Thermistor - Laboratorium Fisika Dan Instrumentasi

advertisement
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 LarkHorovitz 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 2000K sampai
7000K. 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.
Download