folie mp sensor 1 [compatibility mode]

Download Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

Post on 13-Jan-2017

131 views

Category:

Documents

7 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 1

    PERKULIAHAN

    Sensor SystemJurusan Fisika FMIPA Universitas Riau

    1

    Lazuardi Umar

    Universitas Riau

    I. Pendahuluan Teknik-Pengukuran

    Sifat dari Hasil Pengukuran:1. Independent dari pengamat hasil tetap sama

    Fungsi Pengukuran: kuantisasi objektif/empiris suatu bilangan terhadap kualitas suatu objek (membandingkan suatu bilangan dengan objek ukur)

    2

    p p g p2. Berdasarkan dari penemuan eksperimental (empiris)

    Persyaratan Dasar Pengukuran: Besaran ukur harus secara kualitativ jelas terdefinisikan dan secara

    kuantitatif dapat ditentukan Standar pengukuran harus ditetapkan melalui Konvensi, contoh

    kenyaman, Intelligenz tdk dpt diukur karena tidak secara umum didefinisikan

    KEGUNAAN PENGUKURAN

    Proses Kontrol

    Pengukuran suhu ambang Pengukuran vol gas/air Monitoring klinis

    Mengontrol ketinggian air

    Proses Monitoring

    3

    Panduan Eksperimen

    g ggatau suhu di dalam tangki

    Mempelajari distribusi suhu dalam objek bentuk tak beraturan atau

    Menentukan distribusi daya pada mobil uji tabrak

    Besaran Fisis Nama SimbolPanjang Meter MMassa Kilogram KgWaktu Detik s

    Suhu Termodinamik Kelvin KKuantitas Materi Mol mol

    Kuat Cahaya Kandela cd

    Gaya Newton NRedaman Neper / BelMuatan Coulomb CT Li t ik V lt V

    SATUAN UKUR (SI) & SIMBOL

    4

    Tegangan Listrik Volt VTahanan Listrik Ohm Tahanan Spesifik Ohmmeter mKonduktivitas Listrik Siemens SKemampuan Hantar Listrik Siemens/meter S/mDaya Listrik Watt WKerja Listrik Watt second WsKuat Medan Listrik Volt / meter V/mKapasitas Listrik Farad FKuat Arus Listrik Ampere AKuat Medan Magnetik Ampere / meter A/mRapat Arus Magnetik Tesla TAliran Magnetik Weber WbInduktivitas Henry H

    II. Piranti Elektronik dan Sistem Pengukuran

    Apa kegunaan Teknik Pengukuran/Instrumentasi saat ini..?

    Pekerjaan Teknik Pengukuran (Instrumentasi):Konversi (pengubahan): besaran fisis besaran elektris

    Konverter (pengubah) disebut juga: Sensor, transduser, detektor, pendeteksi

    5

    BIDANG RISET BIDANG INDUSTRI

    Hasil penelitian berdasarkan pengukuran

    Pengamatan proses

    Teknik pengukuran memberikan/menjelaskan pengetahuan tentang alam

    Menyediakan data-data proses untuk pengaturan

    Eksperimen teknik pengukuran sebagai batu ujian pengetahuan

    Teknik perakitan presisi tinggi

    Transducer/sensor: piranti elektronik yang mengambil energi dari objekyang diukur dan memberikan sinyal keluar dalam bentuk sinyal listrik, yangberhubungan dengan kuantitas yang diukur

    Aktuator: piranti untuk mengubah (konversi) daya

    Physical quantitis Sensor

    Analogcircuit

    Analog digitalconverter P

    Digital analog converter

    Results

    Analog

    6

    Digital

    n. electric quantity

    electric signal

    signal cond.

    digital signal

  • 2

    7

    Besaran fisis: Mekanis Termis Magnetik Elektris Optis dan Sinyal Kimia

    KalibrasiTesting, checking dan inspeksiKontrol kualitas pengujian materialPengontrolanOptimalisasiSupervisi, self control early damage supervisionPengenalan pola (pattern recognition) surface, noise, shapeMessage, report, switch off protection system

    Jobteknik pengukuran (listrik)

    Konversi Besaran Non-Listrik ke Besaran-Listrik

    Daerah Ukur dan Besaran Ukur Khas

    8

    Contoh: SENSOR ARUS BERDASARKAN EFEK HALL

    9

    Contoh: SENSOR POSISI X,Y GYROSKOP

    10

    Contoh: SENSOR KELEMBABAN

    11

    III. KARAKTERISTIK SISTEM PENGUKURAN

    x(t) f(x) y(t)

    u(t) Besarnya output yang dihasilkan merupakan fungsi sensor dikalikan dengan input yang akan diukur

    12

    ( ) ( ) ( ) ( )tutxxfty =

    u(t) merupakan gangguan dari lingkungan

    f(t) fungsi sensor

    x(t) adalah input besaran fisis

  • 3

    Karakteristik Statis Pengukuran(kuantitas yang diukur berubah secara lambat dengan waktu)

    AkurasiKualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untukmemberikan hasil yang mendekati nilai sebenarnya. Akurasipengukuran proses kalibrasi statis sensor/alat ukur

    Setiap penyimpangan pengukuran dari harga sebenarnya

    13

    kesalahan/simpangan (error). Ketidak akurasian biasanyadinyatakan sebagai

    ( ) ( ) ttma XXX =100% Xt nilai sebenarnya Xm harga terukur

    ( ) ( ) FSOtmf XXX100% = f aketidak akurasian dinyatakan dalam persentase skala penuh (FSO)

    PresisiKualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untukmemberikan keluaran yg sama jika dilakukan pengukuran padakondisi yang sama

    14

    Situasi pengukuran memperlihatkan perbedaan antara akurasi dan presisi. Pada kasus (a) akurasi tinggi dan presisi rendah. Pada kasus (b) presisi tinggi

    tapi akurasi rendah

    ResolusiKenaikan terkecil dari nilai pengukuran yang dapat menghasilkan kenaikan output, dinyatakan dalam rentang pengukuran (%MR).

    Kenaikan V output terhadap respon perubahan percepatan a maka resolusi maksimum (Rmax) dari a terkecil:

    ( )minmaks

    minmaks aa

    a.100%R

    =

    15

    minmaks

    Resolusi rata-rata sepanjang pengukuran adalah

    ( ) ( )minmaks

    n

    1i1

    ave TTn

    T100%R

    =

    =

    n adalah jumlah Ts dalam rentang pengukuran

    RepeatabilityKedekatan antara hasil yang didapat berturut-turut dari pengukurankondisi yang sama

    ReproducibilityBerhubungan dengan hasil yang diperoleh dalam waktu yang lama,operator dan kondisi berbeda

    Sensitivitas

    16

    Perbandingan kenaikan output (y) terhadap kenaikan input (x)

    HisterisisPerbedaan antara dua nilai output yang berhubungan dengan inputyang sama, tergantung pada arah (menaik atau menurun) berturut-turut nilai input

    S y x=

    Karakteristik Dinamis

    Sensor/alat ukur respon terhadap input variabelkarena ada elemen penyimpan energi/elemeninersia (masa, induktansi), kapasitansi (listrik,termal, fluida)

    Perilaku thd waktu karakteristik dinamik(k l h di ik d k /d l )

    17

    (kesalahan dinamik dan waktu respon/delay)

    Ditentukan dg memberikan input variabel (inputtransien (impuls), input periodik (sinusoida),random (noise)

    Perbaikan keluaran hardware/software

    IV. DARI SENSOR KE SISTEM INSTRUMENTASI

    Instrumentation SystemsSensor Systems

    Acceleration [Pewatron]

    Sensors

    Moisture

    Gas

    18

    Time Measurement, PTB

    Sensor Module [Temic]

    Temperature [Sysmic, Heraeus]

    Temperature

    Pressure

  • 4

    Development of Sensors and Sensor SystemsDevelopment of Sensors and Sensor Systems

    M f t i t h lech

    n. InformationTechnology

    Performance to CostRatio

    19

    Manufacturing technology areinfluenced by different effects

    The more process steps are used the more difficult are technological measures

    Man

    uf. T

    e Technology

    ManufacturingTechnology

    ManufacturingTechnology

    Trnkler

    Influence Effects in Sensor SignalsInfluence Effects in Sensor Signals

    20

    V. PEMODELAN MATEMATIS SENSOR

    Karakteristik sensor (alat ukur harus digambarkan dalam suatumodel matematis

    Interpolasi poligon hanya memerlukan beberapa titik referensi.

    21Interpolasi data dengan poligon

    referensi. Antara titik referensi yang

    disimpan dari karakteristik sensor akan diinterpolasi mempergunakan garis lurus

    Interpolasi polinomial menggambarkan hubungan fungsional antara n titik referensi yang terukur dari suatu karakteristik sensor dengan polinomial tunggal orde n-1 sepanjang rentang ukur

    22

    Interpolasi dengan polynomial orde-4

    ( ) =

    =4

    0iii xkxf

    Dengan interpolasi belahan kubus (cubic spline) dimungkinkan untuk memperoleh kurva mulus dari karakteristik sensor yang melewati semua titik referensi n+l. Untuk mendapatkan interpolasi tersebut, daerah ukur dibagi menjadi batas-batas interval dengan titik referensi

    23Interpolasi dengan belahan kubus

    Metode Regresi

    Contoh sederhana pemakaian metode pendekatan adalah regresi linear. Gradien m dari karakteristik linier y=f(x)=mx melewati titik asal ditentukan sehingga jumlah deviasi kuadrat dari titik pengukuran n (xk,yk) menjadi minimum

    24

  • 5

    Ketergantungan suhu k f k ll

    Jika perilaku dasar karakteristik sensor diketahui dan tidak berubah secara kualitatif oleh toleransi pembuatan dan sensitivitas silang, metode fungsi dasar adalah cocok untuk menggambarkan efek interferensi pada karakteristik sensor

    25

    sensor tekanan efek Hall

    Sensor tekanan yang mempunyai ketergantungan suhu seperti diperlihatkan pada gambar Suhu nominal adalah v0=20C. Dengan membatasi fungsi ke dalam bentuk polinomial orde-kedua maka diperoleh sinyal sensor sebagai fungsi tekanan dan suhu

    26

    6. KESALAHAN PENGUKURAN

    Siapa yang mengukur, akan membuat salah!!!. Tidak ada pengukuran yang bebas kesalahan. Penelitian kemungkinan

    kesalahan dan pengaruhnya terhadap nilai-ukur terus dilakukan

    Jenis Kesalahan Ukur:a) Kesalahan yang dapat dihindarkan (kesalahan

    petunjuk/pemakaian)

    27

    petunjuk/pemakaian)b) Kesalahan yang dapat dikoreksi kesalahan sistematis

    (kesalahan instrument ukur, kesalahan sistematis dari metode ukur)

    c) Kesalahan yang tidak bisa dikoreksi kesalahan random (acak)

    Perhitungan Kesalahan, Nilai Rerata dan Batasan KesalahanNilai rata-rata dari tiap pengukuran

    Untuk menghitung nilai rata-rata dari tiap pengukuran diberikan:

    Nilai rerata dan jumlah pengukuran. Penyimpangan dari setiap pengukuran diberikan sebagai:

    Simpangan sebagian positiv dan sebagian negativ, untuknya berlaku persamaan (1) d l l

    28

    (1), dan selalu:

    Sebaran nilai ukur (pada setiap pengukuran) d