Laboratorium Sistem Elektronika
advertisement
Modul Praktikum Teknik Pengukuran 1 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL I SENSOR SUHU 1. Pendahuluan Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi besaran listrik yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor suhu; Mengetahui jenis sensor Exacon D-OS3; Mendapatkan tegangan dari sensor suhu tersebut. Mengetahui karakteristik dari sensor suhu tersebut. 3. Alat – Alat Praktikum Alat praktikum meliputi : Sensor suhu Exacon D-OS3; Modul Pengolah Sinyal Multimeter Pemanas 4. Dasar Teori Sensor suhu digunakan pada dunia instrumentasi dan kontrol untuk mendereksi fenomena perubahan suhu. Pemilihan sensor suhu didasarkan pada kebutuhan atau sistem yang telah diintegrasikan. Ada 4 jenis utama dari sensor suhu yaitu Thermocouple, RTD, Thermistor, Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC). Dari ke-4 jenis sensor suhu ini memiliki spesifikasi dan fungsi yang berbeda-beda dan juga mempunyai dan kelebihan masing-masing. Yang kita bahas pada modul ini adalah jenis sensor thermistor. Thermistor adalah salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang sangat tinggi. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 2 Laboratorium Sistem Elektronika Thermistor ini dibedakan dalam tiga jenis, yaitu thermistor yang mempunyai koefisien temperatur negative yang biasa disingkat NTC (Negative Temperature Coefficient), Thermistor yang mempunyai koefisien temperatur positif yang biasa disingkat PTC (Positive Temperature Coefficient), dan thermistor yang mempunyai tahanan temperature kritis yang biasa disingkat CTR (Critical Temperature Resistance). Akan tetapi, pada umumnya, bila kita menyebut kata termistor, maka termistor yang dimaksud adalah termistor NTC. Pada thermistor bisa menggunakan pembagi tegangan dan jembatan wheatstone, karena karakteristiknya yakni resistansi yang berubah terhadap waktu. Gambar Grafik NTC dan PTC Gambar Rangkaian Pembagi Tegangan Modul Praktikum Teknik Pengukuran 3 Laboratorium Sistem Elektronika Keterangan : TP1 adalah Tegangan Referensi TP2 adalah Tegangan Output Gambar Tampang Atas Modul 5. Prosedur Praktikum Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. 1. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. 2. Siapkan pemanas untuk memanaskan objek yang akan diukur suhunya. 3. Tempel/Dekatkan sensor suhu tersebut ke objek yang dipanaskan, dan kemudian ukur besar tegangan pada port output. 4. Bandingkan dengan hasil pada datasheet. 5. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 4 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL II SENSOR SUDUT 1. Pendahuluan Sudut adalah suatu besaran yang dibangun oleh sinar yang diputar dengan pusat perputaran suatu titik tertentu dari suatu posisi awal ke suatu posisi terminal. Kedua sinar dinamakan kaki sudut dan pusat perputaran atau titik pertemuan kedua sinar dinamakan titik sudut. Daerah bidang yang dibatasi oleh kaki-kaki sudut dinamakan daerah sudut. Sensor sudut adalah sensor yang menentukan input berupa sudut seperti potensiometer putar. Potensiometer putar ini merubah nilai hambatan dalam nilai resistor tersebut dengan merubah atau memutar – mutar sudut dari potensiometer tersebut. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor sudut; Mengetahui jenis potensiometer; Menentukan sudut yang akan diputar; Mendapatkan data tegangan dari sudut potensiometer tersebut. 3. Alat – Alat Praktikum Alat praktikum meliputi : Modul Sensor sudut potensiometer. Busur Multimeter 4. Dasar Teori Potensiometer adalah resistor listrik manual adjustable yang menggunakan tiga terminal. Dalam perangkat listrik banyak, potensiometer adalah apa yang menentukan tingkat output. Sebagai contoh, di pengeras suara, potensiometer digunakan untuk Modul Praktikum Teknik Pengukuran 5 Laboratorium Sistem Elektronika mengatur volume. Pada dimmer televisi, monitor komputer atau cahaya, dapat digunakan untuk mengontrol kecerahan layar atau bola lampu. Potensiometer juga dapat digunakan untuk mengontrol beda potensial, atau tegangan, di sirkuit. Prinsipnya yang digunakan adalah sebagai resistor variable yang dikonfigurasikan dalam rangkaian pembagi tegangan ataupun jembatan wheatstone. Pada praktikum kali ini potensiometer yang digunakan adalah potensiometer putar. Pada potensiometer putar diketahui bahwa nilai maksimum resistansi yang terukur di terminal adalah sudut maksimumnya (0 º), sedangkan nilai minimum (360 º) atau sebaliknya. Dengan demikian diperoleh hubungan sudut dan nilai resistansi. Prinsip inilah yang digunakan pada praktikum kali ini. Gambar Rangkaian Pembagi Tegangan dengan Potensiometer 5. Prosedur Praktikum Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. 1. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. 2. Siapkan multimeter untuk mengukur tegangan keluar dari modul. 3. Siapkan busur sebagai referensi untuk mengetahui nilai sudut. 4. Putar potensiometer sesuai arah putaran jarum jam. 5. Catat nilai tegangannya. 6. Ulangi untuk arah yang berlawan 7. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 6 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL III SENSOR TEKANAN 1. Pendahuluan Sensor merupakan suatu peranti yang mengubah besaran nilai (energi) menjadi satuan listrik sehingga dapat diukur dan ditentukan nilainya sesuai dengan data satuan yang diterima pada sensor. Kebanyakan sensor bekerja dengan mengubah beberapa parameter fisik seperti temparatur atau posisi ke dalam sinyal listrik. Ini sebabnya mengapa sensor juga dikenal sebagai transduser yaitu suatu peralatan yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Sensor tekanan dapat diklasifikasikan dalam hal rentang ukur tekanan, rentang suhu operasi, dan yang paling penting adalah jenis objek yang diukur. Konfigurasi dasar pengukuran sensor tekanan ada tiga, yaitu tekanan mutlak (absolute), tekanan diferensial, dan tekanan gauge. Sensor tekanan yang digunakan dalam praktikum ini adalah jenis MPX5100DP. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor tekanan; Mengetahui jenis sensor MPX 5100 DP; Mendapatkan data tegangan tekanan tersebut. 3. Alat – Alat Praktikum Alat praktikum meliputi : Modul Sensor MPX 5100 DP Multimeter 4. Dasar Teori MPX5100DP memiliki rentang tekanan antara 0 kPa sampai 100 kPa. Konsumsi arus sensor cukup rendah yaitu 10 mA (maksimum), dengan akurasi ±2.5 % V FSS (skala Modul Praktikum Teknik Pengukuran 7 Laboratorium Sistem Elektronika maksimum span sebesar 4.5 volt), sensitifitas 45 mV/kPa dan stabilitas offset ±0.5 % VFSS. Sensor MPX5100DP merupakan model sensor MPX5100 dengan tipe diferensial dengan 2 port masukan tekanan, yakni port pertama untuk masukan tekanan objek ukur dan port kedua untuk masukan tekanan referensi dan 6 pin. Gambar Deskripsi Penggunaan Pin MPX5100DP Deskripsi penggunaan pin pada MPX5100DP ditunjukkan oleh Gambar diatas. Pin 1 untuk tegangan keluaran, pin 2 untuk tegangan refrensi ground, pin 3 untuk tegangan refrensi 5 volt, sedangkan pin 4,5 dan 6 tidak digunakan. Seperti sensor takanan pada umumnya, sensor tekanan ini akan mengubah tekanan menjadi tegangan. Semakin besar tekanan yang dihasilkan, semakin besar pula tegangan yang dihasilkan. Tegangan yang dihasilkan sensor ini masih berupa tegangan dengan orde mV. Namun, karena sensor ini dilengkapi chip signal conditioned maka keluaran dari sensor ini tidak perlu dikuatkan lagi. 5. Prosedur Praktikum Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. 1. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. 2. Siapkan multimeter untuk mengukur tegangan keluar dari modul. 3. Siapkan objek sebagai input dari tekanan. 4. Perlakukan objek sedemikian rupa untuk mendapatkan variasi nilai tekanan. 5. Catat nilai tegangannya. 6. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 8 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL IV SENSOR BEBAN 1. Pendahuluan Sensor berat adalah suatu alat yang dapat mendeteksi berat dan kemudian diubah menjadi sinyal-sinyal listrik. Sensor berat ini termasuk bagian dari sensor mekanis. Berbagai macam sensor saat ini telah banyak berkembang, yang mana seiring perkembangan tersebut sensor menjadi suatu komponen penting dalam bidang elektronika. Tidak hanya elektonika, sensor juga berkembang di bidang lainnya sesuai dengan kebutuhan dan keinginan masyarakat. Salah satu sensor yang sedang berkembang saat ini adalah sensor gaya, dan lebih spesifiknya adalah flexiforce. Prinsip kerja dari sensor ini tentu sesuai dengan namanya, yaitu untuk deteksi adanya gaya yang ditimbulkan oleh suatu rangsangan yang masuk dalam suatu alat. Gaya itu sendiri menyebabkan terjadinya tegangan yang nantinya akan menimbulkan suatu sinyal tertentu. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor beban; Mengetahui jenis sensor flexi force; Mendapatkan data tegangan dari sensor beban tersebut. 3. Alat – alat percobaan Alat percobaan meliputi : Modul Sensor beban flexi force ; Alat pengukur beban (flexi force) Multimeter Modul Praktikum Teknik Pengukuran 9 Laboratorium Sistem Elektronika 4. Dasar Teori Sensor flexiforce sebagai sensor gaya sebagaimana telah disebutkan di atas berbentuk printed circuit yang sangat tipis dan fleksibel. Sensor flexiforce sangat mudah diimplementasikan untuk mengukur gaya tekan antara 2 permukaan dalam berbagai aplikasi. Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya berbanding lurus dengan gaya/beban yang diterimanya. Semakin besar beban yang diterima sensor flexiforce maka nilai hambatan output-nya akan semakin menurun. Pada keadaan tanpa beban, resistansi sensor ini sebesar kurang lebih 20M ohm. Ketika diberi beban maksimum, resistansi sensor akan turun hingga kurang lebih 20K ohm. Perubahan resistansi yang ditimbulkan oleh flexiforce tersebut akan menyebabkan munculnya sinyal seperti yang telah disebutkan di atas. Untuk memonitor perubahan resistansi maka diperlukan rangkaian pembagi tegangan ataupun jembatan wheatstone. Gambar Rangkaian Modul Flexiforce Gambar Grafik Resistiansi, Konduktansi dan Force (Beban) Modul Praktikum Teknik Pengukuran 10 Laboratorium Sistem Elektronika 5. Prosedur Praktikum Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. 1. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. 2. Siapkan multimeter untuk mengukur tegangan keluar dari modul. 3. Siapkan objek sebagai input dari berat atau beban. 4. Letakkan objek diatas flexiforce. 5. Catat nilai tegangannya. 6. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 11 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL V SENCOR CAHAYA 1. Pendahuluan Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah foton saja. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor cahaya (LDR); Mengetahui jenis sensor cahaya; Mendapatkan data ADC dan tegangan dari beban tersebut. 3. Alat – alat Praktikum Alat percobaan meliputi : Sensor cahaya (LDR) ; Penghalang cahaya. Sumber Cahaya 4. Dasar Teori Sensor cahaya berfungsi untuk mengubah intensitas sinar/cahaya menjadi konduktivitas/arus litrik. Jenis-jenis sensor cahaya: a) Fotovoltaic (Solar Cell/Fotocell) Berfungsi untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik DC. Tegangan yang dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaan solar cell. Semakin kuat sinar matahari tegangan dan arus listrik Dc yang dihasilkan semakin besar. Simbol Solar Cell: Modul Praktikum Teknik Pengukuran 12 Laboratorium Sistem Elektronika Bahan pembuat solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide danselenium. Gambar penampang solar cell Depletion layer adalah pertemuan antara substrat tipe P dan subtrat tipe N. Prinsip kerja: Bila cahaya jatuh pada solar cell, depletion layer akan berkurang dan elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus yang mengalir sebanding dengan perpindahan elektron yang ditentukan intensitas cahayanya. b) Fotoconductivity Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi perubahan konduktivitas. Kebanyakan komponen ini erbuat dari bahan cadmium selenoide atau cadmium sulfide. Tipe-tipe Fotoconductiv: LDR (Light Dependent Resistor) Berfungsi untuk mengubah itensitas cahaya menjadi hambatan listrik. Semakin banyak cahaya yang mengenai permukaan LDR hambatan listrik semakin besar Fotodiode Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas dioda. Fotodiode sejenis dengan dioda pada umummya, perbedaannya pada fotodiode ini adalah dipasangnya sebuah lensa pemfokus sinar untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”. Prinsip kerja : Energi pancaran cahaya yang jatuh pada pertemuan “pn” menyebabkan sebuah elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron Modul Praktikum Teknik Pengukuran 13 Laboratorium Sistem Elektronika berpindah ke luar dari valensi band meninggalkan hole sehingga membangkitkan pasangan elektron bebas dan hole. Fototransistor Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas transistor. Fototransistor sejenis dengan transistor pada umummya. Bedaannya, pada fototransistor dipasang sebuah lensa pemfokus sinar pada kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”. 5. Prosedur Praktikum Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. 1. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. 2. Siapkan multimeter untuk mengukur tegangan keluar dari modul. 3. Siapkan objek sebagai input dari cahaya 4. Siapkan penghalang cahaya. 5. Letakkan objek diatas LDR 6. Catat nilai tegangannya. 7. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 14 Laboratorium Sistem Elektronika MODUL VI SENSOR ARUS 1. Pendahuluan Secara konvensional kuat arus dapat diukur dengan menghubungkan alat secara seri pada rangkaian. Cara ini memiliki kelemahan karena mengganggu aliran arus yang akan diukur. Kemajuan teknologi digital meningkatkan kemampuan alat ukur. Ukuran yang semakin kecil sehingga mudah digunakan disamping harga yang semakin murah juga didukung oleh kemajuan teknologi digital. Kemajuan ini menyebabkan penelitianpenelitian dapat dilakukan dengan lebih baik dan cepat. Alat ukur dapat tersusun atas bagian digital dan analog. Ada tiga bagian utama dalam suatu alat ukur, yaitu sensor, pengolah data dan penampil data. Alat ukur dengan penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang lebih teliti dan mudah dibaca karena tidak ada paralaks. Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa bagian yang memang tidak bisa mengabaikan kemampuan suatu rangkaian analog. Ada beberapa alat untuk mengukur arus yang sering disebut sensor arus. 2. Tujuan Tujuan praktikum modul ini adalah sebagai berikut : Memahami cara kerja sensor arus. Mengetahui jenis sensor arus; Mendapatkan data tegangan dari rangkaian sensor arus tersebut Mengetahui karakteristik dari sensor arus. 3. Alat-Alat Praktikum Alat percobaan meliputi : Sensor Arus ; Resistor Beban. Multimeter. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 15 Laboratorium Sistem Elektronika 4. Dasar Teori Dalam industri ada beberapa sensor arus yang sering digunakan, macam sensor arus antara lain: Sensor magnetic fluxgate Dengan menggunakan sensor magnetik, arus dapat diukur tanpa harus mengganggu aliran arus, karena yang diukur hanya kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang akan diukur. Dalam tulisan ini akan ditunjukkan penggunaan sensor magnetik fluxgate untuk mengukur kuat arus. Dari hasil penelitian terlihat bahwa sensor magnetik fluxgate yang digunakan dapat mengukur kuat arus dalam daerah pengukuran yang cukup lebar dan dengan ketelitian ≤ 2 %. Ada cukup banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, beberapa diantaranya adalah metode shunt resistif, transformator arus, dan sensor magnetik. Pada praktikum modul kali ini hanya membahas sensor efek hall saja. Sensor efek hall atau hall effect sensor Sensor efek hall dapat digunakan karena sensor efek hall merespon medan magnet, sedangkan medan magnet yang ditimbulkan arus selalu sebanding dengan besar arusnya. Ini membuat sensor efek hall baik digunakan sebagai sensor arus. Sekedar mengingat, Efek hall adalah suatu peristiwa berbeloknya aliran listrik (elektron) dalam pelat konduktor karena adanya pengaruh medan magnet. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada devais efek hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi sama dengan nol. Sensor efek hall adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan magnet. Hasil keluaran dari sensor efek hall ini akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek hall. Sensor efek hall ini terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 16 Laboratorium Sistem Elektronika Gambar Sensor Efek Hall Sensor efek hall yang tampak seperti pada gambar diatas yang hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing – masing sisi dari lapisan silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan ketika lapisan silikon ini dialiri arus listrik. Bila tidak ada medan magnet yang dideteksi maka arah arus listrik yang mengalir pada silikon tersebut akan tepat ditengah – tengah lapisan silikon dan akan menghasilkan tegangan 0 Volt karena tidak ada beda tegangan antara elektroda sebelah kiri dan elektroda sebelah kanan. Bila ada medan magnet yang terdeteksi oleh sensor efek hall maka arah arus listrik yang mengalir pada lapisan silikon akan berbelok mendekati atau menjauhi sisi elektroda yang dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi elektroda sebelah kiri maka akan terjadi beda potensial pada hasil keluarannya. Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek hall akan menyebabkan pembelokan arah arus listrik pada lapisan silikon tersebut juga akan semakin besar dan beda potensial yang dihasilkan di antara kedua sisi elektroda pada lapisan silikon sensor efek hall juga akan semakin besar. Arah pembelokan arus listrik pada lapisan silikon ini dapat digunakan untuk mengetahui atau mengidentifikasi polaritas atau kutub medan magnet pada sensor efek hall. Sensor efek hall ini dapat bekerja jika hanya salah satu sisi elektroda pada sensor efek hall dipengaruhi oleh medan magnet. Jika kedua sisi silikon dipengaruhi oleh medan magnet maka arah arus listrik pada lapisan silikon tidak akan mengalami pembelokan. Modul Praktikum Teknik Pengukuran 17 Laboratorium Sistem Elektronika 5. Prosedur Percobaan Cara untuk mendapatkan data Voltage adalah sebagai berikut. Sambungkan Catu Daya 5 Volt pada kutub positif dan negatif dari rangkaian/modul praktikum. Siapkan multimeter untuk mengukur tegangan keluar dari modul. Siapkan multimeter untuk mengukur arus yang keluar dari rangkaian. LetCatat nilai-nilainya. Tulislah hasil analisis pada jurnal dan buatlah kesimpulan dari praktikum ini.
