PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) SKRIPSI MASRIA PANE

Transkripsi

1 PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains MASRIA PANE DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PERSETUJUAN Judul Kategori Nama Nim Program Studi Departemen Fakultas : Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer) : Skripsi : Masria Pane : : Sarjana (S1) Fisika : Fisika : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Disetujui di : Medan, 20 Agustus 2013 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Drs. Takdir Tamba, M.Eng,Sc Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc NIP NIP Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP

3 PERNYATAAN PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, 20 Agustus 2013 MASRIA PANE

4 PENGHARGAAN Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaannya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Dr. Bisman Perangin angin, M.Eng,Sc dan Bapak Drs. Takdir tamba, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini 2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta, kepada Bapakku W. Pane (alm) dan Ibuku T. M. Sidabutar yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi, dorongan spritual, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis. 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi. 4. Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Bapak Sigit Arianto, M.Eng selaku pembimbing pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, Pak Andi, Bapak Dr. Masno Ginting, Bapak Pardamean Sebayang, Ibu Ani, Pak Prabowo, dan seluruh staf dan karyawan P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih.

5 5. Terimakasih buat adik-adikku tersayang Mey Elyzabeth Pane, Johannes Haessler Pane, Novianty Pane, Fitri Rosa Nurida Pane, dan Eri Immanuel Pane yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis. 6. Kepada teman-teman stambuk breaving, Agus, Azay, Ade, Andrian, Septiana, Helen, Jeny, Stevani, Emy, Harty, Weny, Monora, Gusning, Zanah, Ferdy, Ophi, Fitri Yuniati, Esra, Valent, Istas, Andiko, Timbul, Natan, Josua, Eldo, Silvi, Sony, Kalam, Poltak, Herdi, Enra, Sabam, Resdina, Vila dan Rieni, yang telah memberikan partisipasi, semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses. Amin. 7. Sahabat- sahabatku Lia samosir, Yenny Tarigan, Sahat Butar- Butar yang memberikan motivasi dan doa kepada penulis. 8. Teman-teman Asisten Laboratorium Elektronika Lanjutan yang saling mendukung di dalam laboratorium. 9. Adik-adikku dari Stambuk 2010, 2011 dan 2012 terutama buat Gunawan Sitorus yang telah rela meluangkan waktunya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya. Medan, 20 Agustus 2013 Penulis

6 PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) ABSTRAK LVDT (Linear Variable Differential Transformer) merupakan salah satu jenis sensor perpindahan. Sensor LVDT ini bekerja jika sudah ada pengkondisi sinyal. Pengkondisi sinyal ini mencakup generator gelombang sinus dan demodulator. Rangkaian osilator dan demodulator yang dirancang menggunakan Op Amp. Sensor LVDT ini bekerja berdasarkan prinsip fluks magnetik yang dibangkitkan pada inti besi oleh induksi yang berasal dari kumparan primer. Tegangan masukan LVDT merupakan tegangan bolak-balik (AC), sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan juga berupa tegangan bolak-balik. AC magnitude diperoleh dengan menggeser inti sensor dengan menggunakan micrometer sekrup. Pergeserannya dapat kita lihat pada dengan menganalisa gelombang yang dihasilkan pada osilokop. Apabila gelombang yang dihasilkan kedua kumparan sama, maka posisi inti merupakan posisi nol. Perubahan bentuk gelombang yang dihasilkan menunjukkan arah pergeseran posisi inti terhadap kumparan sekunder satu dan sekunder dua. AC magnitude yang dihasilkan oleh kumparan sekunder satu dan sekunder dua dapat menunjukkan pengkondisi sinyal yang dibuat bekerja atau tidak. Sinyal posisi input yang dipicu oleh rangkaian osilator yakni gelombang sinus kemudian ditransmisikan ke primer LVDT yang menjadi tegangan input untuk sensor LVDT dan tegangan dari sekunder harus didemodulasikan untuk menghasilkan tegangan DC. Tegangan DC yang dihasilkan merupakan konversi jarak perpindahan dari sensor LVDT. Kata kunci : Pengkondisi sinyal, LVDT, Pergeseran

7 PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) ABSTRACT LVDT (Linear Variable Differential Transformer) is one type of displacement sensors. LVDT sensor is working if there is already a signal conditioner. Signal conditioners include sine wave generator and demodulator. Oscillator and demodulator circuits are designed using the Op Amp. The LVDT sensors work on the principle of magnetic flux in the iron core generated by induction from the primary coil. LVDT input voltage is an alternating voltage (AC), so that the output voltage is also generated in the form of alternating voltage. AC magnitude is obtained by shifting the sensor core by using a micrometer screw. The shift can be seen in the waves generated by analyzing the osilokop. If the waves generated at the second coil, the core position is zero position. The resulting waveform changes showed a shift towards the core position of the secondary coil and two secondary one. AC magnitude generated by a secondary coil and two secondary can show signal conditioners are made to work or not. Position of the input signal that is triggered by a sine wave oscillator circuit which is then transmitted to a primary LVDT input voltage to the sensor LVDT and the voltage of the secondary must be demodulated to produce a DC voltage. The resulting DC voltage is a conversion of the sensor LVDT displacement distance. Key word: Signal conditioning, LVDT, Displacement

8 DAFTAR ISI Halaman ii iii iv vi vii viii x xi xiii Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Bab I Pendahuluan 1. 1 Latar Belakang 1. 2 Rumusan Masalah 1. 3 Batasan Masalah 1. 4 Tujuan Penelitian 1. 5 Manfaat Penelitian 1. 6 Metodologi Penelitian 1. 7 Sistematika Penulisan Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Sensor Pengenalan LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) Karakteristik LVDT Prinsip kerja LVDT 2.2 Operational Amplifier Op Amp non inverting Op Amp inverting Rangkain penjumlah Rangkaian Penguat diffrensial 2.3 Signal Conditioning Fungsi umum pengkondisi sinyal Bab III Perancangan Sistem 3.1 Perancangan Hardware Pembuatan Rangkaian Power Supply Adaptor ( PSA) Rangkaian Integrator Rangkaian Filter Aktif Rangkaian Osilator Rangkaian Inverting Rangkaian Penguat Power Demodulator Rangkaian Inverting Summing Amplifier Rangkaian Filter Pasif

9 Pembuatan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 3.2 Alat Pengujian 3.3 Rancangan Sistem Pengukuran Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal Generator Pengukuran dan Karakterisasi sensor LVDT dengan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 3.4 Analisa Data 3.5 Diagram Kerja Bab IV Pengukuran dan Analisa 4.1 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk AC Magnitude Pengukuran AC Magnitude menggunakan Sinyal Generator Pengukuran AC Magnitude menggunakan Circuit Signal Conditioning 4.2 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk Nilai DC output (Sensifitas) Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran Daftar Pustaka Lampiran

10 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Asumsi dasar Op Amp Ideal Tabel 4.1 Pengujian untuk output AC Magnitude Sinyal Generator Tabel 4.2 Pengujian untuk output AC Magnitude Rangkaian Signal Conditioning Tabel 4.3 Pengujian Tegangan Keluaran DC dari Rangkaian Pengkondisi Sinyal

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Penampang LVDT Gambar 2.2 Konstruksi LVDT Gambar 2.3 Bentuk LVDT Gambar 2.4 Skema LVDT Gambar 2.5 Bentuk gelombang LVDT Gambar 2.6 Op Amp non inverting Gambar 2.7 Op Amp inverting Gambar 2.8 Rangkaian Penjumlah Gambar 2.9 Rangkaian Penguat Diffrential Gambar 2.10 Memproses sinyal arus Gambar 2.11 Perubahan dalam variabel induktansi L Gambar 3.1 Blok diagram pengkondisi sinyal LVDT Gambar 3.2 Set Up pengkondisi sinyal Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) Gambar 3.4 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 1, 2, dan 3 Gambar 3.5 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 12, 13 dan 14 Gambar 3.6 Rangkaian Filter Aktif Gambar 3.7 Rangkaian Osilator Gambar 3.8 Rangkaian Inverting untuk LVDT Primer Gambar 3.9 Rangkaian Inverting untuk LVDT Sekunder Gambar 3.10 Rangkaian Penguat Power AB Gambar 3.11 Rangkaian Demodulator Gambar 3.12 Rangkaian Penguat Penjumlah Gambar 3.13 Rangkaian Filter Pasif Gambar 3.14 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Primer Gambar 3.15 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable Diffrential Transformer) Sekunder 1 dan sekunder 2. Gambar 3.16 Diagram Blok Pengukuran dan Karakteristik Sensor LVDT menggunakan sinyal generator Gambar 3.17 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan sinyal generator Gambar 3.18 Flowchart Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal Generator dengan variasi jarak Gambar 3.19 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Rangkain Pengkondisi Sinyal Gambar 3.20 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal. Gambar 3.21 Flowchart Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Rangkaian pengkondisi sinyal dengan variasi jarak Gambar 3.22 Flowchart Proses Penelitian Gambar 4.1a Gambar gelombang antara tegangan sekunder

12 dan sekunder 2 pada jarak 0 mm Gambar 4.1b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 2,5 mm Gambar 4.1c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm Gambar 4.1d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm Gambar 4.1e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -4mm Gambar 4.2 Grafik Jarak terhadap Tegangan AC Magnitude Signal Generator Gambar 4.3a Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 0 mm Gambar 4.3b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 2,5mm Gambar 4.3c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm Gambar 4.3d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm Gambar 4.3e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 dan sekunder 2 pada jarak -4mm Gambar 4.4 Grafik Rasio Tegangan AC magnitude terhadap Jarak menggunakan Signal Conditioning Gambar 4.5 Grafik tegangan output DC terhadap Jarak

13 DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN A LAMPIRAN B Rangkaian Lengkap Data Sheet Sensor LVDT 58 59