PERCOBAAN I TRANSDUSER TAHANAN UNTUK APLIKASI POSISI LINIER ATAU ANGULAR
A.
TUJUAN PERCOBAAN Setelah melaksanakan praktek, mahasiswa diharapkan dapat : 1. Mengetahui konstruksi dasar tahanan variabel jenis putar dan geser. 2. Mengetahui bahwa sebuah tahanan termasuk jenis karbon track atau wirewound. 3. Mengetahui perbedaan antara lintasan linear dan lintasan logaritmik. 4. Mengetahui karakteristik dasar dari hubungan antara tegangan output dengan pengaturan tombol variabel. 5. Mengetahui efek akibat pembebanan rangkaian output terhadap tegangan output. 6. Mengetahui bahwa resonansi untuk tahanan jenis karbon track lebih baik daripada jenis kawat gulung.
B.
TEORI DASAR a. Konstruksi Transduser Tahanan Transduser tahanan pada dasarnya terdiri dari sebuah lintasan yang memiliki tahanan tetap dan sebuah kontak variabel yang dapat digerakkan sepanjang tahanan dan membuat kontak kontinu dengan lintasan. Dengan sebuah tegangan yang diberikan melalui ujung lintasan tetap, tegangan variabel (perubahan tegangan) dapat diperoleh dari kontak variabel sesuai pergeseran sepanjang lintasan. Tegangan output akan
tergantung pada
posisi
kontak
variabel
tegangan
output
menunjukkan posisi kontak variabel,jika lintasan tahanan berbanding lurus terhadap panjang lintasan (yaitu lintasan linear), tegangan outputnya akan berbanding lurus dengan pergeseran kontak variabel dan tahanan geser akan cocok digunakan sebagai transduser posisi. Transduser tersebut termasuk transduser tahanan jenis linear.
8
Transduser tahanan jenis lain memiliki lintasan dengan resistansi yang tidak berbanding lurus dengan panjang lintasannya. Transduser tahanan ini termasuk jenis logaritmik dan tidak cocok digunakan sebagai transduser posisi. Lintasannya bisa saja terbuat dari selaput karbon yang ditempelkan pada sebuah lapisan atau seutas tahanan kawat gulung pada bahan penyekat. Tahanan ini dapat dibuat kedalam bentuk lingkaran (putaran) atau lurus seperti tampak pada gambar 1.1 Ware Coil
Karbon Track
Variabel Contact
Variabel Contact
Karbon Track
Connection Connections
Metal
Connections Slider type
Rotary Types
Gambar 1.1 Tahanan dalam Bentuk Lingakaran dan Lurus Karakteristik hubungan antara tegangan output terhadap pengaturan kontak variabel untuk transduser tahanan ideal tanpa beban diperlihatkan pada gambar 1.2 +5 V
0V
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
+5 V
Variabel Contact Setting
O/P
O/P 0V
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Variabel Contact Setting
Gambar 1.2 Karakteristik hubungan antara tegangan output terhadap pengaturan kontak variabel
9
Tegangan sumber center tap, polaritas tegangan output akan tergantung pada arah pergeseran tombol geser dari posisi tengahnya seperti tampak pada gambar 1.3
+5 V
0V
-5 V
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
+5 V Variabel Contact Setting
O/P 0 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
O/P
Variabel Contact Setting - 5V
Gambar 1.3 Karakteristik Hubungan antara Tegangan Output Terhadap Pangaturan Kontak Variabel
b. Efek Pembebanan Rangkaian Output Anggapan sebuah resistor bernilai 10KΩ dihubungkan kesumber tegangan 10V dan dengan tombol geser diatur pada posisi tengahnya dan dihubungkan ke rangkaian output tanpa beban, tegangan outputnya akan bernilai 5V. Kedua sisi bagian resistor geser masing-masing akan bernilai 5KΩ.Jika kita menghubungkan sebuah resistor ke rangkaian output, arus akan mengalir pada resistor dan arus yang diperoleh dari sumber akan meningkat. Peningkatan arus seharusnya, mengalir pada sisi atas resistor ( seperti tampak pada gambar 1.4) meningkatkan drop tegangan yang melewatinya dan karena itu tegangan output menurun.
10
+ 10 V
+ 10 V 5k
5k 0V
5k
5k
5 V O/P
5k
0V
(a)
5k
6,67 V
2,5 k
3,33 V
(c)
(b)
Gambar 1.4 Memperlihatkan Keadaan dengan Resistor Beban 5KΩ Dihubungkan ke Rangkaian Output. + 10 V 5 k
5 k
5 V O/P
0 V
(a)
Gambar 1.4a Memperlihatkan Keadaan Tanpa Beban Dihubungkan ke Rangkaian Output dengan Kontak Variabel pada Posisi Tengahnya. Tegangan Outputnya adalah 5V. + 10 V 5k
5k 0V
5k
(b)
Gambar 1.4b Memperlihatkan Keadaan dengan Resistor Beban 5KΩ Dihubungkan ke Rangkaian Output. Arus yang berlebihan akan mengalir dari sumber dan tegangan output akan menurun. Dua buah resistor 5KΩ yang diparalelkan dengan baik melalui rangkaian output akan sebanding dengan resistor tunggal 2,5KΩ. 11
+ 10 V 6,67 V
5k
2,5 k 0V
3,33 V
(c)
Gambar 1.4c Rangkaian Ekuivalen Tegangan yang melewati sisi resistor 5KΩ dua kali lebih besar dari tegangan yang melewati resistor 2,5KΩ dengan demikian, drop tegangan 6,67V akan melewati sisi resistor 5kΩ dan drop tegangan 3,33V melewati sisi resistor 2,5KΩ sehingga tegangan outputnya sebesar 3,33V. Menghubungkan resistor beban 5KΩ ke output, akan menurunkan tegangan output dari 5V menjadi 3,33V. Hal ini dikatakan sebagai sistem kontrol posisi yang merubah suatu nilai namun pada kenyataannya posisinya tidak berubah. Kesalahan disebabkan oleh pembebanan rangkaian output yang meningkat sesuai dengan peningkatan arus yang diperoleh dan pada aplikasi sistem kontrol, beberapa arus beban harus dipertahankan pada nilai untuk mutlak minimum dan idealnya bernilai nol.Pada umumnya rangkaian listrik membutuhkan arus input ke rangkaian inputnya dan pengukuran besarannya diperoleh dari nilai impedansi inputnya sebagai spesifikasi keadaan peralatan/rangkaian. Pembebanan rangkaian dapat diuraikan dengan menggunakan penguat buffer.
c. Resolusi Tranduser Tahanan Resolusi yang dimiliki oleh resistor lintasan karbon lebih baik, karena nilainya sangat kecil. Resolusi untuk resistor kawat gulung lebih buruk, karena kontak variabel akan berpengaruh pada pergeseran dari kontak putaran awal ke kontak putaran berikutnya. Oleh karena itu
12
tegangan outputnya akan meningkat setiap tahap. Hal ini menyatakan tegangan tiap pergeseran atau tiap bagiannya. Hal ini diperlihatkan pada gambar 1.5 yang digambarkan dengan skala besar.
1
2
3
4
5
(a)
1
2
3
4
5
1
(b)
2
3
4
5
(c)
Gambar 1.5 Keadaan Kontak pada Sebuah Kumparan Gambar 1.5(a) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan pada kumparan 1. Gambar 1.5(b) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan pada kumparan 1. Gambar 1.5(c) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan pada kumparan 2. Dalam praktek, kontak tersebut bisa saja terjadi dengan lebih dari satu pergeseran. Hal ini tergantung pada nilai resistor.
13
d. Susunan Rangkaian Resistor DIGIAC 1750 Transduser tahanan yang dijelaskan sebelumnya, sebuah resistor 1KΩ dipasangkan pada rangkaian output untuk mengamankan lintasan resistor dari kerusakan, jika terjadi kesalahan prosedur, rangkaiannya diperlihatkan pada gambar 1.6
1 kOhm
C B
1 kOhm
B + 12 V
A Circuit
- 12 V A
Worst case conditions
Gambar 1.6 Memperlihatkan Keadaan Terburuk yang Mungkin Terjadi pada Unit DIGIAC 1750. Kejadian ini ketika sumber +12V dan –12V dihubungkan antara hubungan A dan B dengan tombol resistor digeser pada ujung A. Dengan resistor tetap 1KΩ yang dipasang pada rangkaian, arus maksimum yang dapat mengalir terbatas sampai 24 mA dan hal ini tidak akan dapat merusak transduser. Jika resistor 1KΩ dilepas, arua pada keadaan tersebut akan berlebihan dan akan merusak lintasan resistor pada ujung A. Transduser tahanan putar, selanjutnya dipasang pada batang motor yang tersedia. Unit ini sesuai untuk putaran kontinu, lintasan putarnya hampir mencapai 360° penuh. (Unit putaran ini digunakan sejauh putaran maksimum kurang lebih 300°). Pergeseran kontak variabel unit ini dikendalikan oleh batang motor dan ketika tidak digunakan, unit ini dilepaskan dari kendali geser dengan pengaturan togel untuk mengurangi penggunaannya sesuai prosedur. Untuk mengoperasikannya, tekan lempengan pada posisi kiri unit dan lepaskan. Untuk menghentikannya, ulangi cara tersebut.
14
Gambar 1.7 Servo Potensiometer Unit ini dinamakan ”Servo Potensiometer”. Pengendalinya menghasilkan kecepatan putar dengan perbandingan 4 : 1 dari kecepatan motor. Unit ini dapat digunakan untuk aplikasi kontrol posisi. Lintasan akhir servo potensiometer pada DIGIAC 1750 dihubungkan secara permanen pada sumber +5V dan –5V. Rangkaian outputnya termasuk sebuah resistor 2,2KΩ sebagai pengaman.
C.
GAMBAR PERCOBAAN : 1.
Gambar Percobaan 1
C + 12 V
+ 12 V M.C. Meter B
C
+ V1
0V
V2
1
10
A A
Dig. Meter
-
B
100 kOhm M.C. Meter
V
0V
OV Physical layout diagram
Schematic Diagram
Gambar 1.8 Pengaturan Variasi Tegangan Output untuk Transduser Tahanan Posisi
15
2
Gambar Percobaan 2 C + 12 V C
C
C
B
10 k Ohm
B
1
V
B
10
1
B
10
A 0V
V
10 kOhm
100 kOhm
A Dig. Meter Schematic Diagram
A
A
Physical layout diagram
Gambar 1.9 Efek Rangkaian Beban Terhadap Output untuk Sebuah Transduser Tahanan Posisi
Gambar 1.10 Efek Rangkaian Beban Terhadap Output untuk Sebuah Transduser Tahanan Posisi. 3
Gambar Percobaan 3 C + 12 V C
B
10 k Ohm
C
C B
V
1
10
B
1
10
A 0V
A Dig. Meter Schematic Diagram
B
10 kOhm
100 kOhm
A
V
A
Physical layout diagram
Gambar 1.11 Resolusi dari Tahanan Carbon Track dan
Kawat
Gulung untuk Sebuah Transduser Tahanan Posisi 16
4
Gambar Percobaan 4
Servo Potensiometer
+ 5V 2.2 kOhm
O/P
20 kOhm
V
-5V Schematic Diagram
O/P
V
0V
Layout Diagram
OV
Gambar 1.12 Variasi Tegangan Output untuk Pengaturan Servo.
D.ALAT DAN BAHAN 1. Resistor putar karbon track 100KΩ 2. Resistor putar wirewound 10KΩ 3. Resistor geser karbon track 10KΩ 4. M.C. Meter 5. Penguat Buffer #1 6.
Resistor Putar Karbon 100KΩ
7.
Servo Potensiometer
8.
Amplifier #1
9.
Kabel Penghubung (jumper)
E.LANGKAH KERJA :
Pengaturan Variasi Tegangan Output untuk Transduser Tahanan Posisi 1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.8 dengan menggunakan resistor 100KΩ dan hanya dengan voltmeter digital, hubungkan voltmeter ke soket output B.
2.
Putar penuh tombol resistor putar berlawanan arah jarum jam, yaitu atur pada posisi 1 seperti pada gambar 1.8 17
3.
Periksa bahwa pengaturan tegangan unit DIGIAC 1750 diatur tepat untuk tegamgam sumber yang diperbolehkan, atur jika perlu, kemudian nyalakan sumber tegangan.
4.
Catat tegangan outputnya : (a) Hanya menggunakan Voltmeter Digital (b) Hanya menggunakan M.C. Meter (c) Dengan menggunakan kedua meter tersebut secara bersamaan Masukkan nilainya pada tabel 1.1
5.
Putar tombol resistor pada posisi 2 dan ulangi pembacaan untuk posisi ini, masukkan nilainya pada tabel 1.1
6.
Ulangi langkah kerja untuk tiap pengaturan posisi putaran dari 3-10, masukkan nilai pembacaannya pada tabel 1.1 Tegangan yang diperoleh dengan menggunakan voltmeter digital saja akan lebih tinggi daripada menggunakan M.C. Meter saja. Mengapa demikian ? Dengan menggunakan voltmeter digital dan M.C.Meter secara bersamaan, hasil pembacaannya pada dasarnya akan sama dan akan sebanding dengan nilai yang diperoleh dengan menggunakan M.C.Meter saja. Mengapa demikian ? Penyebab untuk pembacaan yang berbeda adalah karena M.C.Meter membebani rangkaian output M.C. Meter yang terdapat pada unit DIGIAC 1750 memiliki tahanan sebesar 20KΩ. Sebuah voltmeter digital biasanya memilki impedansi input sebesar 10MΩ dan karena tidak akan membebani rangkaian output. Efek pembebanan meningkat dengan resistor unit DIGIAC 1750 karena resistor 1KΩ termasuk didalam hubungan output variabel untuk mencegah kerusakan pada peralatan yang disebabkan oleh hubungan yang salah dan beberapa arus output akan menghasilkan drop tegangan pada tahanan ini.
18
7.
Ulangi langkah kerja dengan menggunakan resistor putar wirewound 10KΩ dan kemudian gunakan resistor geser karbon 10KΩ. Pembacaan hanya perlu dengan : (a) Menggunakan Voltmeter Digital (b) Menggunakan
Voltmeter
Digital
dan
M.C.Meter
secara
bersamaan Masukkan nilainya pada tabel 1.2 dan 1.3 Akibat pembebanan M.C.Meter yang jelas rendah, karena resistor yang bernilai rendah 10KΩ dibandingkan dengan 100KΩ digunakan untuk pengamatan sebelumnya. 8.
Gambarkan grafik hubungan antara tegangan output terhadap pengaturan tombol untuk ketiga resistor pada bidang yang tersedia, gunakan hasil pembacaan dengan voltmeter digital saja. Apakah karakteristiknya linear ? Beberapa perbedaan dari karakteristik ideal akan terduga karena kesulitan pengaturan tombol secara tepat.
Efek Rangkaian Beban Terhadap Tegangan Output Untuk Sebuah Transduser Tahanan Posisi 1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.9 dengan voltmeter digital terhubung, tetapi resistor beban 100KΩ terlepas dari rangkaian sehingga transduser tahanan posisi tanpa beban.
2.
Nyalakan sumber tegangan dan putar tombol resistor 10KΩ sehingga tegangan output sebesar 6V. Jangan memutar tombol tersebut selama percobaan berlangsung.
3.
Putar penuh tombol resistor 100KΩ searah jarum jam yaitu pada posisi 10, dan hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.9. Catat tegangan outputnya dan masukkan nilainya pada tabel 1.4
4.
Turunkan pengaturan tombol resistor 100KΩ bertahap dari posisi 10 sampai 1 catat tegangan output tiap tahap. Masukkan nilainya pada tabel 1.4
19
5.
Sekarang lepaskan resistor beban 100KΩ dan hubungkan M.C.Meter sebagai beban. Catat pembacaan voltmeter digital untuk pembebanan ini. Dengan diturunkannya resistor beban, maka peningkatan arus beban mengakibatkan turunnya tegangan output. Dari pembacaan yang diperoleh dengan M.C.Meter sebagai beban, apa yang dapat anda simpulkan mengenai tahanan rangkaian M.C.Meter.
6.
Sekarang hubungkan M.C.Meter ke rangkaian melalui penguat buffer #1 seperti pada gambar 1.10 dan catat tegangan output yang ditunjukkan oleh voltmeter digital. Tegangan output akan lebih tinggi dibanding ketika M.C.Meter dihubungkan secara langsung karena penguat buffer efektif dalam mengurangi akibat pembebanan oleh M.C.Meter. Tegangan masih lebih rendah daripada tegangan rangkaian terbuka karena impedansi input penguat buffer sebesar 100KΩ. Apakah tegangan yang diperoleh sebanding dengan yang diperoleh untuk pembebanan 100KΩ selama percobaan ? Hal ini menunjukkan kegunaan penguat buffer untuk mengurangi efek pembebanan rangkaian dan juga menunjukkan bahwa pembebanan tidak perlu dihilangkan. Pembebanan yang tepat akan tergantung pada rancangan unit penguat buffer.
Resolusi Transduser Posisi Terhadap Lintasan Karbon dan Kawat Gulung 1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.11, pertama gunakan resistor geser jenis karbon 10KΩ dan atur rangkaian output dengan memutar penuh tombol berlawanan arah jarum jam yaitu posisi 1, sehingga outputnya akan 0.
2.
Atur tombol coarse gain Amplifier #1 ke posisi 10 dan fine gain ke posisi 1,0. 20
3.
Nyalakan sumber tegangan dan atur tombol offset amplifier sehingga tegangan output yang ditunjukkan oleh volmeter adalah nol.
4.
Sekarang atur tombol coarse gain ke posisi 100 dan atur kembali tombol offset untuk output nol.
5.
Putar penuh tombol resistor 10KΩ ke kanan yaitu ke posisi 10, kemudian atur tombol resistor 100KΩ sehingga tegangan output dari amplifier kira-kira 9V.
6.
Sekarang putar kembali resistor 10KΩ ke kiri yaitu ke posisi 1. Tegangan output yang ditunjukkan oleh voltmeter digital harus nol. Atur kembali tombol effset jika perlu untuk mengatur output ke nol.
7.
Sekarang naikkan tegangan output, dengan mengatur tombol resistor 10KΩ, dengan putaran sekecil mungkin. Anda dapat meningkatkan tegangan dengan menaikkan 0,01V dengan mudah bukan ?
8.
Ganti resistor geser karbon 10KΩ dengan resistor kawat gulung 10KΩ.
9.
Dengan resistor output 10KΩ atur tombolnya berlawanan arah jarum jam yaitu ke posisi 1, catat tegangan output dan amplifier dan atur tombol offset untuk output nol jika perlu.
10. Sekarang naikkan tegangan output dengan mengatur tombol resistor 10KΩ, dengan kenaikan sekecil mungkin dan catat nilai tegangannya pada tiap kenaikan. Anda akan mencatat peningkatan tegangan pada tiap tahapan. Masukkan nilainya pada tabel 1.5
Variasi Tegangan Output dengan Pengaturan untuk Servo 1.
Hubungkan voltmeter digital seperti pada gambar 1.12 dan nyalakan sumber tegangan.
2.
Putar piringan servo untuk memberikan output tegangan positif maksimum (kira-kira +5V). Putaran tersebut akan berada pada posisi kira-kira 178°. Catat pengaturan sudut dan besar tegangan dan masukkan nilainya pada tabel 1.6.
21
3.
Putar piringan servo pada kenaikan 30°. Searah jarum jam dari posisi tegangan maksimum, catat tegangan output pada tiap kenaikan dan masukkan nilainya pada tabel 1.6 Catat angka piringan servo yang memberikan
tegangan
negatif
maksimum,
angka
tersebut
menyatakan ujung lintasan lainnya. 4.
Gambarkan grafik hubungan tegangan output terhadap putaran piringan servo pada bidang yang tersedia.
22
