pengukuran teknik stt mandala · pengukuran teknik stt mandala. isi ... proses pengukuran sensor...

Pengukuran Teknik

STT Mandala

Isi

Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

PendahuluanHampir semua sensor untuk pengukuran

saat ini menghasilkan output sinyal listrik

Yang biasanya diukur :

- Tegangan listrik (mis: 0 – 5 V, 0 – 10 V)

- Arus listrik (standar: 4 mA – 20 mA)

- Frekuensi/pulsa (dengan frequency

counter/pulse counter)

Tegangan listrik

Accelerometer ( di smartphone)

Arus listrik

Pressure transmitter

Frekuensi/pulsa

Pressure transmitter

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik

1. Mudah untuk mengirim data sinyal listrik dari satutitik pengukuran ke titik pengumpulan data

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik

2. Mudah untuk memperkuat, menyaring ataumemodifikasi sinyal

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik

3. Mudah untuk merekam/menyimpan sinyal

Tahap-tahap dalam sistem

pengukuran dengan sinyal listrik

Terminologi Sensor : peralatan peraba dengan output listrik

Transducer : peralatan yang mengkonversi informasiproses pengukuran

Sensor adalah transducer

Istilah lain dari transducer : gage, cell, pickup, transmitter etc

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Pengkondisian sinyalBeberapa tahap-tahap dalam pengkondisian sinyal:

Penguatan sinyal

Pengurangan sinyal

Penyaringan sinyal

Diferensiasi/integrasi

Linearisasi

Konversi sinyal dari satu bentuk ke bentuk lainnya, misalnya dari tahanan listrik ke tegangan listrik etc

Pengkondisian sinyal

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Penguatan sinyal Banyak transducer yang menghasilkan sinyal dengan

tegangan rendah – mV atau µV (mis: thermocouple dalam mV)

Sulit untuk mengirim sinyal yang sangat kecil tsb dansistem pemroses (mis : CPU) memerlukan teganganinput dalam rentang 0-5 V atau 0-10V

Tegangan yg kecil tsb bisa diperbesar dengan : amplifier

Penguat tegangan

Gain = Vo/Vi

gain dalam rentang `1-1000kadang bisa sampai 10000

Dalam decibels (dB)

GdB= 20 log10G=20 log10 Vo/Vi

Respons Frekuensi AmplifierAmplifier dapat memiliki gainyang berbeda untuk frekuensisinyal yang berbedaRentang frekuensi di managain yg diperoleh konstan :Bandwith

fc: cut-off frequency

Loading Error

I=V/R=0,095 /(500+4000)= 0,0211 mAVamp= RI = 4000x0,0211.10=3

= 84,4 mVTerjadi loading errrorsebesar 10,6 mV (11%)

Operational Amplifier

simbol Model yg disederhanakan

Secara umum :

Vo=g (Vp-Vn)Di mana g = gain dari op-amp

Noninverting amplifier

G = 1 + R2/R1

Respons frekuensi

fc = GPB/G

di mana GBP : gain-bandwith productYang merupakan karakteristik sebuah op-ampcontoh: op –amp µA741, GBP = 1 MHz

φ = -tan -1 f/fc

IlustrasiTentukan nilai tahanan R1 dan R2 untuk op-amp 741 dengan gain 10Tentukan cut-off frequency dan pergeseran fase dari tegangan input sinusoiddengan frequency 10000 Hz

Solusi :

G = 10 = 1 +R2/R1

Jika dipilih R1=10 kΩ, R2 adalah 90 kΩOp-amp 741 memiliki GBP 1 MHzMaka

fc= GBP/G = 106/10 = 100 kHzSudut fase pada 10 kHz

φ = -tan -1 f/fc = -tan -1 10000/100000 = -5,7 0

Inverting amplifier

G = -R2/R1

GBPinv = R2/(R1+R2) x GBP noninv

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Pengurangan sinyal tegangan

Dalam pengukuran, kadang terjadi output tegangan mempunyainilai yang lebih tinggidari rentang input komponenpemrosesanberikutnya, makategangan tsb harusdikurangi (attenuate), contohnya denganvoltage divider

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Penyaring sinyal (filter)Filter : rangkaian yang meloloskan sinyaldengan frekuensi tertentu danMenolak atau mengurangi sinyal denganfrekuensi lainnya

•Low pass filter•High pass filter•Band-pass filter•Band-reject filter

Low-Pass Filter RC Filter

RCfc

π2

1=

( )2/1

1

cin

out

ffV

V

+=

High-Pass RC Filter

RCfc

π2

1=

( )

( )2/1

/

c

c

in

out

ff

ff

V

V

+=

IlustrasiSuatu sinyal hasil pengukuran mempunyai

frekuensi kurang dari 1 kHz teta[o terdapat sinyal

lain (noise) dengan frekuensi 1 MHz.

Rancanglah sebuah filter RC yang mengurangi

noise hingga 1%nya dengan menggunakan kapasitor

0,01 mF. Apakah efek dari filter tersebut terhadap

sinyal yang dengan frekuensi maksimumnya (1kHz)

IlustrasiSinyal pulsa untuk motor step dikirimkan

pada frekuensi 2000 Hz. Rancanglah

sebuah high-pass filter untuk mengurangi

noise berfrekuensi 60 Hz (dari listrik jala-

jala) dan mengurangi sinyal pulsa tidak

lebih dari 3 dB.

Tahap perancangan filter Tentukan cut-off frequency

Tentukan nilai kapasitor yg digunakan berdasarstandar yang ada (pF – µF)

Tentukan tahanan yg diperlukan (1kΩ – 1 MΩ)

Cari tahanan standar yg dekat dgn hasil perhitungantsb

Pertimbangkan tolerasi tahanan dan kapasitor

Band-pass filter

HH

LCR

fπ2

1=

LL

HCR

fπ2

1=

( ) ( )[ ]

L

H

HLLH

H

in

out

R

Rr

ffrffff

ff

V

V

=

+++−

=2222

1

Filter lain

Band-reject filter

Twin-notch filter

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Konversi sinyal tahanan-tegangan

( )( )

4123

4231

4123

42

4

31

3

RRRR

VRRRR

RRRRV

VRR

RV

VRR

RV

VVV

b

a

ba

=

++

−=∆

+=

+=

−=∆

Jembatan Wheatstone

IlustrasiTentukan

1. R4 jika jembatan Wheatstone menjadi nol dengan

R1 = 1000 Ω, R2 = 842 Ω, and R3 = 500 Ω.

2. Offset tegangan jika tegangan supply 10.0 V.

tahanan2 di jembatan adalah R1 = R2 = R3 = 120 Ω

and R4 = 121 Ω.

Konversi arus ke tegangan

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran

Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran

Penguat sinyal

Pembagian sinyal tegangan

Penyaringan sinyal listrik

Pengkonversian sinyal

Peralatan indikator dan perekaman data

Digital Multimeter

Oscilloscope

Strip-chart recorder

Terima kasih