3 -1
3.1 Tujuan
Mengenal dan memahami prinsip dasar LDR, Thermistor (PTC/NTC), Potensiometer, Dip-Switch, Push-On, LM35, beserta sifat-sifatnya.
3.2 Dasar Teori Ilmu Instrumentasi
= Ilmu teknik yang mempelajari tentang bagaimana menentukan suatu besaran fisis dari obyek / materi. Tiga elemen sistem instrumentasi secara umum
Gambar 3-1 Elemen Instrumentasi
Aplikasi blok diatas dicontohkan seperti pemantuan suhu suatu ruangan Input: sensor suhu / LM 335 temperatur → tegangan
Pengkondisi sinyal: Op-amp (penguat), ADC, sebagai modifikasi pengendali Output: Peraga 7-segmen
Instrumentasi
adalah pengubah besaran fisis ke besaran listrik suatu obyek Obyek/materi : zat padat, gas, cair
Besaran fisis : Panjang, Massa, Waktu, Suhu, Tegangan, Arus, Cahaya, Hambatan Besaran Listrik: Volt (V), Hambatan (Ω), Ampere (A), ect
Alat ukur: Amperemeter, Voltmeter, Ohmmter, Diameter, Wattmeter, ect Karakteristik alat ukur:
a. Accuracy (Ketelitian)
Suatu hasil pengukuran yang mendekati harga sebenarnya b. Precision (Ketepatan)
- Kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang serupa
- Mempunyai selisih pengukuran yang kecil tapi berada pada yang sebenarnya c. Resolution (Resolusi)
Perubahan terkecil nilai yang diukur dan istrumen akan merespon d. Sensitivity (Sensitifitas)
Perbandingan antara sinyal output dan input
Sesi-03 KOMPONEN ELEKTRONIKA 2
Input/Masukan Pengkondisi sinyal Output/Keluaran Besaran fisis ke besaran listrik - Diperkuat / - Ditapis - Modifikasi - Peraga Visual - Led, 7-segmen - LCD, monitor
e. Error (Kesalahan)
Penyimpangan variabel yang diukur dari harga sebenarnya Jenis-jenis kesalahan
1. Kesalahan Umum (Gross-errors)
Kesalahan yang diakibatkan oleh faktor manusia
Diantaranya salah baca, salah posisi membaca, salah dengar, dll 2. Kesalahan sistematis
Kesalahan yang diakibatkan oleh alat ukur itu sendiri
Seperti penggambaran atau pembuatan skala, jarum terlalu besar, dll. 3. Kesalahan acak atau alami
Kesalahan yang penyebabnya tidak diketahui
Sumber-sumber alat ukur dan arti : Sistem kumparan Putar
: Sistem kmparan dengan penyearah
: Sistem kumparan dengan thermotransmitter : Meter baling-baling radial besi putar
: Sistem Elektro Statis : Sistem Getaran : AC / DC
: Posisi pemakaian vertikal : Posisi pemakaian horizontal
: Posisi pemakaian dengan kemiringan 60o : Tegangan test dalam KV
: Tanpa angka : Tegangan test 500V : Perhatian! Lihat manual sebelum dipakai 1,5 : Kelas ketelitian dalam %
TRANSDUCER
Adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh energi dalam sistem transmisi, menyalurkan energi dalam bentuk sama / berlainan ke sistem transimisi kedua Pengelompokkan Transducer
1. Transducer Pasif (Memerlukan daya dari luar) Tekanan, Torsi, Pergeseran → V /A
Contoh: - Strain gage
Ω KW/semikonduktor diubah oleh perpanjangan / tekanan karena tekanan geser dari luar. (Pemakaian alat : gaya, torsi, pergeseran)
- Transformator selisih
Tegangan selisih dua kumparan primer sebuah transformator yang diubah dengan pengaturan posisi inti magnetik sebuah gaya dari luar (tekanan, geser, gaya)
- Alat potensiometrik
Pengaturan posisi kontak geser sebuah gaya luar yang mengubah tahanan dalam potensiometer (tekanan, pergeseran)
2. Transducer aktif (pembangkit sendiri / tanpa daya dari luar) V, cahaya, panas, dll → V /A / Ω
Contoh: - Sel fototegangan (Photovoltaic)
Pembangkitan tegangan sebuah alat semikonduktor bila pemancaran energi merangsang sel (pengukur cahaya, sel matahari)
- Piezoelektrik
Pembangkit GGL bila bahan-bahan berkristal seperti kuartz diberi gaya dari luar (suara, getaran, percepatan, perubahan tekanan)
- Thermistor
Tahanan oksida logam tertentu dengan koefisien tahanan temperatur yang negatif berubahterhadap temperatur
- dst
3.2.1 LDR
LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk komponen yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada cahaya
Input cahaya → Output resistansi/tahanan
Simbol : atau atau
Konstruksi
Dari atas Bagian peka cahaya, bahan: Si, Ge, Cds, dan semikonduktor lain Si: Silicon, Ge: Germanium
Dari samping Penutup transparan : plastik / glass
Kaki
Karakteristik
Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Respon Spektral dan Laju Recovery
Gambar 3-2 Karakteristik LDR
* Respon Spektral
* Laju Recoveri (KΩ/dtk)
satuan ukuran untuk mengetahui laju perubahan LDR dari kondisi satu ke kondisi lain contoh:
saat 400 lux, R: 1KΩ
saat tertutup → iluminasi: 10 lux R LDR: 105Ω: 100.000KΩ/dtk
yang paling lambat dalam LR = 50 KΩ/dtk
Contoh Aplikasi LDR sebagai sensor cahaya diantaranya: Rangkaian alarm, indikator, counter (penghitung), fungsi potensiometer.
Lampu dengan lm: 400 lux Botol LDR 101 102 103 103 102 101 Iluminasi / kilau /
kuat cahaya sat : lm/m
2 , fc
}
R (KΩ) % Iluminasi 100% 10%3.2.2 Termistor (Tahanan Termal)
Adalah salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi, dimana komponen ini dapat mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur. Termistor dibedakan dalam 3 jenis, yaitu termistor yang mempunyai
koefisien negatif, disebut NTC ( Negative temperature Coefisient), termistor yang
mempunyai koefisien positif, disebut PTC (Positive Temperature Coefisient) dan
termistor yang mempunyai tahanan kritis, yaitu CTR ( Critical Temperature Resistance).
Karakteristik
Gambar 3-3 Karakteristik Thermistor (P/NTC)
Aplikasi Thermistor a. PTC
PTC adalah jenis resistor non linier yang nilai hambatannya terpengaruh oleh perubahan suhu. Makin tinggi suhu yang mempengaruhi makin besar nilai hambatannya. PTC merupakan resistor dengan koefisien positif. dalam hal ini, termistor PTC berbeda dengan temistor 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 dari pada termistor NTC.
Contoh Penggunaan PTC
a.1 Penundaan kerja relay
Tmin T
R
Tmax NTC: - PTC: +
- Daerah kerja NTC lebih luas - Daerah kerja PTC lebih pendek dari
NTC, karena PTC memiliki Tmin & Tmax, dan saat tertentu akan menjadi NTC RPTC Vs R Rb S VS2 Relay
- Gambar disamping memberikan waktu tunda pada sakelar S.
- Waktu t1 → RPTC: Rx → i…
[I kerja] relay
- Waktu t2 → RPTC: Rx’ → i…
a.2 Penundaan waktu off di relay
b. NTC
NTC kebalikan dari PTC, makin tinggi suhu yang mempengaruhi maka makin kecil nilai hambatannya. NTC mempunyai koefisient negatif yang tinggi, termistor jenis ini dibuat dari oksida logam yang terdapat dari golongan transisi, seperti ZrO2 - Y2P3 NiAI2O3 Mg(Al, Cr,Fe). Oksida-oksida ini mempunyai resistansi g sangat tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor dengan menambahkan beberapa ion lain yang mempunyai valensi berbeda yang disebut dengan doping, dan pengaruh dari resistansinya dipengaruhi perubahan temperatur yang diberikan.
Contoh Penggunaan NTC sebagai thermometer elektronik (pada rangkaian jembatan)
c. CTR terbuat dari V2O3, dipanaskan dengan serbuk oksida Ba atau serbuk Oksida
Si yang hasilnya berbentuk kaca. Termistor jenis ini mempunyai koefisien temperatur negatif tinggi. pengaruh resistansi yang drastis karena pengaruh suhu tersebut terjadi pada transisi logam semikonduktor, berubah-ubah tergantung dari konsentrasi dopent oksida logam. CTR yang mempunyai perubahan secara drastis dalam interval temperatur tertentu biasanya digunkan sebagai pendeteksi harga ambang.
Aplikasi lain:
- Proteksi motor listrik terhadap kenaikan V mendadak (PTC) - Detektor pada peralatan tertentu / alarm
- Kompensasi panas dalam rangkaian
RPTC Vs S Rb S1 S2 Lampu
Relay S On → relay kerja → lampu nyala → setelah waktu tertentu RPTC berubah
karena panas dalam → i (I kerja) relay → S2 Off → Lampu Off
RNTC Vs A R1 R2 R3 B VA VB R2 R1+R2 Vs VA =
.
RNTC R3+RNTC Vs VB =.
3.2.3 Potensiometer
Adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan yang 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 piranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick. Gambar potensiometer yang umum digunakan diperlihatkan pada gambar berikut:
Gambar 3-4 Potensiometer satu putaran yang umum
Potensiometer yang tersusun dari gulungan kawat diperlihatkan pada gambar berikut
Gambar 3-5 Potensiometer gulungan kawat
Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada piranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup lampu menggunakan potensiometer untuk menendalikan pensakelaran sebuah TRIAC untuk mengendalikan kecerahan lampu. Potensiometer yang digunakan sebagai pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan sakelar yang terintegrasi, sehingga potensiometer membuka sakelar saat penyapu berada pada posisi terendah.
Konstruksi Potensiometer
Sebuah potensiometer biasanya dibuat dari unsur resistif semi-lingkar dengan sambungan geser (penyapu). Unsur resistif, dengan terminal pada salah satu ataupun kedua ujungnya, berbentuk datar atau menyudut, biasanya dibuat dari grafit. Penyapu
disambungkan ke terminal lain. Pada potensiometer panel, terminal penyapu terletak ditengah-tengah kedua terminal unsur resistif.
Untuk potensiometer putaran tunggal, penyapu biasanya bergerak kurang dari satu putaran penuh sepanjang kontak. Pada potensiometer putaran ganda, elemen resistifnya berupa pilinan dan penyapu, bergerak 10, 20, atau lebih banyak putaran untuk menyelesaikan siklus. Potensiometer putaran ganda dibuat dari unsur resistif konvensional yang sama dengan resistor putaran tunggal, sedangkan penyapu digerakkan melalui gir cacing. Disamping grafit, bahan yang digunakan untuk membuat unsur resistif adalah kawat resistansi, plastik partikel karbon dan campuran keramik-logam yang disebut cermet. Sedang potensiometer geser linier, sebuah kendali geser digunakan sebagai ganti kendali putar. Unsur resistifnya adalah sebuah jalur persegi, bukan jalur semi-lingkar seperti pada potensiometer putar. Potensiometer jenis ini sering digunakan pada peranti penyetel grafik, seperti ekualizer grafik. Karena terdapat bukaan yang cukup besar untuk penyapu dan kenob, potensiometer ini memiliki reliabilitas lebih rendah jika digunakan pada lingkungan yang buruk.
Potensiometer tersedia dengan relasi linier ataupun logaritmik antara posisi penyapu dan resistansi yang dihasilkan (hukum potensiometer atau "taper").
Pembuat potensiometer jalur konduktif menggunakan pasta resistor polimer konduktif yang mengandung resin dan polimer, pelarut, pelumas dan karbon. Jalur dibuat dengan melakukan cetak permukaan papua pada substrat fenolik dan memanggangnya pada oven. Proses pemanggangan menghilangkan seluruh pelarut dan memungkinkan pasta untuk menjadi polimer padat. Proses ini menghasilkan jalur tahan lama dengan resistansi yang stabil sepanjang operasi.
Potensiometer linier
Potensiometer linier mempunyap unsur resistif dengan penampang konstan, menghasilkan peranti dengan resistansi antara penyapu dengan salah satu terminal proporsional dengan jarak antara keduanya.. Potensiometer linier digunakan jika relasi proporsional diinginkan antara putaran sumbu dengan rasio pembagian dari potensiometer, misalnya pengendali untuk menyetel titik pusat layar osiloskop.
Potensiometer logaritmik
Potensiometer logaritmik mempunyai unsur resistif yang semakin menyempit atau dibuat dari bahan yang memiliki resistivitas bervariasi. Ini memberikan peranti yang resistansinya merupakan fungsi logaritmik terhadap sudut poros potensiometer. Sebagian
besar potensiometer log (terutama yang murah) sebenarnya tidak benar-benar logaritmik, tetapi menggunakan dua jalur resistif linier untuk meniru hukum logaritma. Potensiometer log juga dapat dibuat dengan menggunakan potensiometer linier dan resistor eksternal. Potensiometer yang benar-benar logaritmik relatif sangat mahal. Potensiometer logaritmik sering digunakan pada peranti audio, terutama sebagai pengendali volume.
Bentuk potensiometer yang ditujukan untuk pengaturan yang jarang dilakukan adalah:
Gambar 3-6 Pengetrim PCB atau Trimpot Rheostat
Adalah resistor variabel dua terminal dan seringkali didesain untuk menangani arus dan tegangan tinggi, digunakan untuk mengubah-ubah resistansi dalam sebuah sirkuit. Rheostat dibuat dari kawat resistif yang dililitkan untuk membentuk koil toroid dengan penyapu yang bergerak pada bagian atas toroid, menyentuh koil dari satu lilitan ke lilitan selanjutnya. Potensiometer tiga terminal dapat digunakan sebagai resistor variabel dua terminal dengan tidak menggunakan terminal ketiga.
Gambar 3-7 Potensiometer lilitan kawat daya tinggi Potensiometer jenis apapun dapat digunakan juga sebagai rheostat
3.2.4 Push On-Off
Push On-Off adalah tombol atau switch tekan yang difungsikan sebagai data masukan yang bekerja dengan sinyal rendah (aktif low) ataupun sinyal tinggi (aktif high) sesuai dengan konfigurasi perancangan. Contoh rangkaian Push On aktif low diperlihatkan pada gambar berikut:
R1 220
Gambar 3-8 Switch Push On
Saat tidak ada penekan tombol, kondisi di port-port yang terhubung dengan tombol cenderung berlogika 1 karena adanya tegangan diam setelah dilakukan penekanan reset mikrokontroler atau mikroprosesor yang berkisar antara 2 – 3 volt, pada tipe MCS51 hasil dari pull up internal untuk port 1, port 2 dan port 3, port 0 tidak mempunyai pull up internal. Sedangkan pada AVR, semua port telah menyediakan pull up internal. Dengan tegangan sebesar itu maka port-port dianggap berlogika 1.
Jika ada salah satu tombol ada yang ditekan, maka akan ada tegangan jatuh ke ground dari port yang terhubung dengan tombol tersebut. Kondisi ini menyebabkan perubahan logika di port dari berlogika 1 menjadi logika 0, data inilah yang akan diolah untuk mengontrol output, misal untuk pengontrolan arah putaran motor DC,melakukan setting jam digital dengan penampil seven segmen, LCD dan sebagainya.
3.2.5 Dipswitch
Fungsi Dip-switch hampir serupa dengan switch push on, yaitu sebagai saklar, hanya saja Dip-Switch bekerja dengan cara digeser, dimana pergeseran tiap line switch akan menghasilkan logika 0 atau logika 1 sesuai dengan perancangan. Contoh gambar Dip-Switch 4 line diperlihatkan pada gambar berikut:
Jika 4 line sebelah kiri (5, 6, 7, 8) pada gambar diatas terhubung dengan Vcc, maka 4 line sebelah kanan (1, 2, 3, 4) akan aktif high sesuai dengan status line yang digeser. Begitupun jika line kiri terhubung ke Ground, maka line kanan aktif low.
Ke port OFF ON 1 2 3 4 8 7 6 5 DSW1 DIPSW_4
LM35
Sensor suhu LM35 berfungsi untuk mengkonversi besaran panas yang ditangkap menjadi besaran tegangan. Sensor ini sangat sederhana dan memiliki presisi tinggi. Memiliki buah 3 kaki, kaki pertama dihubung kesumber daya, kaki kedua sebagai output dan kaki ketiga dihubung ke ground. Adapun karakteristik dan konfigurasi pin dari IC LM35 adalah sebagai berikut :
1. Dapat dikalibrasi langsung ke dalam besaran Celcius. 2. Faktor skala linier + 10mV/ °C.
3. Tingkat akurasi 0,5°C. saat suhu kamar (25°C). 4. Jangkauan suhu antara -55°C sampai 150°C. 5. Bekerja pada tegangan 4 volt hingga 30 volt. 6. Arus kerja kurang dari 60µA.
7. Impedansi keluaran rendah 0,1Ω untuk beban 1 mA.
Gambar 3-10 Konfigurasi Pin LM35
Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian control dengan mudah.
LM35 tidak membutuhkan kalibrasi eksternal yang menyediakan akurasi ±¼°C pada temperatur ruangan dan ±¾°C pada kisaran -55 to +150°C. LM35 dimaksudkan untuk beroperasi pada -55° hingga +150°C, sedangkan LM35C pada -40°C hingga +110°C, dan LM35D pada kisran 0-100°C. LM35D juga tersedia pada paket 8 kaki dan paket TO-220. Sensor LM35 umunya akan naik sebesar 10mV setiap kenaikan 1°C (300mV pada 30 °C).
