Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

(1)

GAMBAR RANGKAIAN LENGKAP PENGKONDISI SINYAL

10 F

10 pF

1500 1500pF

pF 20

µ 10

µ 1. 0 01.µF

(2)

DAFTAR PUSTAKA

Clayton, George dan Winder Steve. 2005.Operational Amplifier.Edisi V. Jakarta : Erlangga.

H.S, Black. 1934.Stabilized Feedback Amplifiers. Vol.13. New York : BSTJ. Mancini, Ron. 2002.OP AMPS FOR EVERY ONE.Texas : Texas Instruments

Incorporated.

Nyce, David S.2004. LINEAR POSITION SENSORS Theory and Application.New Jersey : Wiley Interscience.

Petruzella, Frank D. 2001.Elektronik IndustriI,Edisi II. Yogyakarta : Andi.

W. Decker, P. Kostka. 1989.Magnetic Sensors. Vol.5. New York : R.Boll Overshoot. http://admdbsrv.ligo.caltech.edu/dcc/. Diakses 4 april 2013.

http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-tekanan-denganlvdt/ Diakses 4 April 2013.

http://pustaka.ristek.go.id/sciencedirect2/science/article/pii/S0168900202008021 Diakses 20 Maret 2013.

http://pustaka.ristek.go.id/sciencedirect2/science/article/pii/S0304885300002808 Diakses 20 Maret 2013.

http://pustaka.ristek.go.id/sciencedirect2/science/article/pii/S0924424707007376#gr4 Diakses 20 Maret 2013.

http://www.macrosensors.com/lvdt_tutorial.html Diakses 6 April 2013. http://www.meas-spec.com/application-notes.aspx Diakses 6 April 2013. http://www.meas-spec.com/technical paper.aspx Diakses 6 April 2013. http://www.ni.com/white-paper/4084/en Diakses 25 April 2013.

(3)

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Rancangan sistem terdiri dari sistem perangkat keras (Hardware)yang terdiri dari rangkaian Signal Conditioning, Signal Generator, Osiloskop. Secara garis besar skematik perancangan sistem pengkondisi sinyal sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer)ditunjukkan pada Gambar 3.1 di bawah ini:

Gambar 3.1 Blok diagram pengkondisi sinyal LVDT

Pada gambar 3.1 Power supply digunakan sebagai sumber tegangan, tegangan masukannya +8 volt dan -8 volt. Tegangan dari power supply masuk ke rangkaian osilator dan rangkaian demodulator. Sinyal posisi input dipicu oleh rangkaian osilator kemudian ditransmisikan ke primer LVDT yang menjadi

(4)

tegangan input untuk sensor LVDT dan tegangan dari sekunder harus didemodulasikan untuk menghasilkan tegangan DC. Tegangan DC difilter dan dikuatkan sebelum dihubungkan ke perangkat aplikasi. Untuk melihat outputnya ditampilkan ke osiloskop. Sedangkan bentuk Set Up pengkondisi sinyal di tunjukkan pada Gambar 3.2 berikut ini:

Gambar 3.2 Set Up pengkondisi sinyal.

3.1 Perancangan Hardware

3.1.1 Pembuatan Rangkaian Power Supply Adaptor ( PSA)

Rangkaian ini berfungsi sebagai sumber tegangan bagi seluruh rangkaian. Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) yang dibuat terdiri dari dua keluaran, yaitu 8 volt dan keluaran -8 volt yang digunakan untuk mensupplay tegangan ke rangkaian pengkondisi sinyal dan sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential

(5)

F µ 2 2 0 0 F µ 4 7 0

0 F_µ

1 0 F µ 1 0

Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA)

Trafo yang digunakan adalah Trafo step down CT 5A yang berfungsi untuk menurunkan tegangan dari 220 volt AC menjadi 12 volt AC. Kemudian 12 volt AC akan disearahkan dengan menggunakan dua buah dioda menjadi 12 volt DC. Tegangan ini kemudian difilter oleh kapasitor 2200 μF dan 4700μF. Selain sebagai penyearah dioda juga berfungsi untuk menahan arus yang ada pada regulator agar tidak balik jika terjadi penarikan arus sesaat dari tegangan 12 volt. Regulator tegangan LM7908 digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran tetap sebesar -8 volt. Sedangkan Regulator tegangan LM7808 digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran tetap sebesar 8 volt. Walaupun terjadi perubahan tegangan masukan pada kedua regulator diatas tegangan keluaran tetap terjaga pada -8 volt atau 8 volt. Tegangan 12 volt DC langsung diambil dari keluaran 2 buah dioda penyearah.

3.1.2 Rangkaian Integrator

Ada dua rangkaian integrator pada desain ini. Rangkaian ini berfungsi untuk mengatur frekuensi pada rangkaian pengkondisi sinyal. Rangkaian integrator ditunjukkan pada Gambar 3.4 dan Gambar 3.5.

(6)

Gambar 3.4 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 1, 2, dan 3

Gambar 3.5 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 12, 13 dan 14 Analisa rangkaian dapat dideskripskan pada persamaan dibawah. Prinsipnya sama dengan menganalisa rangkaian op-amp inverting. Dengan menggunakan 2 aturan op-amp (golden rule) maka pada titik inverting akan didapat hubungan matematis :



V V



Iin  in   / =Vin/R, dimanaV=0 ; (aturan1) (3.1)



V V



dt C d

I_out  . _out  _ /  dV_out /dt,V_=0 (3.2)

out

in I

I  ; (aturan 1) (3.3)

Maka jika disubstitusi , akan diperoleh persamaan :

out

in I

I  =Vin /R=C.dVout /dt (3.4)

       

_

1 0 / 1 t t in

out RC V dt

V (3.5)

 

w wRC

G 1/ (3.6)

sementara besarnya frekuensi cut off didapat dari:

1 2

2 /(

1 R C

(7)

Rangkain integrator ini merupakan dasar dari low pass filter. Terlihat dari rumus tersebut secara matematis, penguatan akan semakin kecil (meredam) jika frekuensi sinyal input semakin besar. Pada prakteknya, rangkaian feedback integrator harus diparalel dengan sebuah resistor dengan nilai misalnya 10 kali nilai R atau satu besaran tertentu yang diinginkan. Ketika inputnya berupa sinyal dc (frekuensi = 0), kapasitor akan berupa saklar terbuka. Jika tanpa resistor feedback seketika itu juga outputnya akan saturasi sebab rangkaian umpanbalik op-amp menjadi open loop (penguatan open loop opamp ideal tidak berhingga atau sangat besar). Nilai resistor feedback sebesar 10R akan selalu menjamin output offset voltage (offset tegangan keluaran) sebesar 10x sampai pada suatu frekuensi cutoff tertentu.

3.1.3 Rangkaian Filter Aktif

Rangkaian ini berfungsi untuk menyaring atau membatasi pita frekuensi bias yang melewatinya. Rangkaian ini merupakan rangkain filter aktif karena menggunakan Op Amp. Rangkaian Filter aktif ditunjukkan pada Gambar 3.6 berikut ini:

pF

20 V

out

V

Gambar 3.6 Rangkaian Filter Aktif

Penguatan tegangan untuk frekuensi lebih rendah dari frekuensi cut off adalah:

1 2 /R R

(8)

3.1.4 Rangkaian Osilator

Osilator yaitu suatu rangkaian elektronika yang dapat membangkitkan getaran listrik dengan frekuensi tertentu dan amplitudonya tetap. Dasar dari sebuah osilator yaitu sebuah rangkaian penguat dengan sistem feedback, yaitu sebagian sinyal keluaran yang dikembalikan lagi ke masukan dengan phase dan tegangan yang sama sehingga terjadi osilasi yang terus menerus. Rangkaian osilator ditunjukkan pada Gambar 3.7 berikut ini:

Gambar 3.7 Rangkaian Osilator 3.1.5 Rangkaian Inverting

Dalam desain rangkaian ini digunakan dua rangkaian inverting yaitu rangkain inverting untuk LVDT primer dan rangkaian inverting untuk LVDT sekunder. Rangkaian dasar penguat inverting adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 dibawah ini. Pada Gambar 3.8 dan Gambar 3.9 sinyal masukannya dibuat melalui input inverting. Pada Gambar 3.8 umpanbalik negatif dibentuk melalui resistor R2 yakni 63K. sedangkan pada Gambar 3.9 umpan balik negatif dibentuk melalui resistor 68K.

(9)

Gambar 3.8 Rangkaian Inverting untuk LVDT Primer

Gambar 3.9 Rangkaian Inverting untuk LVDT Sekunder

Pada rangkaian inverting untuk LVDT sekunder ini memakai transistor 10 Kohm sebagai tegangan offset untuk keluaran DC.

3.1.6 Rangkaian Penguat Power

Rangkaian penguat power pada Gambar 3.10 ini merupakan push-pull amplifier kelas AB. Power Amplifier kelas AB ini dibuat bertujuan untuk membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distorsi) dari penguat kelas A dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang lebih baik seperti pada amplifier kelas B. Pada Kelas AB distorsi rendah dapat disimpan dengan umpan balik negatif dengan tahap bias output untuk mengurangi distorsi crossover.

(10)

µ 10

Gambar 3.10 Rangkaian Penguat Power AB

Keluaran push-pull adalah jenis rangkaian elektronik yang menggunakan sepasang perangkat aktif yang memasok arus ke, atau menyerap arus dari beban terhubung. Output push-pull biasanya direalisasikan dengan sepasang transistor komplementer, arus dari beban ke ground atau catu daya negatif, dan lainnya memasok arus ke beban dari catu daya positif. Amplifier kelas AB memiliki efisiensi daya penguatan sinyal (±60%) dengan kualitas sinyal audio yang baik

Power amplifier kelas AB pada umumnya menggunakan sumber tegangan simetris. Fungsi dioda pada rangkaian penguat kelas AB diatas adalah untuk memecah sinyal sisi puncak positif dan sisi sinyal puncak negatif.

3.1.7 Demodulator

Demodulasi adalah proses suatu sinyal modulasi yang dibentuk kembali seperti aslinya dari suatu gelombang pembawa (carrier wave) yang termodulasi oleh rangkaian. Definisi demodulator adalah rangkaian yang penerima komunikasi (radio, televisi, dan radar) yang berfungsi memisahkan informasi asli dari gelombang campuran (yaitu gelombang isyarat pembawa) yang termodulasi. Demodulator sering juga disebut dengan detector.

(11)

400 Hz sampai 5 KHz. Skema rangkaian demodulator ditunjukkan pada Gambar 3.11 berikut:

Gambar 3.11 Rangkaian Demodulator 3.1.8 Rangkaian Inverting Summing Amplifier

Rangkaian adder atau penjumlah sinyal (Inverting Summing Amplifier) dengan Op Amp adalah konfigurasi Op Amp sebagai penguat dengan diberikan input lebih dari satu untuk menghasikan sinyal ouput yang linier sesuai dengan nilai penjumlahan sinyal input dan faktor penguatan yang ada. Pada umumnya rangkaian adder/penjumlah dengan Op Amp adalah rangkaian penjumlah dasar yang disusun dengan penguat inverting atau non inverting yang diberikan input lebih dari 1 line. Skema rangkaian penguat penjumlah ditunjukkan pada Gambar 3.12 berikut:

F µ

(12)

Pada operasi adder/penjumlah sinyal secara inverting, sinyal input (V₁,V₂,V₃,V₄) diberikan ke line input penguat inverting berturut-turut melalui

, , , ₂ ₃

1 R R

R danR₄. Besarnya penjumlahan sinyal input tersebut bernilai negatif karena penguat operasional dioperasikan pada mode membalik (inverting). Besarnya penguatan tegangan (Av) tiap sinyal input mengikuti nilai perbandingan Rf dan Resistor input masing-masing (R₁,R₂,R₃,danR₄).

3.1.9 Rangkaian Filter Pasif

Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk memfilter tegangan output pada frekuensi tertentu. Untuk merancang rangkaian filter dapat menggunakan komponen pasif seperti R, L dan C. Rangkaian di bawah ini adalah rangkaian filter lolos rendah. Pada rangkaian filter lolos rendah hanya melewatkan frekuensi lebih rendah dari frekuensi cut-off (

 

f_c . Pada frekuensi cut-off daya output tinggal setengah (1/2)nya dari daya input.). Rangkaian RC ini tegangan outputnya adalah: in out v R jwC jwC v   / 1 / 1 (3.9) Skema rangkaian filter pasif ditunjukkan pada Gambar 3.13 berikut:

Gambar 3.13 Rangkaian Filter Pasif

Pada Gambar 3.13 Rangkaian filter pasif terdiri dari resistor 3,3K dan kapasitor 0,1µFadalah untuk memperoleh frekuensi cutoff yang 10 kali lebih kecil dari frekuensi rangkaian. Frekuensi cutoff dari rangkaian filter ini adalah 27 Hz, sedangkan frekuensi rangkaian 1,6 KHz. Frekuensi cutoff diperoleh dari persamaan 2 1 3 2 1 2 1 C C R R R f_c π

(13)

3.1.10 Pembuatan Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal terdiri dari 2 buah IC TL084 sebagai double supply Op_–Ampyang memiliki karakteristikvoltage to current(besarnya tegangan yang masuk sebanding dengan arus yang dikeluarkan); Potensiometer 10 kOhm sebagai tegangan offset ; 2 buah transistor jenis 2N3906 dan 2N3904 digunakan untuk memaksimalkan kapasitas arus yang mengalir. Selain itu ada beberapa resistor diantaranya resistor 10 kOhm sebanyak 9 buah, resistor 100 kOhm sebanyak 9 buah, resistor 20 kOhm sebanyak 2 buah, resistor 3,3 kOhm dan 63 kOhm sebanyak 3 buah, resistor 68 kOhm sebanyak 2 buah, resistor 4,7 kOhm, 47 Ohm masing- masing 1 buah , serta 5,6 kOhm sebanyak 2 buah yang berfungsi sebagai tahanan.

Beberapa kapasitor diantaranya kapasitor 0,1µFsebanyak 2 buah, kapasitor 20pF 1 buah, serta kapasitor 1500pF sebanyak 2 buah yang berfungsi untuk menyimpan tegangan dan dioda 1N4148 sebanyak 6 buah sebagai penyearah tegangan. Power Supply Adaptor 12 V dan -12 V menjadi sumber tegangan dari rangkaian ini. Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Primer ditunjukkan pada gambar 3.14 dan Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Sekunder 1 dan sekunder 2 ditunjukkan pada Gambar 3.15.

(14)

1500 1500pF

Gambar 3.14 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Primer

Dari Gambar 3.14 Rangkaian osilator digunakan sebagai pemicu sinyal sinus. Kemudian sinyal sinus melalui rangkaian inverting yang berfungsi untuk membalikkan sinyal input yakni sinyal sinus yang diberikan ke input invertingnya. Kemudian masuk kerangkaian penguat power yakni penguat pull-push kelas AB yang berfungsi untuk membentuk penguatan sinyal yang tidak cacat (distorsi) dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang baik. Sinyal keluaran dari rangkaian penguat power kelas AB ini masuk kekumparan Primer sensor LVDT. Oleh koil atau inti sinyal sinus yang diberikan kekumparan primer akan

(15)

µ 10

µ 1 .

0 0.1µF

Gambar 3.15 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Sekunder 1 dan sekunder 2.

Dari Gambar 3.15 Sinyal sinus yang masuk kekumparan sekunder 1 dan sekunder 2 ditransmisikan kerangkaian demodulator. Keluaran dari rangkaian demodulator adalah sinyal setengah gelombang oleh dioda IN4148. Sinyal setengah gelombang akan masuk ke rangkaian summing amplifieryang berfungsi untuk menghasilkan sinyal dc. Karena keluaran dari rangkaiansumming amplifier

ini belum DC maka digunakan rangkain filter pasif untuk menghilangkan noise yang tidak diinginkan. Rangkaian filter yang digunakan yakni rangkaian low pass

(16)

filter yakni rangkain filter yang melewatkan frekuensi rendah. Kemudian keluaran dari rangkaian filter ini masuk ke rangkaian inverting yang berfungsi membalikkan sinyal. Keluaran dari rangkaian ini adalah dc yakni tegangan -5 volt hingga +5 volt.

3.2 Alat Pengujian Karakteristik Rangkaian Pengkondisi Sinyal dan Sensor LVDT

1) Power Supply Adaptor

Sebagai sumber tegangan untuk rangkaian pengkondisi sinyal. 2) Base Sensor LVDT

Merupakan bagian dari sistem mekanik sensor LVDT yang digunakan untuk penempatan sensor LVDT

3) Osiloskop

Merupakan bagian dari sistem mekanik yang digunakan untuk mengetahui dan menampilkan frekuensi, tegangan max sekunder1, sekunder 2 dan primer dari pengkondisi sinyal yang dihubungkan terhadap sensor LVDT dalam bentuk nilai dan grafik.

4) Multimeter Digital

Sebagai alat untuk mengukur tegangan keluaran (output) DC dari rangkaian pengkondisi sinyal.

5) Sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer)

Sebagai sensor perpindahan yang terdiri dari kumparan primer dan sekunder.

6) Protoboard

Sebagai tempat merangkai rangkaian pengkondisi sinyal. 7) Signal Generator

Sebagai input sinyal pada LVDT untuk mengetahui karakteristik sensor LVDT sebelum dihubungkan dengan rangkaian pengkondisi sinyal. 8) Mikrometer Sekrup

(17)

Sebagai alat untuk memudahkan merangkai pada protoboard 10) Cutter

Sebagi pemotong wayar pada saat merangkai 11) Obeng

Sebagai alat untuk memutar potonsiometer .

3.3 Rancangan Sistem Pengukuran

Rancangan sistem pengukuran meliputi Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT yang dihubungkan dengan signal generator dan Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT yang dihubungkan dengan rangkaian signal conditioning.

3.3.1 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal Generator Sebelum melakukan penelitian sensor LVDT dengan rangkaian signal conditioning terlebih dahulu diukur karakteristik sensor LVDT dengan menggunakan sinyal generator. Hal ini bertujuan untuk mengetahui apakah sensor LVDT yang akan digunakan masih dalam keadaan baik atau tidak. Signal generator yang digunakan merupakan input frekuensi, amplitudo, dan tegangan.

Pada pengukuran karakteristik dengan signal generator dilakukan dengan memvariasikan jarak core atau inti dengan kumparan sekunder 1 dan sekunder 2. Secara garis besar skematik dari proses pengukuran dan karakteristik sensor LVDT dapat dilihat pada Gambar 3.16 dibawah ini :

Gambar 3.16 Diagram Blok Pengukuran dan Karakteristik Sensor LVDT menggunakan sinyal generator

Pengukuran dan karakteristik sensor LVDT menggunakan sinyal generator ditunjukkan pada Gambar 3.17 berikut:

(18)

Gambar 3.17 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan sinyal Generator

Pengukuran dan karakterisasi AC magnitude dari sensor LVDT diperoleh dari rasio output sekunder 1 dan sekunder 2. Untuk memperoleh variasi tegangan output sekunder 1 dan sekunder 2 maka jarak core atau inti juga harus divariasikan. Tetapi perpindahan core atau rangenya harus sama antara pergeseran inti dari posisi nol ke arah sekunder 1 dan posisi nol ke arah sekunder 2. Output dari sekunder 1 dan sekunder 2 ditampilkan pada osiloskop dalam bentuk gelombang. Selanjutnya pengolahan data berupa numerik dan grafik akan dianalisa secara kuantitatif hingga diperoleh suatu kesimpulan. Secara garis besar proses pengukuran dan karakteristik sensor LVDT dapat dilihat pada Gambar 3.18.

(19)

Gambar 3. 18 Flowchart Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal Generator dengan variasi jarak

3.3.2 Pengukuran dan Karakterisasi sensor LVDT dengan Rangkaian Pengkondisi Sinyal

Sensor LVDT dapat bekerja dan dapat digunakan dalam aplikasi perlu rangkaian tambahan yakni rangkaian pengkondisi sinyal. Untuk mengetahui kelinieran output dari rangkaian signal conditioning dan sensor LVDT maka dilakukan pengukuran. Secara garis besar skematik dari proses pengukuran dan karakteristik sensor LVDT dengan rangkaian pengkondisi sinyal dapat dilihat pada Gambar 3.19 dibawah ini :

Gambar 3.19 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Rangkain Pengkondisi Sinyal

(20)

Pengukuran dan karakteristik sensor LVDT menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal ditunjukkan pada Gambar 3.20 berikut:

Gambar 3.20 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal.

Untuk membuktikan rangkain pengkondisi sinyal bekerja dengan baik dilihat kelinieran output dari AC magnitude sekunder 1 dan sekunder 2. Sedangkan untuk tegangan DC dari rangkaian pengkondisi sinyal itu diperoleh dari tegangan dari sekunder yang didemodulasikan, difilter dan dikuatkan. Output DC inilah yang dihubungkan ke perangkat yang lain untuk aplikasi. Sebelumnya dipastikan terlebih dahulu apakah output DC dari rangkain pengkondisi sinyal linear pada range yang tertera pada data sheeet atau tidak. Hasil output DC dari rangkaian pengkondisi sinyal ini juga dapat membuktikan apakah rangkaian berfungsi atau tidak. Secara garis besar proses pengukuran dan karakteristik sensor LVDT yang dihubungkan dengan pengkondisi sinya dapat dilihat pada Gambar 3.21.

(21)

Gambar 3. 21 Flowchart Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Rangkaian pengkondisi sinyal dengan variasi jarak

3.4 Analisa Data

Jenis penelitian yang dilakukan adalah perancangan sistem untuk membuat suatu rangkaian yang berfungsi mencari hubungan atau pengaruh pergeseran atau variasi jarak yang diberikan pada sensor LVDT. Rangkaian pada penelitian ini dibuat agar sensor LVDT dapat bekerja. Untuk membuktikan rangkain pengkondisi sinyal bekerja dengan baik maka dibuktikan dengan mencari AC magnitude dan tegangan DC (sensitifitas). Data yang dihasilkan akan diolah dengan program Microsoft Excel dan dibuat dalam grafik perbandingan variasi jarak yang ditentukan dengan tegangan yang dihasilkan. Sebelum penelitian ini

(22)

juga dilakukan pengukuran apakah sensor yang digunakan masih berfungsi atau tidak dengan menghubungkan sensor LVDT dengan signal generator. Data- data yang dihasilkan dari penelitian ini diolah dengan program Microsoft Excel.

3.5 Diagram Kerja

Skema penelitian secara keseluruhan digambarkan pada flow chart pada Gambar di bawah ini:

(23)

BAB IV

PENGUKURAN DAN ANALISA

Pengukuran yang dilakukan meliputi pengukuran dan karakterisasi terhadap sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) dengan menghubungkan sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) dengan sinyal generator. Selain itu dilakukan pula pengukuran rangkaian elektronika, yang mencakup sumber arus ( Current Source ) dan rangkaian pengkondisi sinyal ( Signal Conditioning Circuit) yang terhubung dengan sensor LVDT untuk karakterisasi terhadap sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer).

Pengukuran dan karakterisasi rangkaian elektronika dimaksud untuk menguji keandalan rangkaian pengkondisi sinyal ( Signal conditioning ) yang digunakan. Keandalan sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer )

yang dimaksudkan adalah untuk mengetahui kelinearan output AC Magnitude dan DC dari sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer ).

4.1 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk AC Magnitude Untuk mengetahui karakteristik dari sensor LVDT yakni melakukan pengukuran perbedaan atau rasio output AC magnitude. Rasio output AC magnitude yang diukur yakni output AC dari sekunder satu dan sekunder dua. Dalam penelitian ini dilakukan dua cara yakni dengan menghubungkan sensor LVDT dengan sinyal generator dan circuit signal conditioning.

(24)

4.1.1 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Sinyal Generator Tabel 4.1 Pengujian untuk output AC Magnitude Sinyal Generator CH1 atau Sekunder 1

(volt)

CH2 atau sekunder 2 (volt)

Jarak (mm)

AC Magnitude (volt)

1,92 3,36 4 1,44

1,92 3,36 3,75 1,44

2 3,28 3,5 1,28

2,08 3,28 3,25 1,2

2,08 3,28 3 1,2

2,16 3,2 2,75 1,04

2,16 3,12 2,5 0,96

2,24 3,12 2,25 0,88

2,32 3,12 2 0,8

2,32 3,04 1,75 0,72

2,4 3,04 1,5 0,64

2,4 2,9 1,25 0,5

2,48 2,8 1 0,32

2,56 2,8 0,75 0,24

2,64 2,8 0,5 0,16

2,72 2,8 0,25 0,08

2,72 2,72 0 0

2,8 2,72 -0,25 0,08

2,8 2,64 -0,5 0,16

2,8 2,56 -0,75 0,24

2,88 2,56 -1 0,32

2,88 2,48 -1,25 0,4

3,04 2,48 -1,5 0,56

3,04 2,4 -1,75 0,64

3,12 2,4 -2 0,72

3,12 2,32 -2,25 0,8

3,28 2,32 -2,5 0,96

3,28 2,2 -2,75 1,08

3,36 2,24 -3 1,12

3,44 2,24 -3,25 1,2

3,44 2,24 -3,5 1,2

3,52 2,16 -3,75 1,36

(25)

Hasil pengukuran dalam bentuk gelombang pada osiloskop dapat dilihat pada Gambar di bawah ini :

: Gambar 4.1a Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder

2 pada jarak 0 mm

Gambar 4.1b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 2,5 mm

(26)

Gambar 4.1c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm

Gambar 4.1d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm

(27)

Gambar 4.1e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -4mm

Bila dibuat grafik antara jarak (mm) terhadap perbedaaan tegangan didapat sebagai berikut :

Gambar 4.2 Grafik Jarak terhadap Tegangan AC Magnitude Signal Generator

(28)

Sesuai dengan hukum faraday bahwa transformator hanya dapat mengukur tegangan AC. Grafik 4.2 diatas merupakan hasil pengukuran jarak terhadap tegangan AC magnitude Signal Generator. Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa perubahan jarak core atau inti sensor linier terhadap tegangan output sekunder 1 dan sekunder 2. Kelinieran output AC magnitudenya berada pada jarak 0-2,5 mm. Hal ini sesuai dengan spesifik sensor bahwastroke rangenya 2,5mm. Jika melewati stroke range sensor masih dapat bekerja namun outputnya tidak linier. Adanya sedikit penyimpangan yang ditunjukkan oleh gambar grafik tersebut dikarenakan signal generator yang digunakan memiliki noise yang besar disebabkan oleh sinyal generator tersebut sudah tua. Sensor LVDT ini hanya mampu mengukur pergeseran hingga 2,5mm karena sesuai hukum faraday yakni transformator dapat bekerja sesuai kumparan atau lilitannya. Sensor LVDT ini dirancang dengan kumparan yang dapat mengukur pergeseran hingga

mm 5 , 2

 sehingga diluar jarak tersebut hasilnnya tidak linear lagi.

4.1.2 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Circuit Signal Conditioning Pada rangkaian pengkondisi sinyal dilengkapi dengan potensiometer dan dioda. Dimana potensimeter itu berfungsi untuk mensetting arus dengan mengatur tegangan setting. Setting arus dilakukan dengan mengatur tegangan setting dengan memutar potensiometer.

Potensiometer berfungsi untuk mengatur tegangan offset. Untuk mengetahui tegangan keluaran AC dari sekunder 1 dan sekunder 2 sesuai dengan spesifikasi sensor LVDT yakni bersifat linear dengan jarak maka dilakukan pengukuran dengan menghubungkannya ke osiloskop untuk menunjukkan gelombang tegangan outputnya. Pengukurannya dilakukan dengan mengamati rasio output sekunder 1 dan sekunder 2 dengan mengubah posisi atau jarak inti. Adapun hasil yang diperoleh adalah seperti Table 4.2 berikut :

(29)

Tabel 4.2 Pengujian untuk output AC Magnitude Rangkaian Signal

Conditioning

CH1 atau Sekunder 1 (volt)

CH2 atau sekunder 2 (volt)

Jarak (mm)

AC Magnitude (volt)

2 3,2 4 1,2

2 3,12 3,75 1,12

2,08 3,12 3,5 1,04

2,08 3,12 3,25 1,04

2,16 3,04 3 0,88

2,1 3,04 2,75 0,94

2,24 3,04 2,5 0,8

2,24 2,96 2,25 0,72

2,32 2,96 2 0,64

2,4 2,96 1,75 0,56

2,4 2,88 1,5 0,48

2,48 2,88 1,25 0,4

2,56 2,88 1 0,32

2,56 2,8 0,75 0,24

2,64 2,8 0,5 0,16

2,64 2,72 0,25 0,08

2,72 2,72 0 0

2,72 2,64 -0,25 0,08

2,8 2,64 -0,5 0,16

2,8 2,56 -0,75 0,24

2,88 2,56 -1 0,32

2,96 2,56 -1,25 0,4

2,96 2,48 -1,5 0,48

3,04 2,48 -1,75 0,56

3,04 2,4 -2 0,64

3,12 2,4 -2,25 0,72

3,12 2,32 -2,5 0,8

3,12 2,32 -2,75 0,8

3,28 2,24 -3 1,04

3,28 2,24 -3,25 1,04

3,28 2,24 -3,5 1,04

3,36 2,16 -3,75 1,2

(30)

Hasil pengukuran dalam bentuk gelombang pada osiloskop ditunjukkan oleh gambar di bawah ini:

Gambar 4.3a Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 0 mm

(31)

Gambar 4.3c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm

Gambar 4.3d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm

(32)

Gambar 4.3e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -4mm

Bila dibuat grafik antara jarak (mm) terhadap tegangan kopling didapat sebagai berikut :

Gambar 4.4 Grafik Rasio Tegangan AC magnitude terhadap Jarak menggunakan Signal Conditioning

(33)

Grafik 4.4 diatas menunjukkan rasio tegangan terhadap jarak Signal Conditioning. Diperoleh data output AC dari sekunder satu dan sekunder dua linear terhadap jarak. Tegangan yang linear terhadap jarak hanya pada sampai posisi 2,5 mm sesuai dengan spesifikasi sensor pada data sheet. Kelinieran output AC magnitudenya untuk kumparan sekunder 1 dan 2 adalah berada pada jarak 0-2,5 mm. Sensor LVDT ini hanya mampu mengukur pergeseran hingga 2,5mm

karena sesuai hukum faraday yakni transformator bekerja sesuai dengan kumparan atau lilitannya. Sensor LVDT ini dirancang dengan kumparan yang dapat mengukur pergeseran hingga 2,5mm sehingga diluar jarak tersebut hasilnnya tidak linear lagi.

4.2 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk Nilai DC output (Sensifitas)

Telah diketahui bahwa karakteristik dari rangkaian pengkondisi sinyal membutuhkan sumber tegangan dan bergantung pada arus yang diinjeksikan pada rangkaian tersebut, Untuk itu pada bagaian ini akan dianalisa hasil rancangan Sumber Arus dan rangkaian pengkondisi sinyal yang dibuat. Untuk memenuhi persyaratan bahwa rangkaian pengkondisi sinyal dapat bekerja memerlukan sumber arus AC. Sumber arus konstan dibuat dengan menyearahkan arus AC oleh dioda. Ada tiga komponen penting dalam rangkaian sumber arus, yaitu control tegangan input (reference), loop umpan balik, dan monitoring arus/ tegangan. Rangkaian pengkondisi sinyal memerlukan sumber arus yakni dual source yakni +8 volt dan -8 volt.

Karakterisasi pengkondisi sinyal ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja yang dihasilkan, yaitu load regulasi, arus maksimum, dan kestabilan arus atau tegangan terhadap jarak atau perpindahan. Untuk mengetahui load regulasi dengan memberikan beban R variabel yang menarik pada arus maksimum. Beban maksimum yang masih memberikan arus maksimum adalah beban teregulasi . Untuk mengukur kestabilan antara tegangan terhadap jarak maka dilakukan pengukuran besar tegangan yang dihasilkan. Pengukuran dilakukan untuk

(34)

mengamati perubahan tegangan keluaran dari sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential Transfmer ) dengan rangkaian pengkondisi sinyal. Adapun hasil yang diperoleh adalah pada Table 4.3 sebagai berikut :

Tabel 4.3 Pengujian Tegangan Keluaran DC dari Rangkaian Pengkondisi Sinyal

N0 Jarak (mm) Tegangan (volt)

1 4 4,302

2 3,75 4,174

3 3,5 4,023

4 3,25 3,848

5 3 3,612

6 2,75 3,339

7 2,5 3,022

8 2,25 2,709

9 2 2,394

10 1,75 2,088

11 1,5 1,775

12 1,25 1,473

13 1 1,168

14 0,75 0,874

15 0,5 0,574

16 0,25 0,285

17 0 0

18 -0,25 -0,288

19 -0,5 -0,573

20 -0,75 -0,847

21 -1 -1,126

22 -1,25 -1,393

23 -1,5 -1,662

24 -1,75 -1,922

25 -2 -2,184

26 -2,25 -2,436

27 -2,5 -2,688

28 -2,75 -2,923

29 -3 -3,119

30 -3,25 -3,292

(35)

Bila dibuat grafik Tegangan Output DC terhadap Jarak didapat Gambar 4.5 sebagai berikut :

x v m   

Gambar 4.5 Grafik tegangan output DC terhadap Jarak

Dari data yang diperoleh kita dapat melihat bahwa output tegangan DC yang diperoleh stabil. Kestabilan dari output tegangan yakni berada pada range

mm 5 , 2

 . Untuk mengetahui kelinieraan dari sensor LVDT tipe 100 HR ini dapat diukur dengan mengambil satu sampel dari data melalui persamaan berikut:

x v m    1 2 1 2 x x v v m    mm volt m ) 1 2 ( ) 168 , 1 394 , 2 (    mm volt m1,226 /

Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh sensivitas dari sensor LVDT tipe HR 100 ini sebesar 1,266 volt/mm. Data tegangan DC pada tabel 4.3 di atas merupakan tegangan output diffrensial yang diperoleh dari persamaan



V_a V_b



. Sesuai dengan desain rangkaian yang dibuat bahwa output DC yang dihasilkan adalah diffrensial. Untuk hasil yang lebih baik lagi yakni dengan output ratiometric dari persamaan

) ( ) ( b a b a v v v v   .

(36)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Dari hasil penelitian yang dilakukan diperoleh yaitu perubahan jarak core atau inti sensor LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer )

terhadap output tegangan AC dari sekunder 1 dan sekunder 2 adalah linier dari posisi 0 ke + 2,5 mm dan dari posisi 0 – 2,5 mm. Hasil output AC magnitude dari pengukuran sensor LVDT yang dihubungkan dengan signal generator dan pengukuran sensor LVDT yang dihubungkan dengan Rangkaian pengkondisi sinyal adalah sama, yakni linier hingga pada range 2,5 mm. Dengan ini disimpulkan bahwa sensor LVDT ini sesuai dengan spesifikasi sensor yang tertera pada data sheet yakni stroke range sensor LVDT 2,5mm. Sensor LVDT ini hanya mampu mengukur pergeseran hingga 2,5mm karena sesuai hukum faraday yakni transformator dapat bekerja sesuai jumlah kumparan atau lilitannya. Sensor LVDT ini dirancang dengan kumparan yang dapat mengukur pergeseran hingga

mm 5 , 2

 sehingga diluar jarak tersebut hasilnnya tidak linear lagi.

2. Untuk output tegangan DC atau sensivitas sensor yang dihubungkan terhadap rangkaian adalah m1,226volt/mm. Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa tegangan DC yang dihasilkan oleh rangkaian pengkondisi sinyal yang dihubungkan dengan sensor LVDT adaalah linier terhadap pergeseran core atau inti. leh sebab itu rangkaian pengkondisi sinyal ini dapat digunakan untuk LVDT HR 100 ini.

(37)

5.2 Saran

1. Diperlukan ketelitian dalam melakukan penyambungan signal generator atau rangkaian pengkonsisi sinyal terhadap kumparan sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) dan membaca pengukuran tegangan output dari sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer)yang tertera pada osiloskop agar loss yang dihasilkan akibat penyambungan dan pembacaan tidak terlalu besar.

2. Pada peneliti selanjutnya perlu diteliti faktor- faktor noise yang dihasilkan oleh sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer).

3. Karena signal conditioning ini dibuat dengan chip yang sederhana sehingga rentan dengan suhu maka untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk membuat sinyal conditioning yang ratio metrik.

(38)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor

Sebuah transduser secara umum didefinisikan sebagai sebuah alat yang mengubah sinyal dari satu bentuk menjadi sinyal yang sesuai dan memiliki bentuk yang berbeda. Transduser dapat dibagi menjadi dua klas: transduser input dan transduser output. Transduser input- listrik mengubah energi non listrik, misalnya suara atau sinar menjadi tenaga listrik. Transduser ouput- listrik bekerja pada urutan sebaliknya. Transduser tersebut mengubah energi listrik menjadi bentuk energi non listrik. Energi dapat diubah dari satu bentuk ke yang lain untuk tujuan transmisi listrik atau informasi. Energi mekanik dapat dikonversi menjadi energi listrik, atau dapat dikonversi ke dalam bentuk lain. Contoh transduser yang termasuk Seperti loudspeaker, yang mengubah input listrik menjadi output gelombang audio dan sebuah mikrofon, yang mengubah input gelombang audio ke output listrik.

Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Kebanyakan output dari sensor yang modern adalah sinyal listrik, tetapi sebagai alternatif lain dapat juga menjadi suatu gerakan, tekanan, aliran, atau jenis output lain yang dapat digunakan. Beberapa contoh sensor yakni termokopel, yang mengubah perbedaan suhu menjadi output listrik, Sensor tekanan yang mengubah tekanan fluida menjadi sinyal listrik dan Linear Variabel Differential

(39)

2.1.1 Pengenalan LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer )

LVDT adalah sensor perpindahan yang mengubah posisi atau perpindahan linear dari referensi mekanik (nol, atau posisi nol) menjadi sinyal listrik yang sebanding dengan fase (untuk arah) dan amplitude ( untuk jarak). Pengoperasian LVDT tidak memerlukan kontak listrik antara bagian yang bergerak ( inti perakitan) dan koil rakitan, melainkan bergantung pada kopling elektromagnetik. Faktanya bahwa LVDT dapat beroperasi dengan sirkuit elektronik yang terpasang dimana hal tersebut merupakan syarat utama LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer).

LVDT merupakan salah satu bentuk yang paling umum dari beberapa macam sensor pergeseran. Secara umum LVDT terdiri atas tiga buah kumparan yang dililitkan segaris pada batang yang berlubang terisolasi yang didalamnya terdapat inti besi nikel yang dapat bergerak. Titik pusat dari ketiga kumparan ini dicatu oleh sumber arus bolak- balik dan dengan inti besi yang dapat bergerak yang berada di posisi tengah, gaya gerak listrik yang sama besar akan terinduksi pada kedua kumparan yang lain yang secara efektif merupakan kumparan sekunder dari sebuah transformator. Dengan membandingkan tegangan- tegangan keluaran belitan sekunder dalam kondisi tidak seimbang ini, magnitude dan arah pergerakan inti dapat ditentukan.

Pergeseran yang akan diukur dikenakan pada inti yang dapat bergerak dan oleh karena inti ini tidak memiliki kontak gesekan langsung maka dapat dianggap bahwa pergerakan inti ini terjadi tanpa rugi- rugi gesekan. Kondisi ini merupakan keuntungan khusus yang dimiliki LVDT dibandingkan dengan sensor potensimetrik resisitif yang sering juga digunakan untuk aplikasi yang mirip. Banyak LVDT digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan dengan kehandalan yang tinggi pada lingkungan tertentu yang sangat dibutuhkan seperti pada bidang militer/ ruang angkasa, proses control, pabrik kimia, hidrolik, turbin listrik dan banyak lainnya.

(40)

Dua kumparan sekunder tergulung simetris diatas kumparan primer LVDT ( seperti pada posisi batang actuator). Dua gulungan sekunder biasanya

dihubungkan secara “serangkaian yang berlawanan” atau diffrensial. Sebuah inti

feromagnetik yang panjangnya merupakan sebagian kecil dari panjang koil rakitan, yang terhubung secara magnetic untuk pasangan primer dengan gulungan sekunder berputar diatas sepanjang inti.

Penampang LVDT (<=0,2”) Penampang LVDT (>0,2”)

Gambar 2.1 Penampang LVDT

Sebuah LVDT (Linear Variable Differential Transformer), adalah transduser elektromekanis yang menghasilkan output listrik yang sebanding dengan perpindahan dari inti bergerak yang terpisah. LVDT ini memiliki banyak fitur terpuji, sehingga ideal dan sangat handal untuk berbagai macam aplikasi. 2.1.2 Karakteristik LVDT

Salah satu jenis dari Linear Variable Differential Transformer (LVDT) telah dirancang untuk menjadi sensitif terhadap perpindahan transversal sehingga tepat membaca posisi perpindahannya sepanjang sumbu sensitivitas. LVDT ini pada umumnya, sebagian besar didasarkan pada core magnet. Sebuah LVDT dengan kisaran linier dengan ± 5 mm. Terdapat tiga kumparan yang memiliki dimensi yang sama, dan panjang inti adalah panjang dua kumparan.

(41)

Ketika berada pada posisi paling kiri (yaitu, ketika ujung kiri inti mencapai ujung kiri kumparan Sekunder 1), induktansi timbal balik antara kumparan primer dan kumparan sekunder 1 maksimal sementara induktansi timbal balik antara kumparan primer dan kumparan sekunder 2 minimal. Demikian pula sebaliknya adalah ketika inti tersebut akan dipindahkan ke posisi paling kanan maka Induktasi Primer dan kumparan sekunder 2 maksimal. Sedangkan induktansi timbal balik antara kumparan primer dan sekunder 1 minimal.

Gambar 2.2 Konstruksi LVDT

Kumparan diberi jarak secara aksial dan digulung pada kerangka kumparan berbentuk silinder, inti magnet berbentuk batangan dan ditempatkan di tengah susunan kumparan dan dapat bergerak. Pergerakan inti magnet pada LVDT

(42)

akan menghasilkan nilai tegangan induktansi magnetik (GGL Induksi) pada output kumparan sekunder 1 dan 2.

Karakteristik output dari LVDT bervariasi dengan perbedaan posisi dari inti. Output Full range atau keluaran rangkaian penuh menghasilkan sinyal yang besar, biasanya beberapa volt atau lebih. Perhatikan bahwa LVDT dapat beroperasi 100% di luar jangkauan penuh, tetapi dengan linearitas terdegradasi. Karakteristik lain dari LVDT yakni besar dari tegangan keluaran diffrensial atau

out

E bervariasi dengan posisi inti. Nilai Eout maksimal dari perpindahan inti pada

posisi nol tergantung pada amplitudo dari tegangan eksitasi primer dan faktor sensitif dari LVDT tertentu, yang biasanya beberapa volt RMS.

2.1.3 Prinsip kerja LVDT

Sebuah Linear Variable Diffrensial Transformator (LVDT) adalah perangkat yang biasa digunakan untuk mengukur perpindahan linier. Inti adalah batang baja permeabilitas magnet yang tinggi, dan lebih kecil dengan diameter dari lubang internal perakitan kumparan, sehingga Anda dapat memasang batang dan memastikan bahwa tidak ada kontak yang dibuat dengan perakitan koil. Dengan demikian batang dapat bergerak maju mundur tanpa gesekan.

Gambar 2.3 Bentuk LVDT

Ketika tegangan eksitasi AC diposisikan pada gulungan primer, tegangan induksi di setiap gulungan sekunder melalui inti magnetik. Posisi inti menentukan seberapa kuat pasangan eksitasi sinyal untuk setiap gulungan sekunder. Ketika inti

(43)

derajat diluar fase, sehingga tidak ada sinyal. Ketika inti bergerak ke sebelah kiri dari posisi pusat (tengah), kumparan primer lebih erat digabungkan ke kumparan sekunder kiri, menciptakan sinyal output dalam fase dengan sinyal eksitasi. Inti bergerak dari sebelah kumparan primer ke kumparan sekunder yang tepat, membuat sinyal output 180 derajat berada diluar dari fase dengan tegangan eksitasi.

Linear Variabel diferensial transformer (LVDT) dikenal untuk aplikasi dalam pengukuran perpindahan. Prinsip kerja didasarkan pada transformator diferensial dengan kopling variabel antara kumparan primer dan sekunder. Kopling magnetik antara kumparan primer dan kumparan sekunder tergantung pada jenis bahan magnetik dan pada posisi inti magnetik bergerak yang berhubungan dengan kumparan sekunder. Kumparan primer menghasilkan arus bolak-balik. Kumparan sekunder dihubungkan secara seri untuk output keluaran LVDT tegangan diferensial. Kumparan primer dan sekunder terbuat dari kawat tembaga. Pada prinsipnya, resolusi posisi LVDT hanya dibatasi oleh noise elektronik.

Sensor perpindahan yang paling umum yang digunakan di industri adalah transformator diferensial variabel linear (Linear Variable Diffrential Transformer

= LVDT ), yang pada dasarnya adalah transformator dengan inti yang dapat bergerak dan dua kumparan sekunder. Inti yang dapat bergerak dihubungkan dengan poros input . Primer diberi penguatan dengan sumber ac. Ketika inti berada tepat pada pusat lokasi, amplitude tegangan yang diinduksi ke sekunder 1 adalah sama dengan tegangan yang diinduksi pada sekunder 2. Kumparan sekunder tersebut dihubungkan seri berlawanan sehingga tegangan output akan nol pada titik tersebut. Apabila inti bergerak, berangkat dari pusat induktansi, primer dan satu sekunder akan lebih besar dari yang lain, dan perbedaan tegangan akan terlihat diantara sekunder yang diseri.

Ketika kumparan primer terhubung dengan tegangan gelombang sinus (Vin), tegangan ini menghasilkan arus pada gulungan primer LVDT, merupakan

(44)

fungsi dari impedansi masukan. Pada akhirnya, variabel arus ini menghasilkan variabel fluks magnet yang disalurkan oleh inti permeabilitass tinggi feromagnetik, menginduksi tegangan sekunder gelombang sinus Va dan Vb. Sementara gulungan sekunder dirancang sedemikian rupa sehingga amplitudo tegangan keluaran diffrensial (Va-Vb) sebanding dengan posisi inti, fase (Va-Vb)

mengacu pada tanggapan, yang disebut ”Phase Shift” (mendekati 0 atau 180

derajat) menetapkan arah yang jauh dari posisi nol. Zero disebut posisi nol, didefenisiskan sebagai posisi inti di mana pergeseran fasa dari keluaran diffrensial (Va-Vb) adalah 90 derajat.

Gambar 2.4 Skema LVDT

Perbedaan output antara dua output sekunder (Va-Vb) ketika inti berada pada posisi nol disebut Tegangan Nol, seperti pergeseran fasa pada posisi nol adalah 90 derajat, tegangan nol adalah "kuadratur" tegangan. Tegangan sisa ini lemah. Hal ini disebabkan sifat kompleks dari model listrik LVDT, yang meliputi kapasitansi parasit dari gulungan. Kompleksitas ini juga menjelaskan mengapa pergeseran fasa (Va-Vb) tidak persis 0 atau 180 derajat ketika intinya berada pada posisi nol.

(45)

LVDT: prinsip-prinsip operasi konstruksi dan pengukuran

Eksitasi Primer

Keluaran diferensial Va-Vb Arah 1: In-fase

dengan eksitasi (0 derajat) Keluaran diferensial Va-Vb

Arah 2: Out-of-fase

dengan eksitasi (180 derajat) Gambar 2.5 Bentuk gelombang LVDT

2.2 Operational Amplifier

Op Amp pengkondisi sinyal pertama kali dibangun dengan tabung vakum sebelum transistor dikenal sehingga memiliki ukuran yang besar dan tebal. Tahun 50-an tabung vakum miniatur bekerja dari pasokan daya tegangan yang rendah yang memungkinkan pembuatan Op Amp semakin kecil sebesar ukuran batu bata yang digunakan dalam pembangunan rumah. Ukuran tabung vakum dan ukuran komponen mengalamai penurunan sampai Op Amp itu mengecil sampai seperti ukuran tabung vakum yang oktal tunggal. Transistor secara komersil dikembangkan tahun 60-an. Kemudian ukuran Op Amp dapat diperkecil beberapa inci. Namun masih dikenal dengan julukanBrickatau batu bata. Sekarang julukan

Brick melekat pada setiap modul elektronik yang menggunakan non- integrated circuit (IC) metode kemasan. Op Amp generasi terbaru mencakup spektrum frekuensi dari 5 kHz sampai 1GHz.

(46)

Amplifier

Amplifier adalah rangkaian analog, yang lebih rumit dari rangkaian digital. Ini adalah masalah yang sangat sulit yang menyebabkan orang- orang mengatakan bahwa desain analog lebih sulit dari desain digital. Desain analog lebih sulit dari desain digital karena desainer harus memperhitungkan semua kondisi dalam bentuk analog, sedangkan kondisi digital hanya dua keadaan yang dipertanggung jawabkan. Spesifikasi penguat adalah memperoleh empat tegangan ac dan puncak- puncak sinyal dari 4 volt.

Table 2.1 Asumsi dasar Op Amp Ideal Nama parameter Simbol parameter Nilai

Input arus IIN 0

Input tegangan

offset VOS 0

Impedansi

masukan ZIN ∞

Impedansi

keluaran ZOUT 0

Gain A ∞

2.2.1 Op Amp non inverting

Op Amp non inverting memiliki sinyal masukan yang dihubungkan ke input non invertingnya, sehingga sumber input terlihat seperti impedansi tak terbatas. Tidak ada tegangan offset masukan karena VOS = VE = 0. Oleh karena itu input negatif

harus berada pada tegangan yang sama dengan input positif. Keluaran op amp mendorong arus RF sampai input negatif pada tegangan VIN. Tindakan ini

(47)

Gambar 2.6 Op Amp non inverting

Aturan pembagi tegangan digunakan untuk menghitung VIN, VOUTadalah

Input untuk pembagi tegangan,dan VIN adalah output dari pembagi tegangan.

Setelah tidak ada arus yang dapat mengalir pada salah satu Op Amp pembawa , penggunaan aturan pembagi tegangan diperbolehkan. Persamaan (2.2) ditulis dengan bantuan aturan pembagi tegangan dan aljabar manipulasi hasil persamaan (2.3) dalam bentuk parameter gain.

F G G OUT IN R R R V V   (2.2) G F G F G IN OUT R R R R R V

V _  _ _

1 (2.3)

Ketika RGlebih besar dari RF , RF/RG 0 dan persamaan (2.3) dapat

dikurangkan untuk persamaan (2.4) 1



OUT

V (2.4)

Dengan kondisi V_OUT 1 dan rangkaian menjadi satu kesatuan penyangga gain. RG biasanya dihapus untuk mencapai hasil yang sama, dan ketika RG

dihapus, RFjuga dapat dihapus (pasti korsleting bila RF dihapus). Ketika RFdan

RG dihapus, output Op Amp akan terhubung ke Input inverting dengan kawat.

Beberapa Op Amp yang hancur ketika RF keluar dari rangkaian , sehingga RF

yang digunakan pada banyak desain penyangga. Ketika RF disertakan dalam

(48)

tegangan berlebihan untuk membatasi arus yang melalui struktur input ESD (elektro-statis discharge) (biasanya <1 mA). RF tidak pernah dibiarkan keluar dari

rangkaian dalam desain amplifier arus umpan balik karena RF menentukan

stabilitas arus umpan balik amplifier.

Perhatikan bahwa gain hanya fungsi dari umpan balik dan gain resistor sehingga umpan balik telah mencapai fungsi untuk membuat gain yang tergantung pada parameter Op Amp. Gain tersebut diatur dengan membuat variasi rasio resistor. Nilai resistor yang sebenarnya ditentukan oleh tingkat impedansi yang sesuai dengan bentuk yang diinginkan oleh desainer. Jika RF= 10 k dan RG = 10

k, gain seperti yang ditunjukkan pada persamaaan (2.4) dan jika RF= 100 k dan

RG= 100 k gain juga sama.

2.2.2 Op Amp inverting

Input non inverting dari rangkaian Op Amp adalah ground. Satu asumsi dibuat bahwa input tegangan error adalah nol, sehingga umpan balik terus membalik masukan dari Op Amp pada virtual ground (bukan ground sebenarnya tetapi bertindak seperti ground). Aliran arus pada input menunjukkan asumsi adalah nol, oleh karena arus yang mengalir melalui RGsama dengan saat mengalir melalui RF.

Dengan menggunakan hukum kirchoff kita dapat menulis persamaan (2.5) dan tanda minus menandakan input inverting. Manipulasi aljabar menghasilkan persamaan (2.6).

(49)

F out G IN R V I R V

I₁   ₂  (2.5)

G F IN out R R V V   (2.6)

Perhatikan bahwa gain hanya suatu fungsi dari umpan balik, sehingga umpan balik dapat mencapai fungsinya untuk membuat gain yang sesuai dengan parameter Op Amp. Nilai-nilai resistor yang sebenarnya ditentukan oleh tingkat impedansi dari bentuk yang diinginkan desainer. Jika RF = 10 k dan RG = 10 k,

gain bertanda minus seperti yang ditunjukkan pada persamaan (2.6) dan jika RF

=100 k dan RG= 100 k, gain masih tetap bertanda minus. Tingkat impedansi dari

10 k atau 100 K menentukan aliran arus, efek kapasitansi dan beberapa hal lainnya. Tingkat impedansi tidak mengatur gain dan rasio RF/RG juga. Sinyal

output adalah sinyal input yang diperkuat dan membalik. Input rangkaian impedansi diatur oleh RG karena masukan membalik yang dipertahankan pada

virtual ground.

2.2.3 Rangkain penjumlah

Sebuah rangkaian penjumlah dapat dibuat dengan menghubungkan input yang lebih ke Op Amp inverting. Ujung resistor terhubung ke input inverting yang terhubung dengan virtual ground oleh umpan balik, sehingga menambah masukan baru yang tidak mempengaruhi respon masukan yang ada.

(50)

          N N F out V R V R V R R V 2 2 1 1 _(2.7)

2.2.4 Rangkaian Penguat diffrensial

Rangkaian penguat diferensial memperkuat perbedaan antara sinyal yang diterapkan pada input. Superposisi digunakan untuk menghitung tegangan keluaran yang dihasilkan dari masing-masing tegangan masukan, dan kemudian dua tegangan keluaran ditambahkan untuk mencapai output akhir tegangan

Gambar 2.9 Rangkaian Penguat Diffrential

Tegangan masukan Op Amp yang dihasilkan dari sumber input, V₁ dihitung dalam rumus: 2 1 2 1 R R R V V    (2.8)             3 4 3 2 1 2 1

1 ( )

R R R R R R V G V

V_out (2.9)

Aturan pembagi tegangan digunakan untuk menghitung tegangan V_, dan gain persamaan non inverting digunakan untuk menghitung output tegangan noninverting, VOUT=1.

(51)

2.3 Signal Conditioning

Banyak sensor yang digunakan dalam pengendalian proses dan aplikasi monitoring yang menghasilkan sinyal arus, biasanya 4 sampai 20 mA atau 0 sampai 20 mA. Sinyal input listrik yang dihasilkan oleh sensor sering tidak dalam bentuk yang dapat digunakan langsung. Conditioner signal mengubah sinyal dengan cara yang dikehendaki untuk lebih mempermudah pengukuran sinyal atau membuatnya lebih stabil. Sinyal saat ini kadang-kadang digunakan karena sensitif terhadap kesalahan seperti radiasi, noise dan tegangan yang turun karena melewati resistansi. Sistem pengkondisi sinyal harus mengkonversi sinyal arus ke sinyal tegangan. Untuk melakukan hal ini dengan mudah, yakni melewatkan sinyal arus melalui resistor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10 berikut.

Gambar 2.10 Memproses sinyal arus, biasanya 0 sampai 20 mA atau 4 sampai 20 mA, yang dikonversikan ke sinyal tegangan yang menggunakan resistor presisi

Untuk mengukur tegangan V₀ = I_sR yang akan dihasilkan oleh resistor, dimana I_sadalah arus dan R adalah resistansi. Pilih nilai resistor yang memiliki jangkauan yang dapat digunakan tegangan, dan gunakan resistor presisi tinggi dengan koefisien temperatur rendah. Pengkondisi sinyal umumnya digunakan untuk menghilangkan beban. Untuk mengetahui fungsi pengkondisi sinyal lebih luas adalah sebagai berikut.

(52)

2. 3. 1 Fungsi umum pengkondisi sinyal

Terlepas dari jenis sensor atau transduser yang sering digunakan, peralatan pengkondisi sinyal yang tepat dapat meningkatkan kualitas dan kinerja sistem. Fungsi pengkondisi sinyal berguna untuk semua jenis sinyal, termasuk penguatan, penyaringan, dan peredaman.

a. Penguatan (Amplification)

Karena di dunia nyata sinyal biasanya sangat kecil ukurannya. Pengkondisi sinyal dapat meningkatkan akurasi data. Amplifier menaikkan level sinyal masukan untuk lebih cocok dengan jangkauan, sehingga dapat meningkatkan resolusi dan sensitivitas pengukuran. Amplifikasi ini diperlukan apabila output sensor terlalu rendah untuk langsung bermanfaat pada pengukuran atau pada sistem pengendali. b. Peredaman (Attenuation)

Peredaman adalah kebalikan dari penguatan. Bentuk pengkondisian sinyal ini mengurangi tegangan dari sinyal input sehingga sinyal AC berada dalam jangkauan sebelum pengukuran. Peredaman diperlukan untuk pengukuran tegangan tinggi.

c. Penyaringan (Filter)

Pengkondisi sinyal meliputi filter yang dapat menolak noise yang tidak diinginkan dalam kisaran frekuensi tertentu. Kegunaan umum yang lain dari filter adalah untuk mencegah keterlambatan sinyal. Sebuah fenomena yang muncul ketika sinyal undersampled ( sample terlalu terlambat). Teorema Nyquist menyatakan bahwa ketika sample, sinyal analog, atau komponen sinyal apapun berada pada frekuensi yang lebih sebesar satu setengah sampling yang muncul dalam data sample merupakan sinyal frekuensi yang rendah. Hal ini dapat dihindari dengan

(53)

memutarbalikkan sinyal hanya dengan menghapus/ menghilangkan komponen sinyal diatas satu setengah frekuensi sampling dengan filter lowpass.

d. Isolasi

Grounding yang tidak tepat dari sistem adalah salah satu penyebab paling umum untuk masalah pengukuran, termasuk noise dan perangkat pengukuran yang rusak. Pengkondisi sinyal dengan isolasi dapat mencegah sebagian besar masalah ini. Perangkat tersebut melewatkan sinyal dari sumbernya ke perangkat pengukuran tanpa hubungan fisik dengan menggunakan transformator, optik, atau teknik kopling kapasitif. Selain memutuskan loop ground, isolasi blok gelombang tegangan tinggi ini dapat melindungi keduanya, operator dan alat ukur yang mahal.

Karena suatu perubahan dalam hasil ukur yang sesuai dalam induktansi pada variabel induktansi sensor posisi, sebuah rangkaian elektronika dibutuhkan untuk mengukur perubahan induktansi. Dengan demikian rangkaian elektronika termaksud fungsi untuk menggerakkan kumparan sensor, mengukur induktansi dan menghaslkan sinyal output yang diinginkan. Kumparan sensor atau kumparan penginderaan biasanya diberi energi AC untuk mengendalikan tegangan dari osilator gelombang sinus. Perubahan kumparan induktasi dapat ditunjukkan dengan perubahan frekuensi osilator atau perubahan amplitudo. Untuk kompenisasi kesalahan dari variasi suhu atau sumber lain, dua atau lebih kumparan dari sensor dengan perbandingan antara mereka digunakan untuk menghasilkan output.

Gambar 2.11 menunjukkan rangkaian sederhana dengan variabel induktor tunggal menghasilkan perubahan amplitudo sesuai dengan perubahan induktansi. Dalam hal ini tegangan induktor tidak nol ketika tegangan keluaran nol diinginkan. Jadi pembagi resistif digunakan untuk menyediakan offset tegangan yang sama sebagai pengukuran nol. Sebuah diffrensial amplifier dapat digunakan untuk mengurangi kedua tegangan untuk mendapatkan output berbasis nol.

(54)

Gambar 2.11 Perubahan dalam variabel induktansi, L, menghasilkan perubahan amplitude dari tegangan keluaran diferensial. Rangkaian yang memberikan sinyal ke primer dan didemodulasi dan kemudian sinyal dari sekunder dikuatkan disebut dengan rangkaian pengkondisi sinyal. Pengkondisi sinyal merupakan produk terpisah, biasanya memiliki fitur yang disesuaikan untuk dapat digunakan pada berbagai aplikasi yang lebih luas sesuai variasi model LVDT. Pengkondisi sinyal biasanya mencakup generator gelombang sinus selain demodulator sinkron.

Kesulitan dalam merancang osilator gelombang sinus stabil adalah untuk menghasilkan distorsi rendah bentuk gelombang sinus pada berbagai frekuensi yang dipilih pada waktu yang sama dengan frekuensi dan amplitude yang dibuat stabil dengan waktu dan suhu. Meskipun LVDT adalah sebuah transformator listrik, itu memerlukan daya AC dari amplitudo dan frekuensi yang sangat berbeda dari jaringan listrik biasa. Tersedianya daya eksitasi untuk LVDT adalah salah satu fungsi dari beberapa fungsi dari elektronik pendukung LVDT yang juga dikenal dengan peralatan pengkondisi sinyal. Fungsi lainnya termaksud mengubah tingkat tegangan output AC yang rendah menjadi sinyal DC tingkat tinggi yang baik untuk digunakan.

(55)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Ketergantungan masyarakat dan industri di seluruh dunia akan ketersediaan pengukuran yang akurat terus-menerus meningkat. Akses pengukuran yang akurat sangat penting untuk memenuhi indikasi dan persyaratan untuk proses kontrol pada industri, peralatan pabrik, peralatan rumah tangga, sistem otomotif dalam pesawat dan produk konsumen. Berbagai teknologi digunakan untuk parameter-parameter sensor secara spesifik dan konfigurasi diperlukan untuk memenuhi persyaratan pabrik. Sehingga sensor perlu selalu dikembangkan untuk mendapatkan pengukuran yang semakin akurat.

Sensor digunakan dalam mobil untuk mengukur kinerja dari parameter-parameter yang terkait, termaksud posisi throttle (mengatur kecepatan fluida), suhu, komposisi gas buangan, tinggi suspensi, posisi pedal, posisi gigi transmisi dan kecepatan kendaraan. Dalam mesin cuci pakaian, sensor mengukur tingkat air dan suhu, ukuran beban, dan variasi posisi drum. Mesin pemproses industri memerlukan pengukuran posisi, kecepatan, akselerasi, dan lain- lain. Pengukuran posisi merupakan bagian terbesar yang dibutuhkan dunia untuk sensor.

Ada beberapa sensor yang digunakan untuk pengukuran posisi seperti

Encoders, Magnetostrictive Sensing (Penginderaan magnetostrictive),

Magnetoresistive Sensing (Penginderaan magnetoresistive), THE HALL EFFECT

(Efek HALL), LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer), INDUCTIVE

SENSING (Peginderaan Induktif), CAPACITIVE SENSING (Kapasitif

(56)

Dalam penelitian ini akan digunakan LVDT sebagai sensor pengukuran posisi karena sangat sensitif terhadap pergeseran posisi. LVDT(Linear Variable Differential Transformer) merupakan salah satu jenis sensor perpindahan. Sensor LVDT ini bekerja jika sudah ada pengkondisi sinyal. Dimana posisi sebelumnya dikurangi dengan posisi baru yang menghasilkan perbedaan yang merupakan perpindahan. Untuk membuat signal conditioning ada yang memakai chip yang sudah jadi, memakai EL-35 seri, memakai OP Amp dan ada yang menggunakan AD598. Karena harga sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

yang sudah memiliki pengkondisi sinyal mahal maka penulis membuat sinyal conditioning yang sederhana dengan menggunakan chip-chip sederhana yang ada di Indonesia. Proses perancangan yang dilakukan meliputi perancangan catu daya dan perancangan pengkondisi sinyal dengan menggunakan chip- chip yang sederhana. Setelah pengkondisi sinyal dibuat, selanjutnya dilakukan proses kalibrasi yang meliputi kalibrasi statik dan dinamik untuk mengetahui linieritas dan sensitivitas dari sistem LVDT(Linear Variable Differential Transformer). 1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, perumusan masalah yang diajukan adalah sebagai berikut: Sensor LVDT dapat bekerja sebagai sensor posisi memerlukan circuit tambahan yakni circuit signal conditioning. Oleh karena itu dalam penelitian ini dibuat rangkaian signal conditioning untuk sensor LVDT. 1.3 Batasan Masalah

Dalam Tugas Akhir ini, sistem yang akan dibuat dibatasi pada hal-hal sebagai berikut:

a. Sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) digunakan untuk mengukur pergeseran dalam range pengukuran 0 –4 mm dengan interval 0,25 mm untuk mengukur AC magnitude dan nilai DC.

(57)

c. Pembahasan dibatasi pada perancangan rangkaian sinyal conditioning. 1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan yang hendak dicapai pada Tugas Akhir ini, yaitu pembuatan signal conditioning sederhana untuk LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer). Pengembangan sinyal conditioning untuk LVDT ini dibuat sederhana dengan menggunakan chip.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat yang dapat diambil dari penelitian ini adalah :

1. Dapat membuat sinyal conditioning untuk sensor LVDT dengan menggunakan chip-chip sederhana yang ada di Indonesia.

2. Diharapkan Signal conditioning untuk sensor LVDT ini dapat digunakan untuk pengembangan pada aplikasi tertentu.

1.6 Metodologi Penelitian

Pada pembuatan tugas akhir ini digunakan metode studi literature, konsultasi dengan pembimbing, perancangan sistem, dan realisasi dalam bentuk prototype.

1. Metode Literatur

Studi pustaka sebagai persiapan dalam melakukan penelitian dengan mencari dan mengumpulkan referensi mengenai prinsip kerja dan signal conditioning sensor LVDT dari buku- buku, jurnal dan makalah.

2. Metode Konsultasi

Berkonsultasi secara interaktif dengan pembimbing I dan pembimbing II di Universitas Sumatera Utara dan Pembimbing lapangan di Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). 3. Metode Perancangan Sistem

(58)

Melakukan penelitian secara langsung di Laboratorium Pusat Penelitian Fisika (P2F) Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI). Metode yang dilakukan dalam penelitian ini adalah pembuatan signal conditioning, karakterisasi sensor LVDT dengan menggunakan sinyal generator dan karakterisasi sensor LVDT dengan signal conditioning yang dibuat.

1.7 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka penulis membuat sistematika pembahasan sebagai berikut :

Bab I Pendahuluan

Berisi mengenai latar belakang penulisan, rumusan masalah, batasan masalah dalam penulisan, tujuan penulisan, metodologi penulisan dan sistematika penulisan.

Bab II Tinjauan Pustaka

Pada bab ini berisi teori pendukung tentang pengenalan terhadap LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) sebagai sensor posisi, dan Mengenai op amp.

Bab III Perancangan Sistem

Pada bab ini dibahas mengenai perancangan sistem dari signal conditioning untuk sensor LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer).

Bab IV Pengukuran dan Analisa Data

Pada bab ini berisikan Pengukuran dan analisa data yang mencakup karakteristik LVDT (Linear Variable Difrential Transformer).

(59)

Pada bab ini merupakan penutup yang meliputi tentang kesimpuan dari pembahasan hasil dari karakteristik sensor LVDT (Linear Variable Difrential Transformer) serta saran yang diperlukan untuk memperbaiki dan melengkapi kekurangan penelitian ini.

(60)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

ABSTRAK

LVDT (Linear Variable Differential Transformer) merupakan salah satu jenis sensor perpindahan. Sensor LVDT ini bekerja jika sudah ada pengkondisi sinyal. Pengkondisi sinyal ini mencakup generator gelombang sinus dan demodulator.

Rangkaian osilator dan demodulator yang dirancang menggunakan Op Amp. Sensor LVDT ini bekerja berdasarkan prinsip fluks magnetik yang dibangkitkan pada inti besi oleh induksi yang berasal dari kumparan primer. Tegangan masukan LVDT merupakan tegangan bolak-balik (AC), sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan juga berupa tegangan bolak-balik. AC magnitude diperoleh dengan menggeser inti sensor dengan menggunakan micrometer sekrup. Pergeserannya dapat kita lihat pada dengan menganalisa gelombang yang dihasilkan pada osilokop. Apabila gelombang yang dihasilkan kedua kumparan sama, maka posisi inti merupakan posisi nol. Perubahan bentuk gelombang yang dihasilkan menunjukkan arah pergeseran posisi inti terhadap kumparan sekunder satu dan sekunder dua. AC magnitude yang dihasilkan oleh kumparan sekunder satu dan sekunder dua dapat menunjukkan pengkondisi sinyal yang dibuat bekerja atau tidak. Sinyal posisi input yang dipicu oleh rangkaian osilator yakni gelombang sinus kemudian ditransmisikan ke primer LVDT yang menjadi tegangan input untuk sensor LVDT dan tegangan dari sekunder harus didemodulasikan untuk menghasilkan tegangan DC. Tegangan DC yang dihasilkan merupakan konversi jarak perpindahan dari sensor LVDT.

(61)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

ABSTRACT

LVDT (Linear Variable Differential Transformer) is one type of displacement sensors. LVDT sensor is working if there is already a signal conditioner. Signal conditioners include sine wave generator and demodulator.

Oscillator and demodulator circuits are designed using the Op Amp. The LVDT sensors work on the principle of magnetic flux in the iron core generated by induction from the primary coil. LVDT input voltage is an alternating voltage (AC), so that the output voltage is also generated in the form of alternating voltage. AC magnitude is obtained by shifting the sensor core by using a micrometer screw. The shift can be seen in the waves generated by analyzing the osilokop. If the waves generated at the second coil, the core position is zero position. The resulting waveform changes showed a shift towards the core position of the secondary coil and two secondary one. AC magnitude generated by a secondary coil and two secondary can show signal conditioners are made to work or not. Position of the input signal that is triggered by a sine wave oscillator circuit which is then transmitted to a primary LVDT input voltage to the sensor LVDT and the voltage of the secondary must be demodulated to produce a DC voltage. The resulting DC voltage is a conversion of the sensor LVDT displacement distance.

(62)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains

MASRIA PANE

090801021

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

(63)

PERSETUJUAN

Judul : Pembuatan Signal ConditioningUntuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Kategori : Skripsi

Nama : Masria Pane

Nim : 090801021

Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika

Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara

Disetujui di : Medan, 20 Agustus 2013

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2, Pembimbing 1,

Drs. Takdir Tamba, M.Eng,Sc Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc NIP. 196006031986011002 NIP. 195609181985031002

Disetujui Oleh

Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,

Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003

(64)

PERNYATAAN

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan, 20 Agustus 2013

MASRIA PANE 090801021

(65)

PENGHARGAAN

Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.

Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Dr. Bisman Perangin–angin, M.Eng,Sc dan Bapak Drs. Takdir tamba, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini

2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta , kepada Bapakku W. Pane (alm) dan Ibuku T. M. Sidabutar yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan spritual, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.

3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan

Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,

Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.

4.Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Bapak Sigit Arianto, M.Eng selaku pembimbing pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, Pak Andi, Bapak Dr. Masno Ginting , Bapak Pardamean Sebayang, Ibu Ani, Pak Prabowo, dan seluruh staf dan karyawan P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih.

(66)

5. Terimakasih buat adik-adikku tersayang Mey Elyzabeth Pane, Johannes Haessler Pane, Novianty Pane, Fitri Rosa Nurida Pane, dan Eri Immanuel Pane yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis. 6. Kepada teman-teman stambuk breaving, Agus, Azay, Ade, Andrian, Septiana, Helen, Jeny, Stevani, Emy, Harty, Weny, Monora, Gusning, Zanah, Ferdy, Ophi, Fitri Yuniati, Esra, Valent, Istas, Andiko, Timbul, Natan, Josua, Eldo, Silvi, Sony, Kalam, Poltak, Herdi, Enra, Sabam, Resdina, Vila dan Rieni, yang telah memberikan partisipasi , semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses. Amin.

7. Sahabat- sahabatku Lia samosir, Yenny Tarigan, Sahat Butar- Butar yang memberikan motivasi dan doa kepada penulis.

8. Teman-teman Asisten Laboratorium Elektronika Lanjutan yang saling mendukung di dalam laboratorium.

9. Adik-adikku dari Stambuk 2010, 2011 dan 2012 terutama buat Gunawan Sitorus yang telah rela meluangkan waktunya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya.

Medan, 20 Agustus 2013

(67)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

ABSTRAK

(68)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

ABSTRACT

(69)

DAFTAR ISI Halaman Persetujuan ii Pernyataan iii Penghargaan iv Abstrak vi Abstract vii

Daftar Isi viii

Daftar Tabel x

Daftar Gambar xi

Daftar Lampiran xiii

Bab I Pendahuluan

1. 1 Latar Belakang 1

1. 2 Rumusan Masalah 2

1. 3 Batasan Masalah 2

1. 4 Tujuan Penelitian 3

1. 5 Manfaat Penelitian 3

1. 6 Metodologi Penelitian 3

1. 7 Sistematika Penulisan 4

Bab II Tinjauan Pustaka

2.1 Sensor 6

2.1.1 Pengenalan LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) 7

2.1.2 Karakteristik LVDT 8

2.1.3 Prinsip kerja LVDT 10

2.2 Operational Amplifier 13

2.2.1 Op Amp non inverting 14

2.2.2 Op Amp inverting 16

2.2.3 Rangkain penjumlah 17

2.2.4 Rangkaian Penguat diffrensial 18

2.3 Signal Conditioning 19

2.3.1 Fungsi umum pengkondisi sinyal 19

Bab III Perancangan Sistem

3.1 Perancangan Hardware 24

3.1.1 Pembuatan RangkaianPower Supply Adaptor ( PSA) 24

3.1.2 Rangkaian Integrator 25

3.1.3 Rangkaian Filter Aktif 27

3.1.4 Rangkaian Osilator 28

3.1.5 Rangkaian Inverting 28

3.1.6 Rangkaian Penguat Power 29

3.1.7 Demodulator 30

3.1.8 Rangkaian Inverting Summing Amplifier 31

(70)

3.1.10 Pembuatan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 33

3.2 Alat Pengujian 36

3.3 Rancangan Sistem Pengukuran 37

3.3.1 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal 37 Generator

3.3.2 Pengukuran dan Karakterisasi sensor LVDT dengan 39 Rangkaian Pengkondisi Sinyal

3.4 Analisa Data 41

3.5 Diagram Kerja 42

Bab IV Pengukuran dan Analisa

4.1 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk 43 AC Magnitude

4.1.1 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Sinyal Generator 44 4.1.2 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Circuit Signal 48

Conditioning

4.2 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk Nilai DC 53 output (Sensifitas)

Bab V Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 56

5.2 Saran 57

Daftar Pustaka 58

(71)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Asumsi dasar Op Amp Ideal 14

Tabel 4.1 Pengujian untuk output AC Magnitude Sinyal Generator 44 Tabel 4.2 Pengujian untuk output AC Magnitude RangkaianSignal Conditioning 49 Tabel 4.3 Pengujian Tegangan Keluaran DC dari Rangkaian Pengkondisi Sinyal 54

(1)

DAFTAR ISI Halaman Persetujuan ii Pernyataan iii Penghargaan iv Abstrak vi Abstract vii

Daftar Isi viii

Daftar Tabel x

Daftar Gambar xi

Daftar Lampiran xiii

Bab I Pendahuluan

1. 1 Latar Belakang 1

1. 2 Rumusan Masalah 2

1. 3 Batasan Masalah 2

1. 4 Tujuan Penelitian 3

1. 5 Manfaat Penelitian 3

1. 6 Metodologi Penelitian 3

1. 7 Sistematika Penulisan 4

Bab II Tinjauan Pustaka

2.1 Sensor 6

2.1.1 Pengenalan LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) 7

2.1.2 Karakteristik LVDT 8

2.1.3 Prinsip kerja LVDT 10

2.2 Operational Amplifier 13

2.2.1 Op Amp non inverting 14

2.2.2 Op Amp inverting 16

2.2.3 Rangkain penjumlah 17

2.2.4 Rangkaian Penguat diffrensial 18

2.3 Signal Conditioning 19

2.3.1 Fungsi umum pengkondisi sinyal 19

Bab III Perancangan Sistem

3.1 Perancangan Hardware 24

3.1.1 Pembuatan RangkaianPower Supply Adaptor ( PSA) 24

3.1.2 Rangkaian Integrator 25

3.1.3 Rangkaian Filter Aktif 27

3.1.4 Rangkaian Osilator 28

3.1.5 Rangkaian Inverting 28

3.1.6 Rangkaian Penguat Power 29

3.1.7 Demodulator 30

3.1.8 Rangkaian Inverting Summing Amplifier 31

(2)

Universitas Sumatera Utara 3.1.10 Pembuatan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 33

3.2 Alat Pengujian 36

3.3 Rancangan Sistem Pengukuran 37

3.3.1 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal 37 Generator

3.3.2 Pengukuran dan Karakterisasi sensor LVDT dengan 39 Rangkaian Pengkondisi Sinyal

3.4 Analisa Data 41

3.5 Diagram Kerja 42

Bab IV Pengukuran dan Analisa

4.1 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk 43 AC Magnitude

4.1.1 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Sinyal Generator 44 4.1.2 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Circuit Signal 48

Conditioning

4.2 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk Nilai DC 53 output (Sensifitas)

Bab V Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 56

5.2 Saran 57

Daftar Pustaka 58

(3)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Asumsi dasar Op Amp Ideal 14

(4)

Universitas Sumatera Utara DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Penampang LVDT 8

Gambar 2.2 Konstruksi LVDT 9

Gambar 2.3 Bentuk LVDT 10

Gambar 2.4 Skema LVDT 12

Gambar 2.5 Bentuk gelombang LVDT 13

Gambar 2.6 Op Amp non inverting 15

Gambar 2.7 Op Amp inverting 16

Gambar 2.8 Rangkaian Penjumlah 17

Gambar 2.9 Rangkaian Penguat Diffrential 18

Gambar 2.10 Memproses sinyal arus 19

Gambar 2.11 Perubahan dalam variabel induktansi L 22 Gambar 3.1 Blok diagram pengkondisi sinyal LVDT 23

Gambar 3.2 Set Up pengkondisi sinyal 24

Gambar 3.3 RangkaianPower Supply Adaptor(PSA) 25

Gambar 3.4 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 1, 2, dan 3 26 Gambar 3.5 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 12, 13 dan 14 26

Gambar 3.6 Rangkaian Filter Aktif 27

Gambar 3.7 Rangkaian Osilator 28

Gambar 3.8 Rangkaian Inverting untuk LVDT Primer 29 Gambar 3.9 Rangkaian Inverting untuk LVDT Sekunder 29

Gambar 3.10 Rangkaian Penguat Power AB 30

Gambar 3.11 Rangkaian Demodulator 31

Gambar 3.12 Rangkaian Penguat Penjumlah 31

Gambar 3.13 Rangkaian Filter Pasif 32

Gambar 3.14 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT 34 (Linear Variable Diffrential Transformer) Primer

Gambar 3.15 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable 35 Diffrential Transformer) Sekunder 1 dan sekunder 2.

Gambar 3.16 Diagram Blok Pengukuran dan Karakteristik Sensor 37 LVDT menggunakan sinyal generator

Gambar 3.17 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT 38 menggunakan sinyal generator

Gambar 3.18FlowchartPengukuran Karakteristik Sensor LVDT 39 dengan Signal Generator dengan variasi jarak

Gambar 3.19 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan 39 Rangkain Pengkondisi Sinyal

Gambar 3.20 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan 40 rangkaian pengkondisi sinyal.

Gambar 3.21FlowchartPengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan 41 Rangkaian pengkondisi sinyal dengan variasi jarak

Gambar 3.22FlowchartProses Penelitian 42

(5)

dan sekunder 2 pada jarak 0 mm

Gambar 4.1b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 45 dan sekunder 2 pada jarak 2,5 mm

Gambar 4.1c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 46 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm

Gambar 4.1d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 46 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm

Gambar 4.1e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 47 dan sekunder 2 pada jarak -4mm

Gambar 4.2 Grafik Jarak terhadap Tegangan AC Magnitude 47 Signal Generator

Gambar 4.3a Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 50 dan sekunder 2 pada jarak 0 mm

Gambar 4.3b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 50 dan sekunder 2 pada jarak 2,5mm

Gambar 4.3c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 51 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm

Gambar 4.3d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 51 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm

Gambar 4.3e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 52 dan sekunder 2 pada jarak -4mm

Gambar 4.4 Grafik Rasio Tegangan AC magnitude terhadap Jarak 52 menggunakanSignal Conditioning

(6)

Universitas Sumatera Utara DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

LAMPIRAN A Rangkaian Lengkap 58

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)











 

pF

20

V

V

 





PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

SKRIPSI

MASRIA PANE

090801021

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT

(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

Parts

Dokumen yang terkait

jurnal 2016 pengembangan trainer signal conditioning

pengumuman pelelangan Signal conditioning

pengumuman pelelangan Signal conditioning 2

Pengumuman Pemenang signal conditioning ulang

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)

PERANCANGAN RANGKAIAN PENGONDISI SINYAL UNTUK SENSOR PENGINDERAAN JAUH DESIGN OF SIGNAL CONDITIONING FOR REMOTING SENSING SENSOR

Dokumen yang Anda mencari sudah siap untuk unduhkan

_