Design Sinyal Kondisioning untuk PT 100

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Tuesday, 23 April 2013 Published Date Written by Syaiful karim, MT

 Design Sinyal Kondisioning untuk PT 100 

Oleh : Drs. Syaiful Karim, MT

(Widyaiswara Departemen. Elektro - PPPPTK BOE Malang)
 
 

Sensor suhu pengunaannya sangat banyak sekali disegala Industri, mulai industry makanan, minuman, obat obatan, oil dan gas, textile, pengecoran baja dll.

PT 100 adalah sensor suhu dari besaran temperature diubah menjadi resistasi, karena alat yang akan membaca hanya bisa mengenal berupa tegangan, maka harus dibuat sebuah rangkaian perantara.

Sebetulnya banyak rangkaian perantara yang sederhana misalnya dengan jembatan westone, tetapirangkaian yang di artikel ini mempunyai keunggulan dari kestabilan output tegangannya. Walaupun sumber tegangan naik turun hasil outputnya stabil. Sehingga jika dibaca oleh Mikrokontroller maupun PLC hasilnya stabil.

1.    Gambar bentuk PT 100 dan Karakteristik

 

 

2.    Pengantar Pengukuran Temperatur

Keuntungan dari termokopel elemen PT100 adalah :

·            Tahan terhadap gangguan sinyal listrik dari luar

§             Mempunyai karakteristik yang linier

§            Mempunyai umur yang panjang

Kekurangan:
   suhu maksimum hingga 800 ° C

3.    Harapan dari design

Suhu cairan ke PT100 Sensor suhu dicatat. sinyal keluaran diukur elektronik menjadi 0-5 V Tegangan sinyal akan dikonversi bila akan diumpankan ke Mikrokontroller, jika tidak ada ADC maka dirubah dulu dengan cara konversi  8-bit analog-digital yaitu dari 0 sampai 255.

  4.    Nilai resistansi dengan mengubah menjadi tegangan Keluaran:

Untuk perubahan temperatur terhadap sensor akan berpengaruh terhadap tegangan keluaran. Besarnya tegangan ini sebanding dengan nilai resistansi. Untuk Pengukuran yang dipilih saat ini tidak boleh melebihi 5 mA.

Perangkat LM317 memiliki internal Tegangan referensi 1,25 V. Kaki kiri dari rangkaian yang ditunjukkan mengontrol LM317 arus melalui R1 sehingga 1,25 V jatuh pada dirinya. Jika arus yang mengalir dibatasi sebesar 1 mA, hambatan R1 memiliki nilai 1,25 KOhm. Dalam praktik, itu di sini menggunakan trimpot.Rangkaian ini memiliki Perubahan resistansi di PT100 Pemanasan tidak mempengaruhi Pengukuran arus. Dengan peningkatan suhu di sensor, meningkatkan resistensi, dan arus konstan serta Tegangan drop akan naik.

Contoh:

Bila sensor yang dipanasi dengan kisaran suhu 0-255 ° C. Sensor perubahan yang ada pada PT100 nilai hambatannya 100 ohm sampai 195.906 ohm. Sinyal yang diukur berubah pada pengukuran arus konstan (1 mA) dari 100 mV untuk 195.906 mV

  5.    Pengaturan Impedansi

Untuk rangkaian berikut tidak menguatkan sinyal input artinya penguatan hanya 1, tetapi akan menaikkan impedansi pada tegangan keluarannya.

   6.    Penyesuaian offset:

Sinyal yang diukur memiliki mulai batas (0oC) tegangan yang dihasilkan sebesar 100 mV. Denganrangkaian offset ini harus dihilangkan 100 mV menjadi 0 mV.

Cara kerjanya:

Melalui pembagi tegangan 49K / 1K dari tegangan stabil dari 5 Vtegangan sumber untuk mendaptakan drop tegangan sebesar 100 mV. Sinyal tegangan ini juga ditingkatkan impedansinya dengan menggunakan rangkaian OpAmp1 dengan penguatan satu kali seperti diatas.

 

 Sedangkan rangkaian untuk OpAmp2 merupakan rangkaian pengurang. Jika semua empat resistor dengan  ukuran yang sama 10 k, maka: 

Pada jarak antara 0° C sampai 255° C, sinyal input antara 100 mV sampai195.906 mV dan dihitung dengan mengurangi dari 100 mV, maka pada sinyal output berubah dari 0 V s.d 95.906 mV

 7.    Penguatan:

Untul meningkatkan sinyal keluaran sampai 5 V, maka digunakan Non inverting Amplifier. Disini, juga, dalam praktiknya resistor R3 untukdirancang dengan trimpot.

 

 

  8.    Penindas dari AD konverter:

AD konverter dengan rentang tegangan masukan 0-5 V DC. Pada tegangan lebih dari 5,7 V atau di bawah - 0.7 V, Maka diperlukan Dioda 1 untuk mengurangi tegangan positif 5,7 V menjadi 5 V. Sedangan Dioda 2 bertugas untuk mengurangi tegangan negative -0,7 V. Sehingga tegangan keluran yang rentangnya 0 V sampai5 V siap diumpankan ke Mikrokontroller.

 

   9. Rangkaian Lengkap

 10. Contoh perhitungan:

Kita asumsikan sebuah sensor pada suhu 100 ° C., menurut sebuah tabel nilai 138,506 ohms. Pada pengukuran arus 1 mA drop tegangan 138,506 mV. Rangkaian offset mengurangi dari sinyal 100 mV. Oleh karena itu masih ada sisa 38,506 V.

Dirangkaian penguat berikut memiliki faktor penguatan dari:

V = Ua / Ue = 52,134

Dengan demikian, sinyal yang diukur meningkat sebagai berikut:

 38,506 * 52,134 = 2,007 mV

Mengharapkan akan hasil sebagai berikut:

100 ° C / 255 ° C * 5 V = 1,961 V

Kesalahan ini sekitar 2% timbul akibat dari PT100 non-linear

Referensi:

- Konstruktion eines PT100 - Meßverstärker - Hobbielektronika.hu  (www.hobbielektronika.hu/.../getfile.php?id)

- Datenblatt LM324

- Datenblatt LM317 ; National Semiconductor

- Friedrich Tabellenbuch S. 7-34

- PT100 Widerstandstabelle ;Fa. JUMO