TUGAS MATA KULIAH SENSOR

TUTORIAL KE-7

(Disusun untuk memenuhi tugas kuliah semester 6)

Disusun Oleh

Chandra Agung Yuliar 211 341 059

3 AEB

Teknik Otomasi Manufaktur dan Mekatronika

POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG

2013

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

I. LVDT

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu

sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan

variabel antara gandengan variable antara kumparan primer dan kumparan

sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-

an. Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas diunakan. Pada

aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor

mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor jarak.

Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah

kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan

tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan

didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-

magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua

kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan

sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang

sama.

• Terdiri dari :

– Inti besi yang bergerak

– Kumparan primer

– Sepasang kumparan sekunder

• Kumparan Primer

– terhubung dengan tegangan AC sebagai tegangan acuan

• Kumparan Sekunder

– Berjumlah 2 buah, terletak di samping kiri dan kanan kumparan

primer saling terhubung secara seri satu sama lain.

POLMAN BANDUNG Page 1

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Cara kerja:

• Inti berada di tengah-tengah maka :

– Flux S1 = S2

– Tegangan induksi E1 = E2

– Enetto = 0

• Inti bergerak ke arah S1 maka :

– Flux S1 > S2

– tegangan induksi E1 > E2,

– Enetto = E1 - E2

• Inti bergerak ke arah S2 maka :

– Flux S1 < S2

– Tegangan induksi E1 < E2

– Enetto = E2 – E1

POLMAN BANDUNG Page 2

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

• Karakteristik Magnitudo Tegangan AC

– Max S1, Linear menurun

– Di tengah-tengah, titik balik kurva

– Max S2, Linear meningkat

– Karakteristik Sudut Fase output

– Sudut fase akan berubah 180 derajat tepat ketika inti berubah posisi

di tengah-tengah S1 dan S2

• Karakteristik keluaran tegangan DC

– Max S1, linear meningkat bernilai negatif

– Di tengah-tengah, bernilai 0 volt

– Max S2, linear meningkat bernilai positif

POLMAN BANDUNG Page 3

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Cara Kerja

- 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 sebading dengan perubahan posisi inti

magnetic

POLMAN BANDUNG Page 4

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

- hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan

Skema LVDT

Gambar LVDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi LVDT, (b) Rangakaian

listrik, (c) rangkaia uji LVDT, (d) Karakteristik LVDT

POLMAN BANDUNG Page 5

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

- Rangkaian detektor sensitif fasa pembaca perpindahan dengan LVDT

Gambar Rangkain uji elektronik LVDT

Sumber :

http://0ne-science.blogspot.com/2011/05/lvdtlinier-variable-differential.html

http://elektronika-dasar.web.id/search/teori-prinsip-kerja-lvdt

aguseb32.files.wordpress.com/2010

POLMAN BANDUNG Page 6

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

II. 4 Binary Coded Encoder

Rotary encoder adalah divais elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi. Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optik untuk menghasilkan serial pulsa yang dapat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk diteruskan oleh rangkaian kendali. Rotary encoder umumnya digunakan pada pengendalian robot, motor drive, dsb.

Rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang-lubang pada bagian lingkaran piringan. LED ditempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menuju ke piringan. Di sisi yang lain suatu photo-transistor diletakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari LED yang berseberangan. Piringan tipis tadi dikopel dengan poros motor, atau divais berputar lainnya yang ingin kita ketahui posisinya, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-transistor melalui lubang-lubang yang ada, maka photo-transistor akan mengalami saturasi dan akan menghasilkan suatu pulsa gelombang persegi. Gambar 1 menunjukkan bagan skematik sederhana dari rotary encoder. Semakin banyak deretan pulsa yang dihasilkan pada satu putaran menentukan akurasi rotary encoder tersebut, akibatnya semakin banyak jumlah lubang yang dapat dibuat pada piringan menentukan akurasi rotary encoder tersebut.

Gambar . Blok penyusun rotary encoder

Rangkaian penghasil pulsa (Gambar 2) yang digunakan umumnya memiliki output yang berubah dari +5V menjadi 0.5V ketika cahaya diblok oleh piringan dan ketika diteruskan ke photo-transistor. Karena divais ini umumnya bekerja dekat dengan motor DC maka banyak noise yang timbul sehingga biasanya output akan dimasukkan ke low-pass filter dahulu. Apabila low-pass filter digunakan, frekuensi cut-off yang dipakai umumnya ditentukan oleh jumlah slot yang ada pada piringan dan seberapa cepat piringan tersebut berputar, dinyatakan dengan:

 (1)

POLMAN BANDUNG Page 7

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Dimana fc adalah frekuensi cut-off filter, sw adalah kecepatan piringan dan n adalah jumlah slot pada piringan.

Gambar. Rangkaian tipikal penghasil pulsa pada rotary encoder

Terdapat dua jenis rotary encoder yang digunakan, Absolute rotary encoder dan incremental rotary encoder. Masing-masing rotary encoder ini akan dipaparkan pada bagian berikutnya.

ABSOLUTE ROTARY ENCODER

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin.

POLMAN BANDUNG Page 8

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Gambar . Contoh susunan pola 16 cincin konsentris pada absolut encoder

Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Gambar . Contoh piringan dengan 10 cincin dan 10 LED – photo-transistor untuk membentuk sistem biner 10 bit.

Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4 buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute encoder tipe gray code dan tipe binary code.

Gambar . Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe gray code

Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu. Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit. Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi

POLMAN BANDUNG Page 9

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

dari poros yang kita ukur dapat kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.

Gambar . Contoh diagram keluaran absolut encoder 4-bit tipe binary code

Tabel 1. Output biner dan posisi yang bersesuaian pada absolute encoder 4-bit

Sumber : http://konversi.wordpress.com/2009/06/12/sekilas-rotary-encoder/

POLMAN BANDUNG Page 10

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

III. Sensor Proximity Inductive

Sensor kedekatan induktif adalah alat yg merasakan keberadaan suatu objek

logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat maka aka nada arus

listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Suatu pemakaian diperlihatkan pada

gambar 4-3 (c).Sensor kedekatan ( A' dan B' ) mendeteksi target A dan B yg

bergerak pada arah yg diperlihatkan oleh anak panah. Ketika A mencapai A'

mesin berbalik arah putarnya, mesin berbalik lagi ketika B mencapai B'. Pada

prinsipnya sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan

output elektronis (gambar 4-3).

Gambar 4.3. Sensor kedekatan induktif

Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk gelombang ac

dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan, osilator bekerja

membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak ada bahan

konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk pada medan

frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan

mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg menyebabkan lebih

kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan perubahan beban

spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan menghidupkan atau

mematikan output elektronik. Apabila objek logam meninggakan wilayah sensor,

osilator membangkitkan lagi, membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.

POLMAN BANDUNG Page 11

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Cara kerja

Jika tegangan diberikan, osilator membangkitkan medan magnet frekuensi tinggi.

Jika penghantar didekatkan ke permukaan sensor ini, maka osilator dilemahkan.

Perubahan pada osilator ini dideteksi oleh detektor kemudian menghasilkan sinyal

output.

 

 

Table 1. Sensitivity when different metals are present.

Sn = operating distance.

Fe37 (Iron) 1 x Sn

Stainless steel 0.9 x Sn

Brass - Bronze 0.5 x Sn

Aluminum 0.4 x Sn

Copper x Sn

Sumber : kk.mercubuana.ac.id/files/92059-5-787466124855.doc

POLMAN BANDUNG Page 12

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

IV. Sensor Proximity Kapasitif

Sensor Kedekatan kapasitif adalah alat yang merasakan keberadaan benda yang

konduktif maupun non-konduktif. Kerja sensor ini didasarkan pada prinsip

osilator. Kumparan sisi aktif sensor kapasitif dibentuk oleh dua elektroda logam

(agak mirip dengan kapasitor terbuka). Lihat gambar 4-4.

Gambar 4-4. Sensor kedekatan kapasitif

Elektroda-elektroda ditempatkan pada loop umpan balik dari osilator frekwensi

tinggi yang tidak aktif dengan ”tanpa target”. Pada saat target mencapai sisi

sensor, target memasuki medan elektrostatis yang dibentuk oleh elektroda-

elektroda. Ini menyebabkan kenaikkan kapasitansi perangkaian, dan rangkaian

mulai berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang

membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output elektronis.

Pemakaian tipikal diperlihatkan pada gambar 4-4.b cairan yang mengisi botol

gelas atau plastic dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor proximity

kapasitif. Sensor kedua mendeteksi pengisian, jika sudah mencapai level tertentu

maka pengisian selesai.

Cara kerja

Proximity kapasitif mengukur perubahan kapasitansi medan listrik sebuah

kapasitor yang disebabkan oleh objek yang mendekatinya. Proximity kapasitif

bisa mendeteksi baik benda logam maupun non logam.  

 

POLMAN BANDUNG Page 13

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Table 1. Sensitivity when different materials are present. Sn

= operating distance.

Metal ~ 1 x Sn

Water ~ 1 x Sn

Plastic ~ 0.5 x Sn

Glass ~ 0.5 x Sn

Wood ~ 0.4 x Sn

POLMAN BANDUNG Page 14

TUTORIAL MATA KULIAH SENSOR KE - 7

Sumber : kk.mercubuana.ac.id/files/92059-5-787466124855.doc

POLMAN BANDUNG Page 15