3aeb chandra agung yuliar tut07
TRANSCRIPT
TUGAS MATA KULIAH SENSOR
TUTORIAL KE-7
(Disusun untuk memenuhi tugas kuliah semester 6)
Disusun Oleh
Chandra Agung Yuliar 211 341 059
3 AEB
Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika
POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG
2013
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
I. LVDT
Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu
sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan
variabel antara gandengan variable antara kumparan primer dan kumparan
sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-
an. Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas diunakan. Pada
aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor
mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor jarak.
Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah
kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan
tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan
didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-
magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua
kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan
sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang
sama.
• Terdiri dari :
– Inti besi yang bergerak
– Kumparan primer
– Sepasang kumparan sekunder
• Kumparan Primer
– terhubung dengan tegangan AC sebagai tegangan acuan
• Kumparan Sekunder
– Berjumlah 2 buah, terletak di samping kiri dan kanan kumparan
primer saling terhubung secara seri satu sama lain.
POLMAN BANDUNG Page 1
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Cara kerja:
• Inti berada di tengah-tengah maka :
– Flux S1 = S2
– Tegangan induksi E1 = E2
– Enetto = 0
• Inti bergerak ke arah S1 maka :
– Flux S1 > S2
– tegangan induksi E1 > E2,
– Enetto = E1 - E2
• Inti bergerak ke arah S2 maka :
– Flux S1 < S2
– Tegangan induksi E1 < E2
– Enetto = E2 – E1
POLMAN BANDUNG Page 2
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
• Karakteristik Magnitudo Tegangan AC
– Max S1, Linear menurun
– Di tengah-tengah, titik balik kurva
– Max S2, Linear meningkat
– Karakteristik Sudut Fase output
– Sudut fase akan berubah 180 derajat tepat ketika inti berubah posisi
di tengah-tengah S1 dan S2
• Karakteristik keluaran tegangan DC
– Max S1, linear meningkat bernilai negatif
– Di tengah-tengah, bernilai 0 volt
– Max S2, linear meningkat bernilai positif
POLMAN BANDUNG Page 3
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Cara Kerja
- Memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan
sekunder
- Dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan
sekunder menerima fluks yang sama
- Dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya
turun
- Tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan perubahan posisi inti
magnetic
POLMAN BANDUNG Page 4
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
- hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan
Skema LVDT
Gambar LVDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi LVDT, (b) Rangakaian
listrik, (c) rangkaia uji LVDT, (d) Karakteristik LVDT
POLMAN BANDUNG Page 5
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
- Rangkaian detektor sensitif fasa pembaca perpindahan dengan LVDT
Gambar Rangkain uji elektronik LVDT
Sumber :
http://0ne-science.blogspot.com/2011/05/lvdtlinier-variable-differential.html
http://elektronika-dasar.web.id/search/teori-prinsip-kerja-lvdt
aguseb32.files.wordpress.com/2010
POLMAN BANDUNG Page 6
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
II. 4 Binary Coded Encoder
Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dsb.
Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.
Gambar . Blok penyusun rotary encoder
Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 2) yang digunakan umumnya memiliki output yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan ketika diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan dimasukkan ke low-pass filter dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai umumnya ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut berputar, dinyatakan dengan:
(1)
POLMAN BANDUNG Page 7
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Dimana fc adalah frekuensi cut-off filter, sw adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada piringan.
Gambar. Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder
Terdapat dua jenis rotary encoder yang digunakan, Absolute rotary encoder dan incremental rotary encoder. Masing-masing rotary encoder ini akan dipaparkan pada bagian berikutnya.
ABSOLUTE ROTARY ENCODER
Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin.
POLMAN BANDUNG Page 8
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Gambar . Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoder
Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.
Gambar . Contoh piringan dengan 10 cincin dan 10 LED – photo-transistor untuk membentuk sistem biner 10 bit.
Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4 buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute encoder tipe gray code dan tipe binary code.
Gambar . Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe gray code
Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu. Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit. Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi
POLMAN BANDUNG Page 9
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
dari poros yang kita ukur dapat kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.
Gambar . Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe binary code
Tabel 1. Output biner dan posisi yang bersesuaian pada absolute encoder 4-bit
Sumber : http://konversi.wordpress.com/2009/06/12/sekilas-rotary-encoder/
POLMAN BANDUNG Page 10
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
III. Sensor Proximity Inductive
Sensor kedekatan induktif adalah alat yg merasakan keberadaan suatu objek
logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat maka aka nada arus
listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Suatu pemakaian diperlihatkan pada
gambar 4-3 (c).Sensor kedekatan ( A' dan B' ) mendeteksi target A dan B yg
bergerak pada arah yg diperlihatkan oleh anak panah. Ketika A mencapai A'
mesin berbalik arah putarnya, mesin berbalik lagi ketika B mencapai B'. Pada
prinsipnya sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan
output elektronis (gambar 4-3).
Gambar 4.3. Sensor kedekatan induktif
Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk gelombang ac
dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan, osilator bekerja
membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak ada bahan
konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk pada medan
frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan
mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg menyebabkan lebih
kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan perubahan beban
spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan menghidupkan atau
mematikan output elektronik. Apabila objek logam meninggakan wilayah sensor,
osilator membangkitkan lagi, membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.
POLMAN BANDUNG Page 11
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Cara kerja
Jika tegangan diberikan, osilator membangkitkan medan magnet frekuensi tinggi.
Jika penghantar didekatkan ke permukaan sensor ini, maka osilator dilemahkan.
Perubahan pada osilator ini dideteksi oleh detektor kemudian menghasilkan sinyal
output.
Table 1. Sensitivity when different metals are present.
Sn = operating distance.
Fe37 (Iron) 1 x Sn
Stainless steel 0.9 x Sn
Brass - Bronze 0.5 x Sn
Aluminum 0.4 x Sn
Copper x Sn
Sumber : kk.mercubuana.ac.id/files/92059-5-787466124855.doc
POLMAN BANDUNG Page 12
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
IV. Sensor Proximity Kapasitif
Sensor Kedekatan kapasitif adalah alat yang merasakan keberadaan benda yang
konduktif maupun non-konduktif. Kerja sensor ini didasarkan pada prinsip
osilator. Kumparan sisi aktif sensor kapasitif dibentuk oleh dua elektroda logam
(agak mirip dengan kapasitor terbuka). Lihat gambar 4-4.
Gambar 4-4. Sensor kedekatan kapasitif
Elektroda-elektroda ditempatkan pada loop umpan balik dari osilator frekwensi
tinggi yang tidak aktif dengan ”tanpa target”. Pada saat target mencapai sisi
sensor, target memasuki medan elektrostatis yang dibentuk oleh elektroda-
elektroda. Ini menyebabkan kenaikkan kapasitansi perangkaian, dan rangkaian
mulai berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang
membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output elektronis.
Pemakaian tipikal diperlihatkan pada gambar 4-4.b cairan yang mengisi botol
gelas atau plastic dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor proximity
kapasitif. Sensor kedua mendeteksi pengisian, jika sudah mencapai level tertentu
maka pengisian selesai.
Cara kerja
Proximity kapasitif mengukur perubahan kapasitansi medan listrik sebuah
kapasitor yang disebabkan oleh objek yang mendekatinya. Proximity kapasitif
bisa mendeteksi baik benda logam maupun non logam.
POLMAN BANDUNG Page 13
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Table 1. Sensitivity when different materials are present. Sn
= operating distance.
Metal ~ 1 x Sn
Water ~ 1 x Sn
Plastic ~ 0.5 x Sn
Glass ~ 0.5 x Sn
Wood ~ 0.4 x Sn
POLMAN BANDUNG Page 14
TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7
Sumber : kk.mercubuana.ac.id/files/92059-5-787466124855.doc
POLMAN BANDUNG Page 15