percobaan v transduser untuk aplikasi posisi linier

PERCOBAAN V
TRANSDUSER UNTUK APLIKASI POSISI LINIER
ATAU TEKANAN (GAYA)
A. TUJUAN PERCOBAAN
1. Mengetahui konstruksi, prinsip dan karakteristik transformator selisih
variable linier (LVDT).
2. Mengetahui konstruksi dan karakteristik kapasitor variable.
3. Mengetahui konstruksi dan karakteristik strain gauge.
B. TEORI DASAR
1. Transformator Selisih Variable Linier (LVDT)
Konstruksi dan susunan rangkaian sebuah LVDT (transformator
selisih varibel linier) yang diperlihatkan pada gambar 5.1 di bawah ini.
Secondaries
Primary
Primary
A
Magnetic
Core
Coil Former
B
Core
Motion
Gambar 5.1 Transformator Selisih Variable Linier (LVDT)
Transformator selisih variable linier terdiri dari tiga buah
lilitan/kumparan yang ditempatkan pada penyangga yang sama dan memiliki
sebuah inti magnet yang dapat bergerak didalam kumparan. Kumparan
tengah adalah kumparan primer dan memperoleh sumber dari sumber arus
bolak-balik AC dan kumparan dikedua sisinya adalah kumparan sekunder
dan diberi tanda A dan B pada gambar 53. Kumparan A dan B mempunyai
jumlah gulungan yang sama dan dihubungkan secara seri berlawanan
sehingga tegangan outputnya merupakan perbedaan antara tegangan yang
terinduksi dalam kumparan.
100
A.C.I/P
A
+
A.C.I/P
B
Output
Va > Vb
A
A.C.I/P
B
Output
Va=Vb, Vout=0
A
B
Output
Va < Vb
0
-+
0
Vout = 0
-
(a)
(b)
(c)
Gambar 5.2 Tegangan Output yang Diperoleh untuk Perbedaan Posisi Inti
Magnet
Inti berada pada posisi tengah seperti tampak pada gambar 5.2 (b)
tegangan yang diinduksi dalam kumparan A dan B akan sama pada
operasinya kerja transformator yang normal dan tegangan outputnya akan
nol. Dengan inti digerakkan ke kiri seperti tampak pada gambar 5.2 (A).
Tegangan induksi pada kumparan A (Va) akan lebih besar dari pada yang
diinduksi pada kumparan B (Vb). Oleh karena itu akan menghasilkan
tegangan output Vout = (Va – Vb) dan tegangan outputnya akan sefasa
dengan tegangan inputnya seperti tampak pada gambar.
Inti digerakkan kekanan seperti tampak pada gambar 5.2(c), tegangan
yang diinduksi pada kumparan A (Va) akan lebih kecil daripada tegangan
yang diinduksi pada kumparan B (Vb) dan juga akan menghasilkan tegangan
101
output yakni Vout = (Va–Vb), tetapi pada kondisi ini, tegangan outputnya
akan berbeda fasa 1800 dengan tegangan inputnya seperti pada gambar.
Pergeseran inti dari posisi tengahnya (netral) menghasilkan sebuah
tegangan output, tegangan ini meningkat seiring pergeseran dari posisi
netralnya ke nilai maksimum dan kemudian menurun untuk pergeseran
selanjutnya dari pengaturan maksimum tersebut .
Oleh karena itu, pengukuran tegangan output memberikan indikasi
pergeseran dari posisi netralnya tetapi tidak akan mengindikasikan
pergeseran ini. Penggunaannya bersama dengan sebuah detector fasa, maka
outputnya diperoleh tergantung pada besar dan arah pergeseran dari posisi
netralnya.
Gambar 5.3 memperlihatkan rangkaian dasar detector fasa. Dengan
inti bergeser ke kiri, tegangan output akan posisitif dan untuk pergeseran ke
kanan, tegangan outputnya akan negative seperti tampak pada gambar 5.3.
Dalam praktek, biasanya melibatkan tegangan rendah, rangkaian detector
dioda penguat operasional akan dianjurkan dari pada rangkaian dasar dioda
yang diperlihatkan pada gambar tersebut. Rangkaian detector fasa sensitive
tidak tersedia pada unit DIGIAC 1750.
O/P
A
O/P
Left
Core Position
Right
B
Central
Gambar 5.3 Memperlihatkn Susunan Rangkaian Unit DIGIAC 1750.
102
O/P
I/P
0V
Gambar 5.4 Karakteristik Transformator
Karakteristik utama transformator selisih variable linier (LVDT)
adalah sebagai berikut :
No
Nama bahan
Jumlah
1
Gulungan tiap kumparan
75 uH
2
Induktansi tiap kumparan
68 uH
3
Tegangan output
10 mV/dari netral
4
Lintasan Mekanik
15 mm
2. Kapasitor Variable Linier
Sebuah kapasitor pada dasarnya terdiri dari dua lempengan (pelat)
konduktor yang dipisahkan oleh sebuah penyekat yang disebut dielektrik.
Kapasitansi komponen ini secara langsung berbanding lurus dengan luas
masing-masing pelat yang berhadapan dan berbanding terbalik dengan jarak
ke dua pelat tersebut. Oleh karena itu, kapasitor variable dapat dibentuk
dengan mengubah-ubah atau menvariasikan luas pelat yang berhadapan atau
jarak antara ke dua pelat tersebut. Gambar 5.5 memperlihatkan konstruksi
kapasitor yang dipasang pada unit DIGIAC 1750, komponen ini dipasang
pada ujung penyangga kumparan LVDT. Komponen ini menggunakan inti
batang magnet sebagai salah satu pelat kapasitor, pelat geser. Pelat tetap
terdiri dari lempengan kuningan yang dipasang disekeliling penyangga
kumparan.
103
Brass Sleeve
( F ix e d p la t e )
s p r in g
Slug
Sleeve
Iron slug
(Moving plate)
Contacts
Gambar 5.5 Konstruksi Kapasitor yang Dipasang pada Unit DIGIAC 1750
Besar kapasitansi tergantung pada panjang batang magnet yang
menutupi lempengan kuningan, kapasitansi meningkat sesuai dengan
peningkatan panjang (L).
I/P
O/P
12 k
Gambar 5.6 Susunan Rangkaian pada Unit DIGIAC 1750.
Karakteristik utama transduser kapasitor variable linier adalah
sebagai berikut :
Kapasitansi (Minimum)
25 pF
Kapasitansi (Maksimum)
50 pF
Lintasan Mekanik
15 pF
3. Transduser Strain Gauge
Gambar 5.7 memperlihatkan kontruksi sebuah strain gauge. Pada
dasarnya terdiri dari lembaran kawat tipis atau bahan semi konduktor yang
dipadukan menjadi bahan standar. Ketika digunakan unit tersebut
ditempelkan pada tempat pengujian dan diatur sehingga variasi panjang
104
dibawah kondisi pembebanan sepanjang poros sensitive gauge. Peningkatan
pebebanan dibandingkan peningkatan panjang kawat gauge mengakibatkan
peningkatan tahanannya.
Fine Wire
Gauge
Sensitive Axis
Gambar 5.7 Kontruksi Sebuah Strain Gauge
Strain gauge biasanya dihubungkan dengan sebuah jembatan
wheatstone, disusun dengan keseimbangan jembatan dengan kondisi tanpa
beban. Beberapa perubahan tahana dikarenakan pembebanan tak seimbang
jembatan dan hal ini diindikasikan dengan detector (galvanometer).
Strain Gauge
Std Res
DC Supply
Dummy
(a)
Dummy
D
D
Std Res
Active
Std Res
Std
D
Std
(b)
Active
Active
Dummy
(c)
Gambar 5.8 Rangkaian Dasar Jembatan Wheatsone
Gambar 5.8(a) memperlihatkan rangkaian dasar jembatan wheatstone
dengan sebuah transduser strain gauge. Rangkaian ini dapat digunakan untuk
memberikan hasil perubahan temperature yang tidak akurat. Perubahan
temperature akan menghasilkan perubahan tahanan strain gauge dan hal ini
akan menunjukkan perubahan pembebanan.Untuk ketetapan penggunaan
strain gauge yang tidak identik yang hubungannya dengan rangkaian
diperlihatkan pada gambar 5.8(b). Gauge ini ditempatkan dekat gauge yang
lainnya tetapi disusun sehingga tidak menjadi bahan untuk beberapa
pembebanan. Beberapa variasi temperature berakibat kepada kedua gauge
105
yang aktif dan gauge yang lain dinamakan dummy gauge. Output dari
rangkaian tersebut kecil dan untuk meningkatkannya, biasanya empat gauge
digunakan dengan gauge aktif dan dua dummy gauge, seperti tampak pada
gambar 5.8(c) berikut ini.
Strain Gauge
Gambar 5.9 Rangkaian yang Digunakan pada Unit DIGIAC 1750
Resistor adalah pelawan listrik pada bahan substrat pada blok
penghubung disebelah kanan ujung rangkaian dengan bahan aktif
disepanjang poros/sumbu sinar dan dua bahan dummy disudut kanannya.
Lay out dan susunan rangkaian untuk unit DIGIAC 1750 diperlihatkan pada
gambar 5.9.
karakteristik utama dari transduser ini adalah sebagai berikut :
Kapasitas Beban
200 g
Defleksi Maksimum
0,5 mm
Sensitivitas
25 uV/g
Ketidaklinieran
0,025 %
Hysterisis
0,05 %
Creep
0,05 %
106
C. GAMBAR PERCOBAAN
40 KHZ Filter
A.C AMP
F.W Rect
LVDT
I/P
O/P
Amp. #1
40 Khz
Osc
0V
1
100
10
0.1
Offset
V
1.0
Fine
Gambar 5.10 Karakteristik Linier Variable Differensial Transformator
(LVDT)
LV D T
CRO
I/P
40 Khz
Osc
O/P
TP 1
Y2 Y1
0V
Y1
Tp2
E
Y2
Gambar 5.11 Karakteristik Linier Variable Differensial Transformator
(LVDT)
Variabel Cap
A.C AMP
I/P
40 Khz
Osc
F.W
Rect
O/P
V
0V
40 Khz
Osc
Gambar 5.12 Karakteristik dari Transduser Kapasitansi Variable
107
Strain gauge
-
Instr. Amp
X 100 Amp
Amp. #1
+
1
100
10
Offset
0.1 1.0
Fine
Gambar 5.13 Karakteristik dari Transduser Strain Gauge
D. ALAT DAN BAHAN

Unit LVDT
1 buah

Osilator 40 KHz
1 buah

A.C. amplifier
1 buah

Filter 40 KHz
1 buah

Full wave receiver
1 buah

2V digital voltmeter
1 buah

amplifier #1
1 buah

M.C meter
1 buah

Transduser kapasitor Strain gauge
1 buah

Instrumen amplifier
1 buah

x 100 amplifier
1 buah

Jumper/ kabel penghubung
secukupnya
108
E. LANGKAH KERJA
1. Karateristik dari Linier Variabel Differensial Transformator (LVDT)
a. Menempatkan tombol gain penguat A.C pada posisi 1000, hubungkan
rangkaian seperti tampak pada gambar 5.10 dan nyalakan sumber
tegangan. Atur tombol coarse amplifier #1 pada posisi 100 dan tombol
fine ke posisi 0,2. periksa agar tombol offset diatur untuk output nol
dengan input nol. Atur kembali jika perlu.
b. Mengatur posisi inti dengan memutar sekrup operasi ke posisi netral
yaitu tegangan output nol (atau minimumnya). Catat tegangannya dan
dimasukkan nilai pada tabel 5.1
c. Sekarang putar sekrup pengatur inti pada tahap kira-kira satu putaran
untuk empat putaran searah dengan jarum jam kemudian untuk putaran
berlawanan arah jarum jam. Masukkan nilai tegangan output pada tiap
tahap pada tabel 5.1
2. Karakteristik dari Transduser Kapasitansi Variable
a. hubngkan rangkaian seperti pada gambar 5.12 dan atur pelat geser
kapasitor sehingga berada pada posisi paling dalam. Hal ini
menunjukkan kapasitansi maksimum. Tempatkan tombol gain penguat
A.C pada posisi 1000.
b. Menyalakan power supply dan catat tegangan outputnya. Masukkan nilai
pada tabel 5.2
c. Sekarang putar sekrup pengatur inti kira kera satu putaren berlawanan
arah jarum jam untuk menurunkan nilai kapasitansi dan tiap tahap catat
tegangan outputnya dan masukkan nilainya pada tabel 5.2
Catat bahwa penurunan tegangan sebanding dengan penurunan
kapasitansi, bagaimana pun penurunannya akan menjadi kecil.
3. Karakteristik dari Transduser Strain Gauge
a. Menghubungkan rangkaian seperti pada gambar 5.13 dan atur tombol
coarse gain amplifier #1 pada posisi 100 dan tombol fain gain pada
posisi 0,5.
109
b. Menyalakan power supply dan biarkan pelat strain gauge tanpa
beban/tekanan, atur kembali tombol offset amplifier #1 sehingga
tegangan outputnya nol.
c. Menempatkan sebuah koin pada bagian atas pelat dan catat tegangan
outputnya nol. Masukkan nilai pada tabel 5.3 yang tersedia.
d. Ulangi langkah kerja tersebut, tambahkan sebuah koin tiap tahap
pengukuran dan catat tegangan outputnya dan masukkan nilai pada tabel
5.3
110