laporan percobaan i

PERCOBAAN I
TRANSDUSER TAHANAN UNTUK APLIKASI POSISI
LINIER ATAU ANGULAR
A.
TUJUAN PERCOBAAN
Setelah melaksanakan praktek, mahasiswa diharapkan dapat :
1. Mengetahui konstruksi dasar tahanan variabel jenis putar dan geser.
2. Mengetahui bahwa sebuah tahanan termasuk jenis karbon track atau
wirewound.
3. Mengetahui perbedaan antara lintasan linear dan lintasan logaritmik.
4. Mengetahui karakteristik dasar dari hubungan antara tegangan output
dengan pengaturan tombol variabel.
5. Mengetahui efek akibat pembebanan rangkaian output terhadap tegangan
output.
6. Mengetahui bahwa resonansi untuk tahanan jenis karbon track lebih baik
daripada jenis kawat gulung.
B.
TEORI DASAR
a. Konstruksi Transduser Tahanan
Transduser tahanan pada dasarnya terdiri dari sebuah lintasan yang
memiliki tahanan tetap dan sebuah kontak variabel yang dapat
digerakkan sepanjang tahanan dan membuat kontak kontinu dengan
lintasan. Dengan sebuah tegangan yang diberikan melalui ujung lintasan
tetap, tegangan variabel (perubahan tegangan) dapat diperoleh dari
kontak variabel sesuai pergeseran sepanjang lintasan. Tegangan output
akan
tergantung pada
posisi
kontak
variabel
tegangan
output
menunjukkan posisi kontak variabel,jika lintasan tahanan berbanding
lurus terhadap panjang lintasan (yaitu lintasan linear), tegangan
outputnya akan berbanding lurus dengan pergeseran kontak variabel dan
tahanan geser akan cocok digunakan sebagai transduser posisi.
Transduser tersebut termasuk transduser tahanan jenis linear.
8
Transduser tahanan jenis lain memiliki lintasan dengan resistansi
yang tidak berbanding lurus dengan panjang lintasannya. Transduser
tahanan ini termasuk jenis logaritmik dan tidak cocok digunakan sebagai
transduser posisi. Lintasannya bisa saja terbuat dari selaput karbon yang
ditempelkan pada sebuah lapisan atau seutas tahanan kawat gulung pada
bahan penyekat. Tahanan ini dapat dibuat kedalam bentuk lingkaran
(putaran) atau lurus seperti tampak pada gambar 1.1
Ware Coil
Karbon
Track
Variabel
Contact
Variabel
Contact
Karbon
Track
Connection
Connections
Metal
Connections
Slider type
Rotary Types
Gambar 1.1 Tahanan dalam Bentuk Lingakaran dan Lurus
Karakteristik hubungan antara tegangan output terhadap pengaturan
kontak variabel untuk transduser tahanan ideal tanpa beban diperlihatkan
pada gambar 1.2
+5 V
0V
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
+5 V
Variabel
Contact
Setting
O/P
O/P
0V
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Variabel Contact Setting
Gambar 1.2 Karakteristik hubungan antara tegangan output terhadap
pengaturan kontak variabel
9
Tegangan sumber center tap, polaritas tegangan output akan
tergantung pada arah pergeseran tombol geser dari posisi tengahnya
seperti tampak pada gambar 1.3
+5 V
0V
-5 V
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
+5 V
Variabel
Contact
Setting
O/P
0 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
O/P
Variabel
Contact Setting
- 5V
Gambar 1.3 Karakteristik Hubungan antara Tegangan Output Terhadap
Pangaturan Kontak Variabel
b. Efek Pembebanan Rangkaian Output
Anggapan sebuah resistor bernilai 10KΩ dihubungkan kesumber
tegangan 10V dan dengan tombol geser diatur pada posisi tengahnya dan
dihubungkan ke rangkaian output tanpa beban, tegangan outputnya akan
bernilai 5V. Kedua sisi bagian resistor geser masing-masing akan bernilai
5KΩ.Jika kita menghubungkan sebuah resistor ke rangkaian output, arus
akan mengalir pada resistor dan arus yang diperoleh dari sumber akan
meningkat. Peningkatan arus seharusnya, mengalir pada sisi atas resistor
( seperti tampak pada gambar 1.4) meningkatkan drop tegangan yang
melewatinya dan karena itu tegangan output menurun.
10
+ 10 V
+ 10 V
5k
5k
0V
5k
5k
5 V O/P
5k
0V
(a)
5k
6,67 V
2,5 k
3,33 V
(c)
(b)
Gambar 1.4 Memperlihatkan Keadaan dengan Resistor Beban 5KΩ
Dihubungkan ke Rangkaian Output.
+ 10 V
5 k
5 k
5 V O/P
0 V
(a)
Gambar 1.4a Memperlihatkan Keadaan Tanpa Beban Dihubungkan ke
Rangkaian Output dengan Kontak Variabel pada Posisi
Tengahnya. Tegangan Outputnya adalah 5V.
+ 10 V
5k
5k
0V
5k
(b)
Gambar 1.4b Memperlihatkan Keadaan dengan Resistor Beban 5KΩ
Dihubungkan ke Rangkaian Output.
Arus yang berlebihan akan mengalir dari sumber dan tegangan
output akan menurun. Dua buah resistor 5KΩ yang diparalelkan dengan
baik melalui rangkaian output akan sebanding dengan resistor tunggal
2,5KΩ.
11
+ 10 V
6,67 V
5k
2,5 k
0V
3,33 V
(c)
Gambar 1.4c Rangkaian Ekuivalen
Tegangan yang melewati sisi resistor 5KΩ dua kali lebih besar dari
tegangan yang melewati resistor 2,5KΩ dengan demikian, drop tegangan
6,67V akan melewati sisi resistor 5kΩ dan drop tegangan 3,33V
melewati sisi resistor 2,5KΩ sehingga tegangan outputnya sebesar 3,33V.
Menghubungkan resistor beban 5KΩ ke output, akan menurunkan
tegangan output dari 5V menjadi 3,33V. Hal ini dikatakan sebagai sistem
kontrol posisi yang merubah suatu nilai namun pada kenyataannya
posisinya tidak berubah.
Kesalahan disebabkan oleh pembebanan rangkaian output yang
meningkat sesuai dengan peningkatan arus yang diperoleh dan pada
aplikasi sistem kontrol, beberapa arus beban harus dipertahankan pada
nilai untuk mutlak minimum dan idealnya bernilai nol.Pada umumnya
rangkaian listrik membutuhkan arus input ke rangkaian inputnya dan
pengukuran besarannya diperoleh dari nilai impedansi inputnya sebagai
spesifikasi keadaan peralatan/rangkaian. Pembebanan rangkaian dapat
diuraikan dengan menggunakan penguat buffer.
c. Resolusi Tranduser Tahanan
Resolusi yang dimiliki oleh resistor lintasan karbon lebih baik,
karena nilainya sangat kecil. Resolusi untuk resistor kawat gulung lebih
buruk, karena kontak variabel akan berpengaruh pada pergeseran dari
kontak putaran awal ke kontak putaran berikutnya. Oleh karena itu
12
tegangan outputnya akan meningkat setiap tahap. Hal ini menyatakan
tegangan tiap pergeseran atau tiap bagiannya.
Hal ini diperlihatkan pada gambar 1.5 yang digambarkan dengan
skala besar.
1
2
3
4
5
(a)
1
2
3
4
5
1
(b)
2
3
4
5
(c)
Gambar 1.5 Keadaan Kontak pada Sebuah Kumparan
Gambar 1.5(a) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan
pada kumparan 1.
Gambar 1.5(b) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan
pada kumparan 1.
Gambar 1.5(c) memperlihatkan keadaan dengan kontak dihubungkan
pada kumparan 2.
Dalam praktek, kontak tersebut bisa saja terjadi dengan lebih dari satu
pergeseran. Hal ini tergantung pada nilai resistor.
13
d. Susunan Rangkaian Resistor DIGIAC 1750
Transduser tahanan yang dijelaskan sebelumnya, sebuah resistor
1KΩ dipasangkan pada rangkaian output untuk mengamankan lintasan
resistor dari kerusakan, jika terjadi kesalahan prosedur, rangkaiannya
diperlihatkan pada gambar 1.6
1 kOhm
C
B
1 kOhm
B
+ 12 V
A
Circuit
- 12 V A
Worst case conditions
Gambar 1.6 Memperlihatkan Keadaan Terburuk yang Mungkin Terjadi
pada Unit DIGIAC 1750.
Kejadian ini ketika sumber +12V dan –12V dihubungkan antara
hubungan A dan B dengan tombol resistor digeser pada ujung A. Dengan
resistor tetap 1KΩ yang dipasang pada rangkaian, arus maksimum yang
dapat mengalir terbatas sampai 24 mA dan hal ini tidak akan dapat
merusak transduser. Jika resistor 1KΩ dilepas, arua pada keadaan
tersebut akan berlebihan dan akan merusak lintasan resistor pada ujung
A.
Transduser tahanan putar, selanjutnya dipasang pada batang motor
yang tersedia. Unit ini sesuai untuk putaran kontinu, lintasan putarnya
hampir mencapai 360° penuh. (Unit putaran ini digunakan sejauh
putaran maksimum kurang lebih 300°).
Pergeseran kontak variabel unit ini dikendalikan oleh batang motor
dan ketika tidak digunakan, unit ini dilepaskan dari kendali geser dengan
pengaturan togel untuk mengurangi penggunaannya sesuai prosedur.
Untuk mengoperasikannya, tekan lempengan pada posisi kiri unit
dan lepaskan. Untuk menghentikannya, ulangi cara tersebut.
14
Gambar 1.7 Servo Potensiometer
Unit ini dinamakan ”Servo Potensiometer”. Pengendalinya
menghasilkan kecepatan putar dengan perbandingan 4 : 1 dari kecepatan
motor. Unit ini dapat digunakan untuk aplikasi kontrol posisi. Lintasan
akhir servo potensiometer pada DIGIAC 1750 dihubungkan secara
permanen pada sumber +5V dan –5V. Rangkaian outputnya termasuk
sebuah resistor 2,2KΩ sebagai pengaman.
C.
GAMBAR PERCOBAAN :
1.
Gambar Percobaan 1
C
+ 12 V
+ 12 V
M.C. Meter
B
C
+
V1
0V
V2
1
10
A
A
Dig.
Meter
-
B
100 kOhm
M.C.
Meter
V
0V
OV
Physical layout diagram
Schematic Diagram
Gambar 1.8 Pengaturan Variasi Tegangan Output untuk Transduser
Tahanan Posisi
15
2
Gambar Percobaan 2
C
+ 12 V
C
C
C
B
10 k Ohm
B
1
V
B
10
1
B
10
A
0V
V
10 kOhm
100 kOhm
A
Dig.
Meter
Schematic Diagram
A
A
Physical layout diagram
Gambar 1.9 Efek Rangkaian Beban Terhadap Output untuk Sebuah
Transduser Tahanan Posisi
Gambar 1.10 Efek Rangkaian Beban Terhadap Output untuk Sebuah
Transduser Tahanan Posisi.
3
Gambar Percobaan 3
C
+ 12 V
C
B
10 k Ohm
C
C
B
V
1
10
B
1
10
A
0V
A
Dig.
Meter
Schematic Diagram
B
10 kOhm
100 kOhm
A
V
A
Physical layout diagram
Gambar 1.11 Resolusi dari Tahanan Carbon Track dan
Kawat
Gulung untuk Sebuah Transduser Tahanan Posisi
16
4
Gambar Percobaan 4
Servo Potensiometer
+ 5V
2.2 kOhm
O/P
20 kOhm
V
-5V
Schematic Diagram
O/P
V
0V
Layout Diagram
OV
Gambar 1.12 Variasi Tegangan Output untuk Pengaturan Servo.
D.ALAT DAN BAHAN
1. Resistor putar karbon track 100KΩ
2. Resistor putar wirewound 10KΩ
3. Resistor geser karbon track 10KΩ
4. M.C. Meter
5. Penguat Buffer #1
6.
Resistor Putar Karbon 100KΩ
7.
Servo Potensiometer
8.
Amplifier #1
9.
Kabel Penghubung (jumper)
E.LANGKAH KERJA :

Pengaturan Variasi Tegangan Output untuk Transduser Tahanan
Posisi
1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.8 dengan menggunakan
resistor 100KΩ dan hanya dengan voltmeter digital, hubungkan
voltmeter ke soket output B.
2.
Putar penuh tombol resistor putar berlawanan arah jarum jam, yaitu
atur pada posisi 1 seperti pada gambar 1.8
17
3.
Periksa bahwa pengaturan tegangan unit DIGIAC 1750 diatur tepat
untuk tegamgam sumber yang diperbolehkan, atur jika perlu,
kemudian nyalakan sumber tegangan.
4.
Catat tegangan outputnya :
(a) Hanya menggunakan Voltmeter Digital
(b) Hanya menggunakan M.C. Meter
(c) Dengan menggunakan kedua meter tersebut secara bersamaan
Masukkan nilainya pada tabel 1.1
5.
Putar tombol resistor pada posisi 2 dan ulangi pembacaan untuk
posisi ini, masukkan nilainya pada tabel 1.1
6.
Ulangi langkah kerja untuk tiap pengaturan posisi putaran dari 3-10,
masukkan nilai pembacaannya pada tabel 1.1
Tegangan yang diperoleh dengan menggunakan voltmeter digital
saja akan lebih tinggi daripada menggunakan M.C. Meter saja.
Mengapa demikian ?
Dengan menggunakan voltmeter digital dan M.C.Meter secara
bersamaan, hasil pembacaannya pada dasarnya akan sama dan akan
sebanding dengan nilai yang diperoleh dengan menggunakan
M.C.Meter saja. Mengapa demikian ?
Penyebab untuk pembacaan yang berbeda adalah karena M.C.Meter
membebani rangkaian output M.C. Meter yang terdapat pada unit
DIGIAC 1750 memiliki tahanan sebesar 20KΩ.
Sebuah voltmeter digital biasanya memilki impedansi input sebesar
10MΩ dan karena tidak akan membebani rangkaian output.
Efek pembebanan meningkat dengan resistor unit DIGIAC 1750
karena resistor 1KΩ termasuk didalam hubungan output variabel
untuk mencegah kerusakan pada peralatan yang disebabkan oleh
hubungan yang salah dan beberapa arus output akan menghasilkan
drop tegangan pada tahanan ini.
18
7.
Ulangi langkah kerja dengan menggunakan resistor putar wirewound
10KΩ dan kemudian gunakan resistor geser karbon 10KΩ.
Pembacaan hanya perlu dengan :
(a) Menggunakan Voltmeter Digital
(b) Menggunakan
Voltmeter
Digital
dan
M.C.Meter
secara
bersamaan
Masukkan nilainya pada tabel 1.2 dan 1.3
Akibat pembebanan M.C.Meter yang jelas rendah, karena resistor
yang bernilai rendah 10KΩ dibandingkan dengan 100KΩ digunakan
untuk pengamatan sebelumnya.
8.
Gambarkan grafik hubungan antara tegangan output terhadap
pengaturan tombol untuk ketiga resistor pada bidang yang tersedia,
gunakan hasil pembacaan dengan voltmeter digital saja.
Apakah karakteristiknya linear ?
Beberapa perbedaan dari karakteristik ideal akan terduga karena
kesulitan pengaturan tombol secara tepat.

Efek Rangkaian Beban Terhadap Tegangan Output Untuk Sebuah
Transduser Tahanan Posisi
1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.9 dengan voltmeter
digital terhubung, tetapi resistor beban 100KΩ terlepas dari
rangkaian sehingga transduser tahanan posisi tanpa beban.
2.
Nyalakan sumber tegangan dan putar tombol resistor 10KΩ sehingga
tegangan output sebesar 6V. Jangan memutar tombol tersebut selama
percobaan berlangsung.
3.
Putar penuh tombol resistor 100KΩ searah jarum jam yaitu pada
posisi 10, dan hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.9. Catat
tegangan outputnya dan masukkan nilainya pada tabel 1.4
4.
Turunkan pengaturan tombol resistor 100KΩ bertahap dari posisi 10
sampai 1 catat tegangan output tiap tahap. Masukkan nilainya pada
tabel 1.4
19
5.
Sekarang lepaskan resistor beban 100KΩ dan hubungkan M.C.Meter
sebagai beban. Catat pembacaan voltmeter digital untuk pembebanan
ini.
Dengan diturunkannya resistor beban, maka peningkatan arus beban
mengakibatkan turunnya tegangan output.
Dari pembacaan yang diperoleh dengan M.C.Meter sebagai beban,
apa yang dapat anda simpulkan mengenai tahanan rangkaian
M.C.Meter.
6.
Sekarang hubungkan M.C.Meter ke rangkaian melalui penguat
buffer #1 seperti pada gambar 1.10 dan catat tegangan output yang
ditunjukkan oleh voltmeter digital.
Tegangan output akan lebih tinggi dibanding ketika M.C.Meter
dihubungkan secara langsung karena penguat buffer efektif dalam
mengurangi akibat pembebanan oleh M.C.Meter.
Tegangan masih lebih rendah daripada tegangan rangkaian terbuka
karena impedansi input penguat buffer sebesar 100KΩ.
Apakah tegangan yang diperoleh sebanding dengan yang diperoleh
untuk pembebanan 100KΩ selama percobaan ?
Hal ini menunjukkan kegunaan penguat buffer untuk mengurangi
efek pembebanan rangkaian dan juga menunjukkan bahwa
pembebanan tidak perlu dihilangkan. Pembebanan yang tepat akan
tergantung pada rancangan unit penguat buffer.

Resolusi Transduser Posisi Terhadap Lintasan Karbon dan Kawat
Gulung
1.
Hubungkan rangkaian seperti pada gambar 1.11, pertama gunakan
resistor geser jenis karbon 10KΩ dan atur rangkaian output dengan
memutar penuh tombol berlawanan arah jarum jam yaitu posisi 1,
sehingga outputnya akan 0.
2.
Atur tombol coarse gain Amplifier #1 ke posisi 10 dan fine gain ke
posisi 1,0.
20
3.
Nyalakan sumber tegangan dan atur tombol offset amplifier sehingga
tegangan output yang ditunjukkan oleh volmeter adalah nol.
4.
Sekarang atur tombol coarse gain ke posisi 100 dan atur kembali
tombol offset untuk output nol.
5.
Putar penuh tombol resistor 10KΩ ke kanan yaitu ke posisi 10,
kemudian atur tombol resistor 100KΩ sehingga tegangan output dari
amplifier kira-kira 9V.
6.
Sekarang putar kembali resistor 10KΩ ke kiri yaitu ke posisi 1.
Tegangan output yang ditunjukkan oleh voltmeter digital harus nol.
Atur kembali tombol effset jika perlu untuk mengatur output ke nol.
7.
Sekarang naikkan tegangan output, dengan mengatur tombol resistor
10KΩ, dengan putaran sekecil mungkin. Anda dapat meningkatkan
tegangan dengan menaikkan 0,01V dengan mudah bukan ?
8.
Ganti resistor geser karbon 10KΩ dengan resistor kawat gulung
10KΩ.
9.
Dengan resistor output 10KΩ atur tombolnya berlawanan arah jarum
jam yaitu ke posisi 1, catat tegangan output dan amplifier dan atur
tombol offset untuk output nol jika perlu.
10. Sekarang naikkan tegangan output dengan mengatur tombol resistor
10KΩ, dengan kenaikan sekecil mungkin dan catat nilai tegangannya
pada tiap kenaikan. Anda akan mencatat peningkatan tegangan pada
tiap tahapan. Masukkan nilainya pada tabel 1.5

Variasi Tegangan Output dengan Pengaturan untuk Servo
1.
Hubungkan voltmeter digital seperti pada gambar 1.12 dan nyalakan
sumber tegangan.
2.
Putar piringan servo untuk memberikan output tegangan positif
maksimum (kira-kira +5V). Putaran tersebut akan berada pada posisi
kira-kira 178°. Catat pengaturan sudut dan besar tegangan dan
masukkan nilainya pada tabel 1.6.
21
3.
Putar piringan servo pada kenaikan 30°. Searah jarum jam dari posisi
tegangan maksimum, catat tegangan output pada tiap kenaikan dan
masukkan nilainya pada tabel 1.6 Catat angka piringan servo yang
memberikan
tegangan
negatif
maksimum,
angka
tersebut
menyatakan ujung lintasan lainnya.
4.
Gambarkan grafik hubungan tegangan output terhadap putaran
piringan servo pada bidang yang tersedia.
22