LM35 - Laboratorium Fisika Dan Instrumentasi

KOMPONEN SISTEM KONTROL
Thermal Sensor
LM35
Yoga Setiandito (0722097)
Vikri Ahmad Fauzi (0722098)
Julius (0822001)
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha
Bandung
2011
I Pendahuluan
Sensor termal berupa IC LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi
untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. IC LM35
adalah sebagai sensor suhu yang terkemas dalam bentuk Integrated Circuit. Sensor ini
mempunyai koefisien sebesar 10 mV/°C yang berarti bahwa setiap kenaikan suhu 1°C maka
akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV. LM35 tidak memerlukan pengkalibrasian atau
penyetilan dari luar karena ketelitiannya sampai lebih kurang seperempat derajat celcius.
Pada komponen ini mempunyai jangkauan (range) pengukuran suhu yang cukup besar, dari
suhu –55°C sampai 150°C, serta tingkat ketelitian pengukuran cukup tinggi. Setiap
perubahan suhu 1°C tegangan keluaran berubah sebesar 0,01 volt (10 mV). Komponen ini
bekerja pada arus 450 mA sampai 5 mA serta mempunyai impedansi masukan kurang dari
1W.
A Pengertian Sensor Suhu
Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaran listrik
yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa metode yang digunakan untuk
membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah
hambatanya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.
- Menggunakan bahan logam\
Logam akan bertambah besar hambatanya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah.Hal
ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakan sebagai
muatan positif yang berada di dalam electron yang bergerak bebas. Jika suhu bertambah,
electron electron tersebut akan bergetar dan getaranya akan semakin besar seiring dengan
naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan electron akan terhambat dan
menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah.
- Menggunakan bahan semikonduktor
Bahan semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilai
hambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi, electron
dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat bergerak dengan
bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak electron dari semikonduktor tersebut
yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut berkurang.
B Prinsip Kerja Sensor
LM35 mempunyai impedansi yang kurang dari 1 Ohm, beroperasi pada range arus
sekitar 400 µA sampai dengan 5 mA, mempunyai error kurang dari 1 oC untuk range yang >
100OC, aplikasi sensor berkisar antaara –55 oC sampai + 150 oC, Dapat dikatakan bahwa
LM35 memiliki output yang linear. Di dalam LM35 terdapat sebuah sambungan dengan
sebuah pegangan untuk mengatur terminal untuk melakukan kalibrasi. Ketika T adalah
sebuah temperatur yang tidak diketahui dan sementara To adalah temperatur referensi,
dengan kalibrasi terhadap keluaran untuk membaca satu nilai temperatur dengan benar maka
keluaran pada seluruh temperature akan bernilai benar. Berkenaan dengan pengaruh cahaya
dan temperatur yang membuat elektron-elektron pada pita valensi akan melakukan
pergerakan. Dalam dioda, elektron bergerak dari katoda ke anoda. Pergerakan ini
menimbulkan perbedaan potensial dan menimbulkan arus listrik. Tegangan dan arus listrik
inilah yang menjadi informasi pada sistem untuk melakukan analisis dengan menambahkan
rangkaian op-amp untuk menguatkan sinyal dari sensor.
Gambar diatas menunjukan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3
pin LM35 menujukan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber
tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau
Vout dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi
sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan
naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut :
VLM35 = Suhu* 10 mV/ oC
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°C 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 .
Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari
luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak
sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai
perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan
metode bypass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari
sensor LM35.
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10
mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.
5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada
udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
C Jenis-Jenis LM35
A Berdasarkan Range Temperatur:
1 LM35, LM35A
-55 °C s/d 150 °C
2 LM35C, LM35CA
-40 °C s/d 110 °C
3 LM35D
0 °C s/d 100 °C
B Berdasarkan Bentuk Kemasan
1. TO-46
2. TO-92
3. TO-220
4. SO-48
D Rangkaian LM35
1.
-
Basic Cenigrade Temperature Sensor
Dapat bekerja pada suhu +2oC s/d +150oC
Vs = 4V s/d 20V
Output 0mV + 10.0 mV/OC
2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor
- Membutuhkan sumber +Vs & -Vs
- Vout : +1500mV pada suhu +150oC
+250mV pada suhu +25oC
-550mV pada -55oC
-
R1 = - Vs/ 50uA
self-heating adalah efek pemanasan oleh komponen itu sendiri akibat adanya arus yang
bekerja melewatinya. Untuk komponen sensor suhu, parameter ini harus dipertimbangkan
dan diupakara atau di-handle dengan baik karena hal ini dapat menyebabkan kesalahan
pengukuran. Seperti sensor suhu jenis RTD PT100 atau PT1000 misalnya, komponen ini
tidak boleh dieksitasi oleh arus melebihi 1 miliampere, jika melebihi, maka sensor akan
mengalami self-heating yang menyebabkan hasil pengukuran senantiasa lebih tinggi
dibandingkan suhu yang sebenarnya.
II PENGUJIAN LM35-CZ
1. Gambar pengujian
2. DATA PENGAMATAN
A. Tabel pengukuran LM35-CZ
Temperatur Termocouple (OC)
Vsensor LM35-CZ (mVolt)
80
75
517
491
70
451
65
420
60
395
55
367
50
45
335
312
40
283
35
266
30
259
B. Grafik LM35-CZ
LM35-CZ
700
600
500
400
300
200
100
0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
°C
III. APLIKASI LM35-CZ
Rancang rangkaian signal conditioning untuk sensor LM35 yang akan dihubungkan dengan
ADC pada uC dengan range 25 s/d 100 °C, dengan tegangan output LM35 yang stabil
walaupun sumber tegangannya naik turun.
A. Langkah – langkah perancangan
1) Daerah Kerja Sensor
Di inginkan mengukur Suhu dari 25 s/d 100 °Celcius,
diketahui proporsional tegangan terhadap temperatur LM35 = 10mV/°C,
Maka :
Suhu 25°C -> Vout = 10mV /°C 100°C = 250mV = 0.25 V
Suhu 100°C -> Vout = 10mV /°C x 100°C = 1000mV = 1 V
2) Rangkaian Signal Conditioning
Karena perubahan tegangan keluarannya sangat kecil yaitu 10mV/oC maka agar lebih
teliti pada pembacaan ADC maka harus dikuatkan menggunakan rangkaian op-amp noninverting. Ic op-amp yang digunakan yaitu LM358 dengan catudayanya Vs dan GND.
Karena Vs nya hanya menggunakan 5 V maka besar tegangan keluaram maksimumnya
harus kurang dari 5V. Jika diambil tegangan keluaran maksimumnya 4V maka besar
penguatannya adalah 4x. Sehingga jika penguatan tegangannya 4x maka tegangan
keluarannya adalah 1V s/d 4V.
Av= Vout/Vin = 1 + (R2/R1)
Jika R1 = 2KΩ maka R2 = 6KΩ
Untuk mempermudah mengatur gain-nya maka R2 menggunakan potensio 10KΩ.
3) Rangkaian supaya output LM35 stabil walaupun sumbernya berubah-ubah
ADC merupakan rangkaian analog yang sangat rentan dengan noise sehingga dapat
mengganggu nilai pengukurannya, noise dapat disebabkan oleh berbagai hal salah
satunya tidak stabilnya tegangan sumber pada LM35, agar tidak menggangu kinerja ADC
maka diperlukan rangkaian low pass filter dengan frequency cutoff 1KHz.
Dimana
Jika f=1KHz dan C=100nF maka R=1591.54 ~ 1k5Ω
Maka rangkaiannya menjadi:
B. Data Pengamatan
A. Tabel Pengamatan LM35-CZ dengan mikrokontroller
Temperatur
Termocouple (OC)
Vsensor
LM35-CZ
(mVolt)
VuC
(Volt)
TuC
(oC)
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
295
325
340
381
438
452
487
516
546
576
606
1.18
1.32
1.44
1.62
1.76
1.89
2.05
2.17
2.28
2.4
2.53
29.4
32.1
36
39.9
43.8
47.6
51.1
54.3
57
60.1
63.4
B. Grafik Pengamatan LM35-CZ dengan mikrokontroller
mikro
70
60
50
40
30
20
10
0
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
°C
C. Grafik perbandingan LM35-CZ dengan Thermocouple
°C
90
80
70
60
Thermocouple
50
LM35-CZ
40
30
20
10
0
295
325
340
381
438
452
487
516
546
576
606
mV
D. Sensitivitas LM35-CZ
Sensitivitas :
Vsensor lm35−cz
TuC
10.068+10.125+9.444+9.549+10+9.49+9.53+9.503+9.579+9.584+9.558
Sensitivitas rata2 =
11
= 9.675 mV/°C
E. Arus keluaran LM358
Arus yang terukur pada multimetr adalah 48.7 Ua
III KESIMPULAN
-
Output keluaran LM35 langsung berupa tegangan dan nilainya cukup linier terhadap
suhu.
LM 35 memiliki sensitivitas ±10mV/°C dan ketidaklinieran ± 0.25 °C