1/14/2010

1

OLEH :

TATTO BUSTOMI

Pressure Transmitter adalah sensor tekanan yangdilengkapi rangkaian signal conditioning, sehingga sinyaldari sensor tekanan dapat ditransmisikan ke komputer. .

Ada beberapa teknologi sensor tekanan, antara lain :

• Potensiometric Pressure Sensor

• Inductive Pressure Sensor

• Capasitive Pressure Sensor

• Piezoelectric Pressure Sensor

• Strain Gauge Pressure Sensor

• Piezoresistive Pressure Sensor

1/14/2010

2

Secara umum prinsip kerja sistem pengukuran tekanan padapressure transmitter dapat di gambarkan seperti pada gambar dibawah ini :

Sensor adalah suatu alat yang mengubah suatu bentuk energi kebentuk yang lainnya untuk dapat diproses dan dianalisa.

SENSOR

Pada umumnya suatu sensor dilengkapi oleh suatu rangkaian yangdisebut rangkaian signal conditioning, yang kemudian disebutdengan istilah sensor transmitter.

Keluaran dari sensor transmitter ini adalah sinyal listrik DC, yangdapat berupa tegangan atau arus listrik, untuk kemudianditransmisikan melalui penghantar listrik dengan jangkauan jaraksesuai dengan kualitas penghantar tersebut dan kuantitas sinyalyang ditransmisikan.

1/14/2010

3

Ketelitian suatu sensor ditentukan oleh beberapa hal, antara lainbahan dasar pembuatan sensor, rangkaian amplifier, rangkaiansignal conditioning dan packing dari sensor tersebut.

Bahan Konst. Piezoelectrik (x 1012m/V)

Quartz 2,3

Barium titanate 100 - 149

Lead niobate 80 - 85

Lead zirconate titanate 250 - 365

Rangkaian signal conditioning adalah suatu rangkaianpengkondisian sinyal yang dapat merubah suatu sinyal menjadisinyal lain dikehendaki.

Signal Conditioning

Pada rangkaian signal conditioning ini juga dilengkapi denganrangkaian penguat (amplifier), sehingga dapat mengubah sinyalyang berasal dari sensor piezoelectric (~ 10 mV) menjadi sinyaldalam orde sampai 0~5 V.

� Inverting Amplifier

� Non-Inverting Amplifier

� Summing Amplifier

� Differential Amplifier

Jenis2 amplifier :

2

11)(R

RKGain +=

1/14/2010

4

Cashing (house)

Pressure Transmitter dipacking dan dikemas di dalam satu kapsulyang terbuat dari stainless steel.

4 - Wire

1. +Vcc - Red

2. GND - Black

3. +Out - Green

4. Arde - Silver

Sedangkan konektornya adalah konektor hirschmann dengan 4pin. Housing dari Pressure Transmitter ini harus tertutup rapatagar didapatkan hasil stabil, linear dan nilai histeresis dapatdiabaikan serta tahan tekanan dan goncangan.

Sinyal output dari Sensor Transmitter masuk ke dalam rangkaianInterface Analog Input yang didalamnya terdapat rangkaian filter,rangkaian amplifier dan rangkaian konverter Analog to Digital(ADC) .

INTERFACE ANALOG INPUT

Rangkaian Interface Analog Input ini berfungsi mengubah sinyallistrik analog dari sensor transmitter menjadi sinyal digital.

1/14/2010

5

Rangkaian Voltage to VoltageRangkaian ini adalah rangkaian untuk mengkondisikan sinyaldalam suatu nilai tegangan tertentu.Rangkaian penguat ini dikenal juga dengan sebutan rangkaianOperasional Amplifier (Op-Amp).

Gain = - RF/RI

Konverter Analog to DigitalKonverter Analog to Digital adalah rangkaian yang merubahsinyal masukan analog menjadi sinyal keluaran digital.Rangkaian ADC pada penelitian ini menggunakan IC 0808.

Beberapa karakteristik penting ADC yaitu :1. Waktu konversi2. Resolusi3. Ketidaklinieran4. Akurasi

Jenis ADC pada perancangan ini menggunakan metodeSuccessive Approximation Register (SAR) atau pendekatanbertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dantidak tergantung pada nilai masukan analognya atau sinyal yangakan diubah.

1/14/2010

6

Secara umum prinsip kerja ADC adalah, saat keaadaan logikaWR atau RD dalam kondisi low (0 volt), ADC ini dalam keadaanreset. Jika salah satu dari keadaan logika tersebut dalam kondisihigh maka ADC mulai bekerja. SAR mengeluarkan 8 bit yangkemudian diubah menjadi tegangan analog oleh DAC. Teganganini dibandingkan dengan tegangan masukan analog, jikakeluaran DAC lebih kecil dari tegangan masukan analog (Vout

DAC < Vin , bit set = 1 ) maka SAR terus bekerja sampai padakondisi dimana tegangan keluaran DAC lebih besar daritegangan masukan analog ( Vout DAC > Vin , bit set = 0 ).

Pada saat itu keluaran komparator akan menghentikan SAR.Data pada keluaran SAR adalah data digital hasil konversitegangan analog. Setelah selesai konversi, ADC akan memberitanda dengan mengaktifkan INTR. Keluaran SAR disimpansementara oleh latch sehingga dapat langsung berhubungandengan bus (jalur) mikrokontroler.

1/14/2010

7

Spesifikasi ADCADC yang digunakan adalah ADC 8 bit 8 chanel tipe 0808,dengan waktu konversi 100 mikrosecond untuk clock 640 kHz.Pemilihan tipe ADC ini selain mudah didapat dipasaran jugakarena faktor kesalahan kecil, sehingga cukup akurat untukdipakai sebagai konverter analog to digital.

Spesifikasi teknis :1. Resolusion = 8 bit2. Total error = ± ½ LSB3. Supply = 5 Vdc4. Power consumtion = 15 mW5. Conversion time = 100 μs6. Clock frekuensi = 640 kHz7. Input range = 0 volt ~ Vcc

1/14/2010

8

Sampling sinyal analog :Saat pengambilan sampling sinyal analog ini sering terjadikesalahan pengambilan sampling sinyal sehingga akanmengakibatkan kesalahan waktu mengkonversi sinyal analog tsb,ke dalam sinyal digital. Untuk itu perlu rangkaian filter yangmenyaring sinyal pengganggu (noise).

Sample and holdWaktu ambil dan tahan sinyal sampling tidak konstan.Saat sinyal masuk analog off, masih ada sinyal yang tertahan.Saat pelepasan tegangan hold yang cukup lambat, menghambatwaktu pengambilan sampling. Untuk itu perlu sampling rate yangcukup tinggi dari ADC dan periode Sample and hold yang cukupsingkat (cepat).

Data Logger adalah rangkaian yang menampung, menyimpandan memproses sinyal dari rangkaian ADC untuk dapatditampilkan atau disimpan di komputer.

DATA LOGGER

Didalam rangkaian Data Logger ada mikroprosessor yang akanmembaca dan mengolah sinyal masukan yang masuk sehinggaakan lebih mudah menganalisa sinyal tersebut.

Data di dalam Data Logger tidak akan hilang bila power supplymati, karena data logger tersebut mempunyai RAM internal,sehingga datanya tetap tersimpan dan dapat diambil kembalioleh komputer.

1/14/2010

9

Data logger berfungsi mengumpulkan, membaca danmenyimpan data dari rangkaian Interface Analog Input secararealtime (online). Data-data tersebut, diproses untuk kemudiandikirimkan ke PC melalui kabel RS-232. Data Logger inimempunyai RAM eksternal ,sehingga dapat menyimpan datayang masuk dan tidak akan hilang meskipun power supplymati.

Komunikasi data antara Interface Analog Input dengan Datalogger adalah komunikasi serial dengan kabel RS-485.Sedangkan komunikasi data antara Data Logger dan komputer(PC) adalah komunikasi serial dengan kabel RS-232.

Pada data logger ini dilengkapi display LCD untuk menampilkanangka hasil pengukuran (4½) digit, untuk menguji apakahtampilan hasil pengukuran di komputer sama dengan yang didata logger.

Micro monitor

Interfacing

Data

RS485

&

RS232

Micro

processor

LCD

RTC

RAM

EXSTERNAL

Spesifikasi Teknis :► Mikroprosessor ATMEL 8031

Programmable Setting & konfiguration loggerRTC (Internal Battery)RAM (static memory) 32 KbyteLCD display 2 x 16 karakterBaud rate : 9600 BpsKomunikasi data RS-232 to RS-485

Blok Diagram Data Logger

1/14/2010

10

Sistem integrasi adalah suatu sistem yang menggabungkanbeberapa sistem menjadi satu kesatuan fungsi yang akanmenghasilkan nilai tambah yang lebih. Dalam hal ini adabeberapa sistem yaitu : sistem sensor, sistem analog to digital,sistem data logger dan sistem software. Semua sistem tersebutharus diintegrasikan secara benar dan tepat sehingga akandihasilkan suatu sistem integrasi yang digunakan untukmengukur karakteristik pressure transmitter dan sistemmonitoring.

SISTEM INTEGRASI

Hardware

Diagram Instalasi Hardware

1/14/2010

11

Software Sistem Monitoring Karakteristik Pressure Transmitterini adalah software yang diinstal di komputer sehinggakomputer dapat membaca dan menyimpan data yang ada diData Logger. Proses pembacaan dilakukan secara realtime ataumemanggil data yang ada didalam memory Data Logger

Dengan adanya software ini data yang diterima dari Data Loggerdapat disimpan di Hardisk, sehingga data yang disimpanjumlahnya jauh lebih banyak, serta data tsb, dapat ditampilkandalam bentuk tabel dan grafik agar lebih mudah dianalisa.

Software

ANALISA RESPON SISTEM

PRESSURE TRANSMITTER

Karakteristik Dinamik Pressure Transmitter

Karakteristik dinamik pressure transmitter dapat dinyatakansebagai respon sistem pada saat transien pada masukan konstandan pada saat diberikan masukan yang berubah terhadap waktu.

Pressure transmitter dengan sensor piezoelectric merupakan

instrumen ukur dengan orde satu tipe satu yang dikarakteristikoleh sensitivitas (K) dan konstanta waktu (τ).

Untuk masukan konstan, respon instrumen pada saat transien perluwaktu untuk mencapai keadaan tunak (steady state).

1/14/2010

12

Efek dinamik untuk instrumen ukur ini memberikan hargarespon keluaran yang konstan, dimana harga respon (eo) samadengan perkalian antara sensitivitas (K) dan masukan (ei).

Parameter yang terkait pada sistem dinamis, antara lain :� Waktu settling (setting time)� Waktu mati (dead time)� Konstanta waktu (time constant)� Waktu naik (rise time

Karakteristik Dinamik Piezoelectric

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1 10 100 1000

Frekuensi (Hz)

|eo/ei(jw)|

Series1

Frekuensi

(Hz)

Frekuensi

(Hz)

Frekuensi

(Hz)

1 0.050202 10 0.449110 100 0.980779

2 0.100027 20 0.708977 200 0.995089

3 0.149111 30 0.833402 300 0.997808

4 0.197117 40 0.895371 400 0.998765

5 0.243747 50 0.929152 500 0.999209

6 0.288747 60 0.949183 600 0.999451

7 0.331912 70 0.961906 700 0.999596

8 0.373089 80 0.970443 800 0.999691

9 0.412174 90 0.976429 900 0.999756

10 0.449110 100 0.980779 1000 0.999802

)( ωje

e

i

o)( ωje

e

i

o)( ωje

e

i

o

1/14/2010

13

Phasa Piezoelectric

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 10 100 1000

Frekuensi (Hz)

Phasa (0)

Series1

Frekuensi

(Hz)

Beda Phasa

(θθθθ)

Frekuensi

(Hz)

Beda Phasa

(θθθθ)

Frekuensi

(Hz)

Beda Phasa

(θθθθ)

1 87.1 10 63.3 100 11.3

2 84.3 20 44.8 200 5.7

3 81.4 30 33.6 300 3.8

4 78.6 40 26.4 400 2.8

5 75.9 50 21.7 500 2.3

6 73.2 60 18.3 600 1.9

7 70.6 70 15.9 700 1.6

8 68.1 80 14.0 800 1.4

9 65.7 90 12.5 900 1.3

10 63.3 100 11.3 1000 1.1

Respon Waktu Piezolectric

untuk masukan step

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0 5 10 15 20 25

waktu (detik)

eo Series1

Waktu

(detik)

eo Waktu

(detik)

eo Waktu

(detik)

eo

0 1.000 9 0.165 18 0.027

1 0.819 10 0.135 19 0.022

2 0.670 11 0.111 20 0.018

3 0.549 12 0.091 21 0.015

4 0.449 13 0.074 22 0.012

5 0.368 14 0.061 23 0.010

6 0.301 15 0.050 24 0.008

7 0.247 16 0.041 25 0.007

8 0.202 17 0.033 26 0.006

1/14/2010

14

Terima kasih