LAPORAN PROYEK

KOMPONEN SISTEM KONTROL

JUDUL : SENSOR TEKANAN (PRESSURE TRANSDUCER)

DISUSUN OLEH:Livin (1022015)

Edwards Lie (1022046)

Robin Yosafat (1022076)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

BANDUNG

2012

BAB I

Prinsip Kerja Sensor

Sensor Lutron PS-93DV-20BAR menggunakan prinsip Piezoelectric.

Sensor piezoelektrik bekerja dengan cara sebagai berikut.

Sensor Piezoelektrik memiliki suatu kristal yang diletakkan di atas alas

berbahan dasar dielektrik. Peletakkan kristal di atas bahan dielektrik

dipergunakan untuk mencegah kebocoran arus. Kristal lalu dipasangkan pada

diafragma melintang. Diafragma inilah yang diberi tekanan udara. Saat tekanan

mendorong diafragma sensor, kristal juga turut terdorong, menekan alas yang

berbahan dielektrik yang ada di bawahnya. Bahan dielektrik ini bertindak

layaknya kapasitor, dapat menyimpan dan melepaskan muatan elektron.

Bahan dielektrik ini dapat disimulasikan sebagai sebuah busa pembersih

(sponge). Saat diberikan air, sponge akan menyerap seluruh air yang diberikan

sampai jenuh (tidak dapat menyerap air lebih jauh). Ketika diberikan tekanan

pada sponge basah ini, air akan ‘terdorong’ keluar dari sponge.

Bahan dielektrik pun memiliki cara kerja seperti sponge. Ketika diberi

tegangan, adanya arus dan elektron masuk ke basis dielektrik ini, dan oleh

bahan dielektrik, disimpan. Ketika adanya tekanan oleh kristal, tekanan tadi

‘mendorong’ keluar elektron yang tersimpan di dalam basis dielektrik tadi,

mengakibatkan beda tegangan sebagai akibat dari pergerakan elektron tadi.

Jika melihat kembali konstruksi dari sensor diatas, maka sebenarnya,

bagian dielektrik dari kontruksi di atas mewakili sebuah kapasitor. Dengan

mengingat bahwa sebuah kapasitor memiliki rumus kapasitansi sebagai berikut:

C= ε Ad

dimana C adalah kapasitansi, A adalah luas permukaan pelat, dan d adalah

tinggi dari bahan dielektrik (atau jarak separasi pelat), jika diberikan tekanan

pada bahan dielektrik diatas, maka tinggi d akan turun, mengurangi kapasitansi.

Jika pada awalnya bahan dielektrik diisi penuh oleh elektron, maka saat tinggi d

menurun, karena kapasitansi berkurang, otomatis ada elektron yang harus

terpaksa keluar dari bahan dielektrik ini, karena tempat bagi elektronnya untuk

berada di dalam bahan dielektrik berkurang. Akibatnya, adanya elektron keluar

inilah yang mengakibatkan pergerakan elektron, dan menghasilkan beda

tegangan.

BAB II

Kegunaan Sensor Tekanan

Sensor tekanan merupakan salah satu sensor elektrik yang cukup vital

di bidang industri. Banyak industri yang menggunakan sensor ini dalam berbagai

kebutuhan. Contohnya dapat ditemukan di industri seperti industri otomotif,

biomedis, manufaktur, aviasi, kelautan, dan elektronik.

Di bidang industri otomotif, sensor tekanan sangat berperan banyak

dalam mesin otomotif dan berbagai komponen penting lainnya. Sensor tekanan

digunakan dalam sistem pengereman kendaraan (pengereman kendaraan

dengan menggunakan angin, seperti di bus, atau juga sistem ABS (Anti-Lock

Brake System)). Sensor tekanan juga digunakan di sistem airbag untuk

mendeteksi tabrakan, karena saat tabrakan, badan kendaraan mengalami

peningkatan tekanan yang besar.

Di bidang biomedis, sensor tekanan digunakan dalam pengukuran

banyak hal vital, seperti tekanan darah dan tekanan udara. Selain itu, sensor

tekanan juga dipakai sebagai sensor untuk kontroller-kontroller penting, seperti

pengatur tekanan cairan infus.

Di bidang manufaktur, tekanan merupakan parameter utama dalam

berbagai hal. Pendeteksian tekanan dengan tepat penting diperlukan di dalam

berbagai hal, seperti proses pemanasan, proses pengovenan komponen

komposit, pneumatic, dan masih sangat banyak lagi.

Masih banyak lagi kegunaan sensor tekanan di berbagai bidang, namun

intinya industri kita sangat membutuhkan sensor tekanan sebagai detektor dari

salah satu faktor terpenting dalam proses produksi yaitu tekanan.

BAB III

Respon & Karakteristik Sensor

Per lembar data karakteristik PS-93DV-20BAR, data yang didapat

adalah sebagai berikut

Supply Voltage DCV 9V to 30VTransducer Port Connector ¼” NPTSpan ±1% F.S. (Up to 40oC)Zero ±2% F.S. (Up to 40oC)Output Impedance 100K OhmOperating Temperature 0 to 60oCOperating Humidity Max 80% RHOutput Output: DC 0mV to 100mV

0 mV = Zero Pressure100 mV = Max Pressure Range

Wire Connection Red......................Power +Black................... Power -White...................Signal +Green ................. Signal -

Dengan lembar data di atas, maka dapat diperkirakan bahwa setiap 1

Bar, terjadi kenaikan 5 milivolt (100mV / 20 Bar). Dalam praktiknya, data yang

kami dapatkan adalah sebagai berikut:

Tegangan Terbaca (mVolt) Tekanan Masukan (bar)

8,9 2,0

12,4 2,75

13,5 3,0

14,2 3,1

15,6 3,5

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sensor memiliki linearitas

yang 93%.

Karena output sensor terlalu kecil, maka keluaran sensor harus

dikuatkan terlebih dahulu. Keluaran sensor kami kuatkan sebanyak 100 kali,

dengan pertimbangan bahwa galvanometer yang ada di pasaran rata-rata hanya

membaca 0 – 10 Volt ke atas, sementara output dari sensor maksimal hanya 0,1

Volt saja. Op-amp ini sendiri, setelah diuji, memiliki data penguatan sebagai

berikut

Tegangan Input (Volt) Tegangan Output (Volt) Penguatan

0,1 9,90 99,00

0,08 7,87 98,38

0,075 7,37 98,27

0,065 6,38 98,15

0,055 5,40 98,18

0,050 4,87 97,40

0,045 4,38 97,30

0,035 3,39 96,86

0,025 2,40 96,00

0,015 1,45 96,70

Dengan demikian, rata-rata penguatan adalah 97,62 kali penguatan.

Target 100 kali tidak dapat dicapai diantaranya sebagai akibat dari pembebanan,

akurasi nilai-nilai komponen yang dipergunakan, dan adanya faktor tahanan

dalam komponen yang digunakan.

BAB IV

Desain Proyek

Proyek dirancang dengan menggunakan kompresor sebagai sumber

tekanan yang akan dibaca. Sistem dirancang untuk dapat membaca tekanan

udara dari kompresor langsung menuju 2 perangkat sensor, yaitu kalibrator dan

sensor itu sendiri. Kalibrator yang dipakai merupakan kalibrator yang dibuat oleh

Lutron, dengan kode barang PS-403.

Sistem pengujian dirangkaikan seperti berikut:

Keluaran kompresor langsung dibagi 2, menuju kalibrator dan

transducer. Kalibrator yang dipergunakan telah dibuat sedemikian rupa sehingga

keluaran terbaca oleh multimeter telah diatur untuk menjadi perbandingan 1mV

untuk setiap kenaikan 1 satuan (jika selektor dalam PSI, maka 1 PSI/1 mV, dan

sebagainya). Keluaran dari transducer sendiri hanya memiliki nilai maksimum

100mV (0,1 Volt), dan karena tidak ada galvanometer yang mampu membaca

0,1 Volt full-scale, maka sinyal diperkuat 100 kali oleh Op-Amp agar bisa

mencapai tegangan yang diperlukan (10 Volt full-scale).

Op-Amp dirangkaikan dalam konfigurasi Non-Inverting karena inputnya

berupa tegangan yang selalu bernilai positif (sehingga tidak digunakan mode

Inverting). Rangkaian Op-Amp yang digunakan adalah sebagai berikut

Kompressor

Kalibrator (Lutron PS-403)

Multimeter Digital

Pressure Transducer (PS-93DV-20BAR)

Signal Conditioning (Op-

Amp)Galvanometer

Vin merupakan tegangan masukan dari Transducer, sementara Vout

dibaca oleh galvanometer. Tegangan terbaca, secara teori, adalah hasil

penguatan sebesar 101 kali dari tegangan inputnya. Dipilih 101 kali karena

mempertimbangkan ketersediaan nilai-nilai resistor di pasar, dan juga

mempertimbangkan ketidaksempurnaan baik dari Op-Amp. Seperti yang kita

ketahui jika Op-Amp ideal maka tidak ada arus yang mengalir ke op-amp. Tetapi

kadang-kadang ada masih ada arus yang mengalir ke Op-Amp yang mengalir.

Walaupun arus tersebut sangat kecil. Hal itu akan mengubah tegangan output

yang keluar.

1K ohm-

+

100K ohm

Vin

Vout

BAB V

Data Pengamatan & Analisa Data

- Linearitas Sensor:

- Grafik Penguatan Op-Amp

2 2.75 3 3.1 3.50

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Tegangan Output Sensor (mV) Ekspektasi Linearitas Output Sensor

Tekanan Input (bar)

Tega

ngan

Out

put (

mV)

0.015 0.025 0.035 0.045 0.05 0.055 0.065 0.075 0.08 0.10

2

4

6

8

10

12

Penguatan Op-Amp Ekspektasi Linearitas Penguatan Op-Amp

Tegangan Input (V)

Tega

ngan

Out

put (

V)

- Tabel Data Hasil Pengamatan

Tekanan Input (bar)

Tekanan terbaca oleh

kalibrator (PSI)

Tekanan terbaca oleh sensor (PSI)

Akurasi (%)

2,75 35,1 41,76 80,74

2,5 30,2 31,9 94,37

2,0 25,0 25,81 96,76

2,25 27,2 28,42 95,50

2,325 29,6 30,16 98,10

2,625 32,3 31,03 96,07

1,75 23,0 22,33 97,09

1,50 20,0 18,27 91,35

1,25 16,0 15,08 94,25

1,00 14,0 12,18 87,00

-

BAB VII

Analisa Kualitas Keseluruhan Perangkat dan Kesimpulan

Melalui percobaan ini, dapat kita simpulkan bahwa sensor tekanan ini

dapat membaca tekanan dari kompresor. Perangkat memiliki rata-rata akurasi

93%.

Melalui percobaan ini pula, kita dapat belajar tentang bagaimana sensor

tekanan ini bekerja. Sensor bekerja menggunakan metode piezoelektrik, dimana

tegangan dihasilkan sebagai hasil dari tekanan kepada material dielektrik.

Tekanan ini sendiri diberikan oleh diafragma yang mendorong kristal tadi.

Hasil bacaan dari sensor kemudian dikuatkan oleh penguat operasional,

sebelum kemudian dibaca oleh galvanometer.

Adanya beberapa bagian dari percobaan ini menghasilkan data yang

kurang akurat. Hal ini disebabkan oleh karena ada juga gangguan dari dalam

komponen elektronik yang digunakan, baik itu sebagai akibat dari efek

pembebanan, kualitas komponen yang digunakan, dan juga tahanan dalam dari

komponen, konektor kabel maupun kabel yang digunakan. Efek kualitas

komponen dapat dilihat dari hasil percobaan pemeriksaan penguatan penguat

operasional, dimana tegangan keluaran dari penguat tidak sesuai seratus persen

dengan yang ditargetkan (keluaran lebih dari 101 kali atau kurang dari 101 kali)

Pada akhirnya, sensor tekanan ini sendiri merupakan media untuk

membaca salah satu indikator terpenting dalam suatu proses produksi, yaitu

tekanan. Sensor ini sangat banyak aplikasinya dalam bidang industri, dan

tentunya dengan melaksanakan percobaan ini, kami dapat memahami

bagaimana cara kerja dari suatu perangkat sensor tekanan yang umum dipakai,

dan bagaimana perangkat tadi dibuat.

LAMPIRAN

DATASHEET PENGUAT OPERASIONAL DAN PRESSURE TRANSDUCER

ST ELECTRONICS UA741CN DAN LUTRON PS93DV-20BAR

0 to DC 100 mVPRESSURE TRANSDUCER,Model : PS93DV-xxBAR

Range, full scale Model2 BAR ( 29 PSI ) PS93DV-2BAR5 BAR ( 72.5 PSI ) 'PS93DV-5BAR10 BAR ( 145 PSI ) PS93DV-10BAR20 BAR ( 290 PSI ) PS93DV-20BAR50 BAR ( 725 PSI ) PS93DV-50BARSupply voltage DC 9V to 30 V.TransducerPort Connector

1/4" NPT.

Span ± 1 % F.S.@ Within 10 to 40 ℃.

Zero ± 2 % F.S.@ Within 10 to 40 ℃.

Output Impedance 100 k ohm.Operating Temperatur

e0 to 60 ℃ ( 32 to 140 ℉ ).Operating Humidity Max. 80% RH.Output Output : DC 0V to 100 mV

0 DCV = 0 pressure100 DC mV = Max. range pressure

WireConnection

Red..................... Power + Black................... Power -White...................Signal +Green ................. Signal -

* Appearance and specifications listed in this brochure are subject to change without notice.