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 Lark-

Horovitz 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.

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 temperaturàmembuat 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.