Pengukuran Teknik STT Mandala 2014
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
Pendahuluan Hampir semua sensor untuk pengukuran saat ini menghasilkan output sinyal listrik Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik 1. Mudah untuk mengirim data sinyal listrik dari satu titik pengukuran ke titik pengumpulan data 2. Mudah untuk memperkuat, menyaring atau memodifikasi sinyal 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 informasi
proses 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 sinyal Beberapa 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 Sulit untuk mengirim sinyal yang sangat kecil tsb dan sistem pemroses (mis : CPU) memerlukan tegangan input dalam rentang 1-10 V Tegangan yg kecil tsb bisa diperbesar dengan : amplifier
Penguat tegangan
Gain = Vo/Vi gain dalam rentang `1-1000 kadang bisa sampai 10000 Dalam decibels (dB)
GdB= 20 log10G=20 log10 Vo/Vi
Respons Frekuensi Amplifier Amplifier dapat memiliki gain yang berbeda untuk frekuensi sinyal yang berbeda Rentang frekuensi di mana gain yg diperoleh konstan : Bandwith fc: cut-off frequency
Loading Error I=V/R=0,095 /(500+4000) = 0,0211 mA Vamp= RI = 4000x0,0211.10=3 = 84,4 mV Terjadi loading errror sebesar 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
fc = GPB/G di mana GBP : gain-bandwith product Yang merupakan karakteristik sebuah op-amp contoh: op –amp µA741, GBP = 1 MHz φ = -tan -1 f/fc
Respons frekuensi
Ilustrasi
Tentukan nilai tahanan R1 dan R2 untuk op-amp 741 dengan gain 10 Tentukan cut-off frequency dan pergeseran fase dari tegangan input sinusoid dengan frequency 10000 Hz
Solusi : G = 10 = 1 +R1/R2 Jika dipilih R1=10 kΩ, R2 adalah 90 kΩ Op-amp 741 memiliki GBP 1 MHz Maka fc= GBP/G = 106/10 = 100 kHz Sudut 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 mempunyai nilai yang lebih tinggi dari rentang input komponen pemrosesan berikutnya, maka tegangan tsb harus dikurangi (attenuate), contohnya dengan voltage 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 sinyal dengan frekuensi tertentu dan Menolak atau mengurangi sinyal dengan frekuensi lainnya
•Low pass filter •High pass filter •Band-pass filter •Band-reject filter
Low-Pass Filter RC Filter 1 fc = 2π RC Vout 1 = 2 Vin 1 + ( f / fc )
High-Pass RC Filter fc =
1 2π RC
( f / fc ) Vout = 2 Vin 1 + ( f / fc )
Ilustrasi Suatu 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)
Ilustrasi Sinyal pulsa untuk motor step dikirimkan pada frekuensi 2000 Hz. Rancanglah sebuah high-pass filter untuk mengurangi noise berfrekuensi 60 Hz (dari listrik jalajala) dan mengurangi sinyal pulsa tidak lebih dari 3 dB.
Tahap perancangan filter Tentukan cut-off frequency Tentukan nilai kapasitor yg digunakan berdasar
standar yang ada (pF – µF) Tentukan tahanan yg diperlukan (1kΩ – 1 MΩ) Cari tahanan standar yg dekat dgn hasil perhitungan tsb Pertimbangkan tolerasi tahanan dan kapasitor
Band-pass filter 1 fH = 2π RL C L
1 fL = 2π RH C H Vout = Vin r=
RH RL
fH f
(f
2
)
2
− f H f L + [ f L + (1 + r ) f H ] f 2 2
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 ∆V = Va − Vb R3 Va = V R1 + R3 Vb =
R4 V R2 + R4
R3 R2 − R1 R4 ∆V = V (R1 + R3 )(R2 + R4 ) R3 R2 = R1 R4
Ilustrasi Tentukan 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
