Elemen Sistem Pengukuran Metering System Element

Heriyanto

Sensor dan Transduser

Transduser terdiri atas sensor dan dan piranti lain yang mungkin ada, untuk dapat menghasilkan sinyal listrik sesuai dengan nilai medium terukur.

Prinsip Penginderaan

Perubahan sifat bahan: R, C, L

Tegangan listrik yang dihasilkan, akibat mendapat pengaruh medium terukur (suhu, tekanan, regangan, perpindahan, dll.).

Perubahan Resistansi

Resistor variabel (potensiometer). Pengaruh Suhu

PTC (positive temperature coefficient). NTC (negative temperature coefficient).

Pengaruh Cahaya LDR (light dependent resistor).

Pengaruh Gaya (regangan): Strain gage.

Pengaruh Lain: Konsentrasi, kelembapan, dll.

Tegangan yang Timbul

Termokopel (thermocouple). Tegangan yang timbul adalah akibat perbedaan suhu di antara dua titik pertemuan dua jenis logam.

Sel fotoelektrik. Tegangan yang timbul adalah akibat cahaya yang jatuh pada permukaan yang terbuat dari bahan tertentu (cesium atau semikonduktor).

Piezoelektrik. Tegangan yang timbul adalah akibat tekanan pada arah tertentu

Pengaruh Suhu pada Resistansi

DETEKTOR SUHU RESISTANSI (Resistance Temperature Detector, RTD)

TRR o 1

21 TTRR o

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Pengaruh Suhu pada Resistansi

LATIHAN

Sensor PT-100 memiliki hubungan antara suhu dan resistansi sebagai berikut.

R = 100 + 0,385 T

Jika R pada suhu T 111,3 ohm, berapa suhu T?

Pengaruh Suhu pada Resistansi

TERMISTOR Termistor terbuat dari bahan

semikonduktor Koefisien negatif: NTC Koefisien positif: PTC Hubungan antara R dan T,

R = A eB/T

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Keunggulan Termistor Ukuran sensor cukup kecil. Tidak ada problem resistansi kawat

penghubung (sebab resistansi termistor cukup tinggi).

Perubahan resistansi sangat besar (kira-kira 10 kali RTD).

Tahan goncangan.

Pengaruh Suhu pada Resistansi

Kelemahan Termistor Hubungan resistansi termistor terhadap

suhu sangat tidak linier Hanya dapat digunakan untuk rentang

suhu yang sempit (dibatasi suhu maksimum semikonduktor yang rata-rata sampai 150 oC).

Pembangkitan Tegangan

TERMOKOPEL Efek Seebeck

Potensial timbul pada bidang batas dua material jika terjadi perbedaan suhu.

Pembangkitan Tegangan

TERMOKOPEL

Pembangkitan Tegangan

TERMOKOPEL “CA”

Pembangkitan Tegangan

Persamaan Termokopel

22

2121 TTTTE

Pembangkitan Tegangan

LATIHAN

Termokopel menghasilkan GGL sebesar 12 mV pada suhu titik dingin 20oC. Jika adalah 3,5 x 10-2 dan adalah 8,2 x 10-6, hitung berapa suhu titik panas.

Pembangkitan Tegangan

LATIHAN

Diketahui konstanta material termokopel = 3,5 x 10-2 dan = 8,2 x 10-6. Tentukan tegangan termokopel (mV) jika titik panas 220 oC dan titik dingin 20 oC.

Pengaruh Suhu pada Resistensi

LATIHAN

Jelaskan mengapa, pada detector suhu resistansi (RTD) berbeda dengan termokopel, bahwa suhu head tidak berpengaruh pada nilai pengukuran suhu?

Transmiter

LATIHAN

Jelaskan keuntungan pemakaian sinyal standar 4..20 mA atau 0,2…1 bar.

Pengaruh Suhu pada Pemuaian

Tekanan Uap

Kenaikan suhu menghasilkan pemuaian atau evaporasi cairan sehingga tekanan naik.

Suhu ditunjukkan dengan memakai pengukur tekanan sederhana.

Pengaruh Suhu pada Pemuaian

Tekanan Uap Kenaikan suhu menghasilkan pemuaian

atau evaporasi cairan sehingga tekanan naik.

Suhu ditunjukkan dengan memakai pengukur tekanan sederhana.

Perubahan tekanan fluida dapat diubah ke sinyal listrik, saklar listrik (untuk alaram) atau sebagai saklar termostat

Pengaruh Suhu pada Pemuaian

Tekanan Uap

Pengaruh Suhu pada Pemuaian

BIMETAL

Sensor bimetal terdiri dua lapis logam yang memiliki koefisien muai berbeda.

POTENSIOMETER

atauso V

l

xV l

V

Vx

s

o

POTENSIOMETER

POTENSIOMETER

Resolusi potensiometer lilitan kawat dibatasi oleh panjang dan jumlah lilitan, yaitu sebesar, L/n.

Respons dinamik potensiometer dibatasi oleh kelembamam poros konstak geser.

Gangguan yang sering terjadi pada potensiometer adalah bising akibat kontak geser yang kotor.

POTENSIOMETER

Potensiometer dapat dipakai untuk mengukur perpindahan linier yang besar, 10 mm atau lebih, dan putaran sudur 15o atau lebih.

Keuntungan memakai potensiometer adalah murah dan sederhana dalam pengoperasian meskipun akurasinya tidak begitu baik.

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

Terdiri atas tiga buah kumparan disusun secara linier dengan inti magnetik yang dapat digerakkan bebas di dalam kumparan itu.

Suatu tegangan masukan bolak-balik diberikan pada kumparan tengah, dan tegangan keluaran dari kedua kumparan lain.

Tegangan ini bergantung pada kopling magnetik antara inti dan kumparan.

Tegangan keluaran merupakan fungsi dari posisi inti.

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

kumparan sekunder

kumparan primer

inti

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

LATIHAN

Potensiometer lilitan kawat dengan panjang 100 mm memakai kawat berdiameter 0,10 mm yang dililitkan pada sebuah silinder. Tentukan resolusi potensiometer.

Transformator Diferensial Variabel Linier (LVDT)

LATIHANJika potensiometer tersebut memiliki resistansi 2000 ohm dan mampu menyerap daya 2 W, tentukan:(a) tegangan sumber yang diperlukan

agar diperoleh sensitivitas maksimum. (b) Apakah perubahan tegangan sumber

mempengaruhi batas resolusi?

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

Berupa anyaman logam tipis yang direkatkan pada permukaan komponen atau struktur.

Jika komponen atau struktur dibebani maka terjadi regangan pada sensor.

Resistansi sensor akan berubah secara proporsional dengan perubahan regangan yang diakibatkan oleh beban.

Kebanyakan adalah jenis metal-foil dengan alur-alur anyaman yang dibuat dengan proses photoetching.

Panjang sensor berkisar antara 0,2 dan 102 mm.

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

Resistansi standar adalah 120 dan 350 . Bahan sensor regangan sangat rapuh dan

mudah berubah bentuk. Sensitivitas sensor regangan pada

umumnya berkisar 1 - 10 V /(m/m).

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

Misal mula-mula panjang = L Perubahan panjang L Regangan mekanik, = L/L = /E Regangan elektrik, = R/R Gaugae factor, G = /

SENSOR REGANGAN (Strain Gage)

CONTOHStrain gauge dilekatkan pada struktur, memiliki gauge factor 2,1 dan resistansi 120,2 ohm. Struktur di tegangkan dan resistansi berubah menjadi 120,25 ohm. Hitung regangan (strain) dan tegangan (stress). Diketahui, E = 205 GPa.

SENSOR PIEZO ELEKTRIK

Kristal piezoelektrik adalah kristal yang dapat mengeluarkan tegangan listrik (beda potensial) bila mengalami deformasi (perubahan bentuk karena gaya).

Kristal piezoelektrik banyak digunakan sebagai sensor tekanan, pengukuran dinamik, alat pungut (pick-up) pada piringan hitam, dan loudspeaker.

SENSOR PIEZO ELEKTRIK

SENSOR FOTOELEKTRIK

Detektor Tabung Hampa

SENSOR FOTOELEKTRIK

Sensor Fotokonduktif

SENSOR FOTOELEKTRIK

Sensor Fotovoltaik

SENSOR FOTOELEKTRIK

SENSOR Efek-HALL

Sebuah pelat semikonduktor atau konduktor yang dialiri arus, bila dimasukkan dalam medan magnet sehingga arah medan magnet tegak lurus terhadap arah arus, maka akan timbul beda potensial yang arahnya tegak lurus dengan arah arus dan medan magnet.

Latihan

Jelaskan perbedaan antara sensor dan transduser disertai contoh.

Latihan

Apa keunggulan dan kelemahan sensor piezoelektrik dan strain gage?

Latihan

Bandingkan antara RTD platina (PT-100) dengan termistor jika digunakan untuk mengukur suhu.