LVDT (Linear Variable Differensial Transformer)

Transkripsi

1 LVDT (Linear Variable Differensial Transformer) LVDT merupakan sebuah transformator yang memiliki satu kumparan primer dan dua kumparan sekunder. Ketiga buah kumparan tadi, diletakkan simetris pada sebuah tabung isolasi. Kumparan tengah merupakan kumparan primer sedangkan dua lainnya adalah kumparan sekunder yang identik dan dihubungkan secara seri sedemikian hingga keluaran-keluarannya saling berlawanan satu sama lain. Sebuah inti magnetik akan bergerak pada tabung bagian tengah sebagai akibat dari pergeseran yang sedang dimonitor. Inti Magnetik Yang Bergerak + Input AC P S1 S2 V1 - + V2 - V o Output P merupakan Kumparan Primer S 1 dan S 2 merupakan Kumparan sekunder yang identik Apabila suatu tegangan AC dikenakan pada kumparan primer, maka g.g.l bolak balik akan terinduksi pada kumparan-kumparan sekunder. Ketika inti magnet tepat berada di posisi tengah, maka banyaknya fluks magnetik pada tiap kumparan sekunder akan berjumlah sama, sehingga ggl yang diinduksikan pun sama. Karena kedua kumparan ini dihubungkan sedemikian rupa sehingga keluaran-keluarannya saling berlawanan satu sama lain, maka resultannya adalah tegangan keluaran yang besarnya sama dengan nol. Namun, ketika inti magnetik digeser dari posisi tengahnya, fulks magnetik pada salah satu kumparan akan berjumlah lebih besar dibandingkan dengan kumparan yang lain. Akibatnya ggl induksi yang lebih besar akan dibangkitkan pada salah satu kumparan, dan terdapat keluaran neto dari kedua kumparan tersebut. Semakin besar pergeseran semakin besar perbedaan fluks magnetik antara kedua kumparan, sehingga selisih ggl di antara keduanya akan semakin bertambah pula. Karakteristik LVDT: - Memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan sekunder - Dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama - Dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun - Tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebanding dengan perubahan posisi inti magnetic Hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan

2 STRAIN GAUGE Strain gauge terdiri atas sebuah strip foil logam, kawat logam, atau strip bahan semikonduktor yang dapat dilekatkan pada sebuah permukaan seperti halnya perangko surat. Apabila kawat, lembaran logam, strip atau semiknduktor mengalami peregangan maka nilai resistansinya R, akan berubah. Perubahan fraksional resistansi adalah berbanding lurus dengan regangan yaitu: Lembaran Logam Saluran Hubung Dimana G konstanta perbandingan, dikenal dengan istilah factor gauge. Strain gauge logam umumnya memiliki factor gauge order 2,0. Apabila strain gaugae logam diregangkan, maka resistansinya akan bertambah, sedangkan bila dirapatkan resistansinya berkurang. Regangan adalah perubahan panjang /panjang semula, artinya perubahan resistansi merupakan pengukuran perubahan panjang gauge dan permukaan dimana strain gauge dilekatkankan. Jadi sebuah sensor pergeseran dapat dibuat dengan cara melekatkan strain gauge dengan sebuah lengan penyangga, dimana sisi/ujung bebas dari lengan penyangga ini dapat bergerak sebagai akibat dari pergerakan yang sedang di monitor. Pada saat lengan penyangga dibengkokan, strain gauge resistansi listrik yang dilekatkan pada lengan penyangga akan mengalami peregangan dan menghasilkan perubahan resistansi yang dapat di monitor serta merupakan ukuran dari pergeseran yang terjadi.

3 Pergeseran/Perpindahan Ujung bebas lengan Strain Gauge Lengan Penyangga Dengan pemasangan strain gauge seperti gambar diatas, ketika lengan penyangga ditarik ke bawah, maka gauge pada permukaan atas akan meregang, dan gauge pada permukaan bawah akan terkompresi. Jadi pada permukaan bagian atas gauge akan mengalami peningkatan nilai resistansi, sedangkan gauge pada permukaan bawah akan mengalami penurunan resistansi. Umumnya sensor jenis ini digunakan untuk pergeseran linear dengan order 1mm sampai 30mm dengan error non-linearitas berkisar ±1. Salah satu kendala yang harus diatasi terkait dengan penggunaan strain gauge ini adalah resistansi gauge akan berubah saat temperature berubah. Untuk itu perlu dilakukan metodemetode kompensasi untuk menanggulangi perubahan semacam ini.

4 PENGKONDISIAN SINYAL Beragam transduser diperlukan untuk konversi besaran umum menjadi besaran listrik. Tetapi ini pun belum cukup, biasanya sinyal yang berasal dari ransduser belum layak untuk ditampilkan pada display, disimpan dalam media tertentu atau diproses lebih lanjut, sehingga diperlukan rangkaian pengkondisi sinyal. Pengkondisi sinyal digunakan untuk mengubah sinyal listrik ke bentuk dan level yang sesuai dengan elemen-elemen yang lain dalam sistem instrumentasi atau kendali. Sebuah transduser mengukur suatu variabel dinamik dengan mengkonversinya ke dalam sinyal elektrik. Untuk mengembangkan transduser seperti ini, banyak dipengaruhi oleh kondisi alam sehingga hanya ada beberapa tipe yang dapat digunakan untuk mendapatkan hasil yang sesuai. Efek pengkondisi sinyal sering dinyatakan dengan fungsi alihnya (transfer function). Dengan istilah ini kita menghubungkan efek yang ditimbulkan dengan sinyal input. Jadi, sebuah amplifier sederhana mempunyai fungsi alih dari beberapa konstanta yang, ketika dikalikan dengan tegangan input, memberikan tegangan output. Konverter Resistansi Ke Tegangan Berikut ini akan dipaparkan bagaimana perubahan resistansi yang dihasilkan oleh sebuah termistor ketika dikenakan pada suatu temperature dapat dikonversi menjadi perubahan tegangan. Gambar berikut memperlihatkan bagaimana rangkaian pembagi tegangan dapat digunakan untuk tujuan itu. DC 6V Termistor Keluaran Suatu tegangan DC mungkin 6 Volt, diberikan pada termistor dan resistor lain dalam hubungan seri. Dengan termistor yang mempunyai resistansi 4,7 kω, resistor seri yang digunakan dapat bernilai 10 kω. Apabila resistansi termistor berubah, tegangan jatuh pada resistor seri juga akan berubah. Tegangan keluaran berbanding lurus dengan bagian dari resistansi total diantara terminalterminal keluaran jadi:

5 Dimana Vin adalah tegangan input/sumber, dan R t resistansi termistor, dan R resistansi resistor seri. Jadi rangkaian pembagi tegangan dapat dijadikan konverter resistansi ke tegangan yang sederhana. Rangkaian Jembatan. Rangkaian jembatan terutama digunakan sebagai sebuah alat pengukur perubahan tahanan yang akurat. Rangkaian seperti ini terutama berguna bila perubahan fraksional dalam impedansi sangat kecil. Rangkaian potensiometerik juga bisa digunakan untuk mengukur tegangan dengan akurasi yang baik dan impedansi sangat tinggi. Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial. Dalam rangkaian ini, seperangkat impedansi yang telah diketahui secara akurat diatur nilaianya dalam hubungannya terhadap satu yang belum diketahui sampai suatu kondisi yang ada di mana perbedaan potensial antara dua titik dalam rangkaian adalah nol, yaitu seimbang. Kondisi ini menetapkan sebuah persamaan yang digunakan untuk menemukan impedansi yang tidak diketahui berkenaan dengan nilai yang diketahui. Rangkaian Jembatan Wheatstone. Gambar berikut memperlihatkan bentuk dasar dari jembatan ini: A R1 R3 Vs B + Vo - D R2 R4 Elemen resistansi yang dimonitor membentuk salah satu lengan jembatan. Tegangan Keluaran Vo adalaha selisih beda potensial pada R1 yaitu V AB dan R3 yaitu V AD. Berdasarkan hokum pembagian tegangan pada resistor R1 nilai V AB adalah : A C R1 V AB Vs B R2 C

6 Berdasarkan hokum pembagian tegangan pada resistor R3 nilai V AD adalah : A R3 V AB Vs D R4 C Tegangan keluaran Vo adalah selisih potensial antara V AB dan V AD Ketika jembatan dalam keadaan seimbang dimana Vo = 0 maka, Misalkan resistansi adalah sebuah sensor yang nilai resistansinya dapat berubah-ubah. Maka, perubahan resistansi dari menjadi akan member perubahan pada keluaran dari menjadi sehingga persamaan tegangan keluaran akan berubah menjadi:

7 Oleh karena itu, Jika jauh lebih kecil dibandingkan dengan maka penyebut akan mendekati, sehingga persamaan di atas dapat ditulis sebagai: Dengan pendekatan ini, perubahan tegangan keluaran berbanding lurus dengan perubahan resistansi sensor. Oleh karena itu didapatlah sebuah peranti konverter resistansi ke tegangan.

8 CONTOH SOAL 1. Sebuah kumparan kawat platinum akan digunakan sebagai sebuah sensor temperatur dan mempunyai resistansi 100 Ω pada temperatur, jika koefesien temperatur resistansi platinum adalah 0,0039/ tentukan berapa perubahan resistansi untuk perubahan temperatur 1 Jawab Variasi resistansi platinum terhadap temperatur dapat dinyatakan dalam persamaan berikut: Jadi untuk satu derajat perubahan temperatur : 2. Sebuah strain gauge memiliki resistansi awal sebesar 100Ω, jika faktor gauge G sebesar 2. Tentukan besar perubahan Resistansi jika strain gauge mengalami regangan sebesar pada arah panjangnya. Jawab Dengan menggunakan rumus Jadi perubahan resistansi dari strain gauge adalah 3. Sebuah rangkaian jembatan wheatstone mempunyai sensor temperature resistansi 120Ω dengan resistansi 100Ω pada temperatur di salah satu lengannya dengan koefisien temperatur resistansi sebesar /. Pada temperatur ini jembatan dalam keadaan seimbang dengan resistansi masing-masing lengan yang lain sama dengan 100Ω. Berapakah perubahan tegangan keluaran jika terjadi perubahan temperatur sebesar jika tegangan sumber yang diberikan sebesar 10 V.

9 Jawab A R R3 Vs B + Vo - D R2 R4 C Misalkan R adalah resistansi dari platinum dan R2, R3, R4 besarnya adalah sama yaitu 100 Ω. Dan Dengan menggunakan persamaan variasi resistansi platinum terhadap temperatur: Karena perubahan temperatur relatif kecil jika dibandingkan dengan perubahan tegangan keluaran per satu derajat perubahan temperatur adalah maka 4. Sebuah Strain gauge dipasangkan di salah satu lengan jembatan wheatstone, dengan nilai resistansi awal sebesar 100 Ω dan faktor gauge sebesar 2. Jika resistor 100 Ω dipasangkan pada lengan-lengan lainnya. Pada saat strain gauge dalam keadaan normal tidak mengalami regangan atau kompresi, jembatan dalam keadaan seimbang. Jika jembatan diberikan tegangan sumber sebesar 10 volt. Tentukan besar tegangan keluaran Vo jika strain gauge mengalami regangan sebesar pada arah panjangnya! Jawab Dengan menggunakan rumus perubahan fraksional resistansi

10 Maka didapatkan tegangan keluaran Vo sebesar: