SENSOR THERMAL

 

PENDETEKSI KEBAKARAN MENGGUNAKAN SENSOR THERMISTOR dan LM324




1. Tujuan
[Kembali]

a. Mampu memahami sensor thermistor NTC
b. Mampu memahami cara kerja rangkaian pendeteksi kebakaran menggunakan Thermistor NTC.
c. Mampu membuat simulasi dari rangkaian pendeteksi kebakaran menggunakan Thermistor NTC.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

a. Alat
1. DC Voltmeter
Voltmeter adalah perangkat elektronik yang berfungsi untuk mengukur tegangan dalam rangkaian listrik. Voltmeter dalam rangkaian dipasang secara paralel pada dua buah titik yang diukur.

2. Power supply


Power supply atau catu daya adalah alat listrik yang menyuplai tenaga listrik ke suatu beban listrik.

b. Bahan
1. Resistor
Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya.

2. Potensiometer
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.

3. Thermistor NTC
Sebagai sensor suhu,dimana arus akan mengalir melewati NTC apabila suhu pada  NTC besar sama dengan 30 derjat celcius. Semakin tinggi suhu pada NTC maka nilai resistansi nya akan semakin kecil dan sebaliknya.

4. Dioda

Sebagai penyearah arus dalam satu arah dan arus itu tidak bisa balik.

5. Relay
Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara 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. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

6. Transistor NPN
Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebu sebagai basis, kolektor, dan emitor.

7. LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.

8. Fan DC (kipas)
Berfungsi sebagai indikator yang menunjukkan adanya arus yang mengalir.  Dimana kipas tersebut nantinya akan berputar(ON)

9. IC LM324
 Berfungsi sebagai detektor.

3. Dasar Teori [Kembali]

Sensor suhu atau temperature sensor adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu.

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).

Resistor merupakan salah satu komponen yang paling sering ditemukan dalam Rangkaian Elektronika. 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. Satuan Hambatan atau Resistansi Resistor adalah OHM (Ω).


Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.



2. 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.

3. Thermistor NTC

Thermistor NTC adalah singkatan dari thermistor negatif temperature coefficient. Sesuai dengan namanya jenis thermistor ini memiliki koefisien temperatur negatif yang artinya jika terjadi peningkatan temperatur (suhu) yang mengenainya maka akan mengakibatkan nilai resistansi thermistor itu menurun. Thermistor NTC umumnya terbuat dari bahan polimer atau keramik, penggunaan bahan yang berbeda pada thermistor NTC akan mengakibatkan respon suhu yang berbeda pula. Pada beberapa aplikasi biasanya thermistor ini cocok digunakan dengan rentang suhu antara -55° C hingga 200° C, namun beberapa thermistor memiliki rentang suhu yang berbeda tergantung pada jenis bahan yang digunakan serta spesifikasi dari proses produksinya.

Karakteristik Thermistor

Thermistor memiliki beberapa karakteristik yaitu sensitivitas, respon waktu, konstruksi dan interval kemampuan thermistor. Penjelasan singkat tentang karakteristik thermistor tersebut adalah sebagai berikut.

a) Sensitivitas

Sensitivitas thermistor merupakan salahsatu karakteristik yang sangat penting sebagai aplikasi dari sensor suhu. Perubahan nilai resistansi thermistor biasanya sekitar 10% dari setiap perubahan suhunya dalam ° C (celcius), namun tidak semuanya sama. Sebagai contoh thermistor dengan nilai resistansi 10k memiliki sensitivitas sebesar 1k untuk setiap 1° C perubahan suhunya. Namun dalam beberapa rangkaian sensitivitas thermistor dapat berbeda.

b) Respon Waktu

Respon waktu dari thermistor tergantung dari kuantitas bahan yang digunakan serta lingkungannya, misalnya seperti thermistor manik-manik berukuran kecil yang terletak dalam wadah (kotak panas yang bagus) responnya setengah detik, sedangkan thermistor yang sama dalam udara responnya 10 detik. Respon waktu dari thermistor itu sendiri dipengaruhi oleh beberapa faktor baik internal maupun eksternal.

c) Konstruksi

Secara kontruksinya thermistor memiliki beberapa bentuk yang dapat dibuat seperti lempengan, manik-manik, dan batangan yang memiliki ukuran bervariasi. Thermistor dapat memiliki beberapa bentuk seperti mulai dari manik-manik dengan diameter 1 milimeter hingga lempengan yang memiliki diameter beberapa sentimeter dan dengan ketebalan beberapa sentimeter.

d) Interval Kemampuan

Interval kemampuan thermistor dalam mendeteksi suhu tergantung pada jenis bahan yang digunakan untuk memproduksi thermistor tersebut. Bahan semikonduktor dapat meleleh atau rusak akibat meningkatnya suhu (temperature) yang terlalu tinggi. Oleh karena itu thermistor terdiri dari berbagai spesifikasi interval kemampuan suhu yang mampu diterimanya. Pada umumnya thermistor dikemas dalam plastik, epoksi atau bahan material lainnya untuk menjaga thermistor jika diletakkan pada suhu melewati batas interval kemampuannya.


4. Dioda

Diode merupakan piranti elektronika yang terbentuk dari suatu penyambung material semikuonduktor tipe-p dan tipe-n. bagian –p (the pside) disebut anoda dan bagian –n disebut katoda.
Disekitar sambungan p-n terdapat daerah deplesi yang menyebabkan electron bebas tidak dapat mengalir bila diode belum dapat tegangan panjar maju (forward biased) yang besarnya melebihi suatu nilai tertentu yang disebut nilai tertentu yang disebut tegangan ambang, tegangan penghalang, atau tegangan diode (VD). Tegangan ini besarnya (secara aproksimasi kedua) adalah sekitar 0,7V (untuk silicon, Si) dan 0,3V (untuk Germanium,Ge). Pada saat dipanjar maju, resistansi diode menjadi kecil (disebut resistansi panjar maju,RF) dan ketika dipanjar mundur (reserve biased) resistansinya menjadi besar (disebut resistansi panjar mundur, RR).

Beberapa tipe diode sengaja dirancang untuk bekerja dalam modus panjar maju (contoh : diode penyearah, LED) sementara beberapa tipe lainnya bekerja dalam modus panjar mundur (contoh : diode zener, fotodioda).

Berikut adalah metode yang digunakan untuk mempelajari rangkaian-rangkaian diode yaitu :
a. Clipper
Rangkaian clipper (pemotong) atau disebut juga rangkain limiter (pembatas) adalah rangkaian diode yang digunakan untuk memotong atau membatasi sebagian bentuk gelombang masukan dan mentransmisikannya pada level diatas atau dibawah level acuan. Level acuan ini bergantung pada nilai tegangan panjar (biased) yang diberikan.

b. Clamper
Rangkaian Clamper adalah rangkaian diode yang berfungsi “menjepit” atau menggeser sinyal pada suatu level tegangan dc tertentu. Rangkaian ini terdiri dari sebuah diode,kapasitor dan elemen resistif. Besar nilai R dan C haruslah dipilih sedemikian sehingga konstanta waktu RC cukup besar untuk menjamin bahwa tegangan pada kapasitor tidak turun secara signifikan selama diode tidak menghantarkan. Ada beberapa tipe clamper positif, clamper negative, dan clamper berpanjar.

c. Pelipat ganda tegangan
Pelipat ganda tegangan (voltage multiplier) adalah rangkaian dengan dua atau lebih diode yang menghasilkan suatu tegangan DC yang besarnya sama dengan tegangan kelipatan tegangan masukan puncak. Catu daya ini digunakan untuk piranti tegangan tinggi DC namun berarus rendah seperti CRT pada TV,Osiloskop dan Komputer.



5. Relay

Relay bisa juga dijabarkan ѕеbаgаі ѕuаtu alat atau komponen elektro-mekanik уаng digunakan untuk mengoperasikan seperangkat kontak saklar, dеngаn memanfaatkan tenaga listrik ѕеbаgаі sumber energinya.

Dеngаn memanfaatkan lilitan atau coil (koil) berintikan besi уаng dialiri arus listrik, tentunya аkаn menghasilkan medan magnet pada ujung inti besi ара bіlа koil dialiri arus listrik.Medan magnet/energi magnet tersebutlah уаng digunakan untuk mengerjakan saklar nantinya.

Saklar уаng digerakkan (secara mekanis) оlеh daya/energi listrik. Jadi secara sederhana dараt disimpulkan bаhwа Relay аdаlаh Komponen Elektronika berupa Saklar Elektronik уаng digerakkan оlеh arus listrik.Adapun Pengertian dari Relay adalah Relay adalah Saklar (Switch) yang cara pengoperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch).

Cara Kerja Relay

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

  1. Normally Close (NC) yaitu kondisi mula sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi CLOSE (tertutup)
  2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi OPEN (terbuka)

sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang memiliki fungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila suatu Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan muncul gaya Elektro-magnet yang lalu menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO).

Posisi dimana Armature tersebut berada pada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Ketika saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan balik lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil. Arti Pole dan Throw pada Relay Karena Relay merupakan salah satu jenis dari Saklar, maka istilah Pole dan Throw yang dipakai dalam Saklar juga berlaku pada Relay. 

6. Transistor


2N2222 adalah transistor pertemuan bipolar (BJT) NPN yang umum digunakan untuk aplikasi penguat atau pengalihan daya rendah tujuan umum. Ini dirancang untuk arus rendah hingga sedang, daya rendah, tegangan menengah, dan dapat beroperasi pada kecepatan cukup tinggi.

Transistor Bipolar adalah Transistor yang struktur dan prinsip kerjanya memerlukan perpindahan muatan pembawanya yaitu electron di kutup negatif untuk mengisi kekurangan electon atau hole di kutub positif.   Bipolar berasal dari kata “bi” yang artinya adalah “dua” dan kata “polar” yang artinya adalah “kutub”. Transistor Bipolar juga sering disebut juga dengan singkatan BJT yang kepanjangannya adalah Bipolar Junction Transistor.

Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.


1. NPN

Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor

2. PNP

Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

Fungsi Transistor:

1. Transistor Sebagai Saklar Elektronik
Dengan mengatur bias dari sebuah transistor sampai transistor jenuh maka didapat hubungan singkat antar kaki konektor dan emitor, dengan memanfaatkan kejadian ini maka transistor bisa digunakan sebagai saklar.

2. Transistor Sebagai Penguat Arus
Digunakan sebagai penguat arus, dengan fungsi ini transistor dapat digunakan sebagai rangkaian power supply tentunya dengan tegangan yang disetting. Untuk dapat digunakan sebagai fungsi penguat arus transistor harus dibias tegangan yang constant pada basisnya, agar pada emitor keluar tegangan yang tetap. Umumnya untuk dapat tegangan basis agar tetap digunakan diode zener.

7. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.


8. Fan DC (kipas)

Fan dan blower banyak digunakan di industri kimia. Fan biasanya digunakan untuk memindahkan sejumlah volume udara atau gas melalui suatu saluran (duct). Selain itu, fan juga digunakan untuk memasok udara dalam proses pengeringan, pemindahan bahan tersuspensi di dalam aliran gas, pembuangan asap, pengondensasian menara, pemasokan udara untuk pembakaran boiler, pembuangan debu, aerasi sampah, pengeringan, pendinginan proses-proses industrial, sistem ventilasi ruangan, dan aplikasi sistem beraliran tinggi dan bertekanan rendah yang lain. Isu-isu yang berkaitan dengan kualitas udara di dalam ruangan dan pengendalian pencemaran menyebabkan sebuah kebutuhan yang kontinyu terhadap fan dan blower yang memiliki kualitas baik, efisien, dan murah.

Pemilihan yang tepat terhadap ukuran dan tipe fan dan blower merupakan hal yang sangat penting dalam kaitannya dengan sistem energi yang efisien. Fan adalah piranti yang menyebabkan aliran suatu fluida gas dengan cara menciptakan sebuah beda tekan melalui pertukaran momentum dari bilah fan ke partikel-partikel fluida gas. Impeller fan mengubah energi mekanik rotasional menjadi baik energi kinetik dan statik dalam fluida gas. Pembagian energi mekanik menjadi energi kinetik dan statik yang diciptakan dan efisien energi bergantung pada jenis bilah fan yang dirancang. Fluida yang dipindahkan oleh fan seringkali adalah udara dan atau asap-asap yang berbau, sedangkan blower dapat memindahkan campuran partikulat dan udara.  


9. IC LM324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier, IC ini mempunyai 4 buah op-amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :




  •  Pin 1,7,8,14 (Output), merupakan sinyal output
  • Ø Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input), semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan)
  • Ø Pin 2,6,9,13 (Inverting input), semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang tidak sama dengan input (berkebalikan)
  • Ø Pin 4 (+Vcc), pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt
  • Ø Pin 11 (-Vcc), pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt

4. Prosedur Percobaan [Kembali]

a. Sediakan alat dan bahan yang akan digunakan
b. Rangkailah komponen-komponen seperti rangkaian di bawah pada aplikasi proteus.
c. Hubungkan semua komponen dan atur nilai masing-masing komponen sesuai kebutuhan
d. Jalankan simulasi rangkaian 

5. Rangkaian Simulasi [Kembali]

a. Rangkaian

b. Prinsip kerja
Arus dari baterai akan mengalir melewati RT1 apabila di sekitar RT1 bersuhu besar sama 30 derjat celcius. Hal, ini akan  mengakibatkan nilai resistansi pada RT1 menjadi rendah sehingga arus mengalir melewati RT1  kemudian mengalir ke D1 dan R1 dimana dari D1 arus akan diteruskan ke R2 dan kemudian akan masuk ke non-inverting pada IC LM324 pada pin 3. Disini IC LM324  berfungsi sebagai detektor. Tegangan yang masuk melewati pin 2 dapat di atur melalui potensiometer (Vref=5 V).

Jika suhu disekitar RT1 rendah  dari 30 derjat celcius (tidak terkena api), maka nilai resistansi pada RT1 tinggi sehingga tegangan yang melewati RT1 dan arus yg mengalir pada pin 3 pun kecil dimana outputnya sebesar -Vcc, dimana tegangan tersebut tidak cukup untuk mengaktifkan transistor. Hal ini menyebabkan tidak ada nya arus yang mengalir dari sumber ke relay, kolektor, emitor dan ke ground yang mengakibatkan relay OFF. Maka kipas dan LED OFF.

Sebaliknya, jika suhu di RT1 besar  sama 30 derjat celcius (terkena api), maka nilai resistansi pada RT1 rendah sehingga tegangan yang melewati RT1 dan arus yg mengalir pada pin 3 pun besar dimana output dari IC LM324 sebesar +Vcc mengakibatkan ada arus yang mengalir ke R3 dan ke basis transistor NPN sehungga transistor pun aktif. Hal ini mengakibatkan adanya arus mengalir dari sumber ke relay, kolektor, emitor dan menuju ground yang menyebabkan relay aktif. Dengan kondisi seperti ini maka kipas dan LED pun akan ON.

6. Video [Kembali]



7. Download File [Kembali]

File Rangkaian download
File Video download
File html download
Datasheet Resistor download
Datasheet Transistor download
Datasheet LED download
Datasheet Relay download
Datasheet Thermitor NTC download
Datasheet diode download
Datasheet Fan DC (kipas) download
Datasheet IC LM324 download

Tidak ada komentar:

Posting Komentar