Instrumentasi Sistem Pengaturan
Metode Pengukuran Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro FTI ITS Telp. 5947302 Fax.5931237 Email:
[email protected] Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
1
Objektif: Proses Akusisi Data Keluaran Sensor berupa : Tegangan Arus Frekwensi Perubahan Resistansi Perubahan Kapasitansi Perubahan Induktansi
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
2
Metode Pengukuran
Teknik yang dilakukan untuk mengolah sinyal hasil keluaran sensor
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
5
Konversi Data Personal Komputer 0 0
0
Kuantisasi 0
0
ADC
0 - 5,10 V
30 o C - 400 o C
Rangkaian Konversi Data atau Analog to Digital Converter (ADC). Resolusinya ditentukan oleh jumlah bit yang bisa direpresentasikan terhadap tegangan input analog.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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
Data Siap diproses
Filtering
Paralel/Serial Port
ADC
Postprocessing
Kuantisasi
Komputer
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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 Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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=
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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=
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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)
Vout V2 m=
Rf
I2
Iin
V1 0
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
I1
Ri
IRs
12
Pengolah Sinyal: Konverter Arus ke Tegangan Rf
Ri
I
Vout V2
+Vop -
Rs
I
+
-Vop
Rpot -V
Vz
+Vop
Rf
I2
Iin
V1
Vout = m + Vz
0
Ri
+V
m=
I1
Ri
IRs
Rf
+
Vz
-
-Vop
Rpot << Rf
V2 − V1 Rs = ( R f / Ri )( I 2 − I1 ) VZ = V1 −
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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)
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
14
Pengolah Sinyal: Konverter Frekwensi ke Tegangan
RL V = 2 x1,1Rt Ct xf in Rs f in =
1 T
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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)
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
17
Jembatan Wheatstone dengan LM358
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
18
Jembatan Wheatstone LM358 (high gain)
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
19
Bentuk Lain Wheatstone LM358 (high gain)
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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)
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
22
Jembatan Wien dengan LM358
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
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.
Instrumentasi Sistem Pengaturan - 03
24
