Gambar 7.1 Konstruksi Dasar dari Transduser Opto Slot

Transkripsi

1 PERCOBAAN VII TRANSDUSER UNTUK APLIKASI PENGUKURAN POSISI ATAU KECEPATAN ROTASI A. TUJUAN PERCOBAAN : 1. Mengetahui konstruksi, prinsip kerja dan aplikasi transduser opto slot untuk menghitung dan mengukur kecepatan 2. Mengetahui konstruksi, prinsip kerja dan aplikasi transduser opto pantul dan piringan kode untuk pengukuran posisi 3. Mengetahui konstruksi, prinsip kerja dan aplikasi transduser induktif untuk pengukuran kecepatan 4. Mengetahui konstruksi, prinsip kerja dan aplikasi transduser efek medan untuk pengukuran posisi dan kecepatan 5. Mengetahui konstruksi, prinsip kerja dan aplikasi tachogenerator untuk pengukuran kecepatan. B. TEORI DASAR 1. Transduser Opto Slot Transduser Opto Slot terdiri dari LED infra merah terbuat dari bahan gallium arsenide dan silicon. photo transistor yang mengapit dan searah dengan plat aluminium. LED infra merah dan photo transistor keduanya terbungkus dalam sebuah kotak plastik yang tembus cahaya dan tembus sinar infra merah. Konstruksi dari transduser opto slot diperlihatkan pada gambar 7.1 I.R I.e.d Slotted alum. Disc Photo Transistor C a s e Contacts Gambar 7.1 Konstruksi Dasar dari Transduser Opto Slot

2 Silet Aluminium yang berada diantara LED infra merah dan photo transistor dapat memantulkan sinar infra merah pada saat sinar infra merah terhalang oleh objek yang gelap. Arus kolektor pada photo transistor menjadi rendah (low) pada saat sinar infra merah terpantul dan arus kolektor akan naik jika photo transistor terkena sinar infra merah yang keluar dari LED. Output pulsa tegangan positif di peroleh dari kaki emitor phototransistor, setiap kali phototransistor terkena infra merah yang keluar dari LED. Peralatan atau instrument tersebut dirancang untuk aplikasi pengukuran kecepatan dan perhitungan (counting). Pada peralatan tersebut piringan aluminium yang dihubungkan kebatang motor yang menghasilkan putaran pada slot transduser dan Led infra merah memberi indikasi atau tanda saat posisi slot menyebabkan sinar infra merah mengenai photo transistor. Transduser opto slot tersebut disediakan oleh unit fasilitas DIGIAC 1750 dengan rangkaian listrik diperlihatkan pada gambar 7.2 dibawah ini. +12V +5V To I. e. d. Display O/P K Gambar 7.2 Rangkaian Listrik Transduser Opto Slot Oleh Unit Fasilitas DIGIAC 1750 Karakteristik utama dari peralatan transduser opto slot adalah sebagai berikut: Type K8102 Tegangan output (sinar terpancar) 0,1 V Tegangan output (sinar diterima) 4,9 V 0V

3 . 2. Transduser Opto Pantul Transduser Opto pantul terdiri dari LED infra merah dan photo transistor, seperti halnya pada unit transduser opto slot tetapi pada jenis ini komponen-komponennya dirancang sehingga sinar infra merah yang dipancarkan oleh LED dipantulkan tetap pada permukaan dan jarak yang dekat pada photo transistor. Konstruksi dari transduser opto pantul diperlihatkan pada gambar 7.3 pada peralatan ini terdapat ini terdapat tiga bagian yang terpisah. Tiga bagian ini disediakan oleh Unit DIGIAC 1750 dan tersusun secara vertical. Permukaan pantulannya merupakan sebuah piringan dengan tanda/ jalur berwarna abu-abu yang telah ditetapkan dengan jarak kira-kira 4 mm dari peralatan transduser opto pantul tersebut Gray disc Coded Infra red l. e. D. Contacts Photo transistor Gambar 7-3 Refl Opto Sensor Motherboard Gambar 7.3 Konstruksi Dasar Transduser Opto Pantul Drive sharft Apabila sinar infra merah tidak terpantul dari output LED ke photo transistor maka arus emitor pada phototransistor menjadi rendah (low) dan jika sinar infra merah dipantulkan pada photo transistor maka output arus emitor menjadi tinggi. Tiga buah LED pada peralatan tersebut berfungsi transistor. Piringan untuk menunjukkan saat-saat sinar infra merah dipantulkan dan mengena photo

4 3. Kode Abu-abu Piringan kode ini digunakan untuk pengkodean pada piringan aluminium yamg digunakan pada transduser opto pantul yang menggunakan system satu digit dan lebih baik dari pada bilangan normal (sepuluh digit). Hal ini mengurangi beberapa kemungkinan kesalahan dalam mengidentifikasi ketepatan posisi jika terdeteksi pada bagian batas kode. Penyusunan piringan dengan kode abu-abu dan output LED hasil deteksi ditunjukkan pada gambar 7.4 dibawah ini A BC 6 Position C B A Gambar 7.4 Penyusunan Piringan Kode Abu-Abu dan Output LED Output A menunjukkan bit angka terkecil dan output C menunjukkan angka terbesar. Wilayah berwarna hitam menyerap sinar infra merah dan menyebabkan output menjadi rendah dan wilayah putih memantulkan sinar infra merah dan menghasilkan output tegangan yang tinggi. Pada unit DIGIAC 1750, peralatan beroperasi sebagai transduser posisi lingkar dan rotasi tetapi prinsip dasarnya dapat menggunakan aplikasi posisi linier dan transduser opto slot dapat pula menggunakan piringan transparan. Gambar 7.4 memperlihatkan piringan kode abu-abu yang linier bagian teratas menunjukkan bilangan terkecil (l.s.b) dan bagian terbawah menunjukkan bilangan terbesar (m.s.b). Resolusi posisi dihasilkan dengan tiga rangkaian dam kode 3-bit. Peralatan ini tergolong kecil tetapi dapat

5 ditingkatkan dengan menambah jumlah peralatan. Rangkaian dasar listrik dari unit DIGIAC 1750 diperlihatkan pada gambar 7.5 Gambar 7.5 Rangkaian Dasar Listrik dari Unit DIGIAC 1893 Karakteristik utama dari peralatan tersebut adalah sebagai berikut : Type K8711 Tegangan output (sinar terpencar) 1 V Tegangan output (sinar diterima) 4 V 4. Transduser Induktif Unit transduser induktif terdiri dari sebuah inductor 1 millihenry dan slot piringan aluminium yang dipasang pada batang kendali yang berputar diatas inductor. Induktansi dari rangkaian tersebut bervariasi sesuai dengan posisi piringan aluminium. Nilai induktansi akan meningkat bila posisi slot tepat berada diatas inductor. Konstruksi dan rangkaian listrik dari transduser induktif yang disediakan oleh fasilitas DIGIAC 1750 diperlihatkan pad gambar 7.6 I/P 10 k Thick Slotted Disc O/P Coil 0 V Feerite bobbin Gambar 7.6 Konstruksi dan Rangkaian Listrik dari Transduser Induktif Oleh Unit DIGIAC 1893

6 dengan menggunakan piringan magnet maka induktansinya akan menurun jika piringan magnet berada diatas inductor. Karakteristik utama dari transduser inductor tersebut adalah sebagai berikut: Induktansi Slot dibawah 1 mh Perubahan induktansi Piringan dibawah 15 uh Tegangan output Slot dibawah 130 mh Perubahan tegangan output Piringan dibawah 2 mv 5. Transduser Efek Medan Konstruksi transduser efek medan yang disediakan oleh unit DIGIAC 1750 diperlihatkan pada gambar 7.7 prinsip dasar dari transduser efek medan (hall effect) yakni bila ada arus DC yang mengalir diantara dua permukaan batang konduktor sebagai sensor dan terdapat medan magnet5 yang arahnya melewati bahan konduktor tersebut dengan arah 90 0 memotong aliran arus listrik maka akan membangkitkan arus DC diantara kedua permukaan batang konduktor tersebut, yang akan saling berlawanan arah 90 0 terhadap arus dan medan magnet. Drive Shaff + V Sensor Aluminium Disc Current Magnetic Flux - V Gambar 7.7 Konstruksi Transduser Efek Medan yang Disediakan Oleh Fasilitas DIGIAC 1893 Besarnya tegangan yang dihasilkan sesuai dengan besar arus listrik dan gaya gerak magnet (fluks). Sensor yang menggunakan konduktor logam pengaruhnya memang kecil tetapi konduktor logam ini dapat mempengaruhi beberapa bahan semi konduktor.

7 Transduser efek medan memiliki komponen semi konduktor yang tersusun dalam sebuah rangkaian jembatan. Rangkaian ini mempunyai dua output yaitu output tegangan positif yang dibangkitkan dengan medan magnet dan output tegangan negative yang diturunkan oleh pengaruh medan magnet. Rangkaian dasar listrik transduser efek medan yang disediakan oleh unit fasilitas DIGIAC 1750 diperlihatkan pada gambar V 634SS2 O/P + 2K2 0 V Gambar 7.8 Rangkaian Listrik Efek Medan Oleh Unit DIGIAC 1893 Karakteristik utama dari transduser efek medan adalah sebagai berikut : Type 634SS2 Tegangan output (+) (Tanpa medan) 1,75 V Tegangan Output (-) (Tanpa medan) 1,6 V Perubahan tegangan output 9 mv/mt Perubahan tegangan output (Magnet dibawah) 600 mv 6. Tachogenerator D.C Magnet Permanen Konstruksi dasar dari tachogenerator D.C magnet permanent diperlihatkan pada gambar 7.9 pada dasarnya terdiri dari sebuah pengatur dari kumparan yang dihubungkan ke komulator, kemudian berputa didalam stator magnet permanent. Putaran tersebut diperlihatkan didalam sebuah dynamo.

8 Commutator Coils Brushes Connections Armature Permanen Magnet Stator Gambar 7.9 Konstruksi Dasar dari Techogenerator DC Magnet Permanen dengan kumparan berputar, sebuah tegangan AC dibangkitkan didalamnya dan comutator mengubahnya menjadi tegangan DC. Besarnya tegangan yang dibangkitkan sesuai dengan kecepatan perputaran dan polaritas tergantung pada arah perputarannya. Rangkaian listrik dari tachogenerator D.C magnet permanent yang disediakan oleh unit DIGIAC 1750 diperlihatkan pada gambar 10 dibawah ini. + 12V M O/P 0 V - 12V Gambar 7.10 Rangkaian Listrik dari Tachogenerator D.C Magnet Permanent Pada rangkaian gambar 7.10 dioda dipasang untuk menahan ripple tegangan yang mungkin dibangkitkan oleh proses komutasi yaitu perubahan dari A.C ke D.C untuk maximum tegangan sebesar 12 V. Karakteristik utama dari tachogenerator DC magnet permanent adalah sebagai berikut: Tegangan rangkaian terbuka (12 V ke motor) Arus rangkaian hubung singkat (12 V ke motor) Impedansi output Noise output = 10,5 V = 750 ma = 7 Ω = 200 mv p-p

9 C. GAMBAR PERCOBAAN Power Amp. I/P DC. MOTOR Stotted Opto + 12 V B 10 K C Counter Timer I/P O/P Time O/P Free Run 0 V A Reset Count 1s Gambar 7.11 Karakteristik Transduser Opto Slot dan Aplikasinya untuk Menghitung dan Mengukur Kecepatan Reflective Opto Sensors C B A 0 V V Gambar 7.12 Karakteristik Transduser Opto Pantul dan Pirigan Kode Abu- Abu 40 khz Osc. Inductive Sensor A.C. AMP F.W. Rect. 10 K 10 Turn + 5 V A 0 V Diff. Amp. B A Amp. # ,1 1,0 Amp. # ,1 1, V Gambar 7.13 Rangkaian Karakteristik Transduser Induktif From Amp #2 O/P Differ Entiator L.P. Filter Counter Timer I/P Time Free Run Reset Count 1s Gambar 7.14 Rangkaian Karakteristik Transdser Induktif dari Amplifier #2

10 Hall Effect Sensor Counter Timer I/P Time Free Run - + Reset Count 1s Gambar 7.15 Rangkaian Karakteristik Transduser Efek Medan 0V V Tachogen Slotted Opto Counter Timer I/P Time Free Run Reset Count 1s Gambar 7.16 Karakteristik Tachogenerator DC Magnet Permanent D. ALAT DAN BAHAN 1) Karakteristik Transduser Opto Slot dan Aplikasinya Untuk Menghitung dan Mengukur Kecepatan Unit Transduser Opto Slot Unit Counter/ Timer Voltmeter Digital 20 V Motor D.C Power Amplifier Resistor Kawat Gulung 10 K Jumper/ Kabel Penghubung secukupnya 2) Karakteristik Transduser Opto Pantul dan Pirigan Kode Abu-Abu Unit Transduser Opto Pantul Voltmeter Digital 20 V

11 3) Karakteristik Transduser Induktif Unit Transduser Induktif Osilator 40 KHz Penguat A.C Penyearah Gelombang Penuh Penguat Diffrensial Penguat #1 Penguat #2 Meter Kumparan Putar V Resistor 10 Putaran 10 K Jumper/ Kabel Penghubung secukupnya 4) Karakteristik Transduser Efek Medan Unit Transduser Efek Medan Penguat Diffrensial Voltmeter Digital 20 V Penguat #1 Meter Kumparan Putar V Unit Counter/ Timer Jumper/ Kabel Penghubung secukupnya 5) Karakteristik Tachigenerator D.C Magnet Permanen Unit Tachogenerator Voltmeter Digital 20 V Meter Kumparan Putar V Penguat #1 Unit Transduser Opto Slot Timer/ Counter Jumper/ Kabel Penghubung secukupnya

12 E. LANGKAH KERJA : 1. Karakteristik Transduser Opto Slot dan Aplikasinya untuk Menghitung dan Mengukur Kecepatan 1. Siapkan alat dan bahan yang digunakan 2. Hubungkan rangkaian seprti tampak pada gambar 7.10 dan atur tombol resistor kawat gulung 10k untuk output tegangan nol, yaitu putar penuh counter searah jarum jam 3. Nyalakan power supply dan catat tegangan output dari soket output trannsduser opto slot dan juga keadaan penunjukan LED : a) Dengan sinar terpancar karena piringan aluminium b) Dengan sinar diterima melewati slot pada piringan aluminium Catatan : batang motor dapat diputar dengan tangan, menggunakan piringan aluminium besar yang disediakan pada transduser efek medan 4. Masukkan hasil pengukuran tegangan output dan keadaan LED pada tabel. 5. Tempatkan saklar pada timer/counter masing-masing pada posisi count dan free run. Display harus menunjukan nol, jika tidak, tekan reset. Sekarang putar batang motor kebelakang dan kedepan sehingga slot piringan aluminium lewat diantara transduser opto 6. Catat tampilan counter tampilannya harus kenaikan 1 setiap kali slot sejajar dengan sinar transduser. Benarkah? Percobaan ini menunjukkan kegunaan transduser opto untuk aplikasi hitungan 7. Sekarang putar tombol resistor kawat gulung 10K searah jarum jam. Motor DC akan beroperasi dan memutar batang. Atur kecepatannya untuk nilai yang rendah. Pengaturan tombol 2,5 akan sesuai dengan keadaan tersebut 8. Nilai counter akan meningkat satu kali untuk tiap putaran batang motor DC dan dapat digunakan untuk mengukur kecepatan putar

13 9. Tekan tombol reset dan tahan. Dengan sebuah jam atau stop watch jika ada, lepaskan tombol reset pada tombol tertentu dan catat nilai hitungan setelah satu menit nilai ini menunjukkan kecepatan putar batang motor DC pada putaran per menit. Masukkan nilainya pada tabel. 10. Ulangi langkah kerja tersebut untuk kecepatan sedikit lebih tinggi dan masukkan nilainya pada tabel. 11. Sekarag tempatkan sakelar counter/timer pada posisi free run/1s pada posisi 1s (1 second). Atur tombol resistor 10K untuk penyetelan 5 sehingga kecepatan motor lebih tinggi. Tekan tombol reset pada counter menyatakan jumlah putaran per-detik dari batang motor. Tekan kembali tombol reset / Nilai tampilan harus sesuai dengan nilai sebelumnya. Masukkan nilainya pada tabel Ulangi langkah kerja dengan mengatur resisitor control seperti tampilan pada tabel dan untuk setiap pengaturan cacat kecepatan roda seperti ditampilkan pada conter. Gabungan transduser dan counter memungkinkan kecepatan ditentukan dengan cepat. 13. Atur kecepatan motor ke 1800 rev/min (30 rev/sec) dan catat pengaturan control yang diperlukan untuk hal ini. Pengaturan control untuk kecepatan 1800 rev/min. Apakah mudah untuk mengatur kecepatan yang ditentukan?. 2. Karakteristik Transduser Opto Pantul dan Pirigan Kode Abu-Abu 1. Hubungkan rangkaian seperti tampak pada gambar 7.11 dan dengan sumber menyala, catat tegangan ada setiap soket output untuk keadaan berturut-turut LED OFF dan ON. Putar kendali roda dengan tegangan untuk mengubah keadaan LED. 2. Masukkan nilainya pada tabel. 3. Sekarang putar roda sampai pada posisi dengan semua LED OFF Putar Roda dan catat sudut akhir yang semua LED OFF. Ini harus 45. Apakah benar?.

14 4. Dengan roda awal pada posisi dengan semua LED OFF, putar roda berlawanan arah jarum jam, ketika melihat pada sisi roda dari piringan, dan catat keadaan dari LED apda setiap perubahan keadaan. Catat kembali LED OFF sebagai keadaan logika 0 dan LED ON sebagai keadaan logika 1. Masukkan nilai-nilainya pada tabel. Apakah urutannya sesuai dengan yang diperlihatkan pada gambar Karakteristik Transduser Induktif 1. Hubungkan rangkaian seperti diperlihatkan pada gambar 7.12 atur tombol gain penguat A.C ke posisi 100 dan penguat #1 dan #1 pada posisi 10 untuk Coarse gain dan 1,0 untuk Fine gain dan atur kembali roda dengan slot piringan pada posisi vertical paling atas. 2. Pindahkan jumper dari input ke penguat differensial dan nyalakan sumber tegangan. 3. Hubungkan MC meter output penguat #1 dan atr tombol offset untuk mendapatkan output mendekati nol dan kemudian atur coarse gain pada posisi 100. sekarang pindahkan probemeter ke output penguat #2 dan atur tombol offset untuk output nol. Kedua tombol offset amplifier tersebut telah diatur dengan tepat. 4. Pindahkan jumper ke input penguat differensial dan atur tombol resisitor 10 putaran 10 K sehingga meter menampilkan nol. Mungkin sebaiknya mengatur Coarse gain penguat #1 ke posisi 10 lebih dahulu untuk memungkinkan penyeimbangan ditetapkan dan kemudian putar lagi ke posisi 100 untuk pengaturan akhir selama pengaturan akan mengoreksi dengan penguatan amplifier yang sangat tinggi. 5. Catat pembacaan meter dengan piringan pada posisi tersebut dan juga dengan roda diputar sehingga slot tepat diatar inductor. Tegangan output dengan piringan diatas inductor. Tegangan output dengan slot diatas inductor. Apakah output berubah ketika slot berada diatas inductor? 6. Hubungkan output dari penguat #2 ke Counter melalui Low Pass Filter dan differensiator seperti pada gambar 7.12.

15 7. Atur control low pass filter dan diffrensiator pada posisi 1s dan atur tombol pada counter pada posisi Count dan 1s. 8. Atur tombol Coarse gain penguat #2 ke posisi 100 dan dengan kabel input dipindahkn ke pengaut differensial, atur tombol offset penguat #2 untuk memperoleh tegangan output nol. 9. Pindahkan kabel input ke penguat diffrensial, atur tombol offset penguat #2 untuk memperoleh tegangan output nol. Pindahkan kabel input ke penguat differensial, atur slot piringan pada posisi vertical atas dan kemudian atur resistor 10 putaran 10K sehingga diperoleh tegangan output sebesar +10V. Dengan slot diatas induktor tegangan output harus berubah ke -10V. 10. Sekarang pasang input pada motor DC sehingga putaran motor lebih lambat. Tekan tobol reset pada counter dan catat nilai tampilannya, nilai ini menyatakan kecepatan dalam sauna rev/sec. Pindahkan kabel input counter dari output diffrensial dan hubungkan ke output transduser opto slot. Tekan tombol reset pada counter dan catat pembacaan tampilan yang juga mewakili kecepatannya. Bandingkan kedua nilai tersebut 11. Ulangi langkah kerja diatas untuk penyetelan yang lain dari kecepatan roda untuk perbandingan dan masukkan nilainya pada table. apakah nialainya sebanding? 4. Karakteristik Transduser Efek Medan 1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 7.14 dan atur tombol coarse gain penguat #1 ke posisi 10 dan fine gain keposisi 1,0. 2. Atur posisi roda putar sehingga magnet pada piringan efek medan berada pada posisi garis horizontal sehingga tidak ada medan magnet memotong peralatan medan magnet,catat tegangan output dari soket (+) dan (-) peralatan efek medan dengan Voltmeter. 3. Masukan nilainya pada tabel.

16 4. Sekarang putar piringan sehingga magnet tepat berada diatas peralatan efek medan. Posisi ini akan menunjukkan perubahan. Tegangan maksimum pada sekot output yang lain. Masukkan nilainya pad tabel. 5. Atur magnet pada posisi horizontal dan kemudian atur tombol offset penguat #1 untuk penunjukan output nol pada M.C meter. 6. Sekarang atur magnet agar berada diatas peralatan efek medan dan catat tegangan outputnya. Masukkan nilainya pada tabel. 7. Hubungkan output penguat#1 ke input Counter/Timer dan tempatkan tombolnya masing-masing pada posisi Count dan 1s. 8. Gunakan input ke motor sehingga roda berputar lebih lambat, tekan tombol reset dan catat nilai tampilannya, nilai ini menyatakan kecepatan putar roda alam rev/sec. 9. Pindahkan input ke counter dari output penguat #1 dan tempatkan pada output unit opto transduser. Tekan tombol reset counter dan catat nilai tampilannya, nilai kecepatan ini untuk perbandingan dengan pembacaan sebelumnya. Masukan nilainya pada tabel. 10. Ulangi langkah kerja untuk harga kecepatan melebihi skala penuh yang diperbolehkan untuk perbandingan. Apakah nilainya sebanding?. 5. Karakteristik Tachigenerator D.C Magnet Permanen 1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 7.15, atur tombol counter pada posisi Count dan 1s dan atur tombol Coarse gain pada posisi 10 dan fain gain pada posisi 0,1 dari penguat #1. 2. Gunakan sebuah input ke motor dan atur kecepatan roda mencapai 5 rev/sec yang ditunjukkan oleh counter setelah menekan tombol reset. Catat tegangan output yang ditunjukkan oleh dua Voltmeter dan masukkan nilainya pada tabel. 3. Ulangi langkah kerja diatas untuk penyetelan kecepatan roda yang pada bidang yang disediakan. 4. Gambarkan grafik perbandingan tegangan output terhadap kecepatan roda pada bidang yang disediakan. Apakah tegangan outputnya sebanding dengan kecepatan roda?

17 5. Sekarang kita akan megkalibrasi M.C. Meter untuk menunjukkan kecepatan secara langsung. Kecepatan maximum dari putaran roda yang diperbolehkan 40 Rev/sec. Yaitu 2400 rev/min. 6. Kita akan mengkalibrasikan skala sehingga 10 V mewakili 200 rev/min. Hubungkan M.C Meter ke output penguat #1 seperti ditunjukkan pada gambar Dengan putaran konstan, atur tombol offset dari penguat #1 untuk pembacaan nol pada M.C. meter. 8. Gunakan sebuah input ke motor dan atur kecepatan roda mencapai 200 rev/min. (33 rev/sec). Atur tombol fine gain penguat #1 sehingga M.C. Meter menunjukkan 10 V. Sekarang skala tegangan dikalibrasi sehingga 10 V mewakili 200 rev/min.. 9. Periksa nilai yang lain terhadap nilai yang diperoleh dari opto transduser dan counter. Masukkan nilainya pada tabel. Apakah nilainya sebanding.