bab 5 pengutek
Post on 14-Apr-2016
12 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
CHAPTER 5 MECHANICAL SENSOR
Potensiometri Sensor
Jenis paling sederhana dari sensor perpindahan melibatkan aksi perpindahan
dalam bergerak wiper dari potensiometer. Perangkat ini mengubah gerakkan linear
atau gerakan sudut menjadi resistensi yang dapat dikonversi langsung ke tegangan
dan atau sinyal sesaat.Sensor potensiometri hanyalah sebuah variabel resistor tiga
terminal. Resolusi sensor ini terbatas pada jarak, ∆ x, antara bergantian individual
kawat,dengan perubahan resistansi yang dihasilkan dari pergantian tunggal,∆ R.
Gambar Sensor Kapasitif dan Induktif
Kapasitif
Operasi dasar dari sensor kapasitif dapat dilihat dari persamaan kapasitor pelat
sejajar:
Induktif1
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Jika inti permeabel dimasukkan kesebuah induktor seperti yang ditunjukkan
pada gambar, induktansi bersih meningkat.
Setiap posisi baru dari inti menghasilkan induktansi yang berbeda. Dengan
cara ini, induktor dan perakitan inti bergerak dapat digunakan sebagai sensor
perpindahan. Jembatan atau sirkuit elektronik aktif lainnya sensitif terhadap
induktansi maka mungkin dipekerjakan untuk pengkondisian sinyal.
Variable-Reluctance Sensors
LVDT adalahsebuah sensor penting dan umum untuk perpindahan
pengukuran
di lingkungan industri.
Gambar menunjukkan bahwa LVDT terdiri dari tiga kumparan kawat luka
pada formulir kosong. Sebuah inti bahan permeabel dapat meluncur bebas melalui
pusat formulir. Kumparan batin adalah utama, yang gembiraoleh beberapa sumber
seperti yang ditunjukkan. Fluxdibentuk oleh primer terkait dengan dua kumparan
sekunder, mendorong sebuah volt di setiap kumparan.
Level Sensors
2INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Pengukuran tingkat padat atau cair panggilan untuk kelas khusus sensor
perpindahan.
Tingkat diukur paling sering dikaitkan dengan bahan dalam tangki atau hopper. Besar
berbagai teknik pengukuran ada, sebagai contoh representatif berikut menunjukkan.
Mekanis
Salah satu teknik yang paling umum untuk pengukuran level, terutama untuk
cairan, adalah pelampung yang diperbolehkan untuk naik dan turun dengan
perubahan tingkat.Ini mengapung, seperti yang ditunjukkan pada gambar,
dihubungkan oleh hubungan dengan perpindahan sekunder-langkah.
Sistem suring seperti perangkat potensiometri atau inti LVDT.
3INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Listrik
Ada beberapa metode murni listrik mengukur tingkat. Untuk mantancukup,
satu dapat menggunakan konduktivitas yang melekat dari cair atau padat bervariasi
perlawanan dilihat
oleh probe dimasukkan ke dalam bahan
Ultrasonik
Penggunaan refleksi ultrasonik untuk mengukur tingkat disukai karena
adalah "non-invasif" teknik; yaitu, tidak melibatkan menempatkan sesuatu dalam
materi.
Tekanan
Untuk pengukuran cair, juga mungkin untuk membuat-langkah noncontact
surement tingkat jika densitas cairan diketahui. Metode ini didasarkan pada baik-yang
hubungan dikenal antara tekanan di bagian bawah tangki dan tinggi dan kepadatan
cairan.
Sensor Strain
Ketegangan adalah hasil dari penerapan kekuatan untuk benda padat. Dapat
didefinisikan dalam cara khusus dijelaskan oleh istilah umum menekankan. Pada
bagian ini, kita akan mendefinisikan stres dan regangan yang dihasilkan.
Strain Gauge Principles
Teknik dasar strain gauge (SG) pengukuran melibatkan melampirkan
(perekatan) kawat logam atau foil untuk elemen yang regangan adalah menjadi
diukur. Seperti stres diterapkan dan elemen deformasi, bahan SG mengalami
4INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
deformasi yang sama, jika terpasang. Karena regangan adalah perubahan fraksional
panjang, perubahan resistensi SG mencerminkan ketegangan dari kedua alat ukur dan
elemen yang itu dijamin.
Efek suhu
Jika tidak untuk kompensasi suhu mempengaruhi, metode tersebut
pengukuran SG akan sia-sia. Untuk melihat ini, kita hanya perlu catatan bahwa logam
yang digunakan dalam konstruksi SG memiliki koefisien temperatur linear, cirri khas
untuk kebanyakan logam. Perubahan suhu yang tidak biasa dikondisi pengukuran
dilingkungan industri. Perubahan substansial dalam perlawanan akan menghasilkan.
Metal Strain Gauges
Konstruksi
Pengukur regangan digunakan dalam dua bentuk, kawat dan foil.
Karakteristik dasar dari setiap jenis yang samadalam hal perubahan resistensi untuk
strain tertentu. Desain SG itu sendiri seperti untuk membuatnya sangat panjang untuk
memberikan perlawanan nominal yang cukup besar (untuk menjadi praktis), dan
5INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
untuk membuat alat pengukur kawat cukup halus atau foil agar tidak menahan efek
ketegangan.
Pendingin sinyal
Dua efek yang penting dalam teknik sinyal-pengkondisian digunakan untuk
SG. Yang pertama adalah kecil, perubahan pecahan dalam perlawanan yang
memerlukan perawatan-dirancang sepenuhnya perlawanan sirkuit pengukuran.
Sebuah sistem SG yang baik mungkin memerlukan resolusir egangan.
Sensitivitas jembatan ini strain dapat ditemukan dengan mempertimbangkan
persamaan untuk menjembatani tegangan offset. Misalkan R1 = R2 = RD = R, yang
merupakan nominal (longgar) mengukur resistensi. Maka resistensi strain gauge aktif
akan diberikan oleh
MOTION SENSORS
Sensor gerak dirancang untuk mengukur tingkat perubahan posisi, lokasi, atau
displacement obyek yang terjadi.
6INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Types of Motion
Rectilinear : Jenis gerak ditandai dengan kecepatan dan percepatan yang terdiri dari
segmen garis lurus.
Kaku :
Beberapa sensor yang dirancang untuk mengukur hanya rotasi tentang beberapa
sumbu, seperti gerakan sudut poros dari motor. Perangkat tersebut tidak dapat
digunakan untuk mengukur perpindahan fisik dari seluruh poros, tetapi hanya rotasi.
Getaran : Posisi getaran, kecepatan, dan percepatan semuafungsi periodik memiliki
frekuensi yang sama.
Kita melihat bahwa percepatan puncak tergantung pada, frekuensi sudut kuadrat.
Shock :
Jenis khusus percepatan terjadi ketika sebuah objek yang mungkin dalam seragam
gerak atau sederhana mempercepat tiba-tiba dibawa untuk beristirahat, seperti dalam
tabrakan.
Dari grafik diatas, kita dapat mengetahui kecepatan objek dan durasi shock.
7INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Accelerometer Principles
Spring-Mass System
Kondisi ini digambarkan olehpersamaan Newton dan hukum Hooke:
Spring-mass principle berlaku untuk banyak desain accelerometer umum. Itu
massayang mengubah percepatan untuk musim semi perpindahan disebut sebagai
menguji massa,atau massa seismik. Kita melihat, kemudian, bahwa pengukuran
percepatan mengurangi kelinear pengukuran perpindahan; kebanyakan desain
berbeda dalam bagaimana pengukuran perpindahan ini terbuat.
Natural Frequency and Damping
Pada pemeriksaan lebih dekat dari prinsip sederhana saja dijelaskan, kita
menemukan karakteristik lain dari sistem semi-massal yang merumitkan analisis.
Secara khusus, sistem yang terdiri dari pegas dan massa yang melekat selalu
menunjukkan osilasi di beberapa karakteristik frekuensi alami. Pengalaman
memberitahu kita bahwa jika kita
menarik massa kembali dan kemudian melepaskannya (tanpa adanya percepatan), itu
akan ditarik kembali oleh musim semi, overshoot keseimbangan, dan berosilasi
bolak-balik.
8INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Hanya gesekan terkait dengan massa dan basis akhirnya membawa massa
untuk beristirahat. Setiap sistem perpindahan pengukuran akan merespon osilasi ini
seolah-olah percepatan yang sebenarnya terjadi. Ini alami frekuensi diberikan oleh
gesekan yang akhirnya membawa massa untuk beristirahat didefinisikan
olehkoefisien redaman∝, yang memiliki unit s-1 . Secara umum, efek osilasi disebut
respon, dijelaskan oleh sinyal teredam periodik, seperti yang ditunjukkan pada
gambar, dengan persamaan :
Vibration Effects
Pengaruh frekuensi alami dan redaman pada perilaku accelerometer dijelaskan
dalam hal getaran.
Kita dapat menunjukkan bahwa gerak massa diberikan oleh :
PRESSURE SENSORS
Tekanan hanyalah gaya per satuan luas yang cairan diberikan pada
lingkungannya. Jika itu adalah gas,maka tekanan gas adalah gaya per satuan luas
bahwa gas diberikannya pada dinding kontainer yang memegang itu. Jika cairan
adalah cairan, maka tekanan adalah gaya per satuan luas yang cairan diberikan pada
wadah di mana itu terkandung.
Jelas, tekanan gas akan seragam di semua dinding yang harus menyertakan
gas sepenuhnya. Dalam cairan, tekanan yang yakin akan bervariasi, menjadi terbesar
9INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
pada bagian bawah kapal dan nol pada permukaan atas, yang
tidak perlu dilampirkan.
Pengukur tekanan
Dalam banyak kasus, tekanan absolut bukanlah kuantitas bunga utama dalam
menggambarkan tekanan. Suasana gas yang mengelilingi bumi tekanannya, karena
beratnya, dipermukaan bumi sekitar 14,7psi, yang mendefinisikan "suasana" unit.
Jika sebuah kapal tertutup dipermukaan bumi terkandung gas pada tekanan absolut
14,7psi, maka tidak akan ada bersih tekanan pada dinding wadah karena gas atmosfer
diberikannya tekanan yang sama dari luar. Dalam kasus seperti ini, lebih tepat untuk
menggambarkan tekanan dalam relatif dibandingkan dengan tekanan atmosfer. Ini
disebut pengukur tekanan dan diberikan :
Head Pressure
Untuk cairan, ekspresi tekanan kepala, atau head tekanan, adalah sepersepuluh
digunakan untuk menggambarkan tekanan dari cairan dalam tangki atau pipa. Hal ini
mengacu pada tekanan statis yakin dihasilkan oleh berat cairan di atas titik di mana
tekanan sedang dijelaskan. Tekanan ini tergantung hanya pada ketinggian cairan di
atas titik dan density cair (massa per satuan volume). Dalam hal persamaan, jika
cairan yang terkandung dalam tangki, tekanan di bagian bawah tangki diberikan oleh
10INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Solid-State Tekanan Sensor
Teknologi sirkuit terpadu telah menyebabkan pengembangan solid-state (SS)
sensor tekanan yang menemukan aplikasi luas dalam tekanan yangrentang yakin 0
sampai 100 kPa (0-14,7 psi). Unit-unit kecil sering membutuhkan tidak lebih daritiga
koneksi-dc listrik, tanah, dan output sensor. Koneksi tekanan melaluitabung logam,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 34a. Umumnya, Produsen memberikan garis
sitivity sepertisors dengan berbagai rentang tekanan dan konfigurasi. Elemen
penginderaan dasar adalah wafer silikon kecil bertindak sebagai diafragma itu,
sebagaibiasa, cacat dalam menanggapi perbedaan tekanan. Namun, seperti yang
disarankan pada Gambar 34b, dalam hal ini defleksi yang dirasakan oleh pengukur
regangan semikonduktor tumbuh langsung padawafer silikon. Selanjutnya, sinyal AC
sirkuit ditanam langsung pada wafer sebagai baik. Pengkondisian sinyal ini termasuk
kompensasi suhu dan sirkuit yang menyediakan tegangan output yang bervariasi
secara linear dengan tekanan selama rentangoperasi yang ditentukan.Konfigurasi
ditunjukkan pada Gambar 34b adalah untuk mengukur mengukur tekanan, karena
salah satusisi diafragma terbuka untuk atmo
bola.
11INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
Sensor tekanan SS ditandai dengan :
1. Sensitivitas di kisaran10 sampai 100 mV/kPa.
2. Respon di urutan 10ms. Ini bukan pertama-order waktu respon perangkat, sehingga
waktu respon didefinisikan sebagai waktu untuk perubahan dari10% sampai 90% dari
nilai akhir berikut langkah perubahan dalam tekanan masukan
3. Linear tegangan vs tekanan dalam kisaran operasi tertentu.
4. Kemudahan penggunaan, dengansering hanyatigasambungan:dclistrik(biasanya
5V), tanah, dan tegangan output sensor.
FLOW SENSORS
Untuk benda padat, aliran biasanya digambarkan oleh spesifikasi massa
atau berat per satuan waktu yang diangkut oleh conveyor sistem. Unit akan dalam
berbagai bentuk-misalnya, kg / menit atau lb / min. Untuk membuat pengukuran
aliran, hanya perlu mempertimbangkan kuantitas materi pada beberapa panjang tetap
sistem conveyor. Mengetahui kecepatan conveyor memungkinkan perhitungan laju
aliran material. Gambar 37 menunjukkan sistem conveyor yang khas di mana
material diambil dari hopperdan diangkut oleh sistem conveyor. Sebuah katup
mekanik mengontrol tingkat di mana material dapat mengalir dari hopper ke ban
berjalan. Sabuk didorong oleh motor sistemiktem. Laju aliran diukur dengan
menimbang jumlah bahan pada platform panjang L pada setiap saat. Slide conveyor
belt atas platform, yang mengalihkan sedikit karena berat bahan. Sebuah langkah sel
12INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
beban lendutan ini sebagai indikasi berat. Didalam
kasus, laju aliran dapat dihitung dari
Obstruction Flow Sensor
Tipe lain dari sensor aliran beroperasi dengan efekmengalir pada
obstruksi ditempatkan dalam aliran aliran. Di sebuah rotameter, obstruksi adalah
pelampung yang naik dalam kolom meruncing vertikal. Gaya angkat, dan dengan
demikian jarak ke mana mengapung naik dalam kolom, sebanding dengan laju aliran.
Gaya angkat yang dihasilkan olehtekanan diferensial yang ada di float,
karena pembatasan dalam aliran. Jenis sensor yang digunakan untuk kedua cairan
dan gas. Sebuah baling-baling bergerak flow meter memiliki baling-baling yang
target tenggelam di wilayah aliran, yang diputar dari aliran sebagai kecepatan aliran
di-lipatan. Sudut baling-baling adalah ukuran laju aliran. Jika poros baling-baling
13INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
berputar terpasang ke sensor sudut-mengukur, laju aliran dapat diukur untuk
digunakan dalam aplikasi proses kontrol. Sebuah turbin jenis flow meter terdiri dari
bebas berputar turbin blade perakitan di jalur aliran. Tingkat rotasi turbin sebanding
untuk laju aliran. Jika turbin melekat tachometer, sinyal listrik yang mudah dapat
diolah.
14INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBERFAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIJURUSAN TEKNIK MESIN
top related