mahayu prameswari iskandar 08221015 jurusan teknik

Design and Construct of Temperature Instrument Using Thermocouple

Laporan Ini Disusun Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi

Di Jurusan Teknik Konversi Energi

Oleh :

Mahayu Prameswari Iskandar

08221015

JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2012

RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR

MENGGUNAKAN TERMOKOPEL

i

ii

“Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah hendaknya kamu berharap.”

“QS. Al Insyirah : 5-8”

Pendidikan mempunyai akar yang pahit, tetapi buahnya manis.

Aristoteles

Standar terbaik untuk mengukur keberhasilan Anda dalam kehidupan adalah dengan menghitung jumlah orang yang telah Anda buat bahagia.

Robert J. Lumsden

Tugas kita bukanlah untuk berhasil. Tugas kita adalah untuk mencoba, karena di dalam mencoba itulah kita menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil.

Mario Teguh

Tugas Akhir ini kupersembahkan untuk

kedua Orang Tuaku tercinta

yang telah berjuang untukku

iii

DATA DIRI PENULIS

Nama : Mahayu Prameswari Iskandar

NIM : 08221015

Jurusan : Teknik Konversi Energi

Tempat, tanggal lahir : Surakarta, 17 Mei 1991

Alamat : Bukit Pamulang Indah blok E 17 no. 7 Pamulang

Tangerang Selatan 15417

Email : maha_myself@yahoo.com

RIWAYAT PENDIDIKAN

1. Politeknik Negeri Bandung Jurusan Teknik Konversi Energi 2008 – 2012

2. SMA Negeri 1 Pamulang : 2006 – 2008

3. SMP Negeri 1 Pamulang 2003 – 2006

4. SDN Pamulang Indah 1997 – 2003

iv

UCAPAN TERIMA KASIH

Alhamdulillah, puji syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tepat pada waktunya dengan judul “RANCANG BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMOKOPEL”.

. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan pada program Diploma D III program studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung. Dalam segi penulisan penulis menyadari masih banyak kekurangan. Oleh karena itu dengan hati yang terbuka, penulis berkenan untuk menerima segala kritik dan saran yang membangun.

Terselesaikannya Tugas Akhir ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, baik moril maupun materil. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua orang tua tercinta, Ibu Maharani dan Bapak Iskandar terima kasih atas doa, dukungan serta perjuangannya.

2. Bapak Wahyu Budi Mursanto, M.Eng , sebagai pembimbing.

3. Bapak Aceng Daud, M.Eng, sebagai ketua Jurusan Teknik Konversi Energi

4. Ibu Sri Wuryanti, MT, sebagai ketua Program Studi Teknik Konversi Energi.

5. Bapak Teguh Sasono, MT sebagai Koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Konversi Energi POLBAN

6. Dosen- Program Studi Teknik Konversi Energi POLBAN dan seluruh teknisi lab Teknik Konversi Energi, terutama lab atas yang sangat membantu dalam pengerjan tugas akhir ini.

7. Dhea, Rian dan Dirman sebagai partner tugas akhir yang telah banyak membantu.

8. My beloved brother and litlle sister, Tio and Ghina.

9. Keluarga besar Alm. Eyang Bambang Murtioso, terima kasih atas segala dukungannya baik moril maupun materil.

v

10. Keluarga besar Alm. Eyang Slamet Diposeputro.

11. My dearest housmate at Rice Shop, Teh Ika, Teh Tika, Teh Meri, Teh Tami, Shintia, Kiki, Tita, Abel and Nurul, yang selalu setia mendampingiku saat suka maupun duka.

12. Teman-teman dari BENYC yang selalu mendukungku.

13. Rekan-rekan Energi 2008 dan 2009 yang telah banyak membantu.

14. Himpunan Mahasiswa Teknik Energi yang telah membentukku menjadi pribadi yang lebih menghargai hidup.

15. Rekan-rekan BEMA kabinet optimis yang telah memberikan banyak pengalaman yang luar biasa.

16. Rekan-rekan di Eltras Radio, susah senang kita bersama.

17. Semua pihak yang telah membantu dalam Tugas Akhir ini, namun tidak dapat disebutkan satu persatu.

Akhir kata, penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat dan dapat dikembangkan menjadi sesuatu yang lebih berguna bagi kita semua. Semoga Allah SWT selalu melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada kita. Amin.

Bandung, Juli 2012

Mahayu Prameswari Iskandar

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada pemilik semesta dimana segala urusan berada dalam kekuasaan-Nya.

Atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini yang berjudul “RANCANG

BANGUN ALAT UKUR TEMPERATUR MENGGUNAKAN TERMOKOPEL DENGAN

KONVERTER V TO I DAN I TO V FLOATING LOAD”.

Laporan tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan

pendidikan Diploma III program studi Teknik Konversi Energi di Jurusan Teknik Konversi

Energi Politeknik Negeri Bandung. Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini terdapat

banyak kekurangan sehingga masih jauh dari yang diharapkan. Hal tersebut karena

keterbatasan yang dimiliki penulis baik dari keterbatasan waktu maupun keterbatasan

pengetahuan. Karena itu penulis mengharapkan kerendahan hati apabila terdapat kekeliruan di

dalam penyusunan laporan ini sehingga perbaikan berupa saran dan kritik akan menjadi

sebuah masukan yang berharga untuk menyempurnakan karya tulis ini.

Semoga penulisan laporan ini dapat membawa manfaat dalam menambah wawasan dan

keterampilan dalam merancang tranduser temperatur yang menggunakan sensor termokopel

khususnya bagi penulis dan umumnya bagi mereka yang membutuhkan referensi dibidang

tersebut. Selain itu, laporan ini diharapkan dapat menambah dan melengkapi perbendaharaan

karya tulis yang bermanfaat bagi pembaca.

Bandung, Juli 2012

Penulis

vii

ABSTRAK

Alat ukur temperatur ini dibuat dengan menggunakan sensor termokopel. Alat ukur temperatur ini memiliki batas pengukuran dari 0°C hingga 100°C. Alat ukur ini membutuhkan sebuah rangkaian kompensator. Tegangan keluaran dari sensor masuk ke rangkaian pengkondisi sinyal span and zero agar tegangan menjadi 1 V – 5 V Tegangan yang keluar dari pengkondisi sinyal kemudian diubah ke dalam arus dengan menggunakan konverter tegangan ke arus. Arus yang keluar dari konverter tegangan ke arus kemudian diubah kembali menjadi sinyal berupa tegangan dengan menggunakan konverter arus ke tegangan. Tujuan dari pembuatan alat ukur ini yaitu sebagai modul untuk praktikum teknik pengukuran. Sensor termokopel yang digunakan pada range pengukuran 0°C hingga 96,4°C. Tegangan keluaran dari rangkaian sensor sebesar 0 Volt hingga 9,56 Volt pada pengukuran 0°C hingga 96,4°C. Tegangan keluaran rangkaian zero and span sebesar 1 Volt pada saat 0°C dan 5,04 Volt pada saat 96,4°C. Arus keluaran rangkaian konverter tegangan ke arus sebesar 4mA pada saat 1V dan 20mA pada saat 5,04 V. Tegangan keluaran rangkaian konverter arus ke tegangan sebesar 0 Volt pada saat 4mA dan 9,89 Volt pada saat 20mA.

viii

ABSTRACT

Temperature instrument is made using a thermocouple.Temperature instrument has a measurement limit of 0 ° C to 100 ° C. This instrument requires a series compensators. The output voltage of the sensor signal conditioning circuit into the span and zero voltage to 1 V - 5 V voltage coming out of the signal conditioner can be converted into a current using a voltage to current converter. Flow out of the voltage-to-current converter can be converted back into a voltage signal using a current to voltage converter. Purpose of making this converter is a module for practical measurement techniques. Thermocouple sensor used in the measurement range of 0 ° C to 96,4 ° C. The output voltage of the sensor circuit for the 0 Volt to Volt 9,56 on the measurement of 0 ° C to 96,4 ° C. The output voltage zero and span of 1 Volt at 0 ° C and 5,04 Volt at 96,4 ° C. Output current to voltage converter circuit current of 4mA and 20mA at 1 V at 5,04 V. Output voltage to current converter circuit voltage of 0 volts at 4 mA and 9,89 Volt at 20 mA.

ix

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ........................................................................................................ i LEMBAR PERSEMBAHAN .................................................................................................... ii DATA DIRI PENULIS ............................................................................................................ iii UCAPAN TERIMA KASIH .................................................................................................... iv KATA PENGANTAR .............................................................................................................. vi ABSTRAK............................................................................................................................... vii DAFTAR ISI ............................................................................................................................ ix DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................ xi DAFTAR TABEL ................................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................................. 1 1.2 Tujuan .......................................................................................................................... 2

1.2.1 Tujuan Umum ...................................................................................................... 2 1.2.2 Tujuan Khusus Tujuan ......................................................................................... 2

1.3 Rumusan Masalah ....................................................................................................... 2 1.4 Batasan Masalah .......................................................................................................... 2 1.5 Metodologi .................................................................................................................. 3 1.6 Sistematika Penulisan Laporan .................................................................................... 3

BAB II LANDASAN TEORI 2.1Instrumentasi Pengukuran ............................................................................................ 5

2.1.1Kesalahan dalam Pengukuran ............................................................................... 5 2.2 Sensor / Tranduser ....................................................................................................... 8

2.2.1 Termokopel. ....................................................................................................... 10 2.2.2 Sensor suhu LM 335 ........................................................................................... 14

2.3 Penguat Operasional (Op Amp) ................................................................................. 16 2.3.1 Inverting Amplifier ............................................................................................ 16 2.3.2 Non InvertingAmplifier. .................................................................................... 17 2.3.3 Adder/Penjumlah ............................................................................................... 17

2.4 Span and Zero ............................................................................................................ 18 2.5 Catu Daya .................................................................................................................. 19 2.6 Konverter Tegangan ke Arus ..................................................................................... 19 2.6 Konverter Arus ke Tegangan ..................................................................................... 21

x

BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1Pengertian Perancangan .............................................................................................. 23 3.2 Tujuan Perancangan .................................................................................................. 23 3.3 Perancangan Alat ........................................................................................................ 23

3.3.1 Spesifikasi Alat .................................................................................................. 25 3.3.2 Pemilihan Komponen. ....................................................................................... 25

3.4 Realisasi Alat ............................................................................................................. 25 3.4.1 Rangkaian Kompensator LM 335 ...................................................................... 26 3.4.2 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel ...................................................... 27 3.4.3 Rangkaian Span and Zero .................................................................................. 28 3.4.4 Rangkaian Konverter Tegangan ke Arus ............................................................ 29 3.4.5 Rangkaian Konverter Arus ke Tegangan ............................................................ 31 3.4.6 Rangkaian Power Supply ................................................................................... 33

BAB VI PENGUJIAN, DATA DAN ANALISA 4.1 Pengujian ................................................................................................................... 34

4.1.1 Pengujian Per Blok ............................................................................................ 34 4.1.2 Pengujian Sistem Keseluruhan .......................................................................... 38

4.2 Data dan Analisa......................................................................................................... 38 4.2.1 Rangkaian Kompensator LM 335 ...................................................................... 38 4.2.3 Rangkaian Span Zero ......................................................................................... 43 4.2.4 Konverter V to I ................................................................................................. 45 4.2.5Konverter I to V .................................................................................................. 47

BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan .................................................................................................................... 49 5.2 Saran .......................................................................................................................... 50

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Blok Komponen 5 Gambar 2.2 Pembacaan Instrumen Ukur 8 Gambar 2.3 Arah Gerak Elektron Jika Logam Dipanaskan 11 Gambar 2.4 Beda Potensial pada Termokopel 12 Gambar 2.5 Hubungan Termokopel 12 Gambar 2.6 Karakteristik Termokopel 13 Gambar 2.7 Sensor Suhu LM 335 14 Gambar 2.8 Grafik Akurasi LM 335 terhadap Suhu 16 Gambar 2.9 Rangkaian Inverting Amplifier 17 Gambar 2.10 Rangkaian non-inverting Amplifier 17 Gambar 2.11 Rangkaian Penjumlah dengan Hasil Negatif 18 Gambar 2.12 Inverting Summer 18 Gambar 2.13 Kurva Alih Rangkaian span and zero converter 19 Gambar 2.14 Rangkaian Konverter Teganan ke Arus 20 Gambar 2.15 Rangkaian Konverter Arus ke Teganan 21 Gambar 3.1 Blok Diagram Perancangan Alat 24 Gambar 3.2 Blok Perancangan Alat 24 Gambar 3.3 Rangkaian Kompensator LM 335 26 Gambar 3.4 Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel 27 Gambar 3.5 Rangkaian Span Zero 29 Gambar 3.6 Rangkaian V to I 29 Gambar 3.7 Rangkaian I to V 31 Gambar 3.8 Rangkaian Power Supply 33 Gambar 4.1 Pengujian Rangkaian Sensor LM 335 35 Gambar 4.2 Pengujian Pengkondisi Sinyal Termokopel 35 Gambar 4.3 Pengujian Rangkaian Span and Zero 36 Gambar 4.4 Pengujian Rangkaian Konverter V to I 37 Gambar 4.5 Pengujian Rangkaian Konverter I to V 37 Gambar 4.6 Pengujian Sistem Keseluruhan 38 Gambar 4.7 Grafik Karakteristik Kompensator LM 335 39 Gambar 4.8 Grafik Karakteristik Pengkondisi Sinyal Termokopel 41 Gambar 4.9 Grafik Karakteristik Termokopel 42 Gambar 4.10 Grafik V Sensor Terhadap V Span Zero 44 Gambar 4.11 Grafik Karakteristik Konverter Tegangan ke Arus 46 Gambar 4.12 Grafik Karakteristik Konverter Arus ke Tegangan 48

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Perbandingan Sensor Suhu 8 Tabel 2.2 Sifat dari Beberapa Termokopel pada Suhu 25 ºC 13 Tabel 4.1 Data Pengujian Rangkaian Kompensator LM 335 38 Tabel 4.2 Data Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel (250 kali) 40 Tabel 4.3 Data Pengujian Rangkaian Pengkondisi Sinyal Termokopel (9,78 kali) 40 Tabel 4.4 Data Pengujian Span and Zero 43 Tabel 4.5 Data Pengujian Rangkaian Konverter V to I 45 Tabel 4.6 Data Pengujian Rangkaian Konverter I to V 47 ,

xiii

DAFTAR PUSTAKA

Amirulloh, Irvan. 2007. Tugas Akhir : Rancang Bangun Sistem Pengaturan On-Off untuk

Aplikasi Kontrol Suhu, Teknik Koversi Energi, Politeknik Negeri Bandung, Bandung.

Areny, Ramon Pallas. dan John G. Webster. 1991.Sensors And Signal Conditioning. Amerika

Serikat: John Wiley & Sons, Inc.

Coughlin, Robert F. Dan Frederick F. Driscoll. 1994. Penguat Operasional Dan Rangkaian

Terpadu Linear, Jakarta: Erlangga.

Mardiyanto, Ignatius R.,dkk. 2009. Instrumentasi dan Pengukuran. Bandung : Polban.

Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) “Pengenalan Instrumentasi”

http://www.scribd.com/doc/59351003/Pengenalan-Instrumentasi

Scribd (Diakses tanggal 4 Januari 2012) “Alat Ukur Temperatur”

http://www.scribd.com/doc/56123524/22/Alat-Ukur-Temperatur

Datasheet (Diakses tanggal 2 Februari 2012) “Datasheet LM 335”

http://www.datasheetcatalog.com/lm335

Datasheet (Diakses tanggal 5 Maret 2012) “Datasheet