Komponen Kontrol mesin pemisah Proses
KOMPONEN CONTROL
PROSES
TEAM PENGAJAR :
• Ir. TARMEDI, MT
• Deden Tarsoma, S.Pd
LOOP SISTEM PENGENDALIAN
SP
e
KONTROLER
mv
ACTUATOR /
FCE
VP
PROSE
sensor
TRANSMITTER
SENSING ELEMEN
•
•
•
•
Generatif sensing
Resistif sensing
Kapasitif sensing
Magnetik sensing
GENERATIF SENSING
•
•
•
•
Thermocouple
Photovoltaic sensor
Piezo electric sensor
Elektro magnetik
RESISTIF SENSOR
•
•
•
•
Resistor (PTC) ( RTD)
Thermistor (NTC)
Light Dependen Resistor (LDR)
Strain gauge
GENERATIF SENSOR
•
•
•
•
Thermocouple
Cell Solar/photo voltaic
Fiezo electrik
Electro magnetic
Thermocouple
• Thermocouple adalah suatu
komponen /sensor yang
dipergunakan untuk mendeteksi
perubahan temperatur/suhu menjadi
perubahan tegangan
Thermocouple terbuat dari dua
buah kawat/logam yang berbeda
A
junction
B
• Thermocouple bekerja berdasarkan
efek seeback, efek pertier dan efek
thomson
Efek Seeback
• Apabila dua buah kawat/logam yang
berbeda yang salah satu ujungujungnya disatukan, maka di ujungujung yang lain akan timbul beda
poten sial yang besarnya tergantung
pada temperatur di junctionnya
Efek Pertier
• Jika pada junction tersebut mengalir
arus listrik, maka tegangan listrik
yangterjadi tadi akan berubah naik
atau turun tergantung dari arah arus
yang mengalir pada junction tersebut
Efek Thomson
• Jika pada sepanjang kawat tersebut
terdapat gradien temperatur, maka
besar tegangan akan berubah\
DUA hukum/Aturan PENTING DALAM MENGANALISA
RANGKAIAN THERMOCOUPLE
• Hukum Logam Antara
• Temperatur Antara
Hukum logam Antara
• Bila suatu logam ke tiga di sisipkan
pada junction antara logam A dan B,
maka tegangan listrik yang timbul
tidak akan berubah. Bila logam
tersebut berada pada temperatur
yang sama dengan temperatur
T 1= T2 =
T1
L
junction.
T3
1
L
3
T
2
L2
T
3
Hukum temperatur antara
• Bila sebuah termocouple dengan dua
jundtion yang berbeda berada
padatemperatur T1 dan T2
menghasilkan tegangan E1, dan bila
junction-junctionnya berada pada
temperatur T2 dan T3. Akan
menghasilkan tegangan E2. Maka
bila junction-junctionnya berada
pada temperatur T1 dan T3 akan
menghasilnak tegangan E3 yang
Rangkaian Thermocoule
• Thermocouple 1 Junction
• Thermocouple 2 Junction
Type-type thermocouple
No
type
Bahan
Range
temperature
1
B
Pt(6%)rhodium –
Pt(30%)Rodim
2
C
W(5%)rhenium –
W(26%)Rhenium
0o - 3200oC
37,0 mV
3
E
Chromel - Constantan
0o - 982oC
75 mV
4
J
Iron - costantan
0o - 760oC
50 mV
5
K
KHromel - Alumel
-184o - 1260oC
56 mV
6
N
Nicrosil (Ni/Cr/Si) - Nisil
(Ni/Si/Mg)
-270o - 1300oC
51,8 mV
7
R
Pt (13%)Rhodium - Pt
0o - 1593oC
18,7 mV
8
S
Pt(10%)Rhodium - Pt
0o - 1538oC
16,0 mV
9
T
Cooper - Constantan
-184o - 400oC
26,0 mV
38
O
- 1800O c
Range tegangan
FULL RANGE
13,6 mV
SOLAR CELL
BAHAN – BAHAN SOLAR
CELL
•
•
•
•
SILICON
GERMANIUM
ARSENICUM
INDIUM
PRINSIP KERJA SOLAR CELL
CRISTAL / PIEZO
ELECTRIC
The Bi-metallic Thermostat
Photo Voltaic Sensor
Photo Resistor/LDR (Light
Dependent resistor)
LDR is a resistor that has a
nature when exposed to
light resistansi value will
be changed
The bright light the small
value resistansi, and light
the dark when the value of
the larger resistansi
Photo Dioda
Foto dioda adalah semikonduktor
yang memiliki 2 pole, anoda dan
katoda struktur PN Junction
dalam kombinasi dengan Optik,
bahwa arus kas ditentukan oleh
ukuran cahaya
A
K
so
Cahaya terang
dari arus listrik
Photo Transistor
NPN
PNP
Transistor foto adalah semi-konduktor
yang memiliki elektroda 3, Emitor,
Dasar dan Colektor, struktur dan PN
Junction NP atau dikombinasikan
dengan Optic, sehingga aliran aliran
dasar ditentukan oleh ukuran dari
intensitas cahaya
Used
Foto transistor banyak digunakan
sebagai alat kontrol elektronik yang
terkait dengan pengaturan saat ini
menggunakan efek cahaya
Thermistor
Termistor adalah jenis lain
dari sensor suhu, yang
namanya adalah kombinasi
dari kata Therm-sekutu
sensitif res-ISTOR.
Termistor adalah jenis
resistor yang mengubah
perlawanan fisik dengan
perubahan suhu....
SOLAR CELL
CARA KERJA DAN RANGKAIAN
PIEZOELEKTRIK
Sebuah disk piezoelektrik
menghasilkan tegangan
ketika cacat (perubahan
bentuk sangat berlebihan)
5. PIEZOELEKTRIK
•
Sensor piezoelektrik bergantung pada piezoelektrik
efek, yang ditemukan oleh Curie bersaudara
di akhir abad 19. Sementara menyelidiki
jumlah bahan alami yang terjadi seperti
turmalin dan kuarsa, Pierre dan Jacques Curie
menyadari bahwa bahan-bahan ini memiliki
kemampuan untuk
mengubah energi dari suatu input mekanis menjadi
listrik output. Lebih khusus lagi, ketika tekanan
[piezo adalah kata Yunani untuk tekanan] diterapkan
untuk
bahan piezoelektrik, itu menyebabkan mekanik
deformasi dan perubahan energi listrik. Besarnya
energi listrik yang dihasilkan sangat sebanding
dengan besarnya tekanan yang diberikan
[Piezoelektrik] pada kristal tersebut.
PIEZOELEKTRIK
Figure 1: Piezoelectricity of quartz
Sebuah kuarsa (SiO2) tetrahedron ditampilkan.
Ketika suatu tekanan
diterapkan pada tetrahedron (atau makroskopik
kristal elemen) perpindahan daya kation
ke pusat daya anion terjadi.
5. PRINSIP OPERASI
Tiga jenis tekanan
yang dapat diberikan
pada sepototng
kristal antara lain
adalah :
1. transversal
2. memanjang
3. geser.
Figure 2: Gallium phosphate sensing elements
DESAIN SENSOR
Berdasarkan teknologi piezoelektrik
berbagai fisik
dimensi dapat diukur, yang paling
penting
termasuk tekanan dan percepatan.
(a)
Gambar 3 menunjukkan
skema konfigurasi dari transversal
konfigurasi.
Dalam desain kedua,
elemen cuboids tipis yang dimuat dalam
konfigurasi
(b)
ekstensi memanjang. Untuk sensor
tekanan,
membran tipis digunakan untuk
meyakinkan bahwa tekanan diterapkan
beban khusus unsur-unsur dalam satu
Gambar 3: Skema desain
arah .
sensor tekanan (a)
Untuk mendetaksi perubahan
dan percepatan sensor (b)
kecepatan,
, massa seismik dilekat pada elemen
kristal . Ketika accelerometer bekerja ,
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Common Resistance Materials
for RTDs:
Platinum (most popular and
accurate)
Nickel
Copper
Tungsten (rare)
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Tipe lain sensor suhu resistansi listrik adalah Resistance
temperatur Detector atau RTD. RTD adalah sensor suhu
presisi dibuat dari logam tinggi kemurnianannya seperti
lempeng platina, tembaga atau nikel menjadi kumparan dan
yang perubahan hambatan listrik sebagai fungsi temperatur,
mirip dengan thermistor. Juga tersedia metal -film RTD.
Perangkat ini memiliki film tipis pasta platinum disimpan ke
substrat keramik putih.
Detektor suhu resistif memiliki koefisien temperatur
positif (PTC) tetapi tidak seperti termistor output mereka
sangat linier menghasilkan pengukuran yang sangat akurat
dari suhu. Namun, mereka memiliki kepekaan yang kecil ,
yang merupakan perubahan suhu hanya menghasilkan
perubahan output yang sangat kecil misalnya, 1Ω/oC. Jenis
yang lebih umum dari RTD terbuat dari platinum dan disebut
Platinum Resistance Thermometer atau yang PRT dengan
sensor semua yang paling umum tersedia dari mereka
Pt100, yang memiliki nilai resistansi standar 100Ω di 0oC.
Namun, Platinum mahal dan salah satu kelemahan utama
dari jenis perangkat adalah biaya.
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Seperti termistor, RTD adalah perangkat resistif pasif dan
dengan melewatkan arus konstan melalui sensor suhu
adalah mungkin untuk mendapatkan tegangan output yang
meningkat secara linear dengan suhu. Sebuah RTD khas
memiliki resistansi basis dari sekitar 100Ω di 0oC, meningkat
menjadi sekitar 140Ω pada 100oC dengan rentang
temperatur operasi antara -200 sampai 600 oC.
Karena RTD adalah perangkat resistif, kita perlu melewati
arus yang melalui mereka dan memonitor tegangan yang
dihasilkan. Namun, setiap variasi dalam resistensi karena
panas diri kabel resistif sebagai arus mengalir melalui itu,
2R, (Ohms UU) menyebabkan kesalahan dalam pembacaan.
Untuk menghindari hal ini, RTD biasanya terhubung ke
jaringan Jembatan Whetstone yang menghubungkan kabel
MAGNETIK SENSOR
Transformer Diferensial Linear Variabel
Transformer Diferensial Linear
Variabel
Salah satu jenis sensor posisi yang tidak mengalami
masalah keausan mekanis adalah "Linear Variable
Differential Transformer" atau LVDT . Ini adalah
sensor posisi jenis induktif yang prinsip kerjanya
sama dengan transformator AC yang digunakan untuk
mengukur gerakan. Ini adalah perangkat yang sangat
akurat untuk mengukur perpindahan linier dan yang
output sebanding dengan posisi inti bergerak nya.
Pada dasarnya terdiri dari tiga kumparan ,
membentuk satu kumparan utama dan dua lainnya
membentuk kumparan sekunder yang identik elektrik
terhubung bersama dalam seri tetapi 180o keluar dari
fase kedua sisi kumparan primer. Sebuah inti besi
lunak bergerak feromagnetik (kadang-kadang disebut
"angker") yang terhubung ke objek yang diukur, slide
atau bergerak naik dan turun di dalam tabung.
Sebuah tegangan referensi AC kecil yang disebut
"eksitasi sinyal" (2 - 20V rms, 2 - 20kHz) diterapkan ke
gulungan primer yang inturn menginduksi sinyal EMF
Inductive Proximity Sensors
Sebuah sensor jarak induktif memiliki empat komponen
utama; oscillator yang menghasilkan medan
elektromagnetik, kumparan yang menghasilkan medan
magnet, rangkaian deteksi yang mendeteksi setiap
perubahan di lapangan ketika sebuah objek masuk dan
rangkaian output yang menghasilkan sinyal output, baik
dengan kontak normal tertutup (NC) atau normal terbuka
(NO). Sensor kedekatan Induktif memungkinkan untuk
mendeteksi benda-benda logam di depan kepala sensor
tanpa kontak fisik dari objek itu sendiri terdeteksi. Hal ini
membuat mereka ideal untuk digunakan di lingkungan yang
kotor atau basah. The "penginderaan" berbagai sensor
jarak sangat kecil, biasanya 0.1mm ke 12mm.
Inductive Proximity Sensors
Serta aplikasi industri, sensor jarak induktif juga
digunakan untuk mengontrol perubahan lampu lalu
lintas di persimpangan dan jalan lintas. Loop induktif
persegi panjang dari kawat dimakamkan ke
permukaan jalan aspal dan ketika mobil atau
kendaraan jalan lain melewati loop, tubuh logam dari
perubahan kendaraan induktansi loop dan
mengaktifkan sensor sehingga mengingatkan
controller lampu lalu lintas bahwa ada kendaraan
menunggu.
Salah satu kelemahan utama dari jenis sensor
adalah bahwa mereka "Omni-directional", yaitu
mereka akan merasakan benda logam baik di atas,
bawah atau ke sisi itu. Juga, mereka tidak mendeteksi
benda-benda non-logam Capacitive Proximity Sensor
meskipun Sensor Proximity dan Ultrasonik tersedia.
Sensor posisi lain yang umum tersedia magnet
meliputi: switch buluh/reed swiches, sensor efek hall
AKUISISI
DATA
Akuisisi
data :
Rangkaian proses pengambilan data mulai dari data yang berasal dari
output sensor sampai data tersebut menjadi data yang valid (tidak
mengandung nois/error atu mengandung nois/error dalam toleransi yang
diizinkan) dalam memakai komputer dalam proses selanjutnya.
Secara umum Akuisisi data dikelompokan menjadi 2 kelompok :
1. Akuisisi Data Digital
Sinyal yang dihasilkan sudah berupa sinyal digital (Post prossesing)
2. Akuisisi Data Analog
Sinyal yang berasal dari sensor berupa sinyal Analog (pre prosessing) dan
(past prosesing)
Akuisisi Data
Digital
Mengembangkan Fungsi Printer port
(a) Dengan Shift Register
Akuisisi Data
Analog
Proses Akuisisi data Analog dapat dibagi ats 2 tahp, Yaitu :
1. Pre prosesing
Proses pengolahan data Awal (diluar komputer) sedemikian rupa sehingga
data tersebut dapat diakuisisi dengan baik (Full Range pada ADC; bebas
Noise frequensi tinggi.
2. Post prosesing
Proses pengolahan data lanjut (didalam komputer) agr data benr-benar Valid
(bebas dari noise freq rendah,bebas dari kesalahan statistik)
Pre Prosesing pada Akuisisi data
Analog
Secara alat diagram proses ini dapat digambarkan sbb:
1. Amplifier (dengan OP-Amp)
a. INVERTING AMPLIFIER
Sifat-sifat OP-Amp
6
1) Rin = 10
:
ii ~ 0
6
2) Gain : 10
̶
KA
8
- 10
8
~
10
~
-5
Ω~
~
kali
3) R out : 10
̶ 10
kali
2
R out ~ 0
4) e.A = -έ
Dititik A berlaku
i1 + i2 – ii = 0 karena ii ~0
Maka
i1 + i2 = 0
e1 - eA
R1
e0
+
=0
e0 - eA
RF
ei =
R1-
e0
RF
ei=
e0-
RF
Ri
=
-
RF
Ri
x ei
b. NON INVERTING AMPLIFIER
Di titik A :
Ii + Io – IA = 0
karena
ii = ~ 0
maka
Io – Ia = 0
Io =Ia ; ea =ei
Eo –eA
Ro
eo
Ro
-
eA
Ro
-
eA
RA
=
0
eo
Ro
-
ei
Ro
-
eA
RA
=
0
eo
Ro
=
ea
Ro
+
ea Karena
Ra
eo
Ro
=
eo =
A =
(
1
Ro
Ra + Ro X
Ra
(
1 +
1
Ra
ei
Rf
Ri
)
Atau
ei
=
)
ei
eA
=
eA
RA
Perbandingan antara inverting dan non inverting Amplifier
Sifat –sifat penting
Hubungan Input Output
Rating Kerja
(gain)
Konsumsi Daya
INVERTING
• Tidak terisolasi
• Pada hubungan
(seri) perlu
dianalisa
ulang
-Jika Rf= 0
A=0
- Jika Ri = 0
A= ~
0 < K <
Relatif Kecil
~
NON INVERTING
• Terisolasi
• Pada hub seri (n-Amp)
η
n
• Gain kontrol =
Ki
I
- Jika Ro = 0 =1
A= 1
-Jika Ra = 0
A = ~
1 < K < ~
Cukup besar
C. Summing Amplifier
R1=R2….=Rn =R
ε
Eo = k
Di titik A berlaku :
ε
Ii ≈ 0
i1 + i2 + ……..in +if – ii =0
i1 + i2 + ……..in +if =0
e1 –e
A
R1
Eo
Rf
Eo
(t)
+ e2 –e ……
A
…
en –e
A
+
Eo –e
A
Karena
R1=R2….=Rn
=R RF
R2
Rn
=-
1 (e1 + e2 + ……………….en)
R
=-
Rf(e1 + e2 + ……………….en)
R
=0
Di titik A :
ii + i1 + i3
- i2
=0
karena ii ≈ 0
maka
i1 + i3 – i2 = 0
e2 –e
A
e
2
e
R1
2
ea
+
R1
eo
+
e
o
-
e
R3
a
R3
R1 Karena
e
2
R1
+ eo =
R3
eo
-
ea
R3
ea
R2
R1
ea = e1
( 1R
+
-
ea
R2
ea
R1
=0
=0
R3
1
+1
R2
R3
)
1
+ 1 +1
= 1
R
R2
R3
R3
1
Jika R1=R2=R3 , maka
(
eo = 3e1 – e2
)
-
e
2
R1
+
eo–e
A
R3
-
e
A
R2
= 0
Rangkaian ERROR DETECTOR
e
1
=
R
.
e1 =
⅓
e1
eo2R+
= 3 e1 –
e2R
3 (⅓ e1 ) –
e2
eo = e1 - e2
contoh
Rencanakan sebuah Amplifier yang dapat digunakan untuk menguatkan
sinyal dari sensor 0 – 100 m V menjadi 0 – 5,1 Volt (ADC 8 Bil
0,02 V
( bit)
5.1V
= 51 kali
Gain harus :
100 mV
Bila Rangkaian menggunakan NON INVERTING
A
=
RF
1
Rin
RF= 50+kali
Rin
RA + Ro
Dicontoh : K =
RA
CONTOH
Suatu sensor temperatur dengan termocouple digunakan untuk mengukur
temperatur antara 300 ° C – 800 ° C.
Jika ketahui pada range 300 ° C – 800 ° C output sensor 50 mV – 250 mV
Buat rangkaian signal conditioning agar Rang pengukuran (input ADC)
300 ° C – 800 ° C
0 V - 5,1 V
ΔV = 250mV - 50 mV = 200 mV
ΔT = 800 ° C - 300 ° C = 500 ° C
FILTER AKTIP
Adalah rangkaian Filter RC dengan komponen Aktif
Berdasarkan response Freq, filter Analog di klasifikasikan atas 4 Type, antara lain
1.
2.
3.
4.
Low pass Filter (LPF)
High pass Filter (HPF)
Band pass Filter (BPF)
Band stop Filter (BSF/BEF/BRF)
1). LPPF :
Akan memiliki gain = 1 pada freq dibawah freq cut off (fc)
Gain sekitar -12 db ÷ 2 db pada freq cut off
Gain kurang dari satu jika freq diatas freq cut off
3). Band Pass Filter
2). HPF :
GF≤ 1
untuk Fs ≤ Fc
Fs = frq sunjal
Fc = frq cut off
GF = - 12 db ≤ GF≤ 2 db
untuk Fs = Fc
GF ≈ 1
μ : FS » FC
GF≤ 1
Fs ≤ Fp atau F » FPC
GF = - 12 db < GF < 2 db
Fp -½ FB ≤ FS ≤ FP +½ FB
FP = Freq pass
FB= Freq band width
). Band Stap Filter (BSF)
GF ~ 1
GF
Fs
» FC atau Fc «
1
« 1 FC - ½ FB < FS < FC + ½ FB
FILTER LPF ORDE I
Ic
y
(s)
(s)
Y(s) =
1_____
Ic(s) 1_
1_____
1_
ωc
S
S
ωc
+1
+1
GAMBAR 2. Blok
Z Cf (s)
_____________
Es=
x Ic (s)
Z Rf (s) + Z Cf
(s)
1__
1
Cf(s)
_________
________
xIc (s)=
x Ic
Es=
1_
Rf Cf(s) + 1
Rf +
Gbr 2. bentuk rangkaian aktif
Cf
(s)
R1 +
______
=R2
R1
y
(t)
Jika R2 = 0
E (t)
y
= E (t) =
y(s) = E (s)
(t)
(s)
1
__________
x Ic
y (s)=
Rf Cf (s) + 1
y (s)
____
=GF
Ic (s)
(s)
1
________
=
Rf Cf +
1
1
____
Rf Cf
(S)=
ωc =
1_____
1_
S+1
ωc
Karakteristik response freq LPF RC aktif ORDE I
1___; S = ω j +σ
Pada daerah freq S
=ωj
1_
S+
1
1
____________
ωc
| G (ω) | =
=1_________
ω
ω²_ + 1
___ j + 1
ωc ²
ωc
G(s =
)
G
(ω)
Φ (ω)
= 0 - tg⁻¹ω_
ωc
Φ (ω)
= 0 - tg⁻¹
|
ω=
0
|G
1
(ω)
ω_
ω
c
|=
|
PROSES
TEAM PENGAJAR :
• Ir. TARMEDI, MT
• Deden Tarsoma, S.Pd
LOOP SISTEM PENGENDALIAN
SP
e
KONTROLER
mv
ACTUATOR /
FCE
VP
PROSE
sensor
TRANSMITTER
SENSING ELEMEN
•
•
•
•
Generatif sensing
Resistif sensing
Kapasitif sensing
Magnetik sensing
GENERATIF SENSING
•
•
•
•
Thermocouple
Photovoltaic sensor
Piezo electric sensor
Elektro magnetik
RESISTIF SENSOR
•
•
•
•
Resistor (PTC) ( RTD)
Thermistor (NTC)
Light Dependen Resistor (LDR)
Strain gauge
GENERATIF SENSOR
•
•
•
•
Thermocouple
Cell Solar/photo voltaic
Fiezo electrik
Electro magnetic
Thermocouple
• Thermocouple adalah suatu
komponen /sensor yang
dipergunakan untuk mendeteksi
perubahan temperatur/suhu menjadi
perubahan tegangan
Thermocouple terbuat dari dua
buah kawat/logam yang berbeda
A
junction
B
• Thermocouple bekerja berdasarkan
efek seeback, efek pertier dan efek
thomson
Efek Seeback
• Apabila dua buah kawat/logam yang
berbeda yang salah satu ujungujungnya disatukan, maka di ujungujung yang lain akan timbul beda
poten sial yang besarnya tergantung
pada temperatur di junctionnya
Efek Pertier
• Jika pada junction tersebut mengalir
arus listrik, maka tegangan listrik
yangterjadi tadi akan berubah naik
atau turun tergantung dari arah arus
yang mengalir pada junction tersebut
Efek Thomson
• Jika pada sepanjang kawat tersebut
terdapat gradien temperatur, maka
besar tegangan akan berubah\
DUA hukum/Aturan PENTING DALAM MENGANALISA
RANGKAIAN THERMOCOUPLE
• Hukum Logam Antara
• Temperatur Antara
Hukum logam Antara
• Bila suatu logam ke tiga di sisipkan
pada junction antara logam A dan B,
maka tegangan listrik yang timbul
tidak akan berubah. Bila logam
tersebut berada pada temperatur
yang sama dengan temperatur
T 1= T2 =
T1
L
junction.
T3
1
L
3
T
2
L2
T
3
Hukum temperatur antara
• Bila sebuah termocouple dengan dua
jundtion yang berbeda berada
padatemperatur T1 dan T2
menghasilkan tegangan E1, dan bila
junction-junctionnya berada pada
temperatur T2 dan T3. Akan
menghasilkan tegangan E2. Maka
bila junction-junctionnya berada
pada temperatur T1 dan T3 akan
menghasilnak tegangan E3 yang
Rangkaian Thermocoule
• Thermocouple 1 Junction
• Thermocouple 2 Junction
Type-type thermocouple
No
type
Bahan
Range
temperature
1
B
Pt(6%)rhodium –
Pt(30%)Rodim
2
C
W(5%)rhenium –
W(26%)Rhenium
0o - 3200oC
37,0 mV
3
E
Chromel - Constantan
0o - 982oC
75 mV
4
J
Iron - costantan
0o - 760oC
50 mV
5
K
KHromel - Alumel
-184o - 1260oC
56 mV
6
N
Nicrosil (Ni/Cr/Si) - Nisil
(Ni/Si/Mg)
-270o - 1300oC
51,8 mV
7
R
Pt (13%)Rhodium - Pt
0o - 1593oC
18,7 mV
8
S
Pt(10%)Rhodium - Pt
0o - 1538oC
16,0 mV
9
T
Cooper - Constantan
-184o - 400oC
26,0 mV
38
O
- 1800O c
Range tegangan
FULL RANGE
13,6 mV
SOLAR CELL
BAHAN – BAHAN SOLAR
CELL
•
•
•
•
SILICON
GERMANIUM
ARSENICUM
INDIUM
PRINSIP KERJA SOLAR CELL
CRISTAL / PIEZO
ELECTRIC
The Bi-metallic Thermostat
Photo Voltaic Sensor
Photo Resistor/LDR (Light
Dependent resistor)
LDR is a resistor that has a
nature when exposed to
light resistansi value will
be changed
The bright light the small
value resistansi, and light
the dark when the value of
the larger resistansi
Photo Dioda
Foto dioda adalah semikonduktor
yang memiliki 2 pole, anoda dan
katoda struktur PN Junction
dalam kombinasi dengan Optik,
bahwa arus kas ditentukan oleh
ukuran cahaya
A
K
so
Cahaya terang
dari arus listrik
Photo Transistor
NPN
PNP
Transistor foto adalah semi-konduktor
yang memiliki elektroda 3, Emitor,
Dasar dan Colektor, struktur dan PN
Junction NP atau dikombinasikan
dengan Optic, sehingga aliran aliran
dasar ditentukan oleh ukuran dari
intensitas cahaya
Used
Foto transistor banyak digunakan
sebagai alat kontrol elektronik yang
terkait dengan pengaturan saat ini
menggunakan efek cahaya
Thermistor
Termistor adalah jenis lain
dari sensor suhu, yang
namanya adalah kombinasi
dari kata Therm-sekutu
sensitif res-ISTOR.
Termistor adalah jenis
resistor yang mengubah
perlawanan fisik dengan
perubahan suhu....
SOLAR CELL
CARA KERJA DAN RANGKAIAN
PIEZOELEKTRIK
Sebuah disk piezoelektrik
menghasilkan tegangan
ketika cacat (perubahan
bentuk sangat berlebihan)
5. PIEZOELEKTRIK
•
Sensor piezoelektrik bergantung pada piezoelektrik
efek, yang ditemukan oleh Curie bersaudara
di akhir abad 19. Sementara menyelidiki
jumlah bahan alami yang terjadi seperti
turmalin dan kuarsa, Pierre dan Jacques Curie
menyadari bahwa bahan-bahan ini memiliki
kemampuan untuk
mengubah energi dari suatu input mekanis menjadi
listrik output. Lebih khusus lagi, ketika tekanan
[piezo adalah kata Yunani untuk tekanan] diterapkan
untuk
bahan piezoelektrik, itu menyebabkan mekanik
deformasi dan perubahan energi listrik. Besarnya
energi listrik yang dihasilkan sangat sebanding
dengan besarnya tekanan yang diberikan
[Piezoelektrik] pada kristal tersebut.
PIEZOELEKTRIK
Figure 1: Piezoelectricity of quartz
Sebuah kuarsa (SiO2) tetrahedron ditampilkan.
Ketika suatu tekanan
diterapkan pada tetrahedron (atau makroskopik
kristal elemen) perpindahan daya kation
ke pusat daya anion terjadi.
5. PRINSIP OPERASI
Tiga jenis tekanan
yang dapat diberikan
pada sepototng
kristal antara lain
adalah :
1. transversal
2. memanjang
3. geser.
Figure 2: Gallium phosphate sensing elements
DESAIN SENSOR
Berdasarkan teknologi piezoelektrik
berbagai fisik
dimensi dapat diukur, yang paling
penting
termasuk tekanan dan percepatan.
(a)
Gambar 3 menunjukkan
skema konfigurasi dari transversal
konfigurasi.
Dalam desain kedua,
elemen cuboids tipis yang dimuat dalam
konfigurasi
(b)
ekstensi memanjang. Untuk sensor
tekanan,
membran tipis digunakan untuk
meyakinkan bahwa tekanan diterapkan
beban khusus unsur-unsur dalam satu
Gambar 3: Skema desain
arah .
sensor tekanan (a)
Untuk mendetaksi perubahan
dan percepatan sensor (b)
kecepatan,
, massa seismik dilekat pada elemen
kristal . Ketika accelerometer bekerja ,
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Common Resistance Materials
for RTDs:
Platinum (most popular and
accurate)
Nickel
Copper
Tungsten (rare)
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Tipe lain sensor suhu resistansi listrik adalah Resistance
temperatur Detector atau RTD. RTD adalah sensor suhu
presisi dibuat dari logam tinggi kemurnianannya seperti
lempeng platina, tembaga atau nikel menjadi kumparan dan
yang perubahan hambatan listrik sebagai fungsi temperatur,
mirip dengan thermistor. Juga tersedia metal -film RTD.
Perangkat ini memiliki film tipis pasta platinum disimpan ke
substrat keramik putih.
Detektor suhu resistif memiliki koefisien temperatur
positif (PTC) tetapi tidak seperti termistor output mereka
sangat linier menghasilkan pengukuran yang sangat akurat
dari suhu. Namun, mereka memiliki kepekaan yang kecil ,
yang merupakan perubahan suhu hanya menghasilkan
perubahan output yang sangat kecil misalnya, 1Ω/oC. Jenis
yang lebih umum dari RTD terbuat dari platinum dan disebut
Platinum Resistance Thermometer atau yang PRT dengan
sensor semua yang paling umum tersedia dari mereka
Pt100, yang memiliki nilai resistansi standar 100Ω di 0oC.
Namun, Platinum mahal dan salah satu kelemahan utama
dari jenis perangkat adalah biaya.
RTD (RESISTANCE TEMPERATUR
DETECTOR)
Seperti termistor, RTD adalah perangkat resistif pasif dan
dengan melewatkan arus konstan melalui sensor suhu
adalah mungkin untuk mendapatkan tegangan output yang
meningkat secara linear dengan suhu. Sebuah RTD khas
memiliki resistansi basis dari sekitar 100Ω di 0oC, meningkat
menjadi sekitar 140Ω pada 100oC dengan rentang
temperatur operasi antara -200 sampai 600 oC.
Karena RTD adalah perangkat resistif, kita perlu melewati
arus yang melalui mereka dan memonitor tegangan yang
dihasilkan. Namun, setiap variasi dalam resistensi karena
panas diri kabel resistif sebagai arus mengalir melalui itu,
2R, (Ohms UU) menyebabkan kesalahan dalam pembacaan.
Untuk menghindari hal ini, RTD biasanya terhubung ke
jaringan Jembatan Whetstone yang menghubungkan kabel
MAGNETIK SENSOR
Transformer Diferensial Linear Variabel
Transformer Diferensial Linear
Variabel
Salah satu jenis sensor posisi yang tidak mengalami
masalah keausan mekanis adalah "Linear Variable
Differential Transformer" atau LVDT . Ini adalah
sensor posisi jenis induktif yang prinsip kerjanya
sama dengan transformator AC yang digunakan untuk
mengukur gerakan. Ini adalah perangkat yang sangat
akurat untuk mengukur perpindahan linier dan yang
output sebanding dengan posisi inti bergerak nya.
Pada dasarnya terdiri dari tiga kumparan ,
membentuk satu kumparan utama dan dua lainnya
membentuk kumparan sekunder yang identik elektrik
terhubung bersama dalam seri tetapi 180o keluar dari
fase kedua sisi kumparan primer. Sebuah inti besi
lunak bergerak feromagnetik (kadang-kadang disebut
"angker") yang terhubung ke objek yang diukur, slide
atau bergerak naik dan turun di dalam tabung.
Sebuah tegangan referensi AC kecil yang disebut
"eksitasi sinyal" (2 - 20V rms, 2 - 20kHz) diterapkan ke
gulungan primer yang inturn menginduksi sinyal EMF
Inductive Proximity Sensors
Sebuah sensor jarak induktif memiliki empat komponen
utama; oscillator yang menghasilkan medan
elektromagnetik, kumparan yang menghasilkan medan
magnet, rangkaian deteksi yang mendeteksi setiap
perubahan di lapangan ketika sebuah objek masuk dan
rangkaian output yang menghasilkan sinyal output, baik
dengan kontak normal tertutup (NC) atau normal terbuka
(NO). Sensor kedekatan Induktif memungkinkan untuk
mendeteksi benda-benda logam di depan kepala sensor
tanpa kontak fisik dari objek itu sendiri terdeteksi. Hal ini
membuat mereka ideal untuk digunakan di lingkungan yang
kotor atau basah. The "penginderaan" berbagai sensor
jarak sangat kecil, biasanya 0.1mm ke 12mm.
Inductive Proximity Sensors
Serta aplikasi industri, sensor jarak induktif juga
digunakan untuk mengontrol perubahan lampu lalu
lintas di persimpangan dan jalan lintas. Loop induktif
persegi panjang dari kawat dimakamkan ke
permukaan jalan aspal dan ketika mobil atau
kendaraan jalan lain melewati loop, tubuh logam dari
perubahan kendaraan induktansi loop dan
mengaktifkan sensor sehingga mengingatkan
controller lampu lalu lintas bahwa ada kendaraan
menunggu.
Salah satu kelemahan utama dari jenis sensor
adalah bahwa mereka "Omni-directional", yaitu
mereka akan merasakan benda logam baik di atas,
bawah atau ke sisi itu. Juga, mereka tidak mendeteksi
benda-benda non-logam Capacitive Proximity Sensor
meskipun Sensor Proximity dan Ultrasonik tersedia.
Sensor posisi lain yang umum tersedia magnet
meliputi: switch buluh/reed swiches, sensor efek hall
AKUISISI
DATA
Akuisisi
data :
Rangkaian proses pengambilan data mulai dari data yang berasal dari
output sensor sampai data tersebut menjadi data yang valid (tidak
mengandung nois/error atu mengandung nois/error dalam toleransi yang
diizinkan) dalam memakai komputer dalam proses selanjutnya.
Secara umum Akuisisi data dikelompokan menjadi 2 kelompok :
1. Akuisisi Data Digital
Sinyal yang dihasilkan sudah berupa sinyal digital (Post prossesing)
2. Akuisisi Data Analog
Sinyal yang berasal dari sensor berupa sinyal Analog (pre prosessing) dan
(past prosesing)
Akuisisi Data
Digital
Mengembangkan Fungsi Printer port
(a) Dengan Shift Register
Akuisisi Data
Analog
Proses Akuisisi data Analog dapat dibagi ats 2 tahp, Yaitu :
1. Pre prosesing
Proses pengolahan data Awal (diluar komputer) sedemikian rupa sehingga
data tersebut dapat diakuisisi dengan baik (Full Range pada ADC; bebas
Noise frequensi tinggi.
2. Post prosesing
Proses pengolahan data lanjut (didalam komputer) agr data benr-benar Valid
(bebas dari noise freq rendah,bebas dari kesalahan statistik)
Pre Prosesing pada Akuisisi data
Analog
Secara alat diagram proses ini dapat digambarkan sbb:
1. Amplifier (dengan OP-Amp)
a. INVERTING AMPLIFIER
Sifat-sifat OP-Amp
6
1) Rin = 10
:
ii ~ 0
6
2) Gain : 10
̶
KA
8
- 10
8
~
10
~
-5
Ω~
~
kali
3) R out : 10
̶ 10
kali
2
R out ~ 0
4) e.A = -έ
Dititik A berlaku
i1 + i2 – ii = 0 karena ii ~0
Maka
i1 + i2 = 0
e1 - eA
R1
e0
+
=0
e0 - eA
RF
ei =
R1-
e0
RF
ei=
e0-
RF
Ri
=
-
RF
Ri
x ei
b. NON INVERTING AMPLIFIER
Di titik A :
Ii + Io – IA = 0
karena
ii = ~ 0
maka
Io – Ia = 0
Io =Ia ; ea =ei
Eo –eA
Ro
eo
Ro
-
eA
Ro
-
eA
RA
=
0
eo
Ro
-
ei
Ro
-
eA
RA
=
0
eo
Ro
=
ea
Ro
+
ea Karena
Ra
eo
Ro
=
eo =
A =
(
1
Ro
Ra + Ro X
Ra
(
1 +
1
Ra
ei
Rf
Ri
)
Atau
ei
=
)
ei
eA
=
eA
RA
Perbandingan antara inverting dan non inverting Amplifier
Sifat –sifat penting
Hubungan Input Output
Rating Kerja
(gain)
Konsumsi Daya
INVERTING
• Tidak terisolasi
• Pada hubungan
(seri) perlu
dianalisa
ulang
-Jika Rf= 0
A=0
- Jika Ri = 0
A= ~
0 < K <
Relatif Kecil
~
NON INVERTING
• Terisolasi
• Pada hub seri (n-Amp)
η
n
• Gain kontrol =
Ki
I
- Jika Ro = 0 =1
A= 1
-Jika Ra = 0
A = ~
1 < K < ~
Cukup besar
C. Summing Amplifier
R1=R2….=Rn =R
ε
Eo = k
Di titik A berlaku :
ε
Ii ≈ 0
i1 + i2 + ……..in +if – ii =0
i1 + i2 + ……..in +if =0
e1 –e
A
R1
Eo
Rf
Eo
(t)
+ e2 –e ……
A
…
en –e
A
+
Eo –e
A
Karena
R1=R2….=Rn
=R RF
R2
Rn
=-
1 (e1 + e2 + ……………….en)
R
=-
Rf(e1 + e2 + ……………….en)
R
=0
Di titik A :
ii + i1 + i3
- i2
=0
karena ii ≈ 0
maka
i1 + i3 – i2 = 0
e2 –e
A
e
2
e
R1
2
ea
+
R1
eo
+
e
o
-
e
R3
a
R3
R1 Karena
e
2
R1
+ eo =
R3
eo
-
ea
R3
ea
R2
R1
ea = e1
( 1R
+
-
ea
R2
ea
R1
=0
=0
R3
1
+1
R2
R3
)
1
+ 1 +1
= 1
R
R2
R3
R3
1
Jika R1=R2=R3 , maka
(
eo = 3e1 – e2
)
-
e
2
R1
+
eo–e
A
R3
-
e
A
R2
= 0
Rangkaian ERROR DETECTOR
e
1
=
R
.
e1 =
⅓
e1
eo2R+
= 3 e1 –
e2R
3 (⅓ e1 ) –
e2
eo = e1 - e2
contoh
Rencanakan sebuah Amplifier yang dapat digunakan untuk menguatkan
sinyal dari sensor 0 – 100 m V menjadi 0 – 5,1 Volt (ADC 8 Bil
0,02 V
( bit)
5.1V
= 51 kali
Gain harus :
100 mV
Bila Rangkaian menggunakan NON INVERTING
A
=
RF
1
Rin
RF= 50+kali
Rin
RA + Ro
Dicontoh : K =
RA
CONTOH
Suatu sensor temperatur dengan termocouple digunakan untuk mengukur
temperatur antara 300 ° C – 800 ° C.
Jika ketahui pada range 300 ° C – 800 ° C output sensor 50 mV – 250 mV
Buat rangkaian signal conditioning agar Rang pengukuran (input ADC)
300 ° C – 800 ° C
0 V - 5,1 V
ΔV = 250mV - 50 mV = 200 mV
ΔT = 800 ° C - 300 ° C = 500 ° C
FILTER AKTIP
Adalah rangkaian Filter RC dengan komponen Aktif
Berdasarkan response Freq, filter Analog di klasifikasikan atas 4 Type, antara lain
1.
2.
3.
4.
Low pass Filter (LPF)
High pass Filter (HPF)
Band pass Filter (BPF)
Band stop Filter (BSF/BEF/BRF)
1). LPPF :
Akan memiliki gain = 1 pada freq dibawah freq cut off (fc)
Gain sekitar -12 db ÷ 2 db pada freq cut off
Gain kurang dari satu jika freq diatas freq cut off
3). Band Pass Filter
2). HPF :
GF≤ 1
untuk Fs ≤ Fc
Fs = frq sunjal
Fc = frq cut off
GF = - 12 db ≤ GF≤ 2 db
untuk Fs = Fc
GF ≈ 1
μ : FS » FC
GF≤ 1
Fs ≤ Fp atau F » FPC
GF = - 12 db < GF < 2 db
Fp -½ FB ≤ FS ≤ FP +½ FB
FP = Freq pass
FB= Freq band width
). Band Stap Filter (BSF)
GF ~ 1
GF
Fs
» FC atau Fc «
1
« 1 FC - ½ FB < FS < FC + ½ FB
FILTER LPF ORDE I
Ic
y
(s)
(s)
Y(s) =
1_____
Ic(s) 1_
1_____
1_
ωc
S
S
ωc
+1
+1
GAMBAR 2. Blok
Z Cf (s)
_____________
Es=
x Ic (s)
Z Rf (s) + Z Cf
(s)
1__
1
Cf(s)
_________
________
xIc (s)=
x Ic
Es=
1_
Rf Cf(s) + 1
Rf +
Gbr 2. bentuk rangkaian aktif
Cf
(s)
R1 +
______
=R2
R1
y
(t)
Jika R2 = 0
E (t)
y
= E (t) =
y(s) = E (s)
(t)
(s)
1
__________
x Ic
y (s)=
Rf Cf (s) + 1
y (s)
____
=GF
Ic (s)
(s)
1
________
=
Rf Cf +
1
1
____
Rf Cf
(S)=
ωc =
1_____
1_
S+1
ωc
Karakteristik response freq LPF RC aktif ORDE I
1___; S = ω j +σ
Pada daerah freq S
=ωj
1_
S+
1
1
____________
ωc
| G (ω) | =
=1_________
ω
ω²_ + 1
___ j + 1
ωc ²
ωc
G(s =
)
G
(ω)
Φ (ω)
= 0 - tg⁻¹ω_
ωc
Φ (ω)
= 0 - tg⁻¹
|
ω=
0
|G
1
(ω)
ω_
ω
c
|=
|