Tugas 4: Aplikasi Sensor Fisika

Rangkaian Kontrol Suhu dan Udara pada Dapur

[KEMBALI KE TUGAS 3]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

-Gambar Rangkaian

-Video Simulasi 

-Download File

 

1. Tujuan[kembali]

1.1 Memahami cara kerja sensor fisika

1.2 Mendesain sebuah rangkaian aplikasi sonsor fisika

1.3 Menjelaskan cara kerja rangkaian aplikasi sensor fisika

 

2. Alat dan Bahan[kembali]

2.1 Alat

1. ) Power Suplai

Power suplai berfungsi sebagai penghasil tegangan pada rangkaian. Power suplai berupa baterai.

2. ) Voltmeter

Voltmeter berfungsi untuk mengamati tegangan pada rangkaian.

 

2.2 Bahan

1. ) Thermistor NTC

Thermistor NTC berfungsi sebagai sensor untuk mengatur tegangan pembagi pada rangkaian berdasarkan suhu disekitarnya.

 

2. ) Sensor MQ-3

Sensor MQ-3 berfungsi sebagai sensor deteksi gas berupa asap.

3. ) LM358N

Berfungsi sebagai penguat tegangan pada rangkaian.

4. ) Resistor 10k ohm

Berfungsi sebagai pengatur arus dalam rangkaian.

 

5. )Potensiometer 10k ohm

Berfungsi sebagai pengatur tegangan referensi.

 

6. ) Kipas dan Motor

Sebagai output dari rangkaian.

3. Dasar Teori[kembali]

3.1 Thermistor NTC

Thermistor adalah salah satu jenis Resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh Suhu (Temperature). Thermistor merupakan singkatan dari “Thermal Resistor” yang artinya adalah Tahanan (Resistor) yang berkaitan dengan Panas (Thermal). Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu Thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan Thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).

Komponen Elektronika yang peka dengan suhu ini pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan inggris yang bernama Michael Faraday pada 1833. Thermistor yang ditemukannya tersebut merupakan Thermistor jenis NTC (Negative Temperature Coefficient). Michael Faraday menemukan adanya penurunan Resistansi (hambatan) yang signifikan pada bahan Silver Sulfide ketika suhu dinaikkan. Namun Thermitor komersil pertama yang dapat diproduksi secara massal adalah Thermistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930. Samuel Ruben adalah seorang ilmuwan yang berasal dari Amerika Serikat. Seperti namanya, Nilai Resistansi Thermistor NTC akan turun jika suhu di sekitar Thermistor NTC tersebut tinggi (berbanding terbalik / Negatif).

Contoh perubahaan Nilai Resistansi Thermistor NTC saat terjadinya perubahan suhu disekitarnya (dikutip dari Data Sheet salah satu Produsen Thermistor MURATA Part No. NXFT15XH103), Thermistor NTC tersebut bernilai 10kΩ pada suhu ruangan (25°C), tetapi akan berubah seiring perubahan suhu disekitarnya. Pada -40°C nilai resistansinya akan menjadi 197.388kΩ, saat kondisi suhu di 0°C nilai resistansi NTC akan menurun menjadi 27.445kΩ, pada suhu 100°C akan menjadi 0.976kΩ dan pada suhu 125°C akan menurun menjadi 0.532kΩ. Jika digambarkan, maka Karakteristik Thermistor NTC tersebut adalah seperti dibawah ini :

Pada umumnya Thermistor NTC dan Thermistor PTC adalah Komponen Elektronika yang berfungsi sebagai sensor pada rangkaian Elektronika yang berhubungan dengan Suhu (Temperature). Suhu operasional Thermistor berbeda-beda tergantung pada Produsen Thermistor itu sendiri, tetapi pada umumnya berkisar diantara -90°C sampai 130°C. Beberapa aplikasi Thermistor NTC dan PTC di kehidupan kita sehari-hari antara lain sebagai pendeteksi Kebakaran, Sensor suhu di Engine (Mesin) mobil, Sensor untuk memonitor suhu Battery Pack (Kamera, Handphone, Laptop) saat Charging, Sensor untuk memantau suhu Inkubator, Sensor suhu untuk Kulkas, sensor suhu pada Komputer dan lain sebagainya.

3.2 Sensor MQ-3

Sensor MQ-3 merupakan sensor kimia yang dapat mendeteksi beberapa gas seperti asap, gas LPG, gas Alkohol dan lain sebagainya. Sensor ini memiliki 3 buah kaki yang terdiri dari kaki Vcc(Vinput), Vout, dan ground. 

 

Elemen sensor MQ-3 terdiri atas lapisan kristal metaloksida (SnO2) dengan konduktivitas yang kecil dalam udara bersih. Resistansi sensor akan berubah-rubah seiring dengan terdeteksinya keberadaan gas alkohol (etanol) oleh elemen sensor. Jika konsentrasi etanol tinggi, maka resistansi sensor akan berkurang sehingga tegangan keluaran akan meningkat. Ketika kristal metal oksida (SnO2) pada kondisi normal yaitu pada suhu kamar, permukaan bahan metal oksida (SnO2) berinteraksi dengan molekul-molekul oksigen yang ada di udara. Atom-atom oksigen akan terabsorpsi dan mengikat elektron bebas yang terdapat pada permukaan metal oksida (SnO2). Di dalam sensor gas, arus listrik mengalir melewati daerah sambungan (grain boundary) dari kristal SnO2. Pada daerah sambungan, penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses dioksidasi akan terjadi. Rapat permukaan dari muatan negatif oksigen akan berkurang dan akan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan. Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor juga akan ikut menurun.

 

3.3 LM358N

LM358 IC adalah kekuatan besar, rendah serta gampang dipakai dual channel op-amp IC. Ini dirancang serta diperkenalkan oleh semikonduktor nasional. Ini terdiri dari dua kompensasi internal, gain tinggi, op-amp independen. IC ini dirancang untuk khusus beroperasi dari catu daya tunggal melewati beberapa tegangan. IC LM358 terdapat dalam paket berkapasitas chip serta software op amp ini tergolong rangkaian op-amp konvensional, blok penguatan DC, serta amplifier transduser. LM358 IC adalah penguat operasional standar yang bagus serta amatlah tepat untuk kebutuhan Anda. Bisa menangani pasokan & sumber DC 3-32V sampai  20mA per saluran. Op-amp ini amatlah tepat, apabila Kamu ingin mengoperasikan dua op-amp terpisah untuk catu daya tunggal. Ini terdapat dalam paket DIP 8-pin

Pin Konfigurasi LM358 IC

Diagram pin LM358 IC terdiri dari 8 pin, di mana

Pin-1 dan pin-8 adalah o / p dari komparator

Pin-2 dan pin-6 adalah pembalik i / id

Pin-3 dan pin-5 adalah non inverting i / id

Pin-4 adalah terminal GND

Pin-8 adalah VCC +

LM358 IC Pin Configuration

LM358 IC Pin Configuration

Fitur LM358 IC

Fitur dari LM358 IC adalah

Ini terdiri dari dua op-amp internal dan frekuensi dikompensasi untuk gain kesatuan Gain tegangan besar adalah 100 dB Lebar pita lebar adalah 1MHz Jangkauan pasokan listrik yang luas termasuk pasokan listrik tunggal dan ganda Rentang catu daya tunggal adalah dari 3V ke 32V Jangkauan pasokan listrik ganda adalah dari + atau -1.5V ke + atau -16V Penyaluran arus pasokan sangat rendah, yaitu 500 μA 2mV tegangan rendah i / p offset Mode umum rentang tegangan i / p terdiri dari ground Tegangan catu daya dan diferensial i / p tegangan serupa ayunan tegangan o / p besar.

3.4 Resistor 10k ohm

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.

Fungsi-fungsi Resistor di dalam Rangkaian Elektronika diantaranya adalah sebagai berikut :

• Sebagai Pembatas Arus listrik
• Sebagai Pengatur Arus listrik
• Sebagai Pembagi Tegangan listrik
• Sebagai Penurun Tegangan listrik

 Untuk menghitung nilai resistansi resistor:

• Untuk resistor 4 gelang warna, warna 1, 2, dan 3 dituliskan langsung nilainya. Warna 4 adalah toleransi.
• Untuk resistor 5 gelang warna, warna 1, 2, 3, dan 4 dituliskan langsung nilainya. Warna 5 adalah toleransi.

3.5 Potensiometer 10k ohm

Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.

Struktur Potensiometer beserta Bentuk dan Simbolnya

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :

1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
2. Element Resistif
3. Terminal

Jenis-jenis Potensiometer

Berdasarkan bentuknya, Potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :

1. Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
2. Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
3. Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.

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 :

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

3.6 Kipas dan Motor

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.

 

4. Percobaan[kembali]

4.1 Prosedur

1. ) Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar.

2. ) Thermistor mendeteksi suhu di atas 30 dan dalam keadaan aktif dan MQ-3 mendeteksi asap. Amati voltmeter dan output dari rangkaian tersebut.

3. ) Thermistor mendeteksi suhu di bawah 26 dan dalam keadaan aktif dan MQ-3 tidak mendeteksi asap. Amati voltmeter dan output dari rangkaian tersebut.

4. ) Atur potensiometer ke 25% dan 75%, lalu ulangi langkah 2 dan 3.

 

4.2 Gambar Rangkaian[kembali]

Prinsip kerja:

1. ) Saat Suhu tinggi dan MQ-3 mendeteksi asap 

Saat suhu tinggi, resistansi thermistor menurun sehingga arus menjadi besar dan masuk ke kaki positif Op-Amp. Saat asap terdeteksi oleh MQ-3, tegangan outputnya masuk ke kaki +Vcc Op-Amp. Output dari Op-Amp berupa arus yang diperkuat akan mengalir melewati motor dan kipas sehingga motor dan kipas akan aktif. Motor berfungsi untuk membuka ventilasi pada dapur dan kipas untuk sirkulasi udara dapur.

2. ) Saat Suhu normal dan MQ-3 tidak mendeteksi Asap 

Saat suhu normal, resistansi thermistor akan tinggi dan arus yang kecil masuk ke kaki kecil Op-Amp.  MQ-3 tidak mendeteksi asap sehingga tegangan pada kaki +Vcc sangat kecil. Karena Output OP-Amp kecil, maka motor dan kipas tidak akan menyala. Hidupkan motor 2 untuk menutup ventilasi.

4.3 Video Simulasi[kembali]

 

4.4 Download File[kembali]

[HTML]

[Rangkaian]

[Video]

[Datasheet]

[Library]

[Pergi ke tugas 5]