Upload
yufan-fibriawan
View
274
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/29/2019 Ksk Potensiometer
1/15
Laporan KSK
Sensor Potensiometer(Level)
Disusun oleh :
Irwan Kristianto (0822002)
Iwan Setiawan (0822005)
Yuhlianto Nugraha (0822006)
Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik
Universitas Kristen Maranatha
Bandung
2011
7/29/2019 Ksk Potensiometer
2/15
Bab 1
Teori
Sensor merupakan transduser yang digunakan untuk mendeteksi kondisi suatu
proses. Yang dimaksud transduser yaitu perangkat keras untuk mengubah informasi suatu
bentuk energi ke informasi bentuk energi yang lain secara proporsional. Contoh sensor untuk
mengukur level BBM dalam tangki mobil, besaran level/ posisi di konversikan ke sinyal
transducer yang ada pada dashboard mobil menjadi besaran tahanan kemudian diubah ke
besaran listrik untuk ditampilkan.
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan
menjadi 3 bagian yaitu:
a. sensor thermal (panas)
b. sensor mekanis
c. sensor optik (cahaya)
Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan
panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.
Contohnya:bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo
multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.
Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti
perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level
dsb. Contoh: strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity,
potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.
Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari
sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan.
Contoh:photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier,pyrometer
optic, dsb.
Sensor Level
Pada laporan ini, kelompok kami hanya akan membahas tentang sensor level degan
menggunakan potensiometer. Ada beberapa metode dalam pengukuran level cairan ini, baik
itu yang dilakukan secara kontinu maupun yang diskontinu. Kontinu artinya bahwa pengukur
dan sensor bekerja secara terus menerus, sedangkan diskontinu sensor akan bekerja hanya
bila diperlukan saja. Pengukuran level yang paling sederhana dan umum dilakukan dengan
7/29/2019 Ksk Potensiometer
3/15
menggunakan float atau pelampung yang akan bergerak naik turun sesuai dengan level dari
cairan yang diukur. Selain itu, pelampung ini dihubungkan langsung ke tranduser yang
perubahan secara proporsional terhadap level yaitu potensiometer wirewound. Metode lain
untuk pengukuran level ini ialah dengan menggunakan sensor tekanan yaitu memanfaatkan
hubungan langsung antara level atau volume cairan dengan tekanan pada dasar tangki.
Jadi semakin tinggi level cairan semakin berat pula tekanan dalam tangki dan
tekanan inilah yang diukur yang disesuaikan/dikalibrasi dengan level ketinggian cairan dalam
tangki.
Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu:potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.
1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganyacukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga
resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.
2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yangmenggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya.
Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan
serta kerapihan penggulungannya.
3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan kebahan isolator.
7/29/2019 Ksk Potensiometer
4/15
Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol industri karena
cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang menggunakan kawat halus
yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat
yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin.
Jenisjenis wirewound potensiometer :
Terbuat dari coil kawat konduktor yang mengelilingi resistansi antara sliderdan salah satu port, yang menurunkan resistansi antara slider dan salah satu
port.
Digunakan pada pernagkat yang membutuhkan akurasi pengontrolan yangtinggi
Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi dan level cukup praktis karena
hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal
yang rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah:1. Cepat aus akibat gesekan2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saat terjadi lepas kontak3. Mudah terserang korosi4. Peka terhadap pengotor
Potensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halus
dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensor
posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabila
7/29/2019 Ksk Potensiometer
5/15
jangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-
hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,20,5%.
Wirewound potensiometer MOD 534
Pada percobaan ini, potensiometer yang digunakan adalah Wirewound
potensiometer MOD 534. Adapun beberapa spesifikasi dari wirewound potensiometer MOD
534 seperti yang ditampilkan pada tabel berikut ini :
ELECTRICAL SPECIFICATIONS
PARAMETER Model 534
Resistance Range Standard Values 100 to 100K
Capability Range 10 to 200K
Standard Tolerance 5%
Linearity (Independent) 0.20%
Noise 100 ENR
Rotation (Electrical & Mechanical) 3600 + 10%
Power Rating (@ 70C) 2.0 watts
Insulation Resistance 1000M minimum 500VDC
Dielectric Strength 1000VRMS minimum 60Hz
Absolute Minimum Resistance Not to exceed linearity x total resistance
or 1, whichever is greater
Tempco 20ppm/C (standard values, wire only)
End Voltage 0.25% of total applied voltage,
maximum
Phasing CCW end points - section 2 phased to
section 1 within 2
Taps Center tap only
Penjelasan:
- Power Rating (@ 70C) = 2.0 watts artinya jumlah daya yang dapat disipasikan padasuhu 70C tanpa menyebabkan kerusakan pada potensiometer wirewound.
- Noise 100 ENR artinya besarnya kelebihan noise ratio dari output potensiometeryang dapat digunakan untuk masukannya.
7/29/2019 Ksk Potensiometer
6/15
- Insulation Resistance (IR) = 1000M minimum 500 VDC artinya mengacu padahambatan listrik antara rangkaian sensing dan selubung logam dari Potensiometer.
Hal ini penting untuk rangkaian elemen penginderaan harus terisolasi dari sarungnya
karena kebocoran listrik dapat menyebabkan error ketika mengukur resistensi dari
elemen penginderaan. Setiap kesalahan dalam mengukur resistensi akan
menerjemahkan kesalahan dalam suhu. Untuk wirewound ini, membutuhkan
resistansi minimum sebesar 1000M untuk tegangan 500 VDC.
- Capability range = 10 to 200K artinya range atau batas hambatan yang dapatdigunakan agar suatu arus dapat melewati suatu potensiometer yakni dari 10 hingga
200K.
Adapun fitur-fitur dari Wirewound potensiometer MOD 534, antara lain sebagai
berikut :
Special resistance tolerances to 1% Rear shaft extensions Rear shaft support bearing Non turn lug Insulating plastic shaft Special independent linearity to 0.75 % Dual gang configuration High torque Centre tap Special markings Front shaft extensions Servo unit available Slipping clutch Dual concentric shaft
7/29/2019 Ksk Potensiometer
7/15
7/29/2019 Ksk Potensiometer
8/15
Bab 2
Perancangan
Kriteria yang diinginkan:
Vref = 10 VoltRange Vout = 010 Volt
Pada percobaan ini, kelompok kami hanya akan mengukur perubahan tegangan yang
terjadi apabila ketinggian air dinaikan setiap 1 cm, dengan batasnya 10 cm. Tegangan supply
(Vref) yang akan digunakan berupa tegangan DC 10 Volt. Pertama tama rangkai terlebih
dahulu rangkaiannya seperti gambar di atas, dimana kaki potensiometernya dihubungkan
dengan ground dan yang sebelah lagi dihubungkan dengan resistor 100 terlebih dahulu
baru ke sumber DC nya. Nilai Rin yang digunakan adalah 100 karena kita hendak
7/29/2019 Ksk Potensiometer
9/15
menghitung level ketinggian yang berjarak pendek (10 cm). Sebisa mungkin digunakan Rin
yang mendekati angka 10 . Mengapa? Berikut perhitungannya:
Misal saat ketinggian 10 cm, nilai resistansi wirewound adalah 5,49 . Sehingga
tegangan yang terbaca di wirewound
- Saat Rin = 1K
- Saat Rin = 100
Terbukti ketika kita memilih Rin sekecil mungkin maka tegangan yang dapat
teramati menjadi lebih besar nilai nya. Hal ini diakibatkan oleh prinsip pembagi tegangan.
Kami memilih hambatan 100 sebagai Rin karena nilai resistor 100 dapat ditemukan
dengan mudah berharga murah di pasaran disbanding dengan yang bernilai resistansi kecil (1
, 2 , dst)
Adapun cara menghitung disipasi daya yang terjadi di komponen wirewound yan
digunakan adalah pertama kita cari dulu nilai hambatan wirewound (R potensiometer). Kita
telah mengamati tegangan sensor sebelumnya. Maka dengan menggunakan rumus
V = tegangan sensor
R = nilai resistansi wirewound
Sebagai contoh daya disipasi saat ketinggian 10 cm tanpa op-amp:
Resistansi saat ketinggian air 10 cm adalah 5,49
Tegangan sensor saat ketinggian air 10 cm adalah 0,52 Volt
Berikut ini tabel data pengamatan dari hasil pengamatan sensor levelnya :
7/29/2019 Ksk Potensiometer
10/15
Data pengamatan
I. Sebelum dipakai Op-AmpKetinggian air Tegangan Sensor (Volt)
0 cm 01 cm 0.04
2 cm 0.09
3 cm 0.14
4 cm 0.21
5 cm 0.25
6 cm 0.31
7 cm 0.36
8 cm 0.40
9 cm 0.46
10 cm 0.52
Perhitungan pada tegangan outputnya yaitu dengan menggunakan persamaan pembagi
tegangan.
Tegangan yang dihasilkan sangat kecil (dalam orde 0,01 V) maka dari itu dibuatlah
sebuah signal conditioning. Signal conditioning yang digunakan adalah berupa op-amp non
inverting agar tegangan yang dihasilkan dapat diamati lebih mudah
Rumus penguat op-amp noninverting :
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 2 4 6 8 10 12
Grafik hubungan tinggi air dan teganganV
h(cm)
7/29/2019 Ksk Potensiometer
11/15
.
Sensitivitas menggambarkan seberapa besar perubahan tegangan sensor tiap kenaikan 1centimeter nya yang dapat dihitung dengan cara:
Ketinggian air Tegangan Sensor (Volt)
0 cm 0
1 cm 0.04
2 cm 0.09
3 cm 0.14
4 cm 0.21
5 cm 0.25
6 cm 0.31
7 cm 0.368 cm 0.40
9 cm 0.46
10 cm 0.52
(0,04-0) + (0,09-0,04) + (0,14-0,09) + (0,21-0,14) + (0,25-0,21) + (0,31-0,25) + (0,36-
0,31) + (0,4-0,36) + (0,46-0,4) + (0,52-0,46) = 0,52
II. Setelah Menggunakan Op-Amp (teori)Dari hasil pengukuran tanpa melalui proses signal conditioning, maka agar mencapai
kriteria kondisi range Vout yang kita inginkan, digunakanlah penguatan sebesar 11
kali.
7/29/2019 Ksk Potensiometer
12/15
10 V
100
2k
R2
R1
LM-741
8
7
6
5
1
2
3
41 K
10 K
- 12V
+ 12V
GND
Keterangan
1 : Offset Nul
2 : Inverting Input
3 : Non-inverting Input
4 : V(-)
5 : Offset Null
6 : Output
7 : V(+)
8 : NC
Volt
meter
Op-Amp yang digunakan memiliki penguatan 11kali :
(
)
Dengan penguatan 11 kali maka secara teori, Vout nya adalah sebagai tabel berikut:
Range tegangan yang dihasilkan secara teori adalah 0,44 Volt sampai 5,72 Volt
(masuk dalam kriteria yang diinginkan yakni 0-10 Volt)
Ketinggian air Vout (volt)0 cm 0
1 cm 0.44
2 cm 0.99
3 cm 1.54
4 cm 2.31
5 cm 2.75
6 cm 3.41
7 cm 3.96
8 cm 4.4
9 cm 5.0610 cm 5.72
7/29/2019 Ksk Potensiometer
13/15
III. Setelah menggunakan Op-Amp (praktek)Ketinggian air Vout (volt)
0 cm 0
1 cm 0.36
2 cm 0.67
3 cm 1.06
4 cm 1.575 cm 1.88
6 cm 2.11
7 cm 2.45
8 cm 2.82
9 cm 3.11
10 cm 3.44
0
1
2
3
4
5
6
7
0 2 4 6 8 10 12
Grafik hubungan tinggi air dan tegangan
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 2 4 6 8 10 12
Grafik hubungan tinggi air dan tegangan
h(cm)
V
V
h(cm)
7/29/2019 Ksk Potensiometer
14/15
Dengan membandingkan data Vout hasil praktek dan Vout hasil teori
Ketinggian air Vout teori Vout praktek Selisih Persen Eror
0 cm 0 0 0 0
1 cm 0.44 0.36 0.18 40.91%
2 cm 0.99 0.67 0.32 32.32%3 cm 1.54 1.06 0.48 31.17%
4 cm 2.31 1.57 0.74 32.03%
5 cm 2.75 1.88 0.87 31.62%
6 cm 3.41 2.11 1.3 32.12%
7 cm 3.96 2.45 1.51 32.13%
8 cm 4.4 2.82 1.58 35.91%
9 cm 5.06 3.11 1.95 32.54%
10 cm 5.72 3.44 2.28 39.86%
Rata-rata 34.06%
Maka didapatlah kelinearan dari wirewound yang kami gunakan yakni 34.06%
7/29/2019 Ksk Potensiometer
15/15
Bab 3
Kesimpulan
Berdasarkan data percobaan di atas dapat dilihat bahwa pada saat kita mengukur
perubahan tegangannya tanpa menggunakan pengkondisi sinyal, terlihat bahwa tegangan
yang dihasilkan dalam satuan mV sehingga akan mengalami kesulitan dalam
menganalisanya. Penguat yang digunakan berupa penguat non-inverting yang bertujuan agar
hasilnya diperkuat tanpa adanya perbedaan fasa.
Berdasarkan data di atas terlihat bahwa hasil perhitungan penguat non-inverting
berdasarkan teori memiliki perbedaan yang cukup besar pada saat dilakukan pengukuran
langsung terhadap tegangan keluarannya, yaitu sebesar 3 kalinya. Sensitivitas dari wirewound
yang kita gunakan adalah 0,052 Volt/cm.
Keuntungan sistem pelampung dengan potensiometer mempunyai beberapa
keuntungan yang lebih baik daripada sensor level yang lain. Pertama, sistemnya adalah
sederhana, harganya relatif murah dan mudah direalisasikan, tegangan yang dihasilkan
memiliki linearitas yang cukup baik.
Disamping itu ada kerugiannya dari sistem pelampung dan potensiometer, yaitu
Pertama, sinyal keluaran mempunyai sinyal level rendah (low level) tegangan DC. Oleh
karena itu, diperlukan pengkondisian sinyal berupa penguat. Kedua, mempunyai keterbatasangerakan, sistem mekaniknya harus diinstalisasi didalam tangki yang hal umumnya tidak
mudah dilakukan, kurang sensitif pada perubahan ketinggian air.