View
36
Download
8
Category
Preview:
Citation preview
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Mercu Buana
Garis-garis Besar Program Pengajaran
Nama Mata Kuliah : Sistem Insrumentasi Elektronika
Semester :
Jumlah Kredit : 2
Jumlah Pertemuan/ minggu : 1 kali (@ 100 menit)
Status mata kuliah : Wajib
Pra/Kosyarat : Praktikum Elka Analog, Sistem Mikroprosesor
Buku acuan/Rujukan :
1. Wobschall, Darold; Circuit Design for Electronic Instrumentation; McGraw-Hill 1987
2. Pallas-Areny, Ramon; Webster, John G; Signal and Sensor Conditioning; John Willey & Sons; 1991
3. Couhlin, Robert F; Driscoll, Frederick F.; Operational Amplifiers & Linear Integrated Circuits; 4th ed;
Prentice Hall, 1991
4. Tompkins, Willis J; Webster, John G; Interfacing sensors to IBM PC; Prentice Hall, 1992
5. Barney , George; Intelligent Instrumentation, Prentice Hall, 1988
6. Austerlitz, Howard; Data Acquizition Techniques Using Personal Computer; Academic Press, Inc; 1991
7. Sumber-sumber lain dari internet
1. KONSEP DASAR PENGUKURAN
1.1. Pengenalan
• Manusia menggunakan indra untuk menerima informasi dari dunia luar :
• Mata : cahaya, warna, bentuk, ukuran
• Telinga : nada, keras/lemah suara
• Peraba : kekasaran, kehalusan
• Hidung : bau
• Lidah : rasa manis, asin, pahit, asam, pedas
• Gerakan : naik, turun, berputar, ke depan, ke belakang, getaran
• Seorang engineer seringkali melakukan eksperimen/percobaan
• Pada saat merancang eksperimen engineer harus mampu menentukan variabel fisik
yang diteliti dan kegunaannya pada proses analisis
• Untuk merancang instrumen percobaan engineer harus mempunyai pengetahuan
mengenai prinsip kerja dan karakteristik berbagai macam peranti instrumen
• Untuk menganalisa data engineer harus mengetahui prinsip fisika proses yang
diteliti dan mengetahui keterbatasan data.
1.2. Pengukuran
Pengukuran adalah proses untuk menentuan nilai suatu besaran dibandingkan dengan standar
tertentu . Cara pengukuran merupakan bidang yang sangat luas dipandang dari ilmu pengetahuan
dan teknik, meliputi masalah deteksi, pengolahan, pengaturan dan analisa data. Besaran yang
diukur atau dicatat oleh suatu instrumen termasuk besaran-besaran fisika, kimia, mekanik, Iistrik,
maknit, optik dan akustik. Parameter besaran-besaran tadi merupakan bahan kegiatan yang penting
dalam tiap cabang penelitian ilmu dan proses industri yang berhubungan dengan sistem pengaturan
proses, instrumentasi proses dan pula reduksi data. Kemajuan-kemajuan elektronika, fisika dan
ilmu bahan telah menghasilkan kemajuan banyak alat pengukur presisi dan canggih yang
digunakan dalam berbagai bidang seperti kedirgantaraan, ilmu dan teknologi, kelautan dan
industri. Pengukuran memberikan arti pada kita untuk menjelaskan gejala alarn dalam besaran
kuantitatif. Mengukur berarti mendapatkan sesuatu yang dinyatakan dengan bilangan. Informasi
yang bersifat kuantitatif dari sebuah pekerjaan penelitian merupakan alat pengukur dan pengatur
suatu sifat dengan tepat. Keandalan sebuah pengaturan sangat bergantung pada keandalan
pengukuran. Berbagai macam instrumen telah mulai dikembangkan sejak tahun 1930 karena
masuknya elektronika dan fisika terdapat instrumen listrik yang dapat diandalkan untuk
pengukuran yang kontinu dan dapat merekam banyak parameter. Berbagai variabel yang perlu
dalam pengukuran telah diperluas, teknik dan metoda lama didasarkan pada gejala fisika dan kimia
yang baru diketemukan juga dikembangkan. Dalam empat dekade ini teknik pengukuran telah
disempurnakan untuk memenuhi keperluan yang tepat bagi para ahli dan ilmuwan.
1.3. Standar
• Standar digunakan sebagai dasar yang konsisten untuk membandingkan hasil pengukuran
• Contoh :
• 1 meter = waktu yang ditempuh 1/299.792.485 kecepatan cahaya selama 1 detik
• 1 detik = durasi waktu 9.192.631.770 kali waktu getar atom cesium 133
1.4. Dimensi dan Satuan
• Dimensi adalah variabel fisik yang menunjukkan karakteristik sistem
• Satuan adalah kuantitas tertentu yang berhubungan dengan dimensi
• Misal :
• Tinggi badan Budi = 1,75 m
• Tinggi = dimensi ; meter = satuan
1.5. Sistem Pengukuran
Gambar 1.1 Konsep Pengukuran
Gambar 1.2. Sistem Pengukuran
1. Sistem Pengindera
• Kontak (tidak harus bersentuhan) dengan sistem fisik yang diukur
• Mendeteksi variabel fisik dan melakukan transformasi mekanik/elektrik pada sinyal
menjadi bentuk sinyal yang lebih mudah diproses
2. Elemen Antara
• Melakukan proses modifikasi sinyal output elemen pengindera
• Misal : amplifikasi, filtering, linearisasi
• Dibahas lebih lanjut pada bagian Pengkondisi Sinyal
3. Elemen Akhir
• Kontroler
• Rekorder
• Indikator
• Display
Contoh Sistem Pengukuran
2. Sensor
• Sensor adalah suatu elemen pada sistem pengukuran yang menerima sinyal masukan
berupa parameter/besaran fisik dan mengubahnya menjadi sinyal/besaran lain yang dapat
untuk diproses lebih lanjut untuk nantinya dapat ditampilkan, direkam, ataupun sebagai
sinyal umpan pada sistem kendali.
• Besaran fisik
• Gaya
• Torsi
• Perpindahan
• Kecepatan
• Percepatan
• Temperatur
• Tekanan
• Kapasitas
• Resistansi
Dll
• Sinyal output sensor
• Perpindahan
• Tegangan
• Arus
• Frekuensi
2.1. Karakteristik Sensor
Karakteristik Statis : karakteristik sensor pada saat kondisi kondisi tunak/steady state
(output sudah stabil).
Karakteristik Dinamik : perilaku respons sensor dalam rentang waktu antara terjadinya
perubahan nilai pada besaran yang diukur sampai kondisi tunak.
2.2. Fungsi Transfer
Fungsi transfer adalah persamaan yang menunjukkan hubungan antara sinyal input sensor
berupa besaran fisik dan sinyal output sensor berupa sinyal elektrik.
Seringkali
Digambarkan pada suatu diagram.
Berasal dari data kalibrasi
Sulit untuk dideskripsikan secara matematis
Hanya menjelaskan sebagian dari rentang pengukuran
2.3. Beberapa Karakteristik Dari Fungsi Transfer
Saturasi/saturation
Sensitivitas/sensitivity
Rentang dan jarak pengukuran/range and span
Histerisis/hysteresis
Offset
Deadband
2.3.1 Saturasi
Saturasi adalah karakteristik sensor saat tidak lagi merespon input.
Biasanya pada atau mendekati ujung rentang pengukuran.
Sensitifitas kecil/tidak ada.
2.3.2. Sensitivitas
Sensitivitas (sensitivity) berkaitan dengan kepekaan suatu sensor menerima perubahan
input dan mengubahnya menjadi perubahan output.
Sensitivitas ditunjukkan dengan perbandingan/rasio antara perubahan output dibandingkan
perubahan input.
Sebagai contoh suatu transduser termal dikatakan sangat sensitif (mempunyai sensitivitas
tinggi) jika perubahan temperatur yang kecil menghasilkan perubahan tegangan yang
besar.
2.3.3. Rentang dan Jarak Pengukuran
Rentang (range) adalah nilai terendah dan tertinggi yang dapat diukur suatu sensor
Jarak (span) adalah selisih antara nilai terendah dan tertinggi yang dapat diukur sensor
2.3.4. Histerisis
Histerisis adalah penyimpangan output sensor pada nilai input tertentu jika dilakukan
pengukuran naik dan turun.
Disebabkan oleh :
Sifat sistem mekanik dan elektrik
Magnetisasi
Sifat termal
2.3.5. Offset
Nilai output tertentu pada saat tidak ada input yang diberikan (nilai input nol).
Offset berkaitan dengan set up sensor disebut sebagai bias.
2.3.5. Deadband
Ketiadaan respons dari suatu sensor pada rentang pengukuran tertentu
Pada rentang tersebut nilai output konstan
2.3.6. Linearitas dan Ketidaklinearan
Linearitas (linearity) menunjukkan seberapa dekat output suatu sensor dibandingkan
dengan fungsi transfer linear pada rentang dinamik tertentu.
Ketidaklinearan (nonlinearity) adalah penyimpangan maksimal nilai output terhadap garis
lurus pada grafik yang menunjukkan fungsi transfer yang ideal (linear).
2.3.7. Akurasi
Akurasi (accuracy) menunjukkan seberapa dekat hasil pembacaan output dari suatu sensor
dibandingkan dengan input besaran yang diukur sebenarnya.
Ditunjukkan dengan error atau ketidakpastian
2.3.8. Ketidakpastian
Ketidakpastian (uncertainty) menunjukkan error/selisih terbesar yang diperkirakan terdapat
di antara sinyal output ideal dengan sinyal output aktual.
Seringkali ditampilkan sebagai fraksi ouput skala penuh (FSO = Full Scale Output)
ataupun fraksi hasil pembacaan pengukuran
2.3.9. Error
Error : selisih antara sinyal output ideal dengan sinyal output aktual
Besarnya error selalu tidak pasti
Sumber error
materials used
calibration errors
noise
dan lain lain
2.3.10. Presisi
Presisi adalah karakteristik sensor yang berkaitan dengan tingkat penyebaran hasil
pengukuran
Ditunjukkan dengan keterulangan
2.3.11. Keterulangan
Keterulangan (repeatability/reproducibility) menunjukkan seberapa dekat nilai pembacaan
output dari suatu sensor untuk pengulangan pengukuran besaran input dengan kondisi yang
sama.
Repeatability untuk waktu pengukuran yang berdekatan/berurutan.
3. Transduser
• Transduser adalah peranti yang mengubah suatu sinyal/besaran menjadi sinyal/besaran lain
• Jenis transduser
• Transduser input : sensor
• Transduser output : aktuator
Contoh
• Suatu termokopel dapat merespon perubahan temperatur (energi termal) dan memberikan
output berupa perubahan tegangan (energi elektrik) secara proporsional
• Termokopel termasuk sensor dan transduser (elektrik)
Transduser Elektrik
• Transduser elektrik adalah peranti yang mengubah suatu sinyal/besaran menjadi
sinyal/besaran elektrik
• Jenis besaran elektrik :
• Tegangan, arus, resistansi, kapasitansi, induktansi
• Besaran elektrik dapat berupa
• Sinyal analog, sinyal digital, frekuensi, panjang pulsa
Klasifikasi Sensor
• Kebutuhan catu daya
• Pasif
• Aktif
• Sinyal keluaran
• Analog
• Digital
• Mode operasi
• Defleksi
• Mode nol
• Hubungan dinamik input/output
• Orde 0
• Orde 1
• Orde 2
Recommended