Tranduser dan Sensor “Sensor Signal Conditioning”

1. Tranduserdan Sensor“Sensor Signal Conditioning” KurniawanTeguhMartono SistemKomputer UNDIP

2. TujuanPerkuliahan • Mahasiswadapatmenjelasakanrangkaianpengkondisisinyal sensor • Mahasiswadapatmenerapkanpenggunaanrangkaianpengkondisisinyal sensor

3. Pendahuluan • Sensor tidakdapatsecaralangsungdihubungkandenganperangkat yang merekam, memonitorataupemroses signal • Hal inidisebabkankarena : • Sinyaltidaksesuai • Sinyalterlalulemah • Sinyalterdapatgangguan • Olehkarenaitusinyaldari sensor harusdilakukanperlakuan : • Amplified • Ubahdalam format yang sesuai • Di bersihkandarigangguan

4. Signal Conditioning ialahoperasiuntukmengkonversisinyalkedalambentuk yang cocokuntukinterfacedenganelemen lain dalamsistemkontrol.

5. Analog Signal Conditioning • PerubahanLevel Sinyal. Misalnyadenganmenguatkanataumelemahkan level tegangan. Faktor yang pentingdalampemilihanamplifeier : Impedansi input. • Linearisasi. Ada rangkaian analog yang berfungsiuntukmelinearkansinyal. • Konversi. ASC berfungsiuntukmengubahbentukperubahanelektristertentukebentuk lain. Misalnyabanyak sensor yang menghasilkanperubahanresistansiakandiubahkebentuksinyalarusatauteganganmelaluirangkaianjembatan. • Filtering danImpedance Matching. ASC bergunauntukmenghilangkansinyal-sinyal yang tidakdiinginkanpadafrekuensitertentu. ASC jugabergunauntukmenghilangkan error akibatimpedansi internal transducer atauimpedansiline (kabel).

6. Rangkaianpembagi • Digunakanuntukmengkonversiperubahanresistansimenjadiperubahantegangan VS = tegangan catuR1, R2 = resistansi pembagi tegangan Baik  R1 maupunR2 dapatberupa sensor, yang resistansinyaberubahterhadapvariabel yang diukur

7. Hal yang perludiperhatikandalamRangkaianPembagi • Perubahan VDterhadap R1 maupunR2tidaklah linier • Impedansikeluaranefektifrangkaianadalahkombinasiparalel R1danR2 • Karenaarusmengalirmelaluikedua resistor, maka rating daya resistor maupun sensor harusdiperhatikan

8. Contoh • RangkaianpembagitegangandalamGambarberikutmempunyai R1 = 10,0 kilo ohm dan VS = 5,00 V. MisalkanR2adalah sensor yang resistansinyaberubahdari 4,00 sampai 12,0 kilo ohm terhadapsuatuvariabeldinamik. BerapaNilaiVD minimum danmaksimum

9. Jawab • R2 = 4 Kohm • R2 = 12 Kohm Jadi tegangan rangkaian pembagi tegangan tersebut berubah dari 1,43 V ke 2,73 V

10. RangkaianJembatan • Bergunauntukmengkonversiperubahanimpedansimenjadiperubahantegangan. • Keuntungannyaialahtegangan yang dihasilkanberada di sekitarnilai 0 volt, sehinggahanyadenganmenguatkanteganganakanmenambahsensitivitasterhadapperubahanimpedansi.

11. Ketikateganganantaratitik 1 dan terminal negatifbateraiadalahsamadenganteganganantaratitik 2 dengan terminal negatifbaterai, maka detector akanmenunjukkanangkanoldanjembatandikatakan “seimbang”. Padasaatjembatanseimbang,  analisarangkaiannyaadalah • Karenajembatanseimbang, makateganganpadatitik 1 samadengantegangantitik 2. Makakarenategangannyasama, tidakakanadaarus yang mengaliridetektor, ataubisadibilangtitik 1 dantitik 2 adalah open circuit.

12. SyaratjembatanSeimbang • Percaya ? Atauperlupembuktian!

13. Pembuktian • Resistor RadanRbdirangkaiserimakarangkaianpenggantinya : Rs1 = Ra + Rb • Resistor R1dan R2dirangkaiserimakarangkaianpenggantinya : Rs2 = R1 + R2 • Karenategangan E paraleldengan Rs1dan Rs2, maka • VRs1 = VRs2 = E • Arus yang mengalirpadamasing-masingcabangdapatdihitung • I1 = E / (Ra + Rb) dan • I2 = E / (R1 + R2)

14. Pada saat seimbang V1 = V2 • I1 × Rb = I2 × R2 • Dengan mensubsitusikan I1 dan I2 diperoleh • (E) (Rb) / (Ra + Rb) = (E) (R2) / (R1 + R2)  • Rb / (Ra + Rb) = R2 / (R1 + R2)  • R1Rb + R2Rb = R2Ra + R2Rb • R1Rb = R2Ra • Sehingga : Kesetimbanganjembatanditentukandarirasio Ra/Rbdan R1/R2dantidakdipengaruhiolehsumbertegangan E (misalbaterai). 

15. Filter • Bertujuanuntukmenghilangkansinyalnoise yang tidakdiinginkandenganmenahan/ mengeblokkisaranfrekuensitertentu.

16. Grafikbermacammacam filter

17. Low Pass RC Filter • Low Pass RC Filtermengeblokfrekuensitinggidanmelewatkanfrekuensirendah.

18. persamaan Capacitive Reactance

19. Contohsoal • Low pass filter terdiridari Resistor dengannilai 4K7ohm dirangkaidengankapasitordengannilai 47nF. Tegangan yang digunakanadalah 10 V. Hitungteganganoutputnyajika filter bekerjapadafrekuensi 100Hz • Jawab

20. High Pass RC Filter • Memblokfrekuensirendahdanmeloloskanfrekuensitinggi • Prinsipkerjadari filter high pass adalahdenganmemanfaatkankarakteristikdasarkomponen C dan R, • dimanaC akanmudahmelewatkansinyal AC sesuaidengannilaireaktansikapasitifnyadankomponen R yang lebihmudahmelewatkansinyaldenganfrekuensi yang rendah.

21. Persamaan • Dengan melihatFrekuensi Cut off.

22. Op-Amp • Operational Amplifier atau di singkat op-amp merupakansalahsatukomponen analog yang seringdigunakandalamberbagaiaplikasirangkaianelektronika. • Aplikasiop-amp yang paling seringdipakaiantara lain adalah: • rangkaianinverter, • non-inverter, • integrator dan • differensiator

23. Op-Amp • Memiliki2 rangkaian feedback (umpanbalik) yaitu feedback negatifdan feedback positifdimana Feedback negatifpada op-amp memegangperananpenting. • Secaraumum, umpanbalikpositifakanmenghasilkanosilasisedangkanumpanbaliknegatifmenghasilkanpenguatan yang dapatterukur.

24. Contohpenggunaan Op-Amp • rangkaianinijika di implementasikankemasyarakatkitadapatmembuatlampupenerangan yang secaraotomatisakanmenyalajikaharisudahmulaimalam

25. KarakteristikDasar Op-Amp • Padadasarnya Op-amp adalahsebuah differential amplifier (penguatdiferensial), yang manamemiliki 2 input masukanyaitu input inverting (V-) dan input non-inverting(V+) • Rangkaiandasardaripenguatdiferensialdapatdilihatpadagambarberikut dapatdiketahuitegangan output (Vout) adalahVout = A(v1-v2)denganA adalahpenguatandaripenguatdiferensialini. Titik input v1 dikatakansebagai input non-iverting, sebabteganganvoutsatu phase dengan v1. Sedangkansebaliknyatitik v2 dikatakan input inverting sebabberlawananphasadengantenganganvout.