Pengukuran Teknik STT Mandala

Isi Pendahuluan sinyal listrik dalam pengukuran Pengkondisian sinyal listrik hasil pengukuran Penguat sinyal Pembagian sinyal tegangan Penyaringan sinyal listrik Pengkonversian sinyal Peralatan indikator dan perekaman data

Pendahuluan Hampir semua sensor untuk pengukuran saat ini menghasilkan output sinyal listrik Yang biasanyadiukur: - Teganganlistrik(mis: 0 5 V, 0 10 V) - Aruslistrik(standar: 4 ma 20 ma) - Frekuensi/pulsa(denganfrequency counter/pulse counter)

Teganganlistrik Accelerometer ( di smartphone)

Aruslistrik Pressure transmitter

Frekuensi/pulsa Pressure transmitter

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik 1. Mudah untuk mengirim data sinyal listrik dari satu titik pengukuran ke titik pengumpulan data

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik 2. Mudah untuk memperkuat, menyaring atau memodifikasi sinyal

Keuntungan sensor dengan output sinyal listrik 3. Mudah untuk merekam/menyimpan sinyal

Tahap-tahapdalamsistem pengukurandengansinyallistrik

Terminologi Sensor : peralatan peraba dengan output listrik Transducer : peralatan yang mengkonversi informasi proses pengukuran Sensor adalahtransducer Istilahlain daritransducer : gage, cell, pickup, transmitter etc

Pengkondisiansinyal Beberapa tahap-tahap dalam pengkondisian sinyal: Penguatan sinyal Pengurangan sinyal Penyaringan sinyal Diferensiasi/integrasi Linearisasi Konversisinyaldarisatubentukkebentuklainnya, misalnya dari tahanan listrik ke tegangan listrik etc

Pengkondisiansinyal

Penguatansinyal Banyak transducer yang menghasilkan sinyal dengan teganganrendah mv atauµv (mis: thermocouple dalam mv) Sulit untuk mengirim sinyal yang sangat kecil tsb dan sistem pemroses(mis: CPU) memerlukan tegangan input dalamrentang 0-5 V atau0-10v Teganganyg keciltsbbisadiperbesardengan: amplifier

Penguattegangan Gain = V o /V i gain dalam rentang `1-1000 kadang bisa sampai 10000 Dalam decibels (db) G db = 20 log 10 G=20 log 10 V o /V i

ResponsFrekuensiAmplifier Amplifier dapat memiliki gain yang berbeda untuk frekuensi sinyal yang berbeda Rentang frekuensi di mana gain yg diperoleh konstan: Bandwith f c : cut-off frequency

Loading Error I=V/R=0,095 /(500+4000) = 0,0211 ma V amp = RI = 4000x0,0211.10=3 = 84,4 mv Terjadi loading errror sebesar 10,6 mv (11%)

Operational Amplifier simbol Model yg disederhanakan Secara umum: V o =g (V p -V n ) Di manag = gain dariop-amp

Noninvertingamplifier G = 1 + R 2 /R 1 f c = GPB/G di mana GBP : gain-bandwith product Yang merupakan karakteristik sebuah op-amp contoh: op amp µa741, GBP = 1 MHz φ = -tan -1 f/f c Respons frekuensi

Ilustrasi Tentukannilai tahananr1 danr2 untukop-amp 741 dengangain 10 Tentukan cut-off frequency dan pergeseran fase dari tegangan input sinusoid dengan frequency 10000 Hz Solusi : G = 10 = 1 +R 2 /R 1 Jikadipilih R1=10 kω, R2 adalah90 kω Op-amp 741 memiliki GBP 1 MHz Maka f c = GBP/G = 10 6 /10 = 100 khz Sudutfasepada10 khz φ = -tan -1 f/f c = -tan -1 10000/100000 = -5,7 0

Inverting amplifier G = -R 2 /R 1 GBP inv = R 2 /(R 1 +R 2 ) x GBP noninv

Pengurangansinyaltegangan Dalampengukuran, kadang terjadioutput tegangan mempunyai nilai yang lebih tinggi darirentang input komponen pemrosesan berikutnya, maka tegangan tsb harus dikurangi (attenuate), contohnya dengan voltage divider

Penyaringsinyal(filter) Filter : rangkaian yang meloloskan sinyal dengan frekuensi tertentu dan Menolak atau mengurangi sinyal dengan frekuensi lainnya Low pass filter High pass filter Band-pass filter Band-reject filter

Low-Pass Filter RC Filter f c = 1 2πRC V V out in = 1+ 1 ( f/ f ) 2 c

High-Pass RC Filter f c = 1 2πRC V V out in = 1 ( f/ fc) + ( f/ f ) 2 c

Ilustrasi Suatu sinyal hasil pengukuran mempunyai frekuensi kurang dari 1 khz teta[o terdapat sinyal lain (noise) dengan frekuensi 1 MHz. Rancanglah sebuah filter RC yang mengurangi noise hingga 1%nya dengan menggunakan kapasitor 0,01 mf. Apakah efek dari filter tersebut terhadap sinyal yang dengan frekuensi maksimumnya(1khz)

Ilustrasi Sinyal pulsa untuk motor step dikirimkan pada frekuensi 2000 Hz. Rancanglah sebuah high-pass filter untuk mengurangi noise berfrekuensi 60 Hz (dari listrik jalajala) dan mengurangi sinyal pulsa tidak lebihdari 3 db.

Tahapperancanganfilter Tentukan cut-off frequency Tentukan nilai kapasitor yg digunakan berdasar standaryang ada(pf µf) Tentukantahananygdiperlukan(1kΩ 1 MΩ) Cari tahanan standar yg dekat dgn hasil perhitungan tsb Pertimbangkan tolerasi tahanan dan kapasitor

Band-pass filter H H L C R f 2π 1 = L L H C R f 2π 1 = ( ) ( ) [ ] L H H L L H H in out R R r f f r f f f f f f V V = + + + = 2 2 2 2 1

Filter lain Band-reject filter Twin-notch filter

Konversisinyaltahanan-tegangan ( )( ) 4 1 2 3 4 2 3 1 4 1 2 3 4 2 4 3 1 3 RR R R V R R R R RR R R V V R R R V V R R R V V V V b a b a = + + = + = + = = Jembatan Wheatstone

Ilustrasi Tentukan 1. R 4 jikajembatanwheatstone menjadi noldengan R 1 = 1000 Ω, R2 = 842 Ω, and R 3 = 500 Ω. 2. Offset teganganjikategangansupply 10.0 V. tahanan2 di jembatanadalahr1 = R2 = R3 = 120 Ω and R4 = 121 Ω.

Konversiarusketegangan

Digital Multimeter

Oscilloscope

Strip-chart recorder

Terima kasih