TE142308 Instrumentasi Pengaturan (S2)

Nama : Albert Sudaryanto

NRP :2215202007

Tugas : Tugas 4, Chapter 3&4 Pengkondisian Sinyal Digital dan Thermal Sensor Buku Johnson

Tanggal : 25 Oktober 2015

Soal 1 (3.36 halaman 162)

Dari hasil sebuah pengujian menunjukkan bahwa keluaran dari sensor posisi adalah 12mv/mm, tetapi

terdapat sinyal noise 60Hz ketika keluarannya konstan bernilai 5mv rms. Impedance dari keluaran sensor

adalah 2.5kΩ. Sensor posisi digunakan untuk mengukur pergerakan dari benda kerja, dimana benda kerja

tersebut berisolasi antara -10mm dan +10mm dalam periode waktu 1.5 detik. Posisi tersebut akan di rubah

ke dalam 12-bit bipolar ADC, nilai offset binary ADC dengan menggunakan tegangan referensi 5.000 volt.

Desainlah sistem interfacenya dimana posisi -10mm menyatakan nilai 000h dan +10mm menyatakan nilai

FFFh.

Penyelesaian:

Nilai Output Tegangan Sensor Posisi:

TF Sensor = 12mv/mm

Range pergerakan benda kerja = -10mm hingga +10mm

mvmmmmmvVsensor 120)10(/12min

mvmmmmmvVsensor 120)10(/12max

Range output tegangan sensor -120mv hingga +120mv

Bipolar ADC

n

ref

in

V

VN 2

2

1int

ref

refin

n V

VVN

2

2

2

Dimana:

N=nilai decimal Digital 000h hingga FFFh 0d hingga 4095d

n = nilai bit ADC = 12bit

refV = Tegangan referensi ADC = 5 volt

inV ketika nilai digitalnya 000h = 0d

5.2

52

520

10

520

52

52

2

0

2

2

2

12

in

in

in

in

in

ref

refin

n

V

V

V

V

V

V

VVN

inV ketika nilai digitalnya FFFh = 4095d

49877929.2

52

997558.9

997558.92

524096

104095

52

52

2

4095

2

2

2

12

in

in

in

in

in

ref

refin

n

V

V

V

V

V

V

VVN

maka inV ADC bipolar dengan teg ref 5v range inputnya adalah-2.5v hingga 2.498877929 volt, dan di atasnya

akan tetap menghasilkan nilai FFFh.

Telah kita dapatkan bahwa tegangan vmvVsesor 12.0120max dan maksimum inV ADC bipolar

adalah 2.498877929 volt maka kita memerlukan sebuah konstanta penguatan m sebagai berikut:

20.82398m

0.12)(m92.49887792

max

sesorADCin VmV

Dengan mendapatkan konstanta penguatan m maka kita dapat membuat rangkaian aplifier non-

inverting dengan 20.82398m

Di karenakan sensor mempunyai Impedance sebesar 2.5kΩ maka perlu ditambahkan rangkaian

voltage follower yang mempunyai high impedance sehingga tidak menimulkan efek loading pada input

amplifier.

Efek Noise tegangan

Pada persoalan terdapat sinyal noise 60Hz ketika keluarannya konstan bernilai 5mv rms, maka hai ini

akan mempengaruhi input dari ADC yaitu sebesar:

voltV

V

VmV

rmsADCin

rmsADCin

rmsnosiesensorrmsADCin

10412.0

10520.82398 3

Apabila kita konversikan tegangan 10412.0 rmsADCinV menjadi peak voltage maka harus di kalikan

dengan 2 maka tegangannya menjadi 147248.0210412.0 ADCinV volt.

Dengan begitu, sinyal apapun dari sensor akan menghasilkan osilasi ± 0.147248 volt ketika pada

frekuensi 60Hz.

Untuk mengetahui nilai bit yang terkena osilasi yaitu:

91439.6

693147.0

79269.4

)2ln(

)62556.120ln(

)62556.120(log

62556.1202

40965

0.1472482

4096

2

5

0.147248

2

2

2

12

n

n

n

n

V

V

n

n

n

n

ref

noise

Sehingga dari 12-bit yang ada, bit ke 6 ke bawah akan menghasilkan noise setiap 1.5s, oleh karena itu di

perlukan rangkaian filter pada amplifier.

Periode dari Osilasi adalah 1.5s sehingga mempunyai frekuensi sebesar Hz66667.05.1

1

Frekuensi osilasi ini nilainya adalah sekitar 9066667.0/60 kali frekuensi noise

Noise ini dapat dihilangkan dengan filter RC, misalkan kita reduksi sebesar 99% maka Critical frekuensi

dari LPF nya adalah:

Hzf

f

f

f

f

f

ffV

V

C

C

C

C

C

C

C

in

O

6.099.99

60

609999

60110000

601100

601

101.0

601

1

100

991

1

1

2

2

2

2

2

Sehingga perbandingan output tegangan cut off dan sensor saat

frekuensi osilasi 0.66667 Hz adalah:

6882.0

452968.1

1

1111.2

1

6.066667.01

1

Sensor

fcutoff

V

V

Untuk mengembalikan gain agar bisa di proses pada input ADC

maka nilai gain op-ampnya:

25658.306882.0

20.82398/

filter

oLPFwnoninv

m

mA

Soal 2 (4.8 halaman 208)

Sebuah RTD mempunyai α (200C) = 0.004/0C, Nilai R=106 Ω pada 200C. RTD ini menggunakan rangkaian

bridge. Jika 100321 RRR dan tegangan supply adalah 10.0 volt. Hitunglah tegangan resolusi pada

detektor untuk mendeteksi perubahan suhu per tambahan kenaikan 1.00C.

Penyelesaian:

Apabila kita gambarkan rangkaian bride dengan RTD maka adalah sebagai berikut:

Nilai perbedaan tegangan null off antara Va dan Vb saat suhu 200C:

145631.0

145631.55

206

1060

200

1000

106100

10610

100100

10010

0

0

0

0

0

0

20

20

20

20

42

4

31

3

20

20

Csaat

Csaat

Csaat

Csaat

Csaat

baCsaat

V

V

V

V

RR

VR

RR

VRV

VVV

Nilai resistansi RTD saat suhu 210C adalah:

424106)21(

004.1106)21(

004.1106)21(

)2021(004.01106)21(

)(1)()( 000

R

R

R

R

TTTRTR

Sehingga tegangan null off nya saat suhu 210C adalah:

155602.0

155602.55

424.206

24.1064

200

1000

424.106100

424.10610

100100

10010

0

0

0

0

0

0

21

21

21

21

42

4

31

3

21

21

Csaat

Csaat

Csaat

Csaat

Csaat

baCsaat

V

V

V

V

RR

VR

RR

VRV

VVV

Sehingga perbedaan tegangan resolusinya saat suhu 200C dan210C adalah:

mvvoltV

V

V

VVV

R

R

R

CsaatCsaatR

971.910971.9

)155602.0()145631.0(

)155602.0()145631.0(

3

2120 00

Sehingga tegangan resolusinya adalah 9.97 mv.

Soal 3 (4.14 halaman 209)

Sebuah Thermocouple Type J terukur 22.5mV pada kondisi suhu 00C. Hitunglah nilai temperatur junctionnya.

Penyelesaian:

Pada tabel Thermocouple Type J buku Jonshon hal 611, seperti tabel di bawah:

Kita dapatkan nilai yang paling mendekati dengan output 22.5mV adalah 22.40mV dengan suhu 4100C dan

22.68mV dengan suhu 4150C

78571.411

78571.1410

1.08571.17410

4.225.2240.2268.22

410415410

M

M

M

M

LM

LH

LHLM

T

T

T

T

VVVV

TTTT

Sehingga suhu pada pengukuran junctionnya adalah 411.78571 0C