Informatika Industri
Dasar Sistem Pengukuran Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro FTI ITS Telp. 5947302 Fax.5931237 Email:
[email protected] Informatika Industri – 01
1
Objektif: Proses Akusisi Data Pengolahan Sensor berupa : Tegangan Arus Frekwensi Perubahan Resistansi Perubahan Kapasitansi Perubahan Induktansi
Informatika Industri – 01
2
Blok Sistem Pengaturan Otomatis Energy input
Actuator
Process under control
Power interface
Sensor
Transmission
Set point (desired output)
Controller
Actual output
Signal conditioner
Process variable (actual output)
Informatika Industri – 01
Transmission
3
Proses Akusisi Data Preprocessing
Pemrosesan awal suatu sinyal, yang terdiri dari: amplifikasi, zero & span, dan pemfilteran.
Konversi Data Pemrosesan dilakukan oleh komponen yang mengubah dari representasi sinyal analog ke digital (ADC).
Postprocessing
Proses pengolahan lanjut yang perlu dilakukan sebelum data yang telah terkonversi atau terkuantisasi diaplikasikan sebagai data pengukuran untuk proses selanjutnya.
Informatika Industri – 01
4
Preprocessing 0
Thermocoupl e
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
PreAmp 50 µV - 200 µV / 30o C - 400o C
Zero&Span 0 - 12 V
Filtering 0 - 5,10 V
Rangkaian Zero & Span dan Filtering dijadikan satu, jika filter di atas menggunakan komponen filter aktif.
Informatika Industri – 01
5
Konversi Data Personal Komputer 0 0
0
Kuantisasi 0
0
ADC
30 o C - 400 o C
0 - 5,10 V
Rangkaian Konversi Data atau Analog to Digital Converter (ADC). Resolusinya ditentukan oleh jumlah bit yang bisa direpresentasikan terhadap tegangan input analog.
Informatika Industri – 01
6
Postprocessing Personal Komputer
Kuantisasi
- Linierisasi - Filtering - Statistical Processing
Proses Postprocessing sangat perlu dilakukan jika data yang didapatkan dari proses sebelumnya tidak linier. Untuk melakukan proses ini tergantung dari karakteristik data yang didapat dari proses sebelumnya.
Informatika Industri – 01
7
Proses Akusisi Data Analog 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Sinyal dari Sensor Analog PreAmp
Zero&Span
Filtering
Data Siap diproses
Paralel/Serial Port
ADC
Postprocessing
Kuantisasi
Komputer
Informatika Industri – 01
8
Keluaran Sensor Jika suatu sensor digunakan untuk mendeteksi objek fisik, maka perubahan hasil pengukuran tersebut berupa: Tegangan Sensor Arus Frekwensi Pengolah Sinyal Resistansi Kapasitansi Induktansi Informatika Industri – 01
9
Keluaran Sensor berupa Perubahan Tegangan Vin
Pengolah Sinyal
Vout
Vout
Tegangan yang dihasilkan sensor (Vin) berupa tegangan yang mempunyai rentang nilai dan harus disesuaikan dengan rangkaian selanjutnya (Vout)
m=
Ri
Vin
0 b=
Informatika Industri – 01
Rf
Rf Ros
V
10
Rangkaian Pengolah Sinyal: Zero & Span +V Rf
Ros Vin
-
Ri
+
22 kΩ
+V
-
22 kΩ -V
Rcomp
+
-(m Vin + b)
Vout =
+V -V
+(m Vin + b)
Rf Ri
Vin +
Rf Ros
V
11 kΩ
Vout
Rcomp ≈ R f // Ros // Ri
m=
Rf Ri
Vin
0 b=
Informatika Industri – 01
Rf Ros
V
11
Keluaran Sensor berupa Perubahan Arus
Arusin
Pengolah Sinyal
Vout
Arus yang dihasilkan sensor (Iin) berupa arus yang mempunyai rentang nilai dan harus disesuaikan dengan rangkaian selanjutnya (Vout)
Informatika Industri – 01
Vout V2 m=
Rf
I2
Iin
V1 0
I1
Ri
IRs
12
Pengolah Sinyal: Konverter Arus ke Tegangan Rf
Ri
I
Vout V2
+Vop -
Rs
I
+
-Vop
-V
Vz
+Vop
Rf
I2
Iin
V1 0
Ri
+V
Rpot
Vout = m + Vz
m=
I1
Ri
IRs
Rf
+
Vz
-
-Vop
Rpot << Rf
V2 − V1 Rs = ( R f / Ri )( I 2 − I1 ) VZ = V1 −
Informatika Industri – 01
Rf Ri
I1 Rs
13
Keluaran Sensor berupa Perubahan Frekwensi Frekwensiin
Pengolah Sinyal
Vout
Frekwensi yang dihasilkan sensor (Fin) yang mempunyai nilai tertentu dan harus disesuaikan dengan rangkaian selanjutnya (Vout)
Informatika Industri – 01
14
Pengolah Sinyal: Konverter Frekwensi ke Tegangan
RL V = 2 x1,1Rt Ct xf in Rs f in =
1 T
Informatika Industri – 01
15
Keluaran Sensor berupa Perubahan Resistansi Resistansi
Pengolah Sinyal
Vout
Perubahan resistansi (R) yang dihasilkan sensor memerlukan rangkaian jembatan agar tegangan (Vout) yang dihasilkan ekivalen dengan perubahan resistansi. Pengolah sinyal berupa Jembatan Wheatstone.
Informatika Industri – 01
16
Pengolah Sinyal: Jembatan Wheatstone R1 E
R3
+ R2
DVM
R4
E = Sumber tegangan DC DVM = Digital Volt Meter R1 R3 Vout = 0, jika = R2 R4
Jika posisi sensor diletakkan pada salah satu Resistansi, maka konfigurasi ini dinamakan (One Active Sensor)
Informatika Industri – 01
17
Jembatan Wheatstone dengan LM358
Informatika Industri – 01
18
Jembatan Wheatstone LM358 (high gain)
Informatika Industri – 01
19
Bentuk Lain Wheatstone LM358 (high gain)
Informatika Industri – 01
20
Keluaran Sensor berupa Perubahan Kapasitansi Kapasitansi
Pengolah Sinyal
Vout
Perubahan kapasitansi (C) yang dihasilkan sensor memerlukan rangkaian jembatan agar tegangan (Vout) yang dihasilkan ekivalen dengan perubahan kapasitansi. Pengolah sinyal berupa Jembatan Wien.
Informatika Industri – 01
21
Pengolah Sinyal: Jembatan Wien Z1 Osc.Wien
+ Z2
DVM
Z3
E = Sumber tegangan DC dengan mod ulasi
Z4
DVM = Digital Volt Meter Z1 Z 3 Vout = 0 , jika = Z2 Z4
-
Jika posisi sensor diletakkan pada salah satu Impedansi, maka konfigurasi ini dinamakan (One Active Sensor)
Informatika Industri – 01
22
Jembatan Wien dengan LM358
Informatika Industri – 01
23
Keluaran Sensor berupa Perubahan Induktansi Induktansi
Pengolah Sinyal
Vout
Mirip cara perubahan kapasitansi. Perubahan induktansi (L) yang dihasilkan sensor memerlukan rangkaian jembatan agar tegangan (Vout) yang dihasilkan ekivalen dengan perubahan induktansi. Pengolah sinyal berupa Jembatan Wien.
Informatika Industri – 01
24
