bab 5 pengutek

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.


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


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


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.


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.


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.


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


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


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.


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


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


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.


bab 5 pengutek

Documents