, karena kalibrasi RV2 lebih rendah dari kalibrasi RV1, sehingga arus yang masuk ke kalibrasi RV2 akan diteruskan menuju kaki 4 op amp U4, dan juga arus dari baterai tadi juga masuk ke kaki 7 U4 sehingga U4 on. U4 disini akan membandingkan tegangan antara bagian kiri dan bagian kanan.

Arus yang dari baterai akan diteruskan menuju D5 dan R7, karena U4 on maka D5 menyala. Dan arus dari bateraj menuju Q1 akn diteruskan menuju heater sehingga heater aktif. Dengan aktifnya heater ini, maka suhu pada inkubator akan dipertahankan pada suhu dibawah 37°C.

Saat suhu berada di atas 37°C, maka arus akan masuk ke R1, U3, R4, Ke Q1 dan juga kerangkajan heater. Rangkaian heater ini akan tetap menyala, agar menyeimbangkan suhu pada inkubator, antara fan dan heater.

Arus yang masuk ke R1 akan masuk ke kalibrasi RV1 dan diteruskan menuju kaki 4 op amo U2 dan juga arus dari baterai yang masuk ke kaki 7 akan menyebabkan U2 aktif. Arus masuk ke R4 akan diteruskan menuju D2 dan R2, karena U2 aktif, maka D2 menyala. Dan arus yang masuk ke kaki emiter Q1, karena ada beda tegangan pada kaki emiter dan kolektor Q1 menyebabkan Q1 aktif, sehingga ada arus yang masuk ke relay. Relay akan aktif dan akan ada arus yang masuk ke motor, menyebabkan motor aktif, sedangkan pada rangkain heater, terjadi hal yang sama seperti pada saat suhu dibawah 37°C.

4.3 Video Rangkaian

7. Download File