Supervisory Control and Data Acquisition - 03 1

Supervisory Control and Data Acquisition

Karakteristik Dasar Sensor

Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.Jurusan Teknik Elektro FTI ITS

Telp. 5947302 Fax.5931237Email: pramudijanto@gmail.com

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 2

Objektif:Karakteristik DasarSpesifikasi Statis

Akurasi SensifitasResolusiHysterisisRepeatabilityLinieritas

Spesifikasi Dinamis

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 3

Karakteristik Dasar

Karakteristik yang digunakan untuk mengetahui performansi suatu sensor jika digunakan untuk pengukuran.Performansi suatu sensor dinyatakan dengan

Spesifikasi Statis danSpesifikasi Dinamis

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 4

Spesifikasi Statik Sensor

Spesifikasi statik sensor menyatakan seberapa baik korelasi antara input fisik dan output listrikInput fisik menyatakan besaran fisik yang diukur; diantaranya, posisi, kecepatan, level, flow, temperatur, tekanan, dll.Output listrik menyatakan besaran variabel listrik dapat berupa tegangan, arus, resistansi, induktansi, dan kapasitansi.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 5

Spesifikasi Statik (1)

Akurasi digunakan untuk menentukan eror maksimum yang diharapkan dari suatu sensor (dalam % eror)Bentuk :

Prosentase dari pembacaan skala maksimum (FS)FS instrumen 5 Volt dengan akurasi + 0,5% Volt rata-rata ketakpastian pengukuran + 0,025 Volt

Prosentase dari span (maks min)Akurasi + 3% dari span tekanan dengan range 20 s/d 50 psi inakurasinya + 0,03(30 psi) = + 0,9 psi

Prosentase dari pembacaan aktualAkurasi Voltmeter + 3% inakurasinya + 0,06 Volt untuk pembacaan 2 Volt

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 6

Spesifikasi Statik (2)

Sensitifitas perubahan input yang kecil, sensor dapat memberikan output (ditunjukkan oleh fungsi alih dari sensor)

Fungsi alih dari sensor temperatur 5mV/0C setiap perubahan input sebesar 10C menyebabkan output berubah sebesar 5mV.

Resolusi perubahan input terkecil yang menyebabkan terjadinya perubahan pada output.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 7

Kurva Tegangan Output Load Cell

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

Beban (kg)

Out

put (

mV)

Output 1Output 2

Spesifikasi Statik (3)Hysterisis sensor memberikan nilai output yang berbeda untuk pengukuran variabel input dari rendah ke tinggi atau dari tinggi ke rendah.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 8

Repeatability (Precision) digunakan untuk mengukur seberapa baik sensor dapat memberikan output yang sama terhadap suatu input yang diberikan secara berulang-ulang.

%100scale

min max

=

fullityrepeatabil

Spesifikasi Statik (4)

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 9

Akurasi versus Repeatability

No. A B C

1 10,02 11,50 10,00

2 10,96 11,53 10,03

3 11,20 11,52 10,02

4 9,39 11,47 9,93

5 10,50 11,42 9,92

6 10,94 11,51 10,01

7 9,02 11,58 10,08

8 9,47 11,50 10,00

9 10,08 11,43 9,97

10 9,32 11,48 9,98

Minimum

Rata-rata

Maksimum

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 11

Bias, Precision, and Total Error

Bias Error

Total Error

Precision Error

X True X measured

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 12

Types of Errors (1)

Perbedaan antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya. Error biasanya dinyatakan dengan prosentase skala penuh (%FSO). Rasio ini menunjukkan keakurasian dari sebuah sensor.

Intrinsic, absolute, and relative errorIntrinsic Error adalah error yang memang sudah terdapat pada sensor;Absolute Error adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dibagi dengan nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran;Relative Error adalah perbandingan antara error absolut dengan nilai sebenarnya.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 13

Types of Errors (2)

Random error ini muncul jika dilakukan pengukuran secara berulangkali untuk pengambilan data yang sama. Error ini disebabkan oleh friksi, suara, tegangan statik dan sebab lain.

Sistematic and Sensor errorSistematic Error biasanya konstan karena dipengaruhi oleh arus, effek zero dan ketidak linieran;Sensor Error adalah error yang didapatkan dari error yang terdapat pada sensor.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 14

Spesifikasi Statik (5)

Linieritas pemetaan satu-satu antara input-output sebagai fungsi linier. Secara umum ada tiga bentuk penyajian linieritas:

Endpoint Linearity (linieritas awal-akhir);Independent straight-line linearity (linieritas garis lurus);Least-squares linearity (linieritas regresi).

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 15

Gambar beberapa Bentuk LinieritasKurva Tegangan Load Cell

-5

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100

Beban (kg)

Out

put (

mV) Naik

TurunEndPoint Lin.Least SQR

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 16

Least-square Linearity

Least-squares linearity (linieritas regresi) secara umum dapat dituliskan sebagai berikut:

di mana : y = outputx = inputm = kemiringan (slope)b = konstanta (intercept)n = jumlah data pengamatan

bmxy +=

nxm

nyb

xxnyxxynm

=

= 22 )()()(

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 17

Contoh: Least-square Linearity

No. psi Volt

1 0,0 0

2 50,2 0,6

3 99,9 1,8

4 150,1 3

5 200,1 3,5

6 250,1 4,8

7 299,8 6

8 350,1 6,4

9 401,0 7,5

Contoh:Suatu sensor tekanan mengubah tekanan dalam range 0 450 psi ke dalam tegangan 0 8 Volt DC. Dapatkan persamaan linier dari tegangan terhadap tekanan.

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 18

Spesifikasi Dinamis

Spesifikasi yang menyatakan seberapa cepat perubahan output (respon) yang terjadi terhadap perubahan input.Respon bergantung pada:

tipe inputkondisi awal (initial conditions)karakteristik sistem

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 19

Respon Sensor

Pengukuran respon sensor terhadap pemberian input :step, ramp, dan impuls

Respon transien: rise time, delay time, time constant, % overshoot, settling timeRespon dari steady state sampai tak hingga: percent error steady state

sinusfrequency response, high-frequency cutoff

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 20

Type of Input

Step Ramp Impulse

Inpu

t, x

(t)

x0

Time, t

Inpu

t, x

(t)

Time, t

slope = a

Inpu

t, x

(t)

Time, tt0

0 tX X0 t0

0 >==

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 21

Transfer Function

)()( 001 txbtyadtdya =+ )(tKxydt

dy=+

ty)(sensitivi

gain static K

constant time

0

0

0

1

=

=

ab

aa)()1 )(( sKXssY =+

s 1)()(

+==

KsXsYTF

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 22

Process Element Characteristic (1)

GainPerubahan input menyebabkan perubahan output secara cepat.Sensor temperatur mempunyai gain dalam unit (besaran) yang tetap, jika:

temperatur 10oC tegangan output 20 mVolt temperatur 20oC tegangan output 40 mVolt

CmVoltTF o=

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 23

Integral

Laju perubahan output bergantung secara langsung pada inputnya

== dt )( v 0 iio vKtKvdtdv

+=0

000 dt 0 Kdt )( v

t

t

AKt

Process Element Characteristic (2)

vi

vo

t0

KAt0

A

t

t

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 24

First-orderSelf-regulating, jika diberikan input step maka outputnya akan muncul secara eksponensial hingga kestabilan (level) yang baru tercapai

s 1K+

input output

CR=

Process Element Characteristic (3)

h CR

fi

fo

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 25

Response of a first-order systems to Step and Ramp input

0.632

1

K x fi

fi

32 54t

input

output

t

)t(K e K )t(y t +=

transient steady state

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 26

Dead timePerubahan pada input tidak menyebabkan perubahan output hingga waktu delay (dead) terlampaui

Biasanya merupakan delay transportasi (ada jarak yang harus dilampaui). Proses di industri banyak berupa dead time dan first-order. Jika diberikan input step pada proses maka output berubah setelah waktu delay terlampaui lalu muncul secara eksponensial.

Process Element Characteristic (4)

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 27

Second-order

dua akar karakteristik real berbeda real sama kompleks konjugat

22

2

2)()(

nn

n

sssXsY

++=

overdamped )1( >damped critically )1( =

dunderdampe )10(

Supervisory Control and Data Acquisition - 03 28

Specifications of the Transient Response

Rise timeTime to pass from 10% to 90% of final value

Settling timeTime to reach the final value

Delay timeTime to reach 50% of final value

Peak timeTime required for the response to reach the first peak of the overshoot

Maximum overshootMax percent overshoot %100

)()()(

=

yyty p

Supervisory Control and Data AcquisitionObjektif:Karakteristik DasarSpesifikasi Statik SensorSpesifikasi Statik (1)Spesifikasi Statik (2)Spesifikasi Statik (3)Spesifikasi Statik (4)Akurasi versus RepeatabilityBias, Precision, and Total ErrorTypes of Errors (1)Types of Errors (2)Spesifikasi Statik (5)Gambar beberapa Bentuk LinieritasLeast-square LinearityContoh: Least-square LinearitySpesifikasi DinamisRespon SensorType of InputTransfer FunctionProcess Element Characteristic (1)Process Element Characteristic (2)Process Element Characteristic (3)Response of a first-order systems to Step and Ramp inputProcess Element Characteristic (4)Process Element Characteristic (5)Specifications of the Transient Response