bab 7 sensor 2013
DESCRIPTION
mekatronika 2014TRANSCRIPT
Dosen: Ali Sadiyoko
Mekatronika (IND 214)
Sensor / Transducer7
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
2
Transducer
Sensor berfungsi seperti mata, telinga, hidung dan lidah pada manusia. Mikroprosesor berfungsi seperti otak manusia.
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
LINGKUNGAN
PERSEPSI
KOGNISI
AKSI
SENSOR PROSES AKTUATOR
Proses Penalaran Sistem
3
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Transducer
SENSING
PEMROSESAN SINYAL
INTERPRETASI DATA
ANALISA
EKSEKUSI TUGAS
GEN. SINYAL KENDALI
AKTUASI
sensor/ transducer
A/D , digital
SW
SW, decision
SW, job specs.
D/A , analog
Aktuator, relay
4
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Transducer
Alat yang menerima masukan berupa suatu bentuk energi dan menghasilkan keluaran berupa bentuk energi lain yang berbeda (biasanya energi listrik : tegangan), untuk dapat digunakan untuk kebutuhan pemrosesan lebih lanjut.
5
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Prinsip Kerja Transducer• ELEKTROMEKANIKAL
INPUT := gerakan mekanik OUTPUT := elektrik
• RESISTIF INPUT := Perubahan R suatu material OUTPUT := elektrik
• KAPASITIF INPUT := Perubahan C suatu material OUTPUT := elektrik
• PIEZZOELEKTRIKPerubahan sifat dari suatu jenis kristal yang menghasilkan arus listrik pada saat kristal tersebut terdeformasi.
• PHOTOVOLTAIK INPUT := sinar OUTPUT := elektrik
6
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Contoh-contoh Transducer
Capacitive Transducer – Proximity Switch
Photovoltaic Transducer
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
7
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Contoh-contoh Transducer
Photovoltaic Transducer
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
8
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Karakteristik Transducer• Static Specification
1. Accuracy 2. Resolution3. Repeatibility4. Linearity5. Hysteresis
• Dynamic Specification1. Time response
9
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Static Specification
loadload
VV
scalefull
scalefulltrue
_
_
Angka yang menyatakan penyimpangan kesalahan yang ditunjukkan oleh transducer (Vtrue) terhadap output (Vout) sesungguhnya.
Satuan : % of full-scale output (FSO)
1. Accuracy (ketepatan)
10
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Static Specification
11
2. Resolusi
Perubahan terkecil dari input yang masih dapat dirasakan oleh transducer. (Skala terkecil)
3. RepeatabilityKemampuan transducer untuk menunjukkan hasil yang sama, bila diberi input yang sama beberapa kali.
%100_
minmax
scalefullityrepeatibil
%100full_scale
averagedeviationlargest
ityrepeatibil
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Static Specification4. Linearity
Kemampuan transducer untuk berlaku sebagai sistem linear.Sistem linear := memenuhi hk. superposisi.
f(a) + f(b) = f(a+b)
1. endpoint linearity2. independent straight-line linearity.3. least-square (linear regression)
n
xm
n
yb
xxn
yxxynm
bmxy
22 )()(
)(
12
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Static Specification5. Hysteresis = reproducibility
Indikasi dari reproduksi output transducer, bila didekati dari batas bawah dan bila dari batas atas. Muncul karena masih ada inersia (magnetik) di dalam sistem transducer.
in
out
Hysteresis area
13
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Dynamic SpecificationTime Response
rise time (tr) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan output dari 10% sampai 90%.
time constant ( ) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan 63.2 % output yang mungkin.dead time : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk mulai menghasilkan respon output.
orde 1 dan 2
14
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Dynamic SpecificationSistem Orde 2
Koefisien redaman / damping coefficient ( , zeta) : bilangan yang menunjukkan redaman yang dimiliki oleh sistem (transducer).
dampedunder 1,
damped critically 1,
dampedover 1,
% overshoot : lonjakan maksimum.
%100_
_movershoot % p
statesteady
statesteady
15
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Graphics
Pictures taken from : Ogata, K. ,’ Modern Control Engineering’, Prentice Hall Int’l, 1990.
16
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Dynamic Specificationsettling time : waktu yang dibutuhkan agar output mencapai keadaan steady state 2%.
resonant frequency ( n ) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan 63.2 % output yang mungkin.
frequency response : kemampuan transducer untuk merespon input pada frekuensi tertentu dari input.
n
1
hftr
35.0
17
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorSENSOR POSISI
1. PotensiometerResistance wire
-W +
Resistance wire+
W
-
a.
b.
18
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
VRR
RVout 21
2
Prinsip Kerja Potensiometer
A
lR
V+
-R
V+
-R1
R2
V+
- R
Vout
Vout
R = R1 + R2
Rangkaian pembagi teganganR l
19
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
VRR
RW
21
2
20
+W-
+
R2’l’2
R1’l’1
L
Resistance wire
-W +
R1l1 R2
l2
L
r = (/A) LR1’ = R1 + rR2’ = R2 - r
VRR
RW
'2'1
'2'
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor2. Linear & Rotary Variable Differential Transducer (LVDT, RVDT)
E
V1
V2
Vout
S
N
N1
N2
11 V
E
N
N
22 V
E
N
N
Vout = V1 – V2
Pada saat awal :N1 = N2 V1 = V2
Sehingga : Vout = 0
21
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
E
V1
V2
Vout
S
N
N1
N2
E
V1
V2
Vout
N
N1
N2
n
Pada saat ada pergeseran ke atas : N2 >>N1 > N2 V1 > V2
Sehingga : Vout > 0
Pada saat ada pergeseran ke bawah : N1 >>N1 < N2 V1 < V2
Sehingga : Vout < 0
22
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorLVDT
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
23
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
LVDT
24
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor3. Optical Encoder
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
25
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
26
Optical Encoder
Bentuk gelombang output
Code track pada disk
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor4. Synchro & Resolver
27
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
28
4. Synchro & Resolver
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
SENSOR GAYA
Strain GageWheatstone Bridge CircuitLoad Cell
29
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
Jembatan Wheatstone
30
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
Aplikasi penggunaan strain-gage
31
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
SENSOR GERAK
- Sensor kecepatan (linear & angular) : tachometer
- Sensor percepatan : accelerometer
32
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA
Sensor Tekanan (Pressure) : LVDT + efek Bernoulli, Pipa Bourdon.
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
33
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA
Sensor Aliran : gabungan strain gage, piezzoelectric atau LVDT + pipa Venturi atau pipa Pitot (Tugas !).
Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.
34
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA
Level sensor : photo transmitter + receiver, kapasitansi.
TX RX
C
35
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis SensorSENSOR SUHU
1. Thermocouple2. RTD ((Platinum) Resistance Temperature Detector)3. Thermistor = mengandung material semikonduktor.4. I.C. Sensor = LM335, LM34, AD592
Thermocouple RTD
36
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Jenis-jenis Sensor
G
RTD
R1 R2
R3
R4
Konfigurasi RTD 3 kawat. Tahanan RTD akan bertambah 0,385 /oC
G
T R2
R3 R4
Rangkaian Thermistor dalam rangkaian jembatan Wheatstone.
37
SENSOR SUHU
IND 214 – Mekatronika - 2013
7. Sensor/ Transducer
Karakteristik Sensor Suhu
Thermocouple RTD Thermistor I.C. Sensor
+
Self poweredSimpleRuggedInexpensiveWide varietyWide Temp. range
most stablemost accuratemore than linear than thermocouple-182oC < T < 630oC
high outputfasttwo-wire ohms measurementsT < 200oC
most linearhighest outputinexpensive
-
non-linearlow voltagereference requiredleast stableleast sensistiveT < 750oC
expensivecurrent source requiredsmall RLow absolute Rself-heating
non-linearlimited temperature rangefragilecurrent src requiredself-heating
T < 200oCPower supply req.slowself heatinglimited configuration-55oC < T < 150oC
T T T T
VR R
V or I
38