Sistem Pengendalian - Repository UNIKOM

  

Diktat

Instrumentasi Sistem Kendali

  Oleh :Jana Utama,ST.

  

Matakuliah : Instrumentasi Sistem Kendali

Pokok Pembahasan

• Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika
• – Mengenal Mekatronika (Sistem control, sistem listrik, dan mekanik)
• – Istilah-istilah Sistem Pengukuran – Teknik Digital
• Sistem Penggerak
• – Motor DC
• – Motor Stepper – Motor Servo
• Power Suplay
• – Tenaga Surya – Baterai – Catu Daya
• Sensor
• – Pengkondisian Sinyal

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Definisi Sistem Kontrol

  

1. Secara umum sistem pengendalian adalah

susunan komponen-komponen fisik yang dirakit sedemikian rupa sehingga mampu mengatur sistemnya sendiri atau sistem diluarnya. Sistem kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga range tertentu. Istilah lain sistem kontrol atau teknik kendali adalah teknik pengaturan, sistem pengendalian, atau sistem pengontrolan.

  

2. Sistem pengendalian atau teknik pengaturan

juga dapat didefinisikan suatu usaha atau perlakuan terhadap suatu sistem dengan masukan tertentu guna mendapatkan keluaran sesuai yang diinginkan . Dalam buku berjudul

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Definisi Sistem Kontrol

  3. Contoh sistem pengaturan yang paling mendasar adalah kendali on-off saklar listrik. Aktivitas menghidupkan dan mematikan saklar menyebabkan adanya situasi saklar hidup atau mati. Masukan on atau off mengakibatkan terjadinya proses pada suatu pengendalian saklar listrik sehingga sistem bekerja sesuai dengan kondisi yang diinginkan, yaitu listrik menyala atau mati. Keadaan on-off (hidup atau mati) merupakan masukan, sedangkan mengalir dan tidak mengalirnya listrik merupakan keluaran. Suatu keadaan dimana listrik sudah dihidupkan namun tidak menyala , berarti ada yang salah pada

  sistem tersebut. Proses yang dicontohkan itu

  mengilustrasikan sistem kendali yang terjadi secara manual.

  Seperti Gambar dibawah ini :

• Untuk menggambarkan sistem pengendalian, kita bisa ilustrasikan dengan sebuah perangkat yang sering dikenal dalam kehidupan sehari - hari yaitu ”sekering”. Sekering merupakan alat yang dipergunakan untuk memutus arus listrik dan biasanya dipasang pada instalasi listrik PLN atau perangkat elektronik. Sekering akan putus apabila diberi beban arus listrik yang berlebihan, dan akibatnya lampu akan padam.

  

Menurut Distefano dkk (1992), ada tiga jenis sistem

pengaturan dasar yakni :

1. Pengendalian alamiah, contohnya

  pengendalian suhu tubuh manusia, mekanisme buka-tutup pada jantung, sistem peredaran darah, sistem syaraf, sistem kendali pankreas dan kadar gula dalam darah, sistem pengaturan adrenalin, dan sistem kendali lainnya yang ada pada makhluk hidup.

  

2. pengendalian buatan, contohnya yaitu

mekanisme on-off pada saklar listrik, mekanisme buka-tutup pada keran air, sistem kontrol untuk menghidupkan dan mematikan televisi/radio/tape, kendali pada mainan anak - anak, pengaturan pada kendali suhu ruangan ber -AC, serta kendali perangkat elektronik

seperti pada kulkas, freezer dan mesin cuci.

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Sistem pengendalian proses

• Sistem pengendalian proses adalah gabungan kerja dari alat-alat pengendalian otomatis. Semua peralatan yang membentuk sistem pengendalian disebut istrumentasi pengendalian proses. Contoh sederhana istrumentasi pengendalian proses adalah saklar temperatur yang bekerja secara otomatis mengendalikan suhu setrika. Instrumentasi pengendalinya disebut temperature switch, saklar akan memutuskan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di atas titik yang dikehendaki. Sebaliknya saklar akan mengalirkan arus listrik ke elemen pemanas apabila suhu setrika ada di bawah titik yang dikehendaki. Pengendalian jenis ini adalah kendali ON -OFF.

  Gambar respon sistem :

Gambar 1.2 Respon transien sistem pengendalian

• Dalam optimisasi agar mencapai target optimal sesuai yang dikehendaki, maka sistem kontrol

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Parameter-parameter yang dikendalikan Ada banyak parameter yang harus dikendalikan di dalam suatu proses diantaranya yang paling umum ada empat yaitu : 1. tekanan (pressure) di dalam suatu pipa/vessel,

  2. laju aliran (flow) di dalam pipa,

3. temperatur di unit proses penukar kalor ( heat

exchanger), dan 4. level permukaan cairan di sebuah tangki.

• Disamping dari keempat tersebut di atas, parameter lain yang dianggap penting dan perlu dikendalikan karena keperluan spesifik proses diantaranya pH di industri kimia, warna produk di industri pencairan gas (LNG). Apabila yang dikendalikan pada sistem pengaturan adalah tekanan pada proses pembakaran di ruang bakar, maka sistem pengendaliannya disebut sistem kendali tekanan pembakaran di ruang bakar . Jika

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Mengapa perlu instrumentasi dalam pengendalian?

• Manusia diciptakan mempunyai kelebihan dan kekurangan. Diantara kekurangan manusia adalah mempergunakan indra sebagai alat ukur. Sebagai sebuah ilustrasi indra peraba manusia dipergunakan untuk mengukur kondisi air yang berbeda di dalam suatu bejana, namun apakah indra peraba itu mampu mencerminkan kondisi pengukuran yang sebenarnya . Untuk menjawabnya maka perhatikan fenomena gambar 1.3.

Gambar 1.3 Indra peraba untuk pengukuran

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Mengapa perlu instrumentasi dalam pengendalian? Apa yang terjadi apabila kedua tangan kita yang

baru saja dimasukan masing masing di air hangat

dan air dingin, kemudian dicelupkan ke dalam air

suam kuku?

  Tentunya tangan kiri yang habis dicelupkan di air

hangat akan terasa dingin dan tangan kanan yang

habis dimasukan air es akan terasa air itu panas.

Mengapa begitu? Dan jawabnya adalah : karena indra peraba manusia tidak mampu

  

Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

Penganalisisan sistem pengendalian

  Dalam mengendalikan variabel proses adalah dengan analisis dan perancangan. Beberapa faktor yang harus dikuasai untuk melakukan analisis sistem pengendalian atau teknik pengaturan adalah:

  1. Penguasaan dasar-dasar matematika Dasar analisis dan perancangan sistem pengendalian yang sering dijumpai yaitu persamaan diferensial, Transpormasi Laplace, Transpormasi Z, Fourier, matrik, dan sebagainya.

  2. Penguasaan pemodelan matematika sistem fisik Sebuah sistem fisik akan sulit di analisis apabila model matematika sistem tidak diketahui, suatu misal pada gambar 1.6 karburator dimodelkan dengan dan

  

Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

1. Sistem pengendalian temperatur dari suatu

  

setrika otomatis

  Suatu setrika listrik secara termostatis mengatur panas yang dihasilkan pada setrika. Masukan ke sistem tersebut adalah suhu acuannya, yang diset secara tepat oleh termostat, sedangkan keluarannya adalah suhu yang dihasilkan sebenarnya yang bisa dideteksi dengan cara pengukuran temperatur. Apabila termostat mendeteksi suhu keluaran lebih kecil dari masukan, arus listrik mengalir dan memanaskan elemen pemanas hingga suhu menyamai acuannya dan secara otomatis arus akan diputus lagi.

  

Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

1. Sistem pengendalian temperatur dari suatu setrika otomatis

Gambar 1.5 Diagram blok kendali temperatur setrika listrik

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

2. Sistem pengendalian jelajah mobil

  Dalam berkendaraan di jalan raya terkadang ada pembatasan untuk kecepatan berkendara, misalnya rambu hanya mengijinkan 40 km/jam. Dengan adanya rambu tersebut, setiap pengendara harus mematuhi dengan cara memelihara supaya kecepatan kendaraan berkisar pada angka tersebut. Sebagai alat untuk memonitor biasanya dipasang speedometer dan acuannya adalah kecepatan 40 km/ jam. Apabila terjadi penyimpangan antara yang tercatat pada speedometer terhadap kenyataan kecepatan kendaraan, maka pengendara senantiasa berusaha untuk melakukan pengendalian larinya kendaraan dengan menambah atau mengurangi kecepatan putaran mesin. Proses yang

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

2. Sistem pengendalian jelajah mobil

Gambar 1.7 Diagram blok kendali jelajah kendaraan

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

3. Sistem kendali posisi aerofoil sayap pesawat terbang

  Pada pesawat terbang sebenarnya banyak sekali sistem yang harus dikendalikan misalnya kecepatan terbang, ketinggian terbang, sistem pembakaran, buka - tutup pintu pesawat, dan beberapa komponen pada mesin pe sawat terbang. Terlebih pada sistem pesawat tempur tentunya akan lebih banyak lagi yang perlu dikontrol karena memerlukan gerakan-gerakan manuver yang lebih dan juga untuk mengendalikan sistem persenjataannya. Dalam kasus gambar 1.9 merupakan contoh sistem kendali permukaan pada aerofoil sayap pesawat terbang. Besaran yang dikendalikan diekspresikan dalam besaran

  Dasar Sistem Kontrol dan Mekatronika

  

2. Sistem kendali posisi aerofoil sayap pesawat

terbang Contoh-contoh aplikasi sistem pengaturan

Gambar 1.9 Diagram blok kendali perilaku pesawat

  Soal-soal latihan

1. Jelaskan definisi sistem pengendalian!

  

2. Sebut dan jelaskan 5 contoh sistem kendali buatan

manusia!

  

3. Sebut dan jelaskan 5 contoh sistem kendali alamiah yang

berada pada tubuh manusia!

  

4. Pada sistem pendingin AC ruangan, apa yang disebut

masukan dan apa yang disebut keluaran?

  

5. Tetapkan masukan dan keluaran pada mesin freezer atau

kulkas!

  

6. Mengapa dalam pengukuran diperlukan instrumen

pengukur!

  

7. Gambarkan diagram sistem pengendalian temperatur dari

suatu setrika otomatis dan jelaskan!

  

8. Gambarkan dan jelaskan diagram sistem pengendalian

jelajah mobil!

  

9. Jelaskan sistem pengendalian yang terdapat karburator

motor atau mobil!

  

10. Berikan contoh dan penjelasan tentang aplikasi teknik

kendali di dunia industri

DAFTAR PUSTAKA

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  1. Masukan Masukan atau input adalah rangsangan dari luar yang diterapkan ke sebuah sistem kendali untuk memperoleh tanggapan tertentu dari sistem pengaturan. Masukan juga sering disebut respon keluaran yang diharapkan.

  2. Keluaran Keluaran atau output adalah tanggapan sebenarnya yang didapatkan dari suatu sistem kendali.

  3. Plant Seperangkat peralatan atau objek fisik

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  4. Proses Berlangsungnya operasi pengendalian suatu variabel proses, misalnya proses kimiawi, fisika, biologi, ekonomi, dan sebagainya.

  5. Sistem Kombinasi atau kumpulan dari berbagai komponen yang bekerja secara bersama- sama untuk mencapai tujuan tertentu.

  6. Diagram blok Bentuk kotak persegi panjang yang digunakan untuk mempresentasikan model matematika dari sistem fisik. Contohnya adalah kotak pada gambar 2.3

  7. Fungsi Alih (Transfer Function)

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  8. Sistem Pengendalian Umpan Maju Sistem kendali ini disebut juga sistem pengendalian loop terbuka . Pada sistem ini keluaran tidak ikut andil dalam aksi pengendalian sebagaimana dicontohkan gambar 2.1. Di sini kinerja kontroler tidak bisa dipengaruhi oleh input referensi.

  9. Sistem Pengendalian Umpan Balik Istilah ini sering disebut juga sistem pengendalian loop tertutup .

  Pengendalian jenis ini adalah suatu sistem pengaturan dimana sistem keluaran pengendalian ikut andil dalam

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

10. Sistem Pengendalian Manual

  Sistem pengendalian dimana faktor manusia sangat dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia sangat dominan dalam menjalankan perintah, sehingga hasil pengendalian akan dipengaruhi pelakunya. Pada sistem kendali manual ini juga termasuk dalam kategori sistem kendali jerat tertutup. Tangan berfungsi untuk mengatur permukaan fluida dalam tangki. Permukaan fluida dalam tangki bertindak sebagai masukan, sedangkan penglihatan bertindak sebagai sensor. Operator berperan membandingkan tinggi sesungguhnya saat itu dengan tinggi permukaan fluida yang dikehendaki, dan kemudian bertindak

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

11. Sistem Pengendalian Otomatis

  Sistem pengendalian dimana faktor manusia tidak dominan dalam aksi pengendalian yang dilakukan pada sistem tersebut. Peran manusia digantikan oleh sistem kontroler yang telah diprogram secara otomatis sesuai fungsinya, sehingga bisa memerankan seperti yang dilakukan manusia. Di dunia industri modern banyak sekali sistem ken dali yang memanfaatkan kontrol otomatis, apalagi untuk industri yang bergerak pada bidang yang proses nya membahayakan keselamatan jiwa manusia.

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  12. Variabel terkendali (Controlled variable) Besaran atau variabel yang dikendalikan, biasanya besaran ini dalam diagram kotak disebut process variable (PV). Level fluida pada bejana pada gambar 2.4 merupakan variabel terkendali dari proses pengendalian. Temperatur pada gambar 1.5 merupakan contoh variabel terkendali dari suatu proses pengaturan.

  13. Manipulated variable Masukan dari suatu proses yang dapat diubah - ubah atau dimanipulasi agar process variable besarnya sesuai dengan set point (sinyal yang diumpankan pada suatu sistem kendali yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan keluaran sistem kontrol). Masukan proses pada gambar 2. 4 adalah laju aliran fluida yang keluar dari bejana , sedangkan masukan

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

15. Sistem Pengendalian Digital

  Dalam sistem pengendalian otomatis terdapat komponen -komponen utama seperti elemen proses, elemen pengukuran (sensing element dan transmitter), elemen controller (control unit), dan final control element (control value ).

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  17. Sensing element Bagian paling ujung suatu sistem pengukuran ( measuring system) atau sering disebut sensor. Sensor bertugas mendeteksi gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan sistem kontroler. Sistem dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor on/off menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus paralel, sistem bus serial serta si stem mata kamera. Contoh sensor lainnya yaitu thermocouple untuk pengukur temperatur, accelerometer untuk pengukur getaran, dan pressure gauge untuk pengukur tekanan.

  18. Transmitter Alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element dan mengubahnya supaya dimengerti oleh controller.

  19. Aktuator

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  20. Transduser

  Piranti yang berfungsi untuk mengubah satu bentuk energi menjadi energi bentuk lainnya atau unit pengalih sinyal. Suatu contoh mengubah sinyal gerakan mekanis menjadi energi listrik yang terjadi pada peristiwa pengukuran getaran. Terkadang antara transmiter dan tranduser dirancukan, keduanya memang mempunyai fungsi serupa. Transduser lebih bersifat umum, namun transmiter pemakaiannya pada sistem pengukuran.

  21. Measurement Variable

  Sinyal yang keluar dari transmiter, ini merupakan cerminan sinyal pengukuran.

  22. Setting point

  Besar variabel proses yang dikehendaki. Suatu kontroler akan selalu berusaha menyamakan variabel terkendali terhadap set point.

  23. Error Selisih antara set point dikurangi variabel terkendali.

  Nilainya bisa positif atau negatif, bergantung nilai set point dan variabel terkendali. Makin kecil error

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  25. Control Unit Bagian unit kontroler yang menghitung besarnya koreksi yang diperlukan.

  26. Final Controller Element Bagian yang berfungsi untuk mengubah measurement variable dengan memanipulasi

besarnya manipulated variable atas dasar

perintah kontroler.

  27. Sistem Pengendalian Kontinyu Sistem pengendalian yang ber jalan secara

kontinyu, pada setiap saat respon sistem

selalu ada. Pada gambar 2.7. Sinyal e(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal kontinyu.

  

Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  28. Sistem pengendalian Adaptive Sistem pengendalian yang mempunyai kemampuan untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungan disekitarnya.

  29. Sistem Pengendalian Diskrit ( digital) Sistem pengendalian yang berjalan secara diskrit, proses pengendalian tidak berjalan setiap saat, hanya pada waktu -waktu tertentu saja (pada saat terjadi pencuplikan pada waktu cupliknya). Pada gambar 2.6. sinyal e*(t) yang masuk ke kontroler dan sinyal m*(t) yang keluar dari kontroler adalah sinyal digital. Sampler pada gambar

  2.6 dipergunakan untuk mengubah dari sinyal kontinyu e(t) menjadi sinyal digital e*(t). Rangkaian holding device dipakai untuk mengubah sinyal digital ke sinyal

  Istilah-istilah dalam sistem pengendalian

  30. Respons / Rangsangan Setiap isyarat masukan yang dimasukkan dari luar yang mempengaruhi keluaran terkendali.

  31. Sistem Regulasi Otomatis Sistem pengendalian dimana output sistem dijaga agar sesuai dengan nilai input referensi yang telah ditentukan terlebih dahulu, atau paling tidak mempunyai selang yang kecil dengan input referensinya.

  

Sistem pengendalian loop tertutup

• Umumnya sistem pengendalian loop tertutup terdiri dari bagian -bagian seperti terlihat pada gambar 2.9.

1. Input referensi, r(t)

  Disebut juga set point, adalah sinyal yang diumpankan pada suatu sistem pengendalian yang digunakan sebagai acuan untuk menentukan outp ut sistem pengendalian tersebut. Sinyal-sinyal yang banyak

  Sistem pengendalian loop tertutup

  3. Summing point (error detector)

  Bagian yang berfungsi untuk menjumlahkan semua sinyal yang masuk padanya.Pada gambar 2.9, sinyal yang masuk adalah input referensi (bertanda positif)dan sinyal feedback (bertanda negatif).

  4. Sinyal error, e(t)

  Sinyal yang dihasilkan dari perbedaan antara input referensi dan sinyal feedback. Jadi e(t)= r(t)- b(t)

  5. Elemen pengatur

  Bagian dari sistem pengendalian yang berfungsi untuk menghasilkan sinyal pengendalian untuk mengendalikan proses/plant. Kontroler sebenarnya terdiri dari bagian summing point dan elemen kontrol, tetapi kadang -kadang elemen kontrol ini dalam diagram blok sistem pengendalian ditulis sebagai kontroler, misalnya pada gambar 2.7.

  6. Sinyal pengendalian, m(t)

  Disebut juga sinyal termanipulasi (manipulated signal) adalah sinyal yang dihasilkan dari kontroler.

  7. Sinyal output, c(t)

  Sinyal keluaran dari plant atau proses yang Contoh-contoh diagram blok sistem kendali

  

Soal-soal latihan

  1. Jelaskan istilah-istilah plant, sistem, gain, lintasan, loop dan fungsi alih dalam sistem pengendalian!

  2. Apa yang dimaksud sistem pengendalian umpan balik!

  3. Jelaskan keuntungan dan kerugian untuk sistem kendali jerat terbuka!

  4. Sebutkan keunggulan dan kekurangan untuk sistem kendali jerat terbutup!

  5. Berikan contoh dan penjelasan mengenai sistem pengendalian manual!

  6. Berikan contoh dan penjelasan tentang sistem pengendalian otomatis!

  7. Jelaskan pengertian variabel terkendali!

  8. Terangkan pengertian variabel terukur dan variabel termanipulasi!

  9. Gambarkan diagram blok sistem pengendalian arah otomobil dan jelaskan!

  10. Terangkan mekanisme apa saja yang memiliki kesamaan diagram blok sistem kendali dengan

DAFTAR PUSTAKA

• Kuo, B.C., 1995, Teknik Kontrol Automatik,

  Edisi 7, Jilid 1, Aditya Media, Jogjakarta.

• Distefano, J.J., Stubberud, A.R., and Williams, I.J., 1992, Teori dan Soal-soal

  Sistem Pengendalian dan Umpan Balik (Terjemahan Herman Widodo Soemitro) Seri Scaum, Edisi SI, Erlangga, Jakarta.

• Dorf, R.C., 1983. Sistem Pengaturan, Edisi 3, Erlangga, Jakarta • Gunterus, F., 1994, Falsafah Dasar Sistem Pengendalian Proses, Penerbit : Elex Media Komputindo, Jakarta.
• Ogata, Katsuhiko., 1997, Teknik Kontrol

  Otomatik, Edisi 2 Jilid 1/2, Erlangga Jakarta

  

Sistem Pengukuran

Besaran

• • Mekanis: strain, force,pressure, moment, torque,

  displacement, velocity, acceleration, mass flow rate, dll.

• • Thermis: heat flux, specific heat, thermal

  conductivity, dll.
• Electrik: voltage, current

  Complete System

  

Power Supply

• Memberikan energi yang dibutuhkan oleh komponen- komponen aktif.
• Power suply dapat berupa tegangan AC/DC
• Sumber-Sumber tenaga listrik :

1. Tenaga Surya

  Tenaga surya menghasilkan tenaga listrik dari cahaya matahari. Biasanya tenaga surya digunakan sebagai sumber tenaga untuk baterai isi ulang (recharging), tetapi sekarang ini sudah ada yang disebut dengan

  “solar engine” (mesin surya). Komponen utama dari “solar engine” adalah tenaga surya itu sendiri, kapasitor

  dan sirkuit pemicu. cara kerja : ketika terkena cahaya, tenaga surya mulai terisi pada kapasitor, sehingga kapasitor akan menyediakan tenaga listrik, setelah veltase dari kapasitor bertambah, otomatis sikuit pemicu (trigger

  circuit) akan bergetar. Ketika tenaga pada kapasitor

  sudah terpenuhi, sirkuit pemicu akan memicu SCR

  (Silicon Controlled Rectifier) untuk mengeluarkan

  tenaga yang sudah tersimpan tadi ke kapasitor untuk menggerakan / memfungsikan.

  

Power Supply

2. Baterai

  Ada banyak sekali jenis baterai yang dapat digunakan sebagai sumber tegangan, tetapi beberapa jenis baterai yang sangat umum digunakan adalah carbon-zinc, alkalin, nikel- cadmium, lead-acid dan lithium. Jika kita menggunakan IC TTL atau komponen lainnya yang menggunakan tegangan 5 V, rangkaian di bawah ini dapat digunakan dengan sumber dari baterai 9 V atau gabungan baterai dengan total tegangan yang memadai sebagai sumber regulator 7805 yang dapat mensuplai arus hingga 90 mA.

  

Power Supply

3. Catu Daya

  Saat ini sebagai regulator tegangan, telah digunakan IC yang khusus seperti 7812 untuk regulator tegangan positif 12 V dan 7912 untuk regulator tegangan negatif -12 V. Gambar dibawah ini menampilakan contoh rangkaian catu daya yang mampu mengeluarkan tegangan sangat stabil. CT ialah singkatan dari Center Tap yang berfungsi sebagai ground/ 0 Volt.

  

Transducer

• • Peralatan analog yang merubah besaran

  fisis menjadi besaran elektris.

• • Contohnya: Pada Strain gage perubahan

  besaran strain (Δε) dikonversikan menjadi perubahan resistansi (ΔR) yang akhirnya dikonversikan menjadi perubahan tegangan (Δv)
• Maka perubahan tegangan (Δv) sebanding dengan perubahan strain (Δε)

  

Signal Conditioner

• • Merubah, memanipulasi, dan

  mengkompensasi besaran output transducer menjadi besaran elektrik yang dapat diproses lebih lanjut.

• • Pada Strain Gage, besaran output

  transducer (ΔR) dirubah menjadi tegangan (ΔV).

• • Sistemnya terdiri dari: filter,

  compensator, modulator, demodulator, integrator, differensiator

  

Amplifier

• • Menaikkan besar sinyal tegangan

  keluaran Signal Conditioner.

• • Bila keluaran Signal Conditioner hanya

  berkisar milivolt atau kurang, maka amplifier akan meningkatkannya 100- 1000 kali menjadi 1-10 volt.

  

Recorder

• • Alat ukur tegangan (voltmeter) yang

  dapat langsung menampilkannya atau merekamnya.

• • Recorder dapat berupa analog atau

  Sistem Instrumentasi

  

Data Processor

• • Merubah sinyal analog menjadi

  sinyal digital untuk diproses lebih lanjut oleh perangkat digital, seperi microcomputer (PC) dan microprocessor.

• • Outputnya digunakan lebih lanjut

  untuk Engineering Analysis.

  

Command Generator

yang menghasilkan

• Peralatan

  

Controller

• • Perangkat yang men-drive proses

  untuk menjaga suatu kuantitas terjaga dalam suatu sistem kontrol tertutup

  

Pengukuran

• untuk analisa data

  Open Loop System Close Loop System

  

Experimental Error

Element Error

• Error setiap alat sesuai spesifikasi pembuat

• • Dinyatakan dalam persen terhadap

  nilai full scale
• Misal: 2%
• – nilai kesalahan maksimal = 2%x angka full scale
• Jika alat dioperasikan tidak pada

  

Experimental Error

Element Error (2)

  Akumulasi Element Error (3)

  Experimental Error Improper Functioning

• • penggunaan tidak sesuai fungsi(≠)

• berhubungan dengan perawatan dan penyesuaian alat (maintenance & adjustment)
• Kalibrasi • Zero offset
• Range / Span

  Experimental Error Kalibrasi  Sensitivitas

• Response curve suatu alat
• garis lurus dengan kemiringan yang menunjukkan sensitivitas alat Zero Offset • deviasi Response line (pada sumbu vertikal)

  Experimental Error Range

• Daerah kerja
• Response curve masih linier / masih dalam batas toleransi

• • : batas atas dengan deviasi

  response curve maksimum

• • : batas bawah ( error alat)

  

OPTOELEKTRONIKA

  Pada awal perkembangan semikonduktor telah diketahui bahwa dioda dan transistor peka terhadap cahaya dan juga beberapa devais semikonduktor dapat mengeluarkan cahaya, karena proses rekombinasi. Dari gejala tsb dapat dikembangkan devais-devais sensitif cahaya baik sebagai detektor ataupun pemancar. Pada optoelektronika berkaitan dengan cahaya tampak maupun tak tampak (IR maupun UV). Spektrum gelombang cahaya tsb merupakan bagian dari spektrum gelombang elektromagnet, seperti ditunjukka pada Gambar 1 berikut.

  Gambar 1, Spektrum cahaya Besaran-besaran yang biasanya digunakan dalam

  

Ada banyak sumber cahaya buatan seperti lampu

pijar, lampu fuorescent, lampu gas discharge

(Xenon, Merkuri, dll), namun konsentrasi kita pada

sumber cahaya yang dihasilkan dari bahan

semikonduktor, seperti LED. Tujuan dari peraga

elektronik adalah untuk mengimplemen informasi

visual dari peralatan menggunakan devais yang

memancarkan cahaya maupun termodulasi oleh

cahaya, termasuk pada lampu pijar, lampu gas

discharge (tabung Nixie), LCD dan LED.

  

Masing-masing peraga tadi berbeda dalam hal

  LED

LED = light emitting diode adalah sebuah dioda

yang dapat memancarkan cahaya jika mendapat

bias maju. Karakteristik LED mirip dengan dioda p-

n. LED ini sibuat dengan berbagai macam panjang

gelombang sehingga dapat dibedakan dari

warnanya, umumnya adalah warna merah (~ 650

nm), hijau (~550 nm) dan kuning (~600 nm).

Disamping ada LED yang memancarkan cahaya

infra merah (~950 nm) yang biasanya dipakai

sebagai sumber cahaya pada sistem sensor,

sedangkan LED cahaya tampak dipakai untuk

indikator, peraga dalam instrumen digital, dll.

  

Proses pembentukan pasangan elektron-hole

bersifat reversibel, energi cahaya dipancarkan

pada saat terjadi rekombinasi elektron-hole. Pada

  Ada beberapa keunggulan penggunaan LED dibandingkan dengan lampu pijar untuk sistem elektronika, seperti:

  

1. LED beroperasi pada tegangan rendah dan

kompatibel dengan level tegangan logika TTL 5 volt, disamping juga butuh konsumsi daya yang rendah sekitar ~ 20 - 30 mW. 2. berumur panjang, MTBF ~ 100.000 jam

3. konstruksi semikonduktor lebih andal

dibandingkan dengan konstruksi filamen yang mudah pecah. 4. ukurannya kecil. 5. murah

6. emisi LED hampir monokromatis dan tersedia

dalam beberapawarna. 7. dapat diberi pulsa pada frekuensi tinggi

  Selanjutnya untuk mengemudikan LED dari rangkaian logika perlu juga diberi hambatan pembatas, hal ini karena pada gerbang TTL standar dapat menerima (sink) arus hingga 16 mA (yaitu IOL), sedangkan TTL standar hanya dapat menyalurkan (source) arus hingga 1 mA. Kondisi ini tidak cukup terang untuk sebagian besr aplikasi LED. Kesulitan ini dapat diatasi dengan gerbang yang dapat di-pull-up dengan sebuah hambatan, seperti gerbang 7410, seperti ditunjukkan pada rangkaian berikut ini.

  Gambar 2, LED dikendalikan oleh gerbang NAND Untuk memperagakan pada peraga 7-segmen perlu

  

decoder, umumnya yang tersedia adalah decoder BCD

  ke 7-segmen, sehingga format data input berupa format BCD. Disamping decoder perlu driver untuk memberikan arus ke peraga minimum ~ 10 mA agar dapat menyalakan 7-segmen. Decoder dan driver tersedia dalam satu chip IC, seperti 7447. IC 7447 digunakan untuk peraga dengan tipe anoda bersama. Rangkaiannya ditunjukkan pada Gambar 3.

  Gambar 3, Rangkaian peraga 7-segmen Keuntungan dari rangkaian ini adalah koneksi pengkawatan kawat jauh lebih sedikit disamping jumlah komponennya juga lebih sedikit, serpti ditunjukkan pada gambar berikut.

  Sensor Cahaya

  Devais ini bekerja berdasarkan perubahan karakteristik listrik pada saat energi cahaya mengenai devais tsb sehingga kondutivitas devais berubah. Ada beberap devais sensor cahaya diantaranya: fotoresistor, fotodioda, fototransistor, fotodarlington, fototiristor.

  Fotoresistor

  Fotoresistor atau LDR (light dependent resistor) umumnya terbuat dari CdS (Cadmium Sulfida) yang memiliki hambatan besar (~ 10 MΩ) bila tak terkena cahaya, sebaliknya jika ada cahaya yang mengenai CdS hambatannya akan berkurang (~30 - 300 Ω). Pada saat bahan itu tidak terkena cahaya, konsentrasi pembawa muatan bebas redah, sehingga hambatannya tinggi, sebaliknya jika ada cahaya mengenai bahan tsb maka akan terbentuk pembawa muatan bebas (efek fotoresistivitas) dan konsentrasinya bertambah sehingga hambatannya berkurang sesuai dengan intensitas

  Gambar 5, Ilustrasi penggunaan fotocel CdS

  Fotodioda

  Fotodioda bekerja mirip dengan dioda Zener yaitu pada bias mundur. Pada saat cahaya dengan panjang gelombang yang sesuai mengenai fotodioda, maka akan ada arus yang mengalir. Sehingga energi cahaya

  Tanggapan spektral, (dinyatakan dalam %), untuk  fotodioda Silikon tanggapan maksimum pada panjang gelombang sekitar 800 nm.

   Arus gelap adalah arus mundur fotodioda pada saat tak ada cahaya. Arus gelap ini bergantung pada suhu, biasanya arus gelap ini cukup besar dibandingkan dengan dioda hubungan (arus mundur) dalam orde nA atau μA tergantung pada luas permukaan devais.  Effisiensi kuantum yaitu perbandingan jumlah pasangan hole elektron yang terjadi secara optis dengan jumlah foton datang. Effisiensi ini lebih besar dari 90 % pada panjang gelombang puncak. Tanggapan fotodioda lebih cepat dibandingkan dengan fotoresistor. Fotodioda dapat mengikuti pulsa cahaya dengan frekuensi tinggi dalam orde MHz, sehingga cocok untuk applikasi transmisi data dengan serat optis.

  Fototransistor Hal ini dapat dikurangi dengan cara memberikan bias seperti ditunjukkan pada Gambar 6.

  Gambar 6. Contoh rangkaian dengan fototransistor untuk mendeteksi cahaya lemah.

  Sedangkan fotodarlington juga mirip dengan fototransistor, hanya peguatan arusnya besar sekali

  Optokopler

  Optokopler seringkali dikenal sebagai optically coupled

  

isolator (OCI) terdiri atas sebuah devais pemancar

  cahaya (biasanya IRED) dan sebuah fotodetektor (biasanya fototransistor, light-sensitive SCR (LASCR), atau sel fotokonduktif). Antara pemancar dan penerima tidak ada hubungan listrik dan keduanya diisolasi dengan bahan transparan.

  Relay elektromekanis dapat juga dipergunakan untuk mengisolasi tegangan DC namun tanggapannya lambat, sedangkan pada optokopler dapat dikurangi hingga waktu

  

switchingnya kurang dari 10 μs. Trafo juga dapat

  mengisolasi tegangan DC namun jauh lebih berat dan lebih besar disamping itu ada pengaruh beban dengan sumber (dikenal sebagai pembebanan pantulan /reflected

  

loading). Sedangkan pada optokopler pada sisi beban

  sangat terisolasi dengan sumber. Karena keunggulan- keunggulan tsb dipergunakan pada:

  Gambar 6. Contoh rangkaian dengan optokopler

  Macam-macam Sensor ?

Sensor Kedekatan (Proximity), yaitu sensor atau

saklar yang dapat mendeteksi adanya target (jenis

logam) dengan tanpa adanya kontak fisik. Sensor

jenis ini biasanya tediri dari alat elektronis solid-state

yang terbungkus rapat untuk melindunginya dari

pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang

berlebihan. Sensor ini dapat diaplikasikan pada

kondisi penginderaan pada objek yang dianggap

terlalu kecil/lunak untuk menggerakkan suatu

mekanis saklar. Prinsip kerjanya adalah dengan

memperhatikan perubahan amplitudo suatu

lingkungan medan frekuensi tinggi.

  

Sensor Magnet - juga disebut relai buluh, adalah alat

yang akan terpengaruh medan magnet dan akan

memberikan perubahan kondisi pada keluaran.

Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang

digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya.

  

Sensor Ultrasonik - bekerja berdasarkan prinsip

pantulan gelombang suara, dimana sensor ini

menghasilkan gelombang suara yang kemudian

menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu

sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu

antara gelombang suara dipancarkan dengan

ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut

adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi

objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat

diindera diantaranya adalah: objek padat, cair,

butiran maupun tekstil.

Sensor Tekanan - sensor ini memiliki transduser

yang mengukur ketegangan kawat, dimana

mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik.

Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan

pengantar (transduser) yang berubah akibat

perubahan panjang dan luas penampangnya.

  

Sensor Suhu- ada 4 jenis utama sensor suhu yang

biasa digunakan; thermocouple (T/C), resistance

temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor.

Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang

transduser panas dan dingin yang disambungkan/

dilebur bersama, perbedaan yang timbul antara

sambungan tersebut dengan sambungan referensi

yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance

Temperature Detector (RTD) didasari pada tahanan

listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan

suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi

dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada

pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang

sering digunakan karena memiliki tahanan suhu,

kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor

adalah resistor yang peka terhadap panas yang

biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena

saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau

sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan o

  

Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk

mengubah gerakan linear atau putaran menjadi

sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor

gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya

terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama,

Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan

jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing

putaran) yang akan membangkitkan gelombang

kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi

absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu

untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara

kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak

atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang

dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean

dalam susunan tertentu.