SENSOR KECEPATAN

Tugas Mata Kuliah Sensor dan Transducer

Oleh:

1. Agus Susanto

2. Alan Havis

3. Eva Susanti

4. Rico Bernando P

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BENGKULU2008

KATA PENGANTAR

Pertama-tama Puji Syukur senantiasa kami panjatkan kehadirat Tuhan

Yang Maha Kuasa, atas rahmat dan karunianya sehingga kami dapat

menyelesaiakan makalah ini,

Selanjutnya, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak

yang telah membantu dalam penyelesaian makalah ini yaitu:

1. Bapak Reza Satria R, S. T. sebagai dosen mata kaliah Sensor dan

Transducer.

2. Teman-teman seperjuangan Program Studi Teknik Elektro, yang

telah memberikan saran dalam pembuatan makalah ini.

Semoga semua bantuan yang telah berikan mendapat imbalan yang

setimpal dari Tuhan Yang Maha kuasa. Amin.

Terakhir kami berharap agar makalah ini dapat memberikan kontribusi

yang posisitif bagi kita semua dalam pengembangan ilmu pengetahuan

sensor dan transducer.

Bengkulu, Maret 2008

Penulis

SENSOR KECEPATAN

Sensor kecepatan atau velocity sensor merupakan suatu sensor

yang digunakan untuk mendeteksi kecepatan gerak benda untuk

selanjutnya diubah kedalam bentuk sinyal elektrik. Dalam prakteknya ada

beberapa sensor yang digunakan untuk berbagai keperluan ini, sensor-

sensor tersebut diantaranya:

Tachometer dan Stroboscope

Kabel Piezoelectric

Muzzle velocity

Encoder Meter

1. Tachometer dan Stroboscope

1.1. Tachometer

Pada setiap pelatihan audit pengukuran kecepatan misalnya untuk

motor, pengukurannya sangat kritis karena kemungkinan terdapat

perubahan frekuensi, slip pada belt dan pembebanan. Dalam hal ini ada

dua jenis alat pengukur kecepatan yaitu tachometer dan stroboscope.

Tachometer.

Tachometer sederhana adalah jenis alat kontak, yang dapat

digunakan untuk mengukur kecepatan yang memungkin kan dapat

diakses secara langsung.

Tachometer biasanya merupakan magnet permanen generator DC

kecil. Jika generator berotasi akan menghasilkan tegangan DC yang

proporsional langsung terhadap kecepatan.

Gambar 1. Tachometer

Pada tachometer, roda tachometer dikontakkan dengan badan yang

berputar. Karena adanya gesekan diantara keduanya, setelah beberapa detik

kecepatan roda tachometer sama dengan kecepatan poros berputar. Kecepatan

ini ditampilkan pada panel sebagai putaran per menit (rpm). Kecepatan dari

putaram poros diukur menggunakan magnetik pick up sensor.

Kumparan kecil yang terletak dekat magnet menerima pulsa setiap

kali magnet lewat. Dengan mengukur frekuensi pulsa maka kecepatan

poros bisa ditentukan. Tegangan yang keluar adalah sangat kecil dan

membutuhkan proses penguatan (amplifikasi) untuk bisa diukur.

Gambar 2. diagram skematik tachometer

1.2. Stroboscope

Stroboscope merupakan salah satu alat yang lebih canggih dan

aman untuk mengukur kecepatan dengan cara tanpa kontak. Stroboscope

menggunakan sumber sinar cahaya yang dapat disinkronisasi dengan

setiap kecepatan dan pengulangan gerakan sehingga benda yang

berpindah sangat cepat terlihat tidak bergerak atau berpindah perlahan

Gambar 3. Stroboscope

Contoh penggunaan dari stroboscope ini dapat dilakukan dengan

memasang sebuah disket putih dengan titik hitam terpasang pada poros

(as) dari motor 1800 rpm. Bila disket berputar pada 1800 rpm; tidak

mungkin terlihat oleh mata gambaran tunggal dan titik akan tampak

menjadi lingkaran kabur. Bila diterangi oleh cahaya stroboscope, maka

cahaya akan disinkronkan dengan setiap putaran disket. sebagai contoh

bila titik berada pada jam tiga, titik akan terlihat pada posisi ini pada

kecepatan 1800 kali untuk setiap menit. Oleh karena itu, titik akan nampak

diam pada posisi tadi.

Jika laju sinar dari stroboscope diperlambat menjadi 1799 sinar per

menit, titik akan teriluminasi pada posisi cahaya yang berbeda, setiap kali

piringan berputar, dan titik akan tampak berpindah. Perlahan dalam arah

putaran 360° dan tiba pada posisi sebenarnya 1 menit kemudian.

Perpindahan yang sama, tetapi di arah yang berlawanan rotasi dari titik,

akan diobservasi jika laju sinar dari stroboscope ditingkatkan menjadi

1801 rpm. Jika diinginkan, laju perpindahan yang tampak dapat dipercepat

dengan meningkatkan atau menurunkan laju sinar pada stroboscope.

Gambar 4. Prinsip kerja stroboscope

Untuk studi audit pada umumnya digunakan jenis kontak

tachometer karena alat tersebut sudah siap tersedia. Tachometer dan

stroboscope digunakan untuk mengukur kecepatan putaran motor, fan,

pully , dan lain sebagainya.

Stroboscope digital merupakan sumber cahaya yang digunakan

untuk mengukur kecepatan obyek yang bergerak cepat atau untuk

menghasilkan efek optik menghentikan atau memperlambat gerakan

kecepatan tinggi untuk keperluan pengamatan, analisis atau fotografi

kecepatan tinggi.

Stroboscope memancarkan intensitas tinggi, waktu pendek sinar

cahaya. Peralatan memberi gambaran pulsa elektronik dari generator

yang mengkontrol laju sinar, pasokan daya pada jalur operasi, dan dioda

pemancar cahaya (LED) yang terbaca dalam nyala per menit. Cahaya

dapat ditujukan pada hampir semua obyek berpindah, termasuk pada area

yang tidak dapat diakses. Bila mengukur kecepatan perputaran obyek,

atur laju cahaya awal mendekati yang tertinggi dari perkiraan kecepatan

obyek. Kemudian, perlahan mengurangi laju cahaya sampai dengan satu

gambar tampak. Pada titik ini, laju cahaya stroboscope setara dengan

putaran kecepatan obyek, dan kecepatan dapat dibaca secara langsung

dari tampilan digital.

2. Kabel Piezoelectric

Efek Apiezoelectric diterapkan ke dalam suatu sensor kecepatan

getaran dengan wujud suatu kabel mineral-insulated. Kabel seperti itu

menghasilkan suatu isyarat elektris yang akan disampaikan ke suatu

penerjemah ketika permukaan luar kabel dimampatkan. Kabel

piezoelectric telah digunakan dalam berbagai eksperimen untuk

memonitor getaran di dalam turboshaft mesin pesawat terbang. Aplikasi

lain meliputi pendeteksi dan analisa lalu lintas mobil.

Gambar 5. Sensor Kabel Piezoelectric:

Di dalam aplikasi ini, kabel dikuburkan ke dalam trotoar jalan raya,

dengan posisi tegak lurus terhadap lalu lintas tersebut. Sensor dirancang

untuk menjadi sensitip terutama pada tekanan vertikal. Suatu kabel

piezoelectric terdiri dari suatu tembaga yang dibatasi oleh pelindung padat

sekitar 3-mm garis tengah luar, piezoelectric bubuk ceramic, dan suatu inti

tembaga bagian dalam ( Gambar 6). Bubuk dengan ketat dimampatkan

antar pelindung yang luar dan inti tersebut.

Gambar 6. Aplikasi kabel piezoelectric di dalam jalan raya yang

monitoring: ( A) pemasangan sensor di dalam trotoar; ( B) bentuk dari

tanggapan elektrik.

Ketika sensor kabel pasang di dalam trotoar (Gambar 10),

responnya atau nilai keluaranya harus dikalibrasi, sebab bentuk isyarat

dan amplitudonya tidak hanya tergantung pada kandungan kabel tetapi

juga pada jenis trotoar dan kelas jalannya. Keluaran elektriknya sebanding

terhadap tekanan yang diberikan terhadap kabel tersebut. Panjang dan

tipisnya piezoelectric akan membatasi lapisan memberikan suatu

impedans keluaran yang rendah. Cakupan yang dinamis kabel adalah

substansial (> 200 dB), sehingga dapat merasakan lebih jauh, yaitu

A B

getaran amplitudo panjang yang disebabkan oleh hujan, namun menjawab

secara linier kepada dampak dari truk berat. Kabel mempunyai

kemampuan tekanan 100 MPA. Juga dapat beroperasi pada temperatur -

400C sampai + 1250C..

3. Muzzle Velocity

LED dan Phototransistor dipilih sebagai sensor pada peralatan ukur

ini. LED sebagai sumber cahaya infra red dan Phototransistor sebagai

penerima / detektor cahaya infra red.

Muzzle Velocity adalah kecepatan awal peluru, yaitu kecepatan

proyektil peluru saat keluar dari ujung laras senjata yang

menembakkannya. Peralatan ukur Muzzle Velocity adalah perangkat

elektronika yang dirancang untuk mengukur kecepatan awal peluru

senjata organik atau peluru kaliber kecil. Hasil pengukuran dapat

ditampilkan melalui penampil LCD, juga dapat dicetak pada printer melalui

output serial. Dari hasil pengukuran dan percobaan, komponen-komponen

peralatan ukur muzzle velocity dan modul software : LCD, RTC, beserta

perhitungan kecepatan, dapat berfungsi sesuai dengan yang

direncanakan.

Gambar 7. sensor Muzzle velocity

Peluru ditembakan pada ujung peralatan. Pada sistem ini

digunakan LED InfraRed dan Phototransistor sebagai sensor. Pada

pengukuran kecepatan peluru ada dua sensor yang dilewati peluru, pada

saat peluru melewati sensor pertama akan menyebabkan output

phototransistor mengalami perubahan. Output Phototransistor tersebut

akan masuk ke interupt prosesor. Pada saat peluru lewat sensor kedua

terjadi perubahan output phototransistor, lalu diteruskan ke interupt

prosesor. Sinyal pertama mengaktifkan (start) counter dan sinyal kedua

menghentikan (stop) counter.

Berdasarkan penjelasan di atas maka dapat diringkas prinsip kerja

dari Muzzle Velocity sebagai berikut :

Gambar 8. Diagram Blok prinsip kerja Muzzle Velocity

Waktu yang diperlukan gerakan peluru dari sensor pertama

kesensor kedua dapat diukur, sedangkan jarak antara dua sensor adalah

tetap sehingga kecepatan peluru dapat dihitung dengan rumus:

Fungsi sensor ini adalah sebagai menerima sinyal cahaya

inframerah yang dipancarkan oleh LED jenis GaAs Infrared Emitting

Diode. Saat peluru melintas dan memotong cahaya dari LED, intensitas

cahaya yang diterima oleh sensor akan berubah. Secara elektris hal di

atas berarti terjadi perubahan tegangan bias pada phototransistor serta

tegangan output dari sensor pun berubah. Pengkondisi sinyal adalah

berupa rangkaian elektronik yang terdiri atas rangkaian penguat transistor

dan rangkaian Comparator, berfungsi mengkondisikan sinyal sinyal listrik

Keluaran dari start dan stop

Keluaran dari start dan stop

ProsesorProsesor LCDLCD

yang diterima dari sensor agar sesuai dengan karakteristik sinyal input

mikrokontroler. Perubahan intensitas cahaya pada sensor pun hanya

dinyatakan dalam 2 keadaan, yaitu berubah (saat peluru memotong jalur

cahaya dari LED) atau tetap (tidak ada peluru yang lewat).

Pada aplikasi muzzle velocity ini, fungsi prosesor selaku pengendali

adalah menerima dan mengolah data dari keypad, menerima sinyal

interupsi dari sensor phototransistor yang berarti ada peluru yang

melewati sensor, memberi instruksi kepada counter untuk start atau

stop,memproses atau menghitung data dari sensor dan counter untuk

memperoleh harga kecepatan peluru, memberi instruksi kepada display

untuk menampilkan hasil perhitungan,dan memberi instruksi kepada

printer untuk mencetak hasil pengukuran. Counter adalah perangkat

eksternal yang terdiri dari clock generator dan 16 bit binary.

4. Encoder Meter

Aplikasi 'Automatic Transmission with Encoder Meter and Display'

ini adalah umtuk menghitung pulsa kecepatan motor dan menampilkannya

di 7 segment. Modul yang digunakan adalah DT-51 MinSys Ver 3.0, DT-

51 KND, de KITS SPC DC Motor (K6), Motor DC, dan rangkaian Sensor

Kecepatan.

Hubungan antara DT-51 MinSys Ver 3.0 dan de KITS SPC DC

Motor adalah sebagai berikut:

de KITS SPC DC

Motor

DT-51 MinSys Ver

3.0Port C & Port 1

SCL / J7 Pin 15 Pin 15 (Port 1.6)

SDA / J7 Pin 16 Pin 16 (Port 1.7)

Tabel 1. Hubungan DT-51 MinSys dengan de KITS SPC DC Motor

Cara menghubungkan DT-51 KND dengan DT-51 MinSys dapat

dilihat pada DT-51 KND User's Guide. Cara menghubungkan DC motor

dengan de KITS SPC DC Motor dapat dilihat pada Manual de KITS SPC

DCMotor. Rangkaian Sensor Kecepatan menggunakan

OptoIsolator/OptoCoupler model "U" (860D) dapat dilihat padagambar

berikut :

Gambar 9. Rangkaian Sensor Kecepatan

Dengan dibantu lempeng lingkaran yang dilubangi, sensor

kecepatan akan menghasilkan pulsa high ( ) jika terdapat lubang.

Posisi sensor secara mekanis dapat dilihat pada gambar 2. Perlu diingat

bahwa jumlah lubang yang dibuat akan mempengaruhi hasil tampilan di

DT-51 KND. Makin banyak lubang maka pembacaan akan makin sering

dan jika dikonversi ke RPM akan didapat hasil yang makin mendekati

kondisi aslinya.

Gambar 10. Posisi Mekanis

Hubungan antara de KITS SPC DC Motor dengan rangkaian

sensor ini adalah sebagai berikut:

Tabel 2. Hubungan de KITS SPC DC Motor dengan Rangkaian Sensor

Setelah menghubungkan rangkaian dan menghubungkan supply

tegangan yang tepat, download-lah program RPMDISP.HEX ke DT-51

MinSys Ver3.0.

Adapun blok diagram sistem secara keseluruhan adalah sebagai

berikut:

Gambar 11. Blok Diagram AN13

Rangkaian Sensor Kecepatan berfungsi untuk mendeteksi jumlah

putaran per satuan waktu. Hal ini telah diakomodasi oleh de KITS SPC

DC Motor pada IN1 untuk mendeteksi pulsa kecepatan motor. DT-51 KND

berfungsi sebagai input transmisi (Top, Brake, Up, Down, Neutral) pada

keypad dan output display pada 7 segment.

Penekanan TOP akan memutar motor pada kecepatan maksimum

(tanpa PWM). Penekanan Up atau Down akan mengurangi atau

menambah nilai PWM sebesar 10d. Penekanan N akan menghentikan

putaran motor. Penekanan Brake akan menghentikan putaran motor

secara cepat (layout dapat dilihat pada gambar 4). Selain itu, DT-51 KND

juga berfungsi untuk menampilkan hasil penghitungan pulsa kecepatan

motor (dalam desimal). Setiap 1 detik tampilan pada 7 segment akan di-

update. Tampilan hanya menyatakan jumlah pulsa bukan menyatakan

kecepatan motor dalam RPM.

Jika ingin menghitung RPM, maka bisa dihitung dengan rumus:

Pada RPMDISP.ASM digunakan GateTime 1 detik sehingga rumus

menjadi:

Jika hasil tampilan sebesar 135 pulsa dengan jumlah lubang 16,

berarti kecepatan putaran motor sekitar 506 RPM.

Gambar 12. Alokasi Keypad DT-51 KND

Flowchart dari sistem ini adalah sebagai berikut:

Gambar 13. Flowchart Program