Upload
dokien
View
252
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
Pengukuran Teknik
STT Mandala
Isi
Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
PendahuluanHampir semua sensor untuk pengukuran
saat ini menghasilkan output sinyal listrik
Yang biasanya diukur :
- Tegangan listrik (mis: 0 – 5 V, 0 – 10 V)
- Arus listrik (standar: 4 mA – 20 mA)
- Frekuensi/pulsa (dengan frequency
counter/pulse counter)
Tegangan listrik
Accelerometer ( di smartphone)
Arus listrik
Pressure transmitter
Frekuensi/pulsa
Pressure transmitter
Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik
1. Mudah untuk mengirim data sinyal listrik dari satutitik pengukuran ke titik pengumpulan data
Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik
2. Mudah untuk memperkuat, menyaring ataumemodifikasi sinyal
Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik
3. Mudah untuk merekam/menyimpan sinyal
Tahap-tahap dalam sistem
pengukuran dengan sinyal listrik
Terminologi Sensor : peralatan peraba dengan output listrik
Transducer : peralatan yang mengkonversi informasiproses pengukuran
Sensor adalah transducer
Istilah lain dari transducer : gage, cell, pickup, transmitter etc
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Pengkondisian sinyalBeberapa tahap-tahap dalam pengkondisian sinyal:
Penguatan sinyal
Pengurangan sinyal
Penyaringan sinyal
Diferensiasi/integrasi
Linearisasi
Konversi sinyal dari satu bentuk ke bentuk lainnya, misalnya dari tahanan listrik ke tegangan listrik etc
Pengkondisian sinyal
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Penguatan sinyal Banyak transducer yang menghasilkan sinyal dengan
tegangan rendah – mV atau µV (mis: thermocouple dalam mV)
Sulit untuk mengirim sinyal yang sangat kecil tsb dansistem pemroses (mis : CPU) memerlukan teganganinput dalam rentang 0-5 V atau 0-10V
Tegangan yg kecil tsb bisa diperbesar dengan : amplifier
Penguat tegangan
Gain = Vo/Vi
gain dalam rentang `1-1000kadang bisa sampai 10000
Dalam decibels (dB)
GdB= 20 log10G=20 log10 Vo/Vi
Respons Frekuensi AmplifierAmplifier dapat memiliki gainyang berbeda untuk frekuensisinyal yang berbedaRentang frekuensi di managain yg diperoleh konstan :Bandwith
fc: cut-off frequency
Loading Error
I=V/R=0,095 /(500+4000)= 0,0211 mAVamp= RI = 4000x0,0211.10=3
= 84,4 mVTerjadi loading errrorsebesar 10,6 mV (11%)
Operational Amplifier
simbol Model yg disederhanakan
Secara umum :
Vo=g (Vp-Vn)Di mana g = gain dari op-amp
Noninverting amplifier
G = 1 + R2/R1
Respons frekuensi
fc = GPB/G
di mana GBP : gain-bandwith productYang merupakan karakteristik sebuah op-ampcontoh: op –amp µA741, GBP = 1 MHz
φ = -tan -1 f/fc
IlustrasiTentukan nilai tahanan R1 dan R2 untuk op-amp 741 dengan gain 10Tentukan cut-off frequency dan pergeseran fase dari tegangan input sinusoiddengan frequency 10000 Hz
Solusi :
G = 10 = 1 +R2/R1
Jika dipilih R1=10 kΩ, R2 adalah 90 kΩOp-amp 741 memiliki GBP 1 MHzMaka
fc= GBP/G = 106/10 = 100 kHzSudut fase pada 10 kHz
φ = -tan -1 f/fc = -tan -1 10000/100000 = -5,7 0
Inverting amplifier
G = -R2/R1
GBPinv = R2/(R1+R2) x GBP noninv
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Pengurangan sinyal tegangan
Dalam pengukuran, kadang terjadi output tegangan mempunyainilai yang lebih tinggidari rentang input komponenpemrosesanberikutnya, makategangan tsb harusdikurangi (attenuate), contohnya denganvoltage divider
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Penyaring sinyal (filter)Filter : rangkaian yang meloloskan sinyaldengan frekuensi tertentu danMenolak atau mengurangi sinyal denganfrekuensi lainnya
•Low pass filter•High pass filter•Band-pass filter•Band-reject filter
Low-Pass Filter RC Filter
RCfc
π2
1=
( )2/1
1
cin
out
ffV
V
+=
High-Pass RC Filter
RCfc
π2
1=
( )
( )2/1
/
c
c
in
out
ff
ff
V
V
+=
IlustrasiSuatu sinyal hasil pengukuran mempunyai
frekuensi kurang dari 1 kHz teta[o terdapat sinyal
lain (noise) dengan frekuensi 1 MHz.
Rancanglah sebuah filter RC yang mengurangi
noise hingga 1%nya dengan menggunakan kapasitor
0,01 mF. Apakah efek dari filter tersebut terhadap
sinyal yang dengan frekuensi maksimumnya (1kHz)
IlustrasiSinyal pulsa untuk motor step dikirimkan
pada frekuensi 2000 Hz. Rancanglah
sebuah high-pass filter untuk mengurangi
noise berfrekuensi 60 Hz (dari listrik jala-
jala) dan mengurangi sinyal pulsa tidak
lebih dari 3 dB.
Tahap perancangan filter Tentukan cut-off frequency
Tentukan nilai kapasitor yg digunakan berdasarstandar yang ada (pF – µF)
Tentukan tahanan yg diperlukan (1kΩ – 1 MΩ)
Cari tahanan standar yg dekat dgn hasil perhitungantsb
Pertimbangkan tolerasi tahanan dan kapasitor
Band-pass filter
HH
LCR
fπ2
1=
LL
HCR
fπ2
1=
( ) ( )[ ]
L
H
HLLH
H
in
out
R
Rr
ffrffff
ff
V
V
=
+++−
=2222
1
Filter lain
Band-reject filter
Twin-notch filter
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Konversi sinyal tahanan-tegangan
( )( )
4123
4231
4123
42
4
31
3
RRRR
VRRRR
RRRRV
VRR
RV
VRR
RV
VVV
b
a
ba
=
++
−=∆
+=
+=
−=∆
Jembatan Wheatstone
IlustrasiTentukan
1. R4 jika jembatan Wheatstone menjadi nol dengan
R1 = 1000 Ω, R2 = 842 Ω, and R3 = 500 Ω.
2. Offset tegangan jika tegangan supply 10.0 V.
tahanan2 di jembatan adalah R1 = R2 = R3 = 120 Ω
and R4 = 121 Ω.
Konversi arus ke tegangan
Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran
Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran
Penguat sinyal
Pembagian sinyal tegangan
Penyaringan sinyal listrik
Pengkonversian sinyal
Peralatan indikator dan perekaman data
Digital Multimeter
Oscilloscope
Strip-chart recorder
Terima kasih