INSTRUMENTASI ELEKTRONIK DAN TEKNIK PENGUKURAN_EDISI KE-2

INSTRUMENTASI ELEKTRONIK DAN TEKNIK PENGUKURAN_EDISI KE-2

14SISTEM ARUS ISI DATA ANALOG DAN DIGITAL

14.1. SISTEM INSTRUMENTASISistem akuisisi data digunakan untuk mengukur dan mencatat sinyal, yang diperoleh dengan dua cara yaitu :1. Sinyal yang berasal dari pengukuran langsung besaran-besaran listrik dan secara khas ditemukan dalam pemakaian seperti pengujian komponen elektronik, penyelidikan lingkungan dan analisis kualitas.2. Sinyal yang berasal dari transducer, seperti strain gage dan termokopel.

Sistem instrumentasi dikelompokkan menjadi dua, yaitu :1. Sistem akuisisi data analogMenyangkut informasi pengukuran dalam bentuk analog dan dapat didefinisikan sebagai suatu fungsi kontinyu seperti halnya kurva tegangan terhadap waktu, atau pergesaran karena tekanan. Terdiri dari elemen sebagai berikut :a) Transducer; untuk mengubah parameter fisis menjadi sinyal listrik.b) Signal conditioner; untuk memperkuat, memodifikasi atau memilih bagian tertentu dari sinyal tersebut.c) Alat peraga visual; untuk memonitor sinyal masukan secara kontinyu.d) Instrumen pencatat grafik; untuk mendapatkan pencatatan data masukan secara permanen.e) Instrumentasi pita megnetik; untuk mendapatkan data masukan, mempertahankan bentuk listrik semula dan memproduksinya kembali untuk analisis.2. Sistem akuisisi data digitalMenangani informasi dalam bentuk digital. Besaran digital dapat terdiri dari sejumlah pulsa diskrit tang hubungannya terhadap waktu.a) Transducer.b) Signal conditioner.c) Scanner atau Multiplexer; menerima banyak masukan analog dan secara berurutan menghubungkannya ke satu alat pencatat.d) Signal converter; mengubah sinyal analog ke suatu bentuk yang dapat diterima oleh pengubah analog ke digital.e) A/D converter; mengubah tegangan analog menjadi bentuk digital yang sepadan.f) Perlengkapan pembantu.g) Digital recorder; mencatat informasi digital pada pita magnetic, pita kertas berlobang, dan gabungan dari sistem tersebut.

14.2. UNIT PENCATAT PITA MAGNETIKUnit pencatat pita magnetik terdiri dari elemen dasar berikut :1. Record head; yang member respon terhadap sinyal elektris dan membangkitkan pola magnetik pada sebuah medium yang dapat dimagnetisasi.2. Pita magnetik; sebagai medium yang dapat dimagnetisasi dan menyimpan pola magnetik.3. Reproduce head; yang mendeteksi pola magnetik pada pita dan mengubahnya menjadi suatu sinyal listrik.4. Alat pengondisi; seperti penguat dan filter, untuk memodifikasi sinyal masukan menjadi sebuah format yang dapat dicatat dengan tepat pada pita.5. Mekanisme pemindahan pita; yang menggerakkan pita sepanjang pencatatan dan menghasilkan kembali kepala pada suatu kecepatan yang konstan.

Tiga metode pencatatan ditetapkan agar memenuhi berbagai persyaratan industri : pencatatan langsung, menghasilkan lebar bidang paling besar dan hanya memerlukan komponen elektrik yang relatif sederhana; pencatatan FM (modulasi frekuensi), mengatasi sebagian dari keterbatasan-keterbatasan dasar pada proses pencatatan langsung walaupun mengorbankan lebar bidang frekuensi tinggi; dan pencatatan PM (modulasi pulsa).

14.2.1. PENCATATAN LANGSUNGTegangan induksi di daam kumparan pada kepala pencatat langsung sebanding sengan laju perubahan fluksi. Sinyal yang dihasilkan kembali merupakan tiruan dari sinyal yang dicatat dan bukan tiruan dari sinyal itu sendiri.Dengan menganggap bahwa arus pencatat adalah sinus, maka nilai sesaat arus ini adalah

dimanaIm= nilai puncak dari arus pencatatf= frekuensi bentuk gelombang sinus

Fluksi magnet di dalam kepala pencatat sebanding dengan arus pencatat, dituliskan

dimana1= fluksi pencatatk1= konstanta kesebandinganf= frekuensi arus pencatat

Dalam modus reproduksi, fluksi melalui kepala reproduksi sebanding dengan fluksi yang disimpan pada pita magnetik, yaitu

dimana 2= fluksi reproduksik2= konstanta kesebandingan

Ggl yang diindusir di dalam kumparan kepala reproduksi adalah

14.2.2. PROSES MAGNETISASIHisterisis atau kurva BH dari bahan pita magnetik telah dianggap linear, sehingga magnetisasi (B) pada pita tersebut bertambah secara linear terhadap gaya magnetisasi (H) atau terhadap besarnya amper gulungan.Magnetisasi pita berlangsung sebagai berikut : jika sebuah partikel yang tidak termagnetisasi pada pita mendekati senjang kepala pencatat, partikel tersebut tidak membawa magnetisme sisa dengan demikian berada pada titik 0 pada kurva. Jika dianggap bahwa satu periode sinyal yang dicatat adalah sangat kecil dibandingkan terhadap panjang senjang, partikel akan lewat di bawah daerah senjang melalui gaya magnetisasi HR yang pada dasarnya konstankarena kurva BH adalah tidak linear, magnetisme sissa dari semua partikel pita pada dasranya mengikuti pola yang tidak linear juga, sehingga keseluruhan proses magnetisasi memiliki sifat yang tidak linear. Ketidak linearan bisa banyak berkurang dengan menghubungkan suatu arus catu ac seri dengan arus sinyal pencatat sehingga yang digunakan hanya bagian kurva magnetisasi yang linear. Ruangan yang diperlukan pada pita untuk mencatat satu siklus lengkap disebut panjang gelombang tercatat , yaitu

dimana = panjang gelombang yang dicatatv= kecepatan pitaf= frekuensi sinyal yang dicatat

14.2.3. PENCATATAN FMDalam proses pencatatn FM, frekuensi pembawa diubah di atas dan di bawah nilai tengahnya (dimodulasi) menurut amplitudo sinyal data. Karena seluruh sinyal data terkandung di dalam karakteristik frekuensi pembawa FM, sistem ini tidak sensitif terhadap ketidakstabilan amplitudo. Dalam proses reproduksi, sinyal pembawa yang ketinggalan dan setiap derau di luar bidang frekuensi dikeluarkan lewat filter pelewat rendah.Dua faktor penting dalam pencatatn FM adalah perbandingan deviasi dan persentase deviasi. Perbandingan deviasi didefinisikan sebagai perbandingan deviasi pembawa dari frekuensi tengha terhadap frekuensi sinyal, yaitu

dimana= perbandingan deviasif= deviasi pembawa dari frekuensi tengahfm= frekuensi sinyal dataUmumnya, sebuah sistem dengan perbandingan deviasi yang tinggi mempunyai jumlah derau yang rendah. Tetapi f dibatasi oleh lebar bidang unit pencatat dan fm harus dipertahankan tinggi agar dapat menampung semua sinyal data.Persentase deviasi didefinisikan sebagai perbandingan deviasi pembawa terhadap frekuensi tengah, atau

dimanam = persentase deviasi atau indeks modulasif= deviasi pembawa dari frekuensi tengahfo= frekuensi tengah

14.2.4. PENCATATAN DIGITALUnit-unit pita magnetik digital sering digunakan sebagai alat penyimpan dalam pengolahan data digital. Umumnya unit pita digital dibagi dalam dua jenis yaitu pertambahan (increment) dan sinkron.Unit pencatat digital jenis pertambahan diperintah menuju tangga di depannya (bertambah) untuk setiap karakter digital yang akan dicatat. Jadi data masukan bisa pada laju yang relatif lambat atau juga laju yang tidak kontinu.Pada unit pencatat sinkron, pita bergerak pada suatu kecepatan yang konstan sementara sejumlah besar karakter data dicatat. Masukan data adalah pada laju yang tepat sampai puluhan ribu karakter tiap sekon. Pita dituntut adar makin cepat, pencatatan berlangsung dan pita dihentikan dengan cepat pula. Dalam cara ini sebuah blok karakter direkam, di mana masing-masing karakter berjarak sama sepanjang pita. Biasanya blok data dipisahkan satu sama lain oleh sebuah permukaan yang kosong pada pita yang disebut senjang pencatat. Unit pita sinkron ini menghidupkan dan menghentikan pita pada tiap blok data yang akan dicatat.Sebagian masalah yang ditemukan dalam pencatatan pita digital adalah keluarnya sinyal dan pulsa-pulsa palsu (kehilangan atau penambahan data). Keuntungan pencatat pita digital adalah ketelitiannya tinggi dan relatif tidak sensitif terhadap kecepatan pita; alat pengkondisi elektronik yang sederhana, dan kesesuaian langsung terhadap sistem komputer memungkinkan pengalihan data langsung antara unit pita dan komputer. 14.3. PENGUBAHAN DIGITAL KE ANALOGPrinsip pengubahan bilangan digital menjadi analog dijelaskan melalui jaringan tahanan pasif sederhana seperti pada gambar 14.1.

Gambar 14.1. Pengubah dasar digital ke analog dengan menggunakan sebuah jaringan pembagi resistif. Masukan-masukan biner adalah apda 0 V an +E V, dengan anggapan logika positif.

Misalkan sebuah sistem logika di mana biner 0 dinyatakan oleh sebuag level tegangan 0 V dan biner 1 oleh level tegangan +E V. Bilangan biner, dinyatakan oleh kombinasi level-level tegangan yang saling berhubungan, dimasukkan ke terminal-terminal masukan pembagi resistif (dengan menghubungkan bit yang paling kurang berari/ LSB/Least significant bit) ke terminal bertanda D. Keempat tahanan masukan diberi bobot sehingga bit 1 (LSB) mempunyai tahanan masukan sebesar R, bit 2 mempunyai tahanan masukan sebesar R/2, bit 3 mempunyai tahanan masukan sebesar R/4 dan seterusnya. Nilai tahanan beban RL sangat besar dibandingkan dengan tahanan-tahanan masukan. Tegangan keluaran Fo berupa tegangan dc antara 0 V sampai debfab +E V, bergantung pada nilai bilangan biner yang dinyatakan oleh keempat masukan.

14.4. PENGUBAHAN ANALOG KE DIGITALPengubahan analog ke digital sedikit lebih rumit daripada perubahan digital ke analog, dan sejumlah metoda yang berbeda dapat digunakan. Empat metoda pengubahan yang digunakan antara lain : pengubah A/D simultan, pengubah A/D jenis pencacah, pengubah A/D jenis kontinu, dan pengubah A/D jenis pendekatan berturut-turut.Diantara keempat jenis pengubah tersebut, yang paling banyak digunakan adalah pengubah A/D jenis pencacah pendekatan berturut-turut sebab memberikan prestasi yang baik untuk suatu rangkuman pemakaian yang luas dengan biaya yang pantas.Rangakaian pembanding (comparator) menjadi pembentuk dasar dari semua pengubah A/D. rangkaian ini membandingkan suatu tegangan yang tidak diketahui terhadap sebuah tegangan referensi dan menunjukkan yang mana dari kedua tegangan tersebut yang lebih besar. Pada dasarnya, sebuah rangkaian pembanding adalah penguat selisih tingkat ganda berpenguatan tinggi, dimana keadaan keluaran ditentukan oleh polaritas relatif dari kedua sinyal masukan. Jika misalnya, sinyal masukan A lebih besar daripada sinyal masukan B, tegangan keluaran adalah paling besar dan rangkaian pembanding mengasilkan keluaran (on). Jika sinyal masukan A lebih kecil daripada sinyal masukan B, tegangan keluaran adalah paling kecil dan rangkaian pembanding tidak menghasilkan keluaran (off). Karena penguat ini mempunyai penguat yang tinggi, saturasi ataupun cut-off dari penguat ini terjadi pada level-level masukan selisih yang relatif rendah, sehingga dia bertindak sebagai alat biner.

14.5. MULTIPLEXING14.5.1. MULTIPLEXING DIGITAL KE ANALOGAlat ini digunakan untuk menggabungkan atau memultipleksi sejumlah sinyal analog menjadi satu saluran digital atau sebaliknya sebuah saluran digital tunggal menjadi sejumlah saluran analog. Kedua tegangan digital maupun analog dapat dimultipleksi.Dua cara untuk melakukan multiplexing adalah : menggunakan pengubah D/A yang terpisah untuk masing-masing saluran dan menggunakan satu pengubah D/A bersama-sama dengan satu perangkat sakelar multipleksing analog dan rangkaian-rangkaian cuplik dan tahan untuk masing-masing saluran analog.

14.5.2. MULTIPLEXING ANALOG KE DIGITALDalam pengubahan analog ke digital, menguntungkan untuk memultipleksi masukan analog daripada mamultipleksi keluaran digital. Cara melakukan multipleksing ini : semua saluran dicuplik secara bersama dan kemudian disakelarkan ke pengubah secara berurutan, atau menggunakan sebuah pembanding terpisah untuk tiap-tiap saluran analog.

14.6. ENCODER RUANGEncoder ruang (spatial encoder) adalah sebuah pengubaha mekanis yang mengubah posisi sudut dari sebuah proses menjadi bilangan digital. Encoder berisi sebuah piringan silindris berserta pola-pola pembentuk kode yang tersusun di dalam cincin-cincin konsentris pada satu sisi piringan. Pola-pola tersebut adalah segmen-segmen yang bergantian antara bahan penghantar (hitam) dan bukan penghantar (putih). Daerah-daerah yang bukan penghantar dibentuk dengan mengendapkan suatu lapisan bahan isolasi tipis pada piringan penghantar. Piringan dihubungkan oleh satu kumpulan sikat-sikat, satu untuk tiap-tiap cincin; yang disusun secara radial dari pusat menuju je arah luar. Jumlah segmen-segmen pada cincin-cincin konsentris berkurang dalam cahcahan biner (32 16 8 4 2), dari total 32 (16 penghantar dan 16 bukan penghantar) pada cincin terluar manjadi 2 pada cincin sebelah dalam. Bersama sebuah batere dan susunan angka-angka dari lampu yang dihubungkan, tiap-tiap posisi sudut dari poros penggerak akan mempunyai suatu kombinasi kontak-kontak sikat yang berbeda yang bersinggungan dengan daerah-daerah permukaan penghantar. Susunan lampu akan menyala dalam bentuk kode biner.

Iradona Rahmawati_I1A004065Page 8

A

B

C

D

E out

RL (RL >> R)

R

R/2

R/4

R/8