Tugas Sensor dan Transduser

Dosen: Dr. Kuwat Triyana M.Si.

KELOMPOK 9

Adi Widiatmoko (07/251128/PA/11401)

Linus Setyo A. (07/252875/PA/11433)

Eko Ardian N. H. (07/253147/PA/11544)

RR. Sri Sulistiowati A. (07/253386/PA/11641)

Ibnu Teguh N. S. (07/253316/PA/11613)

1

BAB 15

Sensor Posisi dan Gerakan

15.1 Sensor Posisi Kontak dan Tanpa Kontak

Pengantar

Sensor posisi kontak adalah sensor yang membutuhkan kontak (sentuhan fisik) dengan objek

yang diinderai. Sensor posisi kontak biasanya lebih sederhana dan lebih murah. Sedangkan

sensor posisi tanpa kontak tidak membutuhkan sentuhan fisik dengan objek targetnya dan tidak

rusak karena sentuhan yang berulangkali dengan objek.

Macam Sensor Posisi

Macam-macam sensor posisi yang akan dibahas di sini adalah:

Alat-alat kontak

- Saklar pembatas (Limit switches)

- Transduser posisi resistif (Resistive position transducers)

Alat-alat tanpa kontak

- Sensor magnetik, termasuk efek Hall dan magneto-resistive sensors

- Sensor ultrasonik

- Sensor proximity

- Sensor fotoelektrik

Saklar Pembatas

Saklar pembatas adalah alat kontak elektromekanik. Sensor ini mudah dipelajari dan

diaplikasikan, serta hemat biaya untuk benda yang dapat disentuh. Saklar pembatas terdiri dari 1

set kontak. Ketika objek target bersentuhan dengan sebuah aktuator saklar pembatas pada

penghantar di Figure 15.1.1, saklar akan bekerja.

2

Macam-macam saklar pembatas membuat operasi selama bertahun-tahun dapat diandalkan

bahkan dalam keadaan lingkungan yang paling banyak tuntutannya. Saklar pembatas cocok

untuk:

- Penanganan material

- Pabrik bir

- Mesin pengemasan

- Produk kayu

- Mesin khusus

- Truk sampah

- Katup-katup

- Peralatan pengecoran

Saklar pembatas tersedia dalam versi bebas ledakan untuk menahan dan pengeluaran aman gas

panas yang akibatnya dapat menyebabkan ledakan di luar saklar pada:

- Pabrik minyak tanah

- Pabrik kimia

- Fasilitas pengolahan limbah

- Stasiun pembangkit energi

- Penanganan bahan beracun

- Penanganan/penyimpanan padi

3

- Peron sumur minyak bawah laut

Pemilihan dan Penentuan Saklar Pembatas

Saklar pembatas dapat dipesan dalam bermacam aktuator, seperti penyedot, tingkat putaran,

“tuas olengan”, yang fleksibel seperti tuas pegas, yang dioperasikan oleh gerakan apapun kecuali

tarikan langsung.

Figure 15.1.2 menunjukkan bagaimana sifat-sifat diukur untuk aktuasi putaran, dan Figure 15.1.3

menunjukkan saklar pembatas diaktuasi oleh penyedot kawat dalam.

Sifat-sifat aktuasi putaran dari saklar pembatas ditunjukkan dalam sudut putaran siku. Dimensi

sifat operasi pada saklar tertutup untuk lingkungan yang kasar sering ditunjukkan dalam dimensi

linier dengan tuas yang dapat diatur pada satu posisi ekstrim.

Dimensi linear untuk aktuasi dalam kawat adalah dari puncak penyedot ke kawat referensi,

biasanya pada pusat lubang-lubang yang terpasang. Dalam kasus flens atau saklar yang terpasang

di bagian dasar, kawat referensi adalah di bagian dasar saklar.

4

Untuk memilih saklar pembatas yang tepat untuk kebutuhan anda, pertimbangkan:

- Tipe aktuator

- Untaian (Circuitry)

- Tingkat ampere (arus)

- Persediaan tegangan

- Bahan perumahan

- Tipe penghentian

Standar Penggunaan Saklar Pembatas

IEC (International Electrotechnical Comission), khususnya JIC 60947-1 dan IEC 60947-5-1,

menjelaskan aturan umum yang berkaitan dengan saklar tegangan rendah dan perlengkapan

kontrol untuk penggunaan industri.

CENELEC (The European Comitte for Electrotechnical Standardization), khususnya EN 50041

dan EN 50047, mendefinisikan sifat dan dimensi saklar pembatas.

NEMA (National Electrical Manufacturer’s Association), menaksir tingkat proteksi dari

lampiran seperti IEC 529, tapi termasuk tes untuk keadaan lingkungan, seperti debu, minyak, dan

lain-lain yang tidak termasuk dalam IE 529.

Antarmuka dan Informasi Desain Saklar Pembatas

Berikut beberapa pertimbangan untuk menemani saklar pembatas dalam desain anda.

5

6

7

Sensor Posisi Resistif

Sensor posisi resistif, disebut juga potensiometer atau sederhananya transduser posisi.

Potensiometer adalah alat pasif, yang berarti tidak membutuhkan sumber energi atau sirkuit

tambahan untuk menjalankan fungsi dasar penginderaan posisi linier atau rotasi. Ciri khasnya

adalah dioperasikan dalam satu atau dua mode dasar: rheostat dan pembagi tegangan. Dengan

berubahnya hambatan terhadap gerakan, aplikasi rheostat dapat digunakan dari mengubah

hambatan antara sebuah terminal tetap dan penyeka kontak pergeseran. Dalam aplikasi pembagi

tegangan, sebuah sinyal tegangan referensi diberikan melalui jalur elemen resistif sehingga

tegangan “dijemput” oleh penyeka kontak yang dapat bergerak dapat digunakan untuk

menentukan posisi penyeka.

Memilih dan Menentukan Sensor Posisi Resistif

Dalam mencari harga terbaik atau kinerja terbaik di pasaran, pertimbangkan sistem seperti

transduser. Biasanya ada dua cara untuk memilih transduser:

- Cari transduser yang bekerja dengan sumber tegangan dan amplifier atau controller

dalam sistem anda.

- Pilih transduser posisi dan kemudian cocokkan dengan komponen sistem anda.

Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam memilih sensor posisi resistif:

- Berapa jarak yang akan diukur?

- Akurasi apa yang akan saya dapat?

- Seberapa kasar transduser yang dibutuhkan?

- Eksitasi apa yang harus saya gunakan?

- Faktor pemasangan apa yang harus saya pertimbangkan?

- Apakah transduser butuh kompensasi terhadap efek suhu?

Standar Penggunaan Sensor Posisi Resistif

8

The Variable Electronics Component Institute telah mengembangkan sejumlah tes dan standar

kinerja pengaturan potensiometer. Meski standar mereka tidak terikat merk, mereka membantu

meyakinkan kepraktisan, berarti dan terminologi serta metodologi konsisten. Banyak

potensiometer juga menyesuaikan dengan standar militer seperti MIL-STD-202F.

Antarmuka dan Informasi Desain Sensor Posisi Resistif

Untuk hampir semua bagian, penggunaan sensor posisi resistif cukup mudah. Pertama, tentukan

sinyal listrik apa yang dibutuhkan dari mekanisme sistem yang diinderai. Jika perubahan

hambatan dibutuhkan, sambungkan satu ujung potensiometer dan terminal penyeka ke dalam

sirkuit. Hambatannya kemudian akan berubah terhadap gerakan dalam mode ini (mode rheostat);

noise kontak (perubahan hambatan yang tidak terprediksi) akan muncul melapiskan pada

perubahan halus yang diharapkan dari hambatan.

Mode pembagi tegangan jauh lebih umum dalam aplikasi penginderaan posisi, dan dalam mode

ini, efek dari perubahan hambatan kontak dikurangi atau dihilangkan. Keluarannya adalah rasio

tegangan ditentukan tegangan penyeka dibagi oleh tegangan yang diberikan. Tegangan keluaran

diambil dari terminal penyeka.

Ketika tegangan eksitasi diberikan melalui elemen resistif, penyeka bergerak dari ujung tegangan

nol dari elemen menuju ujung keluaran maksimum. Tegangan antara penyeka dan elemen resistif

berubah secara linier terhadap posisi. (Lihat Figure 15.1.12)

Sensor Posisi Magnetik

Sensor magneto-resistive (MR) biasanya dibuat dari film besi-tembaga (Permalloy) tipis

disimpan dalam wafer silikon dan berpola sebagai potongan resistif. Sifat dari film MR tipis

9

menyebabkan perubahan hambatan sebesar 2 sampai 3% dalam keberadaan medan magnet.

Untuk sensor MR tertentu, lebar pitanya pada wilayah 1 sampai 5 MHz. Reaksinya sangat cepat

dan tidak terbatas oleh gulungan atau frekuensi osilasi.

Sensor MR mengukur baik posisi linier maupun anguler, dan perpindahan dalam medan magnet

bumi (di bawah 1 gauss). Mereka adalah solusi bagus untuk menentukan lokasi objek dalam

gerakan. Dengan menambahkan magnet atau elemen sensor pada benda yang bergerak linier atau

anguler dengan sensor pelengkap atau magnet stasioner, arah relatif dari hasil medan magnet

dapat diukur secara elektronik.

Memilih dan Menentukan Sensor Posisi Magneto-resistif

Sensor MR tersedia dalam bermacam bentuk dan dapat menginderai medan statis DC demikian

juga kuat dan arah medan. Masa pakai yang panjang memenuhi solusi penginderaan posisi linier

digambarkan pada Figure 15.1.13 menggunakan susunan sensor MR, magnet dan alat elektronik

pengondisian sinyal. Sensor digunakan untuk menentukan posisi magnet yang dilekatkan pada

objek bergerak.

Susunan alat ini didesain untuk sensitif terhadap arah medan magnet ketika beroperasi pada

mode jenuh. Mode jenuh adalah ketika medan magnet luar di atas tingkat kuat medan tertentu

10

(disebut medan jenuh). Momen magnet dalam alat diluruskan ke arah yang sama dengan medan.

Karena itu, keluaran dari alat hanya menggambarkan arah medan magnet luar, bukan kuatnya.

Pendorong pengoperasian dari mode jenuh termasuk:

- Kekebalan terhadap tetapan suhu magnet,

- Ketidaksensitifan pada celah antara magnet dan susunan sensor, dan

- Ketidaksensitifan terhadap kuat medan magnet ketika medan lebih kuat dari tingkat

jenuh.

Memilih dan Menentukan Sensor Posisi Efek Hall

Figure 15.1.14 dan 15.1.15 menggambarkan dua konsep pengembangan sensor proximity yang

dapat digunakan untuk penentuan posisi dengan akurat.

11

Pada contoh pertama, peristiwa sinyal dibangkitkan oleh sensor, yang digambarkan jarak diukur

dari permukaan referensi. Sinyal ini menetapkan batas dimensi sinyal yang dapat diterima antara

benda tersebut dalam tes harus menghasilkan pulsa listrik. Pada contoh kedua diperoleh akurasi

penentuan posisi dari 0,002 inch. Penginderaan bermacam-macam lokasi lensa untuk

perlengkapan pengolah foto adalah aplikasi ideal untuk konsep ini.

Antarmuka dan Informasi Desain Sensor Posisi Magnetik

Mulailah desain anda dengan menentukan spesifikasi penginderaan. Untuk sistem penginderaan

yang diaktuasi oleh magnet, spesifikasinya termasuk:

- Minimum dan maksimum celah antara magnet dan sensor posisi,

- Batas perjalanan magnet,

- Kebutuhan khusus untuk magnet seperti tinggi gaya paksa dalam kaitan dengan

kerugian medan magnet dalam sistem,

- Sambungan mekanis (jika diperlukan),

- Tipe keluaran sensor (NPN atau PNP),

- Wilayah suhu operasi,

- Wilayah suhu penyimpanan, dan

- Macam spesifikasi masukan/keluaran dalam spesifikasi sistem.

Langkah berikutnya adalah memilih mode magnetik, magnet, sensor, dan antarmuka fungsional.

Keempat hal ini saling bergantungan. Kuat medan yang dibutuhkan bergantung pada celah dan

batas perjalanan magnet (mode magnetik). Sensor bergantung pada kuat medan magnet dan

12

karena itu juga bergantung pada mode magnetik dan magnet yang dipilih. Antarmuka fungsional

bergantung pada tipe keluaran sensor dan sifat listrik.

Figure 15.1.16-20 menggambarkan beberapa cara sistem magnetik dapat dihasilkan pada sensor

keluaran linier untuk pengukuran posisi. Metode aktuasi ditentukan berdasarkan biaya, kinerja,

akurasi dan kebutuhan lain untuk aplikasi yang disajikan.

Metode sederhana dari penginderaan posisi ditunjukkan pada Figure 15.1.16. satu kutub magnet

digerakkan langsung menuju atau menjauhi sensor. Ini adalah sensor posisi head-on kutub

tunggal. Ketika magnet sangat jauh dari sensor, medan magnet pada permukaan sensor

mendekati nol gauss.

Sensor head-on dwikutub ditunjukkan pada Figure 15.1.17. Ketika magnet bergerak ekstrim ke

kiri, sensor diperlakukan pada medan magnet negatif yang kuat oleh magnet #2, memaksa

keluaran sensor ke nilai 3,0 volts. Ketika magnet #1 bergerak menuju sensor, medan magnet

menjadi kurang negatif hingga medan magnet #1 dan magnet #2 saling meniadakan (pada titik

tengah antara kedua magnet).

Sensor biased head-on, bentuk modifikasi dari sensor dwikutub, ditunjukkan pada Figure

15.1.18. Ketika magnet yang dapat bergerak ditarik penuh, sensor diperlakukan pada medan

magnet negatif oleh bias tetap magnet. Ketika magntet yang dapat bergerak mendekati sensor,

medan kedua magnet bergabung.

13

Aktuasi slide-by ditunjukkan pada Figure 15.1.19. Celah yang terkontrol dengan rapat

dipertahankan antara magnet dan sensor. Ketika magnet bergerak balik dan seterusnya pada

celah tetap, medan dibaca sensor menjadi negatif sewaktu ia mendekati kutub utara, dan positif

sewaktu ia mendekati kutub selatan.

Hubungan pasti ada antara bentuk kurva magnetik dan presisi yang diperoleh. Anggap

kemiringan garis pada Figure 15.1.20 adalah porsi dari dua kurva magnet yang berbeda; 01 dan

02 menggambarkan wilayah tingkat aktuasi (unit ke unit) untuk keluaran digital sensor efek Hall.

Figure 15.1.21 menunjukkan keluaran dari sensor efek Hall digital. Sensor dalam contoh khusus

ini adalah NPN dalam keadaan teraktuasi.

14

Figure 15.1.22 menggambarkan persediaan untuk sensor NPN (tenggelamnya arus). Dalam

konfigurasi sirkuit ini, muatannya umumnya dihubungkan antara penyedia tegangan dan terminal

keluaran (kolektor) dari sensor.

Keluaran sensor dapat dikonversi ke sesuatu yang dikompensasikan untuk ketaklinieran dari

magnetik sebagai fungsi jarak. Salah satu metodenya melibatkan konversi keluaran analog dari

sensor ke bentuk digital. Data digital diasupkan ke microprocessor, yang melinierkan keluaran

melalui tabel look-up atau teknik komputasi fungsi transfer (Figure 15.1.23).

15

Metode kedua melibatkan pengimplementasian sirkuit analog yang mempunyai fungsi transfer

yang dibutuhkan untuk melinierkan keluaran sensor (Figure 15.1.24).

Metode ketiga untuk melinierkan keluaran sensor dapat diwujudkan melalui desain magnetik

dengan mengubah geometri dan posisi dari magnet yang digunakan.

Sensor Posisi Ultrasonik

Sensor ultrasonik mampu mendeketsi gerakan serta ada atau tidaknya suatu benda secara presisi

tanpa menyentuh benda tersebut. Sensor ini bisa digunakan pada benda yang berkilau, berkabut,

partikel yang ada di udara, dan benda yang dikelilingi cairan dimana sensor lain tidak bisa

digunakan. Sensor ini juga sering digunakan bila dibutuhkan sensor dalam skala besar, atau jarak

deteksi yang jauh.

Kebisingan atau suara-suara dari luar tidak mengganggu kinerja sensor ini, karena sensor ini

menggunakan gelombang dengan frekuensi di atas suara-suara tersebut. Dan karena digunakan

gelombang suara, maka tekanan udara, kelembaban, asap, debu tidak terlalu mempengaruhi

akurasi dari sensor ini. Dalam penggunaannya, sensor ini bisa digabung dengan sensor

fotoelektrik atau sensor proximity bila ada faktor-faktor yang mengganggu kinerja sensor ini

seperti pada proses:

1. Pengemasan

16

2. Pengolahan kertas

3. Kimia

4. Industri plastik

5. Proses produksi logam

Sensor ultrasonik bekerja dengan memacu transduser akustik dengan pulsa tegangan, sehingga

transduser bergetar dengan frekuensi ultrasonik. Getaran ini siarahkan pada target dan dengan

memperhitungkan waktu pantulan getaran dari target, maka jarak antara target dengan sensor

dapat diketahui. Akurasi sensor ini mencapai 1 mm dengan jarak antara 100 mm hingga 6.000

mm. Sensor ini bisa digunakan pada benda yang berentetan atau yang bergerak seperti kertas,

logam, karet. Lihat gambar dibawah ini

2 sensor ultrasonik mengontrol

diameter roll dan tegangan

dengan menghasilkan keluaran

secara langsung yang sebanding

dengan jarak dan diamater roll.

Sensor ini juga bisa digunakan untuk mengukur isi dari makanan atau minuman kemasan, bahan

kimia, atau produk berbahan plastik. Sensor ini mampu mendeteksi adanya kaca pada produk

dan memberikan peringatan sehingga mampu menghindari timbulnya kerusakan pada tempat

penyimpanan, alat pengangkat barang atau bagian lain.

Memilih dan Menentukan Sensor Ultrasonik

Karena sensor ini bekerja dengan mengukur waktu yang ditempuh gelombang, maka rentang

waktu sensor dalam mengukur sebuah target dengan jarak tertentu, harus ditetapkan. Sensor ini

menerima atau mengetahui pantulan gelombang hanya dalam rentang waktu ini. Gelombang

pantulan dari benda lain seperti dinding akan menempuh waktu yang lebih lama dan tidak

terdeteksi.

Perubahan frekuensi maksimum merupakan tingkat kemampuan sensor untuk nyala atau mati

yang bergantung pada beberapa faktor. Yang paling berpengaruh yaitu ukuran, bahan dan jarak

target. Semakin kecil target, maka semakin sulit untuk dideteksi. Sehingga, frekuensi maksimum

17

untuk target berukuran kecil lebih rendah daripada target yang berukuran lebih besar. Bahan

yang menyerap suara dengan frekuensi tinggi (kapas, spon dan sebagainya) lebih sulit untuk

dideteksi dari pada logam, kaca, atau plastik. Sehingga benda-benda tersebut memiliki perubahan

frekuensi maksimum yang lebih rendah.

Jarak sensor ke target sangat penting dalam menentukan perubahan frekuensi maksimum.

Sensor mengirim gelombang ultrasonik lebih dulu ke udara. Akan membutuhkan beberapa saat

agar gelombang meninggalkan sensor menuju target, menabrak target, dan memantul kembali ke

sensor. Semakin jauh target dari sensor, semakin lama pula waktu tempuh gelombang dan

semakin kecil perubahan frekuensinya.

Lapisan permukaan juga diperhitungkan. Jika terget dengan permukaan datar dan halus memiliki

kemiringan lebih dari +3 derajat dari arah tegak lurus gelombang, sebagian gelombang akan

terbelokkan dari sensor dan jarak deteksi menjadi lebih pendek. Tetapi, untuk target berukuran

kecil yang berdekatan dengan sensor, batas penyimpangan ini meningkat menjadi +8 derajat.

Jika target memiliki kemiringan lebih dari 12 derajat, seluruh sinyal akan melenceng dari sensor

sehingga sensor tidak akan merespon. Sebuah sinyal menabrak target dengan permukaan yang

kasar, maka sinyal akan terhambur dan terpantul ke segala arah, dan pantulan yang kembali ke

sensor akan menjadi lemah.

Kecepatan suara di udara bergantung pada suhu. Sensor suhu internal menyesuaikan clock

frequency dari penghitung waktu dan frekuensi pembawa untuk membantu mengurangi dampak

perubahan suhu udara. Bagaimanapun juga, turun naiknya suhu dalam skala besar bisa

menyebabkan penyebaran dan penghamburan sinyal ultrasonik, berakibat buruk pada akurasi dan

kestabilan pengukuran. Jika sebuah benda panas ingin dideteksi, dicoba dulu dengan mengatur

posisi sensor dan target pada keadaan vertikal dan arahkan pada bagian target yang lebih dingin.

18

Dengan cara ini, mungkin saja aliran udara panas bisa dihindari dan mampu menghasilkan hasil

yang akurat.

Sensor ultrasonik memiliki zona mati dimana sensor ini tidak bisa mendeteksi secara akurat.

Zona mati ini terletak di antara permukaan deteksi dan jarak deteksi minimum. jika target terlalu

dekat maka ujung gelombang akan terlebih dahulu mengenai target sebelum keseluruhan

gelombang keluar dair tranduser. Akibatnya pantulan tersebut menjadi tidak terbaca karena

tranduser masih mengeluarkan sinyal dan belum siap menerima sinyal.

Jarak deteksi maksimal bisa diketahui dengan eksperimen.

19

Sensor ultrasonik memancarkan suara melalui sebuah kerucut yang tidak memiliki selimut.

Ukuran target dan titik tembakan sangat penting. Secara teori, target yang bisa dideteksi harus

20

berukuran satu setengah kali panjang gelombang. Untuk memperkirakan area yang terkena sinyal

ultrasonik dari jarak tertentu, digunakan rumus Box - 2 x 1 tan (K/2). Dimana :

Box = Diameter kerucut

X = jarak target ke sensor

K = sudut tembakan

Sudut tembakan bisa dikurangi menjado setengahnya dengan konsentrator.

Kelembaban tidak terlalu berpengaruh, hanya berimbas sekitar 0,07 % dari perubahan

kelembaban relatif sebesar 20%. Turbulensi udara, aliran udara dan perbedaan kerapatan udara

mengakibatkan pembelokan gelombang suara. Sinyal pantulan mungkin terbentuk, tapi sinyal

menjadi lemah atau terhambur ke segala arah.

Sensor Proximity

Sensor proximity adalah sensor berupa benda padat yang memiliki variasi teknologi, konfigurasi

dan jarak deteksi. Sensor ini tidak memakan biaya besar, bekerja cepat, bisa untuk AC atau DC,

waktu hidup yang lama, dan cocok dengan berbagai perangkat industri. Sensor proximity

induktif bisa mendeteksi semua logam, logam ferro saja atau logam non-ferro saja. Sensor

kapasitif bisa mendeteksi semua material.

21

Sensor proximity kapasitif memiliki medan listrik yang berosilasi, sensitif ke semua material.

Kapasistansi (C) adalah fungsi dari elektroda (A), jarak antara keduanya (d), dan konstanta

dielektrik meterial diantara elektroda.

C= D× Ad

Gambar di bawah mengilustrasikan sensor kapasitif sederhana. Elektroda bagian atas adalah

permukaan sensor. Cincin pelindung, target, terletak diantara permukaan sensor dan elektroda

ground. Sensor mengisolasi elektroda dari gabungan galvanis ke ground. Karet cincin pelindung

memiliki konstanta dielektrik sebesar 4. Ketika memasuki medan listrik, kapasistansi meningkat.

Sensor mendeteksi perubahan kapasistansi dan mengeluarkan sinyal keluaran.

22

Kebanyakan sensor proximity induktif terdiri dari osilator, demodulator, level dan amplifier

switching seperti gambar

Jika objek logam memasuki medan elektromagnetik dari gulungan osilator, arus pusaran

termasuk ke dalam gulungan ini, yang mana merubah amplitude osilasi. Demodulator

mengkonversi perubahan di amplitude menjadi sinyal DC, menyebabkan pelatuk bergerak dan

semikonduktor ke tahap switch.

Sensor proximity induktif mengoperasikan kontraktor, kopling elektromagnetik, katub, rem dan

sebagainya tanpa tambahan komponen lain.

Memilih dan Menentukan Sensor Proximity

Ketika memilih sensor in untuk keperluan tertentu, ada beberapa hal yang harus diperhatikan.

Pertama yaitu jarak deteksi yang dapat dipergunakan (Su). Bahan target, ukuran, metode aktuasi,

toleransi manufaktur, dan toleransi suhu harus diperhitungkan. Kedua yaitu jarak deteksi

nominal (Sn = jarak sensor ke target dimana sensor bisa menyala). Jarak ini dipengaruhi oleh

toleransi manufaktur dan suhu.

23

Toleransi manufaktur berakibat variasi sekitar 10% dari unit ke unit. Jarak deteksi efektif (Sr)

adalah perbedaan antara jarak deteksi nominal dan 10 % toleransi manufaktur.

Sr = Sn ±(.10 x Sn)

Toleransi suhu juga harus diperhitungkan. Bernilai 10% jika berkisar dari -25 ke +70 0 C dan

15% pada -25 sampai +85o C.

Su = Sr ± (.10 x Sr) -25 ke +70 0 C

Su = Sr ± (.15 x Sr) -25 ke +85 0 C

Jarak deteksi (Su) sekarang bisa dihitung

ketika jarak deteksi sudah diketahui, masih harus dicari kondisi – kondisi lainnya :

1. Bahan target

2. Ukuran

3. Mode penyajian

Jarak deteksi normal yang diberikan dalam sensor induktif ditentukan oleh keringanan besi. Jika

target berupa logam yang berbeda, perlu adanya koreksi pada jarak deteksi (Su).

Su baru = Su lama x M (faktor koreksi bahan)

24

Ukuran standar untuk tiap ukuran diberikan di panduan dari pabrik. Jika target lebih kecil, maka

akan berpengaruh pada jarak deteksi. Persamaan perubahannya :

Su baru = Su lama x T (faktor koreksi target)

Ketika berkerja dengan sensor ini, maka konstanta dielektrik target harus diketahui. Material

dengan konstanta yang lebih tinggi bisa dideteksi pada jarak yang lebih jauh.

25

26

Standar Sensor Proximity

1. CENELEC (The European Committee for Electrotechnical Standarization) :

www.cenelec.com

2. IEC (International Electrotechtical Commision) : www.iec.ch

27

3. NEMA (National Electrical Manufacturer’s Association) : www.nema.org

4. UL (Underwriters Laboratories) : www.ul.com

Antarmuka dan Informasi Desain Sensor Proximity

Ketika memakai sensor kapasitif, harus diperhatikan bahwa ketika sensor kapasitif terlindungi

bisa meletus, maka sensor tak terlindungi harus diisolasi dengan sebuah bahan disekitar

permukaan sensor. Bahan ini yang dengan seketika melawan kedua sensor terlindung dan sensor

tak terlindung harus dilepas untuk menghindari aktuasi yang salah.

Isolasi alat ke alat digunakan ketika 2 atau lebih sensor terletak saling berdekatan untuk

menghindari interferensi dan saling pengaruhi antara keduanya. Jarak antar kedua perisai sensor

kapasitif minmal sebesar diameter permukaan sensor. Jarak antara ssensor tak terlindungi akan

bervariasi menjadi 3 atau 4 kali jarak deteksi nominal.

Ketika sensor terlindungi atau tak telindungi saling berhadapan, jarak antara muka sensor

minimal 8 kali jarak deteksi. Untuk memastikan kedua saklar sensor terlindungi dan tak

terlindungi berfungsi, dan untuk menghilangkan kemungkinan dari sinyal yang slah dari benda

metal didekatnya, jarak minimum harus diatur seperti gambar :

28

Untuk saklar proximity tak terlindungi terletak saling berlawanan, jarak minimum yang

diperbolehkan seperti pada gambar :

Saklar histeresis mewakili perbedaan antara poin ON dan OFF untuk pendekatan aksial dan

radial ke target dan kemunduran berikutnya. Biasanya sekitar 3 sampai 15 % dari jarak deteksi

sebenarnya (Sr).

29

Untuk mengukur frekuensi saklar maksimum, 2 tes memungkinkan frekuensi saklar maksimum :

f = 1/(t1 t2)

untuk ditentukan langsung dari durasi periode On (t1) dan periode OFF (t2)

Kebanyakan versi DC bekerja terbuka secara normal, tertutup secara normal atau berubah

berantai dan tersedia dengan keluaran NPN atau PNP terbuka.

1. Tegangan operasi

2. Tegangan drop

30

3. Tegangan residu

4. Arus beban maksimum

5. Arus residu

6. Konsumsi arus tanpa beban

7. Waktu siaga

8. Rangkaian seri dan paralel

Jika dibutuhkan, saklar proximity induktif bisa dihubungkan secara seri atau paralel. Untuk

rangkaian seri, tegangan drop dari 2 atau lebih saklar 3 kabel (DC) atau saklar 2 kabel (AC atau

DC) bisa signifikan. Perlu diperhatikan bahwa tegangan keluaran cukup besar untuk

menjalankan beban. Dengan versi NPN, saklar 3 kabel harus terhubung ke terminal positif.

Dengan PNP, hubungkan saklar dengan terminal negatif. Rangkaian seri dihasilkan dalam fungsi

AND.

Koneksi paralel saklar 2 kabel (AC) dan saklar 3 kabel (DC) dengan keluaran terbuka mungkin

terjadi. Total arus residu harus tidak mencukupi untuk mencegah beban aktif. Untuk saklar 3

kabel dengan resistor pengumpul, direkomendasikan untuk memisahkan keluaran dengan dioda.

Sebuah fungsi OR diperoleh dengan menghubungkan sklar secara paralel.

Kartu logika bisa ditambahkan ke sensor proximity induktif. Kartu ini menerima sinyal sensor,

menguatkannya dan mengubah keluaran untuk bereaksi dalam berbagai cara. Selain alat operasi

keluaran, sinyal keluaran kartu logika bisa digunakan sebagai input ke kartu lainnya untuk logika

konsumen. Hal ini sering dilakukan dengan kontrol modular basis.

Sebuah pulsa logika memberikan pulsa tunggal dalam respon terhadap perubahan pada sensor.

Pulsa sering digunakan sebagai ujung detektor untuk menggerakkan alat, dimana indikasi

pertama dari kehadiran target membutuhkan operasi tunggal yang berlangsung, tapi dimana

kehadiran kontinyu tidak akan mengaklibatkan terjadinya pengulangan.

Merawat logika bisa digunakan untuk mendeteksi bagian yang ditolak secara manual. Keluaran

bersifat kontinyu sampai operator direset. Setelah direset, keluaran tidak akan terpicu jika

original target masih di depan sensor.

Delay ON/OFF digunakan secara khusus untuk memacetkan deteksi pada vibrasi pengisi dan

pembawa. Delay On mendeteksi kemacetan, dan delay OFF memberikan waktu yang dibutuhkan

ke kemacetan untuk membersihkan area deteksi.

31

Deteksi zero-speed menghasilkan penutupan untuk deteksi kemacetan universal dimana produk

mungkin saja berakhir di depan sensor untuk interval yang terlalu lama, bergantung pada

kemacetan bersifat upstream atau downstream. Jika interval melebihi waktu yang telah

ditentukan, keluaran akan menjadi OFF atau mematikan alat.

Sensor Fotoelektrik

Sensor fotoelektrik dapat mendeteksi semua jenis objek baik besar atau kecil, transparan atau

kusam, mengkilat atau kasar, diam atau bergerak.Sensor fotoelektrik dapat mendeteksi objek dari

jarak beberapa millimeter sampai radius 100 meter.Sensor fotoelektrik menggunakan unit emitter

untuk memproduksi berkas cahaya yang dideteksi oleh receiver.Ketika berkas terhalang sampai

ke receiver di saat itu objek terdeteksi.

Sumber cahaya pada emitter adalah modulasi dari LED. Berkas ini berupa sinar infrared, warna

merah atau warna hijau. Jika digunakan pada arus tinggi untuk interval waktu yang singkat maka

akan menghasilkan pulsa energy tinggi yang digunakan untuk scanning jarak jauh atau untuk

menembus objek yang keras. Hal ini berarti konsumsi daya rendah.

Receiver terdiri dari fototransistor yang menghasilkan sinyal ketika berkas

terputus.Fototransistor digunakan karena sangat cocok dengan LED, memiliki respon cepat, dan

memiliki suhu yang stabil. Dengan pengaturan sirkuit receiver untuk merespon pita kecil pada

frekuensi pulsa LED memungkinkan sensor digunakan pada daerah dengan intensitas cahaya

tinggi dan memungkinkan terjadinya penghilangan noise.Pengaturan receiver agar hanya dapat

mendeteksi pulsa yang spesifik juga dapat dilakukan.

Tersedianya berbagai jenis kabel fiber optic dengan elemen sensor memungkinkan fotoelektrik

sensor digunakan pada beberapa aplikasi di daerah yang sempit atau di daerah yang

berbahaya.Sensor ini juga mampu mendeteksi objek yang bergerak sangat cepat dengan

meningkatkan frekuensi menjadi 8 kHz jika diperlukan.

Seleksi dan Spesifikasi Fotoelektrik Sensor

Retroreflective scanning menggunakan emitter dan receiver yang berada pada unit yang sama

dimana berkas diperoleh setelah terjadinya pantulan oleh reflector. Keuntungannya adalah hanya

memasang sensor pada satu sisi, mudah dalam penempatan dan dibutuhkan keahlian untuk

memasang reflector di areal yang sempit untuk satu receiver.Reflector biasanya berasal dari disk

acrylic atau panel dapat juga dari potongan pita relfektif denganukuran yang cocok.Reflector

32

dalam ukuran besar digunakan untuk menerima berkas dalam jumlah besar yang biasanya

digunakan untuk scanning jarak jauh.

Polarized scanning menggunakan semua fitur dari retroreflective scanning dengan menambahkan

lensa polarisasi. Ketika gelombang cahaya mengenai prismaticreflector, gelombang cahaya akan

memutar 90 ˚ dan ketika kembali memungkinkan cahaya melewati lensa penerima. Hal ini

bertujuan untuk menghindari kesalahan refleksi ketika cahaya mengenai permukaan yang

mengkilap.

Agar teknik scan retroreflective dan Polarized bagus, kira-kira 80% dari berkas yang efektif

harus diblok. Diameter efektif dari berkas cahaya adalah sama dengan reflector dan lensa

fotoelektrik.

33

Dengan menggunakan polarized retroreflective photoelectrics, objek dengan reflektifitas tinggi

dideteksi untuk control pembawa. Kontrol polirazed hanya merespon reflektor corner-cubed dan

menolak refleksi cahaya dari target, serta menjamin target selalu memblok berkas cahaya

Dalam perakitan otomatis, orientasi yang tepat dapat dikontrol dengan menghafalkan perbedaan

koefisien refleksi dari target. Dengan fotoelektrik berbasis mikroskop pada gambar 15.1.52 dapat

dilakukan dengan menekan tombol auto-tuning.

Dengan teknik through-scanpada gambar 15.1.53 emiter dan receiver terpisah dan diletakkan

berlawanan sehingga cahaya dari emitter dapat bergerak menuju receiver. Mode scaning ini

memberikan kesesuaian maksimum ( sedikit kesalahan pantulan ke receiver ), penembusan yang

tinggi pada daerah terkontaminasi, dan scaning jarak jauh. Ketika installing sistem through-scan

salah satu emitter diletakkan disebelah receiver setelahnya. Untuk menghindari system

mendeteksi cahaya dari yang lain.

34

Agar through scanning menjadi bagus, kira-kira 80 % berkas yang aktif harus diblok. Diameter

efektif dari berkas adalah sama denganukuran emitter dan lensa receiver seperti pada gambar

15.1.55

35

Dalam scaning difusi, emitter dan receiver berada pada unit yang sama, dan emisi berkas yang

dipantulkan ke receiver langsung dari target. (gambar 15.1.56). Mode ini digunakan dalam kasus

dimana penggunaan reflector tidak dapat dipraktekkan, adanya pertimbangan lokasi, atau ketika

membutuhkan deteksi spesifik objek.Karena refleksi cahaya berdifusi, pembersihan lingkungan

dibutuhkan dan jarak scaning lebih pendek.Jarak maksimum dari diffuse-scan adalah 10 x 10 cm

kartu putih. Jika reflektifitas objek lebih kecil dri kartu putih, maka jarak scan akan direduksi,

jika reflektifitas objek lebih besar maka jarak scan akan meningkat.

Difusi dengan background yang saling tumpang tindih adalah jenis khusus dari diffuse-scan.

Penggunaan dual receiver dan pencocokan optic mengakibatkan target dapat terdeteksi secara

sempurna selama background dibelakang target diabaikan.( gambar 15.1.58 ). Metode ini dapat

sangat berguna ketika objek berwarna gelap ditempatkan di depan background yang memiliki

reflektifitas tinggi.

36

Berkas konvergen adalah jenis khusus lain dari diffuse-scan. Berkas dari lensa konvergen

digunakan untuk menentukan facal point di depan control (gambar 15.1.59). berkas konvergen

digunakan untuk penempatan produk dan menolak refleksi background. Berkas konvergen

menggunakan cahaya tampak merah atau hijau yang diproduksi secara terpusat, titik cahaya kecil

pada objek dapat digunakan untuk mendeteksi tingkatan warna.Target dideteksi menggunakan

“sensing window” dari control berkas konvergen. Jendela ini akan meningkat dengantarget yang

memiliki reflektifitas tinggi dan turun dengan reflektifitas rendah.

37

Sensor fotoelektrik fiber optic menggunakan through scan atau diffuse scan kabel fiber optic

(gambar 15.1.61). kabel ini mengijinkan proses sensor dalam daerah yang sangat terbatas dan

38

dapat mendeteksi target yang sangat kecil. Kabel yang terbuat dari plastic atau fiber glass yang

memungkinkan pengguna mengurangi panjangnya.Glass dan kabel stainless steel memberikan

proteksi yang keras dan memiliki kemampuan suhu tinggi.

Jarak spesifik scaning untuk sensor fotoelektrik adalah memberikan jarak operasi minimum

dalam pembersihan lingkungan.Untuk unit retroreflective, jarak ini diperoleh menggunakan

reflector dengan efisiensi 100%. Untuk unit diffuse jarak ini diperoleh menggunakan kertas

Kodak putih dengan dimensi yang spesifik, biasanya 10 x 10cm. penggunaan material lain

mempengaruhi jarak scaning pada teknik diffuse seperti :

Kodak white paper, 100%

Aluminum, 120−150%

Brown Kraft paper, 60−70%

Respon waktu adalah waktu antara perubahan optic sistem dan perubahan output untuk ON atau

OFF.

Frekuensi operasi adalahukuran dalam putaranper detik (Hz) dan di hitung dengan :

Frekuensi operasi = 1

( respon time ON+respon time OFF)

Antarmuka dan Informasi Desain Sensor Fotoelektrik

Sensor fotoelektrik memiliki mode terang dan gelap ( LO/DO ). Dalam LO, output bernilai ON

jika ada cahaya pada receiver dan bernilai OFF jika tidak ada cahaya di receiver. Pada DO,

output bernilai ON jika tidak ada cahaya di receiver dan bernilai OFF jika ada cahaya di receiver.

39

Sekarang beberapa sensor fotoelektrik memiliki analisis diri berupa indicator LED dan output.

Banyak peralatan dengan indicator LED digunakan untuk memberikan peringatan dini terhadap

kesalahan fungsi, kesalahan letak dan juga terjadi kontaminasi pada permukaan lensa. Umumnya

indikasi pada LED berupa cayaha yang stabil atau cahaya yang tidak stabil lihat gambar 15.1.63)

Cahaya stabil : LED berwarna hijau menunjukkan fotoelektrik melakukan penerimaan 1,5 lebih

kecil dari level cahaya operasi minimum dari sensor ( operasi normal ).

Cahaya tidak stabil : warna hijau LED berubah menjadi merah atau mati, menunjukkan

fotoelektrik melakukan penerimaan cahaya lebih kecil dari 50% tetapi lebih besar dari operasi

minimum sensor. Sensor tetap bekerja tetapi tidak normal.

Sensor fotoelektrik biasanya digunakan dengan menambahkan kawat untuk memperkecil

kesalahan pada output. Kesalahan output terjadi ketika sensor bekerja pada kondisi cahaya tidak

stabil. Sinyal ini dapat dihubungkan ke PLC atau sirkuit alarm untuk memberitahu pengguna

bahwa terjadi kesalahan pada sensor. Penyesuaian sensor dilakukan untuk mengurangi waktu

mati dari sensor.

40

Beberapa fotoelektrik tipe terbaru mempunyai indicator LED yang memberikan informasi lebih

baik pada kondisi gelap daripada kondisi terang. Pada sensor ini, warna hijau LED

mengidikasikan apakah sensor bekerja baik dlam kondisi gelap atau tidak dengan menambahkan

cahaya stabil dan cahaya tidak stabil.

Gelap stabil : warna hijau LED menunjukkan bahwa emisi berkas cahaya sepenuhnya diblok

dari elemen penerima pada fotoelektrik ( sensor normal ).

Gelap tidak stabil : warna hijau LED mati menunjukkan ada sedikit berkas cahaya yang

mengenai receiver. Level ini kurang tinggi untuk mengoperasikan sensor, tetapi dalam keadaan

marginal. Jika keadaan marginal ini berlangsung terus menerus selama satu putaran penuh

operasi sensor maka LED hijau akan berkedip dan analisis diri pada output akan aktif.

Perkembangan Terbaru dan Masa Depan

Posisi sensor mengindikasikan ketepatan lokasi objek, posisi target, atau meningkatkan

efektifitas.Komponen elektronika terbaru memberikan peningkatan menyeluruh pada

karakteristik sensor dan memberikan tambahan fungsi pada level sensor. Fungsi analisa dan

41

kemudahan dalam fitur kalibrasimeningkatkan system control dan mengurangi waktu

penginstalan sensor.

Mode komunikasi adalah tingkatan yang penting untuk menentukan teknologi sensor yang tepat

untuk aplikasi dan keahlian pabrikan untuk mengkombinasikan teknologi adalah keuntungan

yang besar. Focus dari teknologi ini adalah pembuatan aplikasi dan bagaimana cara

menyelesaikan setiap persoalan.

15.2 String Potensiometer dan Petunjuk Teknis String Encoder

Tinjauan Teknologi

CPTs pertama kali dibangun pada pertengahan 1960 dan difokuskan pada perkembangan

industry antariksa dan pesawat luar angkasa. Aplikasi pertama digunakan untuk memonitor

mekanisme control terbang pesawat luar angkasa selama percobaan penerbangan.

Saat ini teknologi ini semakin nyata dan matang. Performa yang tinggi dan harga yang

terjangkau membuat CPTs menjadi basic untuk control dan monitoring operasi. Contohnya

adalah :

Delta IV missile thrust vectoring system

Military fighter level sensor

Diesel engine fuel index measurement

International Space Station environmental control systems

commercial and military aircraft flight data recorder input sensors

excavator hydraulic cylinder control

medical table actuation feedback system

42

V-22 flight control surface monitoring

Global Hawk UAV landing gear stroke measurement

logistics sorting and positioning equipment

earth borer positioner

Keuntungan CPTs

CPTs memiliki keuntungan yang lebih dari sensor posisi yang lain diantarnya :

Kemampuan Multi-axis. Pada gambar 15.2.2 ditunjukkan CPTs dapat digunakan pada lintasan

lurus, rotasi, 2-dimensi, dan 3-dimensi. Kemampuan membuat CPTs yang ideal dalam

teknikpengujian termasuk bagus, dalam aplikasi OEM dimana ukuran dan pilihan lain

menghapus masalah pembatasan pemasangan.

Pemasangan Fleksibel. Salah satu sifat yang ada pada CPTs adalah pemasangannya yang

fleksibel.Ksbel dapat dipasang secara berdempet. Pada metode lain memasukkan magnet atau

eyebolt atau benang pengunci. Caontohnya adalah sebagai berikut :

Kabel juga dapat diputar mengelilingi tanggul menggunakan katrol dan pipa fleksibel.

43

Akhirnya, inovasi basic pemasangan transducer dan pilihan keluaran kabel memberikan

tambahan fleksibelitas pemasangan, pengurangan biaya dengan perlengkapan special dan

adapter.

Instalasi Cepat. Fitur fleksibel dalam pemasangan dikombinasikan dengan besarnya toleransi

untuk pemindahan kabel yang terjadi kesalahan penempatan mengakibatkan instalasi menjadi

44

cepat bahkan kurang dari 2 menit. Hal ini juga akan mengurangi biaya instalasi, penelitian dan

pembuatan aplikasi.

Ukuran Kecil. Teknologi CPTs disajikan dalam bentuk yang relative kecil kepada pengguna.

CPTS paling kecil berukuran 1,5 inci. Jika jangkauan ukuran meningkat, ukuran CPTs yang

relative kecil membuat keuntungannya menjadi lebih terlihat.

Ringan. CPTs memiliki fitur ukuran pergeseran yang pasti, massa stainless steal yang ringan,

kable fiber yang kuat. Untuk keperluan ini pada umumnya dilakukan pengkutuban komponet

aluminium yang hasilnya produk memiliki rasio jangkauan massa yang ringan. Hasil ini sangat

penting untuk pesawat luar angkasa, missileracing, robot dan aplikasi biomedical.Massa yang

45

ringan juga dapat meningkatkan survivability dalam goncangan hebat dan getaran pada industry

mesin dan peralatan aplikasi.

Kasar. Desain yang tepat dan pembuatan CPTs yang baik akan menghasilkan produk yang tahan

selama 35 tahun pada industry kasar, antariksa, pengujian dan lingkungan luar. Desain dari CPTs

dapat berupa mekanik dan elektrik sederhana, yang hasilnya berupa ketelitian yang tinggi,

perawatan yang sederhana dan tahan untuk beberapa tahun.Lingkungan pengujian CPTs

mendemonstrasikan operasi efektif dari CPTs pada lingkungan dengan goncangan yang hebat,

getaran, kelembaban, korosi, pengembunan dan parameter lainnya.

Keragaman Keluaran Elektris. Karena CPTs dapat menggabungkan lebar jangkauan dari

sensor rotasi dan berhubungan dengan kondisi sinyal, maka maka setiap output elektrik yang

dipilih memungkinkan.

Daya Rendah, Pengondisian Sinyal Sederhana. CPTs sebenarnya adalah tipe potensiometer

analog, umumnya berdaya rendah dan membutuhkan pengaruh kondisi sinyal yang

sederhana.Daya 5 VDC atau kurang sudah mencukupi dan tidak dibutuhkan kondisi sinyal

khusus untuk sebagian besar aplikasi. Kebutuhan sinyal input dan output CPTs dapat

46

mengurangi harga system, memungkinkan untuk setup secara cepat dan memungkinkan orang

yang kurang berpengalaman bekerja dengan alat ini.

Tidak Menonjol. Ukuran yang kecil dan massa yang ringan membuat CPTs memiliki

penampang yang kecil. Ini merupakan desain yang sangat memuaskan, apalagi kepekaannya

dapat mengurangi interaksi yang tidak diinginkan antara aplikasi dengan transducer. Puncaknya,

pergeseran kabel dapat didesain untuk memutus aplikasi jika sensor mengalami kegagalan serius

dalam berinterferensi dengan objek. Hal ini menjadi sangat penting dalam aplikasi control

penerbangan dimana keselamatan penerbangan dapat terganggu ketika mekanisme kegiatan

sensor mengalami kegagalan yang berakibat pada tidak dapat dikendalikannya pesawat luar

angkasa.

Suhu Operasi Lebar. Output analog CPTs dapat dioperasikan pada range suhu –65°C to

+125°C sedangkan sinyal digital dapat dioperasikan pada range suhu –40°C to+85°C or –20°C to

+100°C. Lebar suhu operasi ini mengurangi operasi dan persoalan instalasi serta membuat

produk bagus ditempatkan dilingkungan luar, antariksa, dan aplikasi control untuk

industry.Lebar suhu operasi dapat dicapai dengan menggunakan sensor custom.

Akurasi. Penggunaan koneksinon-backlash dan untaian drum membuat CPTs memiliki

ketidakpastian ±0.025% pada skala penuh.

Wilayah Pengukuran Lebar. Lebar jangkauan pengukuran dari CPTs berkisar antara 1.5

sampai 2000 inches. Untuk pengukuran dengan jangkauan yang panjang CPTs adalah solusi

yang memungkinkan.

Biaya Efektif. CPTs umumnya adalah device yang efektif.Terutama ketika mempertimbangkan

masalah umur hidup.Pemasangan yang fleksibel, instalasi yang cepat, ketepatan tinggi, dan

kebutuhan kondisi sinyal yang minimal membuat CPTs menjadi sebuah alternative. Harga

efektifitas CPTs meningkat pada jangkauan yang panjang karena pergeseran kabel merupakan

harga utama maka harga efektif CPTs akan meningkat jika rangenya juga meningkat.

Tanggapan Frekuensi. CPTs biasanya digunakan pada pengujian kecelakaan kendaraan dimana

percepatannya melebihi 50 g’s.CPTs juga digunakan pada berbagai aplikasi dimana

percepatannya mencapai 100 g’s.Meskipun menggunakan percepatan yang ekstrem aplikasi

dapat melebihi kemampuan respon frekuensi pada CPTs.

Masa Pakai. CPTs denganencoder optic dan teknologi sensor plastic conduksi dapat beroperasi

pada resolusi 100,000 tangkai.Meskipun, memiliki jangkauan yang panjang output analog dari

47

CPTs membutuhkan potensiometer dengan umur hidup lebih rendah dari 100,000.Oleh karena

itu perlu dialakukan anaisa yang tepat sebelum menggunakan CPTs agar dapat ditentukan CPTs

yang sesuai.

Tegangan Kabel pada Aplikasi. Device sensor non-contact seperti ultrasonic, hall effect, atau

laser tidak termasuk dalam aplikasi ini. Kabel CPTs memberikan beban tegangan pada aplikasi.

Saat pembebanan ini dapat sedikit meminimalis sebesar 1 oZ ( 0,278 N ), itu tidak dapat dihapus.

Oleh karena itu, untuk aplikasi yang sensitive terhadap pengaruh luar teknologi lain sangat

dimungkinkan.

Interferensi Kabel. Ukuran yang kecil dan ringan adalah keuntungan dari CPTs.Pada berbagai

aplikasi itu merupakan sebuah kerugian.Contohnya kekurang hati-hatian dapat menyebabkan

kerusakan jika teknisi dan operator tidak mengetahui keberadaan kabel.

Efek Kesalahan Kurva Rantai. Grafik catenary dideskripsikan sebagai bentuk pergeseran kabel

ketika subjek adalah gaya yang seragam contohnya gravitasi. Karena massa kabel per satuan

panjang kecil dan tegangan kabel relative tinggi, lenturan kabel tidak dapat memproduksi

kesalahan secara signifikan pada kabel yang digunakan. Kesalahan lenturan kabel termasuk kecil

jika dibandingkan dengan kesalahan dari sumber ( umumnya lebih kecil dari 0,0025 % ). Namun

pada beberapa aplikasi ( khususnya pada rotasi dengan sudut putar tinggi dan pengukuran jarak

jauh ) gaya diproduksi untuk mendapatkan kesalahan lenturan pada kabel secara signifikan.

Kesimpulan. Posisi kabel transducer adalah fleksibel, kuat, dan efektif untuk device pengukuran

pergeseran untuk lebar jangkauan pada aplikasi. Di waktu yang bersamaan produk ini menjadi

terbatas karena teknologi lain lebih tepat digunakan pada aplikasi yang lebih spesifik.

15.3 Linear dan Posisi dan Gerak Rotary Sensor

Teknologi modern sirkuit terpadu linier dan digital digunakan di seluruh lapangan posisi dan

Gerak sensing. Solusi terintegrasi yang menggabungkan linear dan fungsi digital telah

menghasilkan solusi biaya yang efektif untuk masalah yang telah diselesaikan dengan

menggunakan teknik elektro-mekanis mahal. Sistem ini digunakan dalam banyak aplikasi

termasuk robotika, manufaktur dibantu komputer, pabrik otomasi, avionik, dan otomotif. Bab ini

adalah tinjauan umum tentang sensor posisi linier dan putar dan terkait sirkuit pengkondisian.

Aplikasi menarik dari integrasi campuran-sinyal IC diilustrasikan dalam bidang pengendalian

motor AC. Bab ini mendiskusikan tentang accelerometers micromachined akhir

■ Linear Posisi: Linear Variable Differential Transformers (LVDT) Efek Hall

48

■ Sensor

■ Kedekatan Detektor

■ Linear Output (Kekuatan Medan Magnet)

■ Posisi rotasi

■ Transformers Diferensial Rotary Variabel (RVDT)

■ Rotational Optical Encoder

■ Synchros dan Resolver

■ Inductosyns (Posisi Linear dan putaran)

■ Aplikasi Motor Kontrol

■ Percepatan dan Tilt: Accelerometer

Gambar 15.3.1: Posisi dan sensor gerak.

Linear Variable Differential Transformers (LVDTS)

Diferensial transformator variabel linear (LVDT) adalah metode yang akurat dan dapat

diandalkan untuk mengukur jarak linier. LVDTs menggunakan mesin alat modern, robotik,

avionik, dan manufaktur komputerisasi. Pada akhir Perang Dunia II, LVDT yang telah

memperoleh penerimaan sebagai elemen sensor dalam industri kontrol proses sebagian besar

sebagai akibat dari penggunaannya dalam pesawat, torpedo, dan sistem senjata. Publikasi dari

Linear Variable Differential Transformer oleh Schaevitz Herman pada tahun 1946 (Risalah

dari perangko balasan itu, Volume IV, No 2) membuat komunitas pengguna pada aplikasi dan

fitur LVDT tersebut.

LVDT (lihat Gambar 15.3.2) adalah sebuah sensor posisi untuk listrik output proporsional

bergerak ke posisi inti magnetik. inti bergerak linear di dalam transformator terdiri dari gulungan

pusat primer dan dua kumparan sekunder luar pada formulir silindris. Tegangan induksi

sekunder bervariasi dengan posisi inti magnetik dalam perakitan. Inti biasanya memfasilitasi

lampiran ke batang nonferromagnetic yang pada gilirannya melekat pada gerakan obyek atau

perpindahan yang sedang diukur. Gulungan sekunder keluar dari fase satu sama lain, dan ketika

inti tegangan berpusat dalam dua gulungan sekunder yang bertentangan satu sama lain, dan

tegangan output adalah nol. Bila inti dipindahkan dari pusat, tegangan sekunder ke arah inti

bergerak meningkat, sedangkan penurunan tegangan berlawanan. Hasilnya adalah diferensial

tegangan output yang bervariasi secara linear dengan posisi inti tersebut. Linearitas baik selama

49

rentang desain gerakan 0,5% atau lebih. LVDT ini menawarkan akurasi yang baik, linieritas,

sensitivitas, resolusi yang tak terbatas, serta gesekan operasi dan kekasaran.

Gambar 15.3.2: Linear variabel transformer diferensial (LVDT).

Berbagai macam rentang pengukuran yang tersedia di LVDTs berbeda, biasanya dari ± 100 pM

untuk ± 25 cm. tegangan eksitasi Khas berkisar dari 1 V sampai 24 V rms,dengan frekuensi dari

50 Hz sampai 20kHz. Spesifikasi kunci untuk E100 Schaevitz LVDT diberikan pada Gambar

15.3.3.

Nominal Linear Range: ± 0,1 inci (± 2,54 mm)

■ Input Voltage: 3V rms

■ Operasi Frekuensi: 50 Hz sampai 10 kHz (2,5 nominal kHz)

■ Linearitas: 0,5% Fullscale

■ Sensitivitas: 2,4 mV Output / 0,001 inci Eksitasi Volt

■ Impedansi Primer: 660Ω

■ Impedansi Sekunder: 960Ω

Gambar 15.3.3: Schaevitz E100 LVDT spesifikasi.

Perhatikan bahwa null sejati tidak terjadi ketika inti dalam posisi pusat karena ketidakcocokan

antara dua gulungan sekunder dan induktansi kebocoran. Juga, cukup mengukur tegangan

keluaran VOUT tidak akan memberitahu di sisi mana posisi null inti berada.Sebuah rangkaian

pengkondisian sinyal yang menghilangkan kesulitan ini ditunjukkan dalam Gambar

15.3.4 dimana nilai absolut dari dua tegangan output dikurangi. Menggunakan

teknik ini, baik variasi positif dan negatif tentang posisi pusat dapat

diukur. Sementara dioda / kapasitor tipe penyearah dapat digunakan sebagai nilai absolut

sirkuit, presisi rectifier yang ditunjukkan pada Gambar 15.3.5 lebih akurat dan linier. Input

diterapkan untuk converter V / I yang pada gilirannya drive analog multiplier. Tanda dari

50

masukan diferensial terdeteksi oleh switch output komparator yang menandatangani dari V / I

output melalui pengganda analog. Hasil akhir adalah replika presisi nilai absolut dari input.

Sirkuit ini dipahami dengan baik oleh desainer IC dan mudah diterapkan pada proses bipolar

modern.

AD598-standar industri LVDT pengkondisi sinyal ditunjukkan pada Gambar 15.3.6 (bentuk

disederhanakan) melakukan semua proses LVDT sinyal diperlukan. Eksitasi on-chip

osilator frekuensi dapat diatur dari 20 Hz sampai 20 kHz dengan sebuah kapasitor eksternal

tunggal.Dua rangkaian nilai mutlak diikuti oleh dua filter yang digunakan untuk mendeteksi

amplitudo dari A dan input saluran B. sirkuit analog kemudian digunakan untuk menghasilkan

fungsi ratiometric [A-B] / [A + B]. Perhatikan bahwa fungsi ini tidak tergantung pada amplitudo

berliku utama tegangan eksitasi, dengan asumsi jumlah dari tegangan output LVDT amplitudo

tetap konstan selama rentang operasi. Hal ini biasanya terjadi untuk LVDTs kebanyakan, tetapi

user harus selalu memeriksa dengan produsen jika tidak ditentukan pada lembar data LVDT.

Perhatikan juga bahwa pendekatan ini memerlukan penggunaan 5-kawat LVDT.

51

Sebuah resistor eksternal tunggal menentukan tegangan AD598 eksitasi dari sekitar 1 V rms

untuk 24 V rms. Kemampuan Drive adalah rms 30 mA. AD598 bisa mengendarai LVDT di akhir

300 meter kabel, karena sirkuit tidak terpengaruh oleh pergeseran fasa atau sinyal magnitudo

absolut. Output posisi kisaran VOUT adalah ± 11 V untuk beban 6 mA dan dapat mendorong

hingga 1000 meter kabel. Masukan VA dan VB dapat serendah 100mV rms.

Pengkondisi sinyal AD698 LVDT (lihat Gambar 15.3.7) memiliki spesifikasi yang mirip seperti

yang AD598 namun proses sinyal sedikit berbeda. Perhatikan bahwa AD698 beroperasi dari

LVDT 4-kawat dan menggunakan Demodulation sinkron. Prosesor A dan sinyal B masing-

masing terdiri dari fungsi nilai absolut dan filter. Output A kemudian

dibagi dengan keluaran B untuk menghasilkan output akhir yang ratiometric dan amplitudo

tegangan eksitasi mandiri. Perhatikan bahwa jumlah LVDT tegangan sekunder tidak harus tetap

52

konstan dalam AD698 tersebut. AD698 ini juga dapat digunakan dengan setengah-jembatan

(mirip dengan sebuah transformator-auto) LVDT seperti yang ditunjukkan pada Gambar 15.3.8.

Dalam pengaturan ini, tegangan seluruh sekunder diterapkan pada prosesor B, sedangkan pusat-

tap tegangan diterapkan untuk prosesor A LVDT setengah jembatan tidak menghasilkan

tegangan null, dan A / B merupakan rasio kisaran perjalanan inti. Perlu dicatat bahwa konsep

LVDT dapat diimplementasikan dalam bentuk putaran, hal perangkat disebut transformator

variabel diferensial rotary (RVDT). Poros setara dengan inti dalam LVDT, dan gulungan

transformator luka pada bagian stasioner perakitan. Namun, RVDT adalah linier atas relatif

kisaran sempit rotasi dan tidak mampu mengukur 360 ° penuh rotasi. Al-

53

meskipun mampu rotasi terus menerus, RVDTs khas adalah linier pada rentang ± 40 ° tentang

posisi nol (0 °). Sensitivitas tipikal adalah 2-3 mV per volt per derajat rotasi, dengan tegangan

masukan dalam kisaran 3 rms V pada frekuensi antara 400 Hz dan 20 kHz. Posisi 0 ° ditandai

pada poros dan tubuh. Hall Effect Sensor Magnetic. Jika arus mengalir dalam sebuah konduktor

(atau semikonduktor) dan ada medan magnet yang tegak lurus terhadap aliran arus, maka

kombinasi arus dan medan magnet akan menghasilkan tegangan tegak lurus terhadap kedua

(lihat Gambar 15.3.9) Fenomena ini, yang disebut Efek Hall, ditemukan oleh EH Hall pada tahun

1879. Tegangan VH, dikenal sebagai Tegangan Hall. VH adalah fungsi dari kepadatan saat ini,

medan magnet, dan kepadatan muatan dan mobilitas pembawa konduktor

Sebagaimana dibahas sebelumnya dalam bab ini, efek hall dapat digunakan untuk mengukur

medan magnet (dan maka dalam pengukuran saat menghubungi-free), namun aplikasi yang

paling umum adalah di sensor gerak dimana Hall sensor tetap dan sebuah magnet kecil yang

menempel pada bagian yang bergerak dapat mengganti cam dan kontak dengan besar

peningkatan kehandalan. (Cams aus dan kontak busur atau menjadi kotor, tetapi magnet dan

sensor Hall terhubung bebas dan melakukan keduanya.)

54

VH sebanding dengan medan magnet dan bukan untuk menilai perubahan medan magnet

seperti sensor induktif, efek Hall menyediakan sensor kecepatan lebih rendah daripada pickup

induktif.

Meskipun beberapa bahan dapat digunakan untuk sensor efek Hall, silikon memiliki keunggulan

sirkuit pengkondisian sinyal yang dapat terintegrasi pada chip yang sama sebagai sensor.

proses CMOS biasa digunakan untuk aplikasi ini. Sebuah detektor kecepatan rotasi sederhana

dapat dibuat dengan sensor Hall, panggung keuntungan, dan pembanding seperti ditunjukkan

pada Gambar 15.3.10. Rangkaian ini dirancang untuk mendeteksi kecepatan rotasi seperti pada

aplikasi otomotif. Menanggapi perubahan-perubahan kecil di lapangan, dan pembanding telah

built-in histeresis untuk mencegah osilasi. Beberapa perusahaan manufaktur switch seperti Hall,

dan penggunaannya tersebar luas. Gambar 15.3.10: Hall efek sensor yang digunakan sebagai

sensor rotasi.

Ada banyak aplikasi lainnya, terutama di throttle otomotif, pedal, suspensi,dan posisi katup

penginderaan, di mana representasi linear dari medan magnet diinginkan. AD22151 adalah

sensor medan magnet yang linier tegangan output sebanding untuk medan magnet diterapkan

tegak lurus dengan permukaan paket atas (lihat Gambar 15.3.11). The AD22151 menggabungkan

massal terpadu Hall teknologi sel dan sirkuit pengkondisian untuk meminimalkan drift terkait

suhu dengan silikonHall sel karakteristik.

Arsitektur memaksimalkan keuntungan dari penerapan monolitik sementara memungkinkan

fleksibilitas cukup untuk memenuhi kebutuhan aplikasi bervariasi dengan minimum jumlah

komponen eksternal. Fitur utamanya meliputi pembatalan drift dinamis offset menggunakan op

amp helikopter-jenis dan built-in sensor suhu. Dirancang untuk tunggal +5 V supply

pengoperasian, rendah offset dan mendapatkan drift memungkinkan operasi di atas -40 ° C untuk

rentang 150 ° C. Kompensasi temperatur (mengatur eksternal dengan sebuah resistor R1) dapat

55

menampung sejumlah bahan magnetik yang umum digunakan dalam posisi sensor.Tegangan

output range dan keuntungan dapat dengan mudah diatur dengan resistor eksternal. Khas

keuntunganrentang biasanya ditetapkan dari 2 mV / Gauss sampai 6 mV / Gauss. tegangan

output bisa disesuaikan dari sepenuhnya operasi bipolar (reversibel) ke lapangan sepenuhnya

penginderaan unipolar.

Encoder optik absolut (kanan diagram dalam Gambar 15.3.12) mengatasi ini kelemahan tetapi

lebih mahal. Sebuah cakram optik encoder adalah mutlak terbagi ke sektor N (N = 5 misalnya

ditunjukkan), dan masing-masing sektor ini dibagi radial sepanjang panjangnya menjadi

beberapa bagian buram dan transparan, membentuk unik N-bit digital kata dengan jumlah

maksimum 2N - 1. Kata berbentuk digital radial oleh masing-masingsektor kenaikan nilai dari

satu sektor ke berikutnya, biasanya menggunakan kode Gray. Kode biner dapat digunakan,

56

namun dapat menghasilkan kesalahan besar jika satu bit tidak benar ditafsirkan oleh sensor.

Kode Gray mengatasi cacat ini: kesalahan maksimum yang dihasilkanoleh kesalahan dalam

setiap bit tunggal kode Gray hanya 1 LSB setelah kode Gray diubah menjadi kode biner. Satu set

sensor cahaya N menanggapi bit-N digital kata yang sesuai dengan posisi absolut sudut di disk.

Industri optik encoders mencapai hingga resolusi 16-bit, dengan akurasi mutlak bahwa

pendekatan resolusi (20 detik busur). Kedua encoders optik mutlak dan incremental,

bagaimanapun, menderita kerusakan di lingkungan industri yang keras.

Resolvers dan Synchros

Mesin-alat dan produsen robotik telah semakin berpaling ke resolver dan synchros untuk

memberikan informasi sudut dan rotasi akurat. Perangkat excel dalam menuntut aplikasi pabrik

yang membutuhkan ukuran kecil, kehandalan jangka panjang, posisi pengukuran mutlak, akurasi

tinggi, dan operasi low-noise. Gambar 15.3.12: Tambahan dan absolut encoders optik.

Tambahan

Sebuah diagram dari Sinkronisasi khas dan penyelesaiannya ditunjukkan pada Gambar 15.3.13.

Kedua synchros dan resolver menggunakan single-berliku rotor yang berputar di dalam stator

tetap. Dalam kasus Sinkronisasi sederhana, stator memiliki tiga gulungan berorientasi 120 °

57

terpisah dan elektrik terhubung dalam koneksi-Y. Resolver berbeda dari synchros dalam mereka

stators hanya memiliki dua gulungan berorientasi pada 90 °.

Karena synchros memiliki kumparan stator tiga dalam orientasi 120 ° lebih sulit dari resolver

untuk memproduksi dan karena itu lebih mahal. Hari ini, synchros menemukan penurunan

digunakan, kecuali dalam aplikasi militer dan avionik retrofit tertentu Resolvers modern,

sebaliknya, yang tersedia dalam bentuk brushless yang mempekerjakan trafo untuk pasangan

rotor sinyal dari stator ke rotor. Berkelok-kelok utama transformator ini berada pada stator, dan

sekunder pada rotor. Lain resolver gunakan lebih sikat tradisional atau slip cincin untuk

pasangan sinyal ke rotor berliku Resolvers Brushless lebih kasar dari synchros karena tidak ada

kuas.

Kebanyakan resolver ditentukan untuk bekerja lebih dari 2 V sampai 40 V rms dan frekuensi dari

400 Hz sampai 10 kHz. Sudut akurasi berkisar dari 5 busur-menit dengan 0,5 busur-menit.

(Ada 60 busur-menit dalam satu derajat, dan 60 busur-detik dalam satu menit busur, Oleh

karena itu, satu menit busur sama dengan 0,0167 derajat.) Dalam operasi, synchros dan resolver

menyerupai berputar transformer. Rotorberkelok-kelok adalah gembira oleh referensi tegangan

AC, di frekuensi hingga beberapa kHz. Besarnya tegangan induksi dalam stator sebanding

dengan sinus dari sudut, θ, antara sumbu sumbu kumparan rotor dan stator koil. Dalam kasus

sebuah Sinkronisasi, tegangan induksi di setiap pasang terminal stator akan menjadi jumlah

vektor tegangan di dua kumparan dihubungkan. Sebagai contoh, jika rotor Sinkronisasi adalah

58

bersemangat dengan tegangan referensi, Vsinωt,di terminal R1 dan R2, kemudian terminal stator

akan melihat tegangan dalam bentuk: S1 ke S3 V sinθ sinωt = S3 untuk S2 sinωt V = sin (θ 120

°) S2 untuk S1 sinωt V = sin (θ 240 °),di mana θ adalah sudut poros. Dalam kasus resolver,

dengan tegangan referensi AC rotor Vsinωt, terminal stator'stegangan akan:

S1 ke S3 θ = sin V sinωt S4 untuk S2 sinωt V = sin (θ 90 °) = V cosθ sinωt.

Perlu dicatat bahwa output Sinkronisasi 3-kawat dapat dengan mudah dikonversi menjadi

resolver-format setara dengan menggunakan transformator Scott-T. Oleh karena itu, berikut

sinyal contoh pengolahan hanya menjelaskan konfigurasi resolver. Sebuah konverter Resolver-

ke-digital khas (RDC) ditunjukkan pada Gambar 15.3.14 fungsional Dua output dari resolver

diterapkan untuk kosinus dan sinus pengganda. Ini multiplier menggabungkan sinus dan kosinus

lookup tabel dan berfungsi sebagai mengalikan digital-ke-analog konverter. Mulailah dengan

asumsi bahwa keadaan saat ini atas / bawah counter adalah angka digital yang mewakili sudut

pengadilan, φ. Konverter berusaha untuk menyesuaikan sudut digital, φ, terus menerus untuk

menjadi sama dengan, dan untuk melacak θ, analog sudut yang diukur. Stator resolver tegangan

output ditulis sebagai:

V1 = V sinωt sinθ

V2 = V sinωt cosθ

di mana θ adalah sudut dari rotor resolver. The φ sudut digital diterapkan ke cosinus yang

multiplier, dan cosinus adalah dikalikan dengan V1 untuk menghasilkan istilah:

V sinωt sinθ cosφ. φ sudut digital juga diterapkan pada sinus multiplier dan dikalikan dengan V2

ke produk istilah: V sinωt cosθ sinφ.

Kedua sinyal dikurangi dari satu sama lain dengan penguat kesalahan untuk menghasilkan AC

kesalahan sinyal dalam bentuk: V sinωt [sinθ cosφ - cosθ sinφ]. Menggunakan identitas

trigonometri sederhana, ini mengurangi untukV sinωt [sin (θ-φ)].

Detektor serentak demodulates ini sinyal error AC, menggunakan rotor resolver

tegangan sebagai referensi. Hal ini menghasilkan sinyal error DC proporsional (θ - φ)

Sinyal error DC feed integrator, output yang drive tegangan-terkontrol

osilator (VCO). VCO, pada gilirannya, menyebabkan atas / bawah counter untuk menghitung di

arah yang tepat untuk menyebabkan (θ - φ) → 0. Bila ini tercapai, θ - φ → 0, dan karena itu φ =

θ ke dalam satu hitungan. Oleh karena itu, keluaran digital counter, φ, mewakili sudut θ. Kait

59

mengaktifkan data yang akan ditransfer eksternal tanpa mengganggu loop's

pelacakan.

Gambar 15.3.14: converter resolver-ke-digital (RTD).

Sirkuit ini setara dengan loop-2 servo tipe apa yang disebut, karena memiliki, pada dasarnya, dua

integrator. Salah satunya adalah counter, yang menumpuk pulsa, yang lainnya adalah integrator

padaoutput dari detektor. Dalam loop-2 servo tipe dengan input kecepatan rotasi konstan, kata

keluaran digital terus menerus mengikuti, atau trek input, tanpa perlu eksternal berasal

mengkonversi perintah, dan tanpa lag negara fase stabil antara keluaran digital kata dan sudut

poros aktual. Sebuah sinyal error hanya muncul selama periode percepatan atau

perlambatan.Sebagai bonus tambahan, pelacakan RDC memberikan tegangan DC output analog

langsung sebanding dengan kecepatan rotasi poros itu. Fitur ini berguna jika kecepatan adalah

diukur atau digunakan sebagai istilah stabilisasi dalam sistem servo, dan itu membuat takometer

tidak perlu.

Sejak pengoperasian suatu RDC hanya bergantung pada rasio antara amplitudo sinyal input,

atenuasi dalam garis menghubungkan mereka untuk resolver tidak substansial

mempengaruhi kinerja. Untuk alasan yang sama, konverter ini tidak sangat rentan terhadap

gelombang distorsi. Bahkan, mereka dapat beroperasi dengan sebanyak 10% distorsi harmonik

pada sinyal input; beberapa aplikasi benar-benar menggunakan referensi gelombang persegi

dengan sedikit tambahan kesalahan. Pelacakan ADCs karena itu cocok untuk RDCs. Sementara

arsitektur ADC yang lain, seperti pendekatan berturut-turut, dapat digunakan, converter

60

pelacakan yang paling akurat dan efisien untuk aplikasi ini. Karena converter pelacakan

mengintegrasikan sinyal error ganda, perangkat ini menawarkan tinggi tingkat kekebalan

kebisingan (12 rolloff dB per oktaf). Luas bersih dalam kondisi apapun yang diberikan spike

noise menghasilkan kesalahan. Namun, induktif khas ditambah suara paku memiliki bentuk

gelombang yang sama akan positif dan negatif. Ketika terpadu, hasil ini sinyal error nol bersih.

Kekebalan kebisingan yang dihasilkan, dikombinasikan dengan converter's ketidakpekaan untuk

tetes tegangan, memungkinkan pengguna menemukan konverter pada jarak yang cukup jauh dari

resolver. Kebisingan penolakan lebih ditingkatkan oleh penolakan detektor

dari setiap sinyal tidak pada frekuensi referensi, seperti kebisingan pita lebar.

AD2S90 adalah salah satu dari sejumlah RDCs terintegrasi yang ditawarkan oleh Analog

Devices. Kuncispesifikasi ditunjukkan pada Gambar 15.3.15. Arsitektur umum mirip dengan

yang Gambar 15.3.14. Level sinyal input harus 2 V rms ± 10% pada frekuensi berkisar dari 3

kHz sampai 20 kHz.

Induktosins

Kondisi synchros dan resolver sudah menjadi umum terjadi pada pengukuran posisi Rotary, tapi

hal ini dapat diatasi jika kita menggunakan “lead screws”. Sebagai alternatif dapat digunakan

cara yaitu Inductosins untuk mengukur posisi linear langsung.

Linear Induktosins terdiri atas dua bagian penting. Bagian pertama berupa skala yang diposisikan

tetap pada sebuah sumbu atau poros (misalkan “machine tool bed”), dan bagian yang lain adalah

“slider”, yaitu sebuah komponen yang bergerak sepanjang skala yang telah ditentukan tadi,

61

dimana komponen ini terhubung dengan peralatan penentu posisi (contoh dari komponen ini

adalah “machine tool carrier”).

Berikut gambaran linear Induktosin

Pengoperasian Induktosins mirip seperti resolver. Ketika skala diberi tenaga dengan besar sin e.

Tegangan berpasangan tersebut menggeser slider. Menghasilkan tegangan proporsional ke sin e

dan cosin e dengan membentuk sebuah siklus yang puncaknya yaitu berada pada nilai skala .

Jika S adalah jarak diantara dua puncak, X adalah pergeseran slider tanpa puncak, dan skala

diberi energi sebanyak tegangan adalah V sinώt. Maka persamaan dapat dituliskan sebagai

berikut :

Vektor AC Induction Motor Control

AC inducton motor memiliki kemampuan mengontrol yang terbatas dalam “dynamic

performance” namun kasar dalam desain. AC induction motor memiliki kemampuan yang

terbatas dalam hal pengaplikasian dalam bidang kontrol kecepatan, torka, dan respon untuk

mengubah muatan.

Tidak bisa dipercaya, Nikola tesla (1856-1943) yang merupakan penemu induction motor pun

tidak percaya bahwa ternyata induction motor pun memiliki kemampuan yang kompetitif pada

aplikasi industri.

62

Baru-baru ini, aplikasi motor membutuhkan masukan servo-control, misalnya mengatur response

pada beban dynamic, torka yang konstan dan pengontrol kecepatan melebihi lebar jangkauan

yang dimiliki oleh DC brush dan DC permanen magnet sincronus motor

Ketersediaan kemampuan pembalik tenaga dari pengontrol motor high-horsepower membuat

implementasi dari alternatif rancang bangun motor misalnya permanen magnet sincronus motor

(PMSM)pada aplikasi servo-control. Meskipun mengurangi banyak permasalahan yang timbul

pada DC brush motor, motor tersebut memiliki kontrol yang kompleks.

Pada tahun 1960,dalam perkembangan teori kontrol, terutama perkembangan pada bagian

indirect field-oriented control , terjadi perkembangan teori dasar mengenai induksi AC,

perkembangan ini terutama karena adanya perkembangan dalam matematika komputasi yang

merupakan dasar dari teori indirect field-oriented control yang kini lebih terkenal disebut sebagai

vektor kontrol. Mulai dari perkembangan itulah, induksi AC makin berkembang pesat.

Berikut ditunjukkan diagram AC induction motor control

Cip tunggal IC (ADMC300, ADMC330, ADMC331) sebagai pengontrol. Sebagai input ke cip

pengontrol adalah motor arus dan motor posisi rotor dan kecepatan. Sensor efek hall pun

dipasang sebagai pemonitor arus. Resolver dan RDC dipasang sebagai pemonitor posisi rotor

dan kecepatan. Dan DSP digunakan untuk menunjukkan kalkulasi tipe vektor secara real-time.

Accelerometer

Accelerometer digunakan untuk mengukur kemiringan, tenaga inersia (kelembaman),

goncangan, dan getaran. Biasanya accelerometer diaplikasikan dalam industri otomotif, medis,

63

industri kontrol, dan aplikasi lainnya. Teknik modern micromachining menggunakan

accelerometer pada proses CMOS dengan biaya yang rendah namun berdaya tahan tinggi.

Berikut aplikasi dari accelerometer

Berikut bentuk sketsa accelerometer

Permukaan elemen micromachine sensor diberikan semacam polysilicone pada permukaan

oksida sehingga menjadi elemen sensor. Sensor yang sesungguhnya digunakan sebagai

accelerator dari sensor tersebut. Basis kelistrikan dari sensor tersebut adalah kapasitor yang

berbeda (CS1 dan CS2) yang terbentuk dari plat sejajar dimana satu bagian berfungsi sebagai

poros dan dua yang lain berada di samping.

64

Berikut skema penggunaan accelerometer untuk mengukur kemiringan

Referensi

65

66

15.4 Memilih Posisi dan Perpindahan Transduser

Asal Kata

Dalam bahasa ilmu Semantik, untuk memudahkan komunikasi, petunjuk menuliskan bahwa

sensor dan transduser adalah sama. Hal ini tidak sepenuhnya tepat.

Transduser mencakup beberapa hal mengenai posisi (position),perpindahan (displacement), dan

kedekatan pengukuran (proximity measurement).

Position – menunjukkan tentang lokasi dari koordinat obyek

Displacement – menunjukkan perubahan posisi obyek dalam jarak atau sudut yang spesifik

Proximity Measurement – jarak kritis yang ditandai oleh on/off output

Parameter

Berikut beberapa parameter yang biasanya diperhatikan dalam sebuah transduser :

Dalam setiap parameter yang ada, dipilih parameter manakah yang sekiranya cocok bagi

transduser yang hendak dirancang. Rancangan ini seharusnya memperhatikan berbagai faktor

sebagai pertimbangan dalam merancang transduser.

Mengecek Persyaratan

Setelah mengetahui semua parameter yang ada, sekarang saatnya mengecek apakah aplikasi

yang ada sesuai/ relevan dengan parameter yang ada. Meski begitu, tetap perhatikan range

(jangkauan), resolusi, dan biaya.

67

Langkah Selanjutnya

Pada langkah ini, kita mengecek tekhnologi seperti apakah yang cocok sebagai positioning

transducer.

68