PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT
(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MASRIA PANE
090801021
DEPARTEMEN FISIKA
PERSETUJUAN
Judul : Pembuatan Signal Conditioning Untuk Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
Kategori : Skripsi
Nama : Masria Pane
Nim : 090801021
Program Studi : Sarjana (S1) Fisika Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Sumatera Utara
Disetujui di : Medan, 20 Agustus 2013
Komisi Pembimbing :
Pembimbing 2, Pembimbing 1,
Drs. Takdir Tamba, M.Eng,Sc Dr. Bisman Perangin-angin, M.Eng.Sc NIP. 196006031986011002 NIP. 195609181985031002
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN
PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, 20 Agustus 2013
MASRIA PANE 090801021
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moril, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Bisman Perangin–angin, M.Eng,Sc dan Bapak Drs. Takdir tamba, M.Eng,Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini
2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta , kepada Bapakku W. Pane (alm) dan Ibuku T. M. Sidabutar yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan spritual, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.
3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
4.Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Bapak Sigit Arianto, M.Eng selaku pembimbing pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, Pak Andi, Bapak Dr. Masno Ginting , Bapak Pardamean Sebayang, Ibu Ani, Pak Prabowo, dan seluruh staf dan karyawan P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih.
5. Terimakasih buat adik-adikku tersayang Mey Elyzabeth Pane, Johannes Haessler Pane, Novianty Pane, Fitri Rosa Nurida Pane, dan Eri Immanuel Pane yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis. 6. Kepada teman-teman stambuk breaving, Agus, Azay, Ade, Andrian, Septiana, Helen, Jeny, Stevani, Emy, Harty, Weny, Monora, Gusning, Zanah, Ferdy, Ophi, Fitri Yuniati, Esra, Valent, Istas, Andiko, Timbul, Natan, Josua, Eldo, Silvi, Sony, Kalam, Poltak, Herdi, Enra, Sabam, Resdina, Vila dan Rieni, yang telah memberikan partisipasi , semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses. Amin.
7. Sahabat- sahabatku Lia samosir, Yenny Tarigan, Sahat Butar- Butar yang memberikan motivasi dan doa kepada penulis.
8. Teman-teman Asisten Laboratorium Elektronika Lanjutan yang saling mendukung di dalam laboratorium.
9. Adik-adikku dari Stambuk 2010, 2011 dan 2012 terutama buat Gunawan Sitorus yang telah rela meluangkan waktunya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Medan, 20 Agustus 2013
PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT
(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)
ABSTRAK
LVDT (Linear Variable Differential Transformer) merupakan salah satu jenis sensor perpindahan. Sensor LVDT ini bekerja jika sudah ada pengkondisi sinyal. Pengkondisi sinyal ini mencakup generator gelombang sinus dan demodulator.
Rangkaian osilator dan demodulator yang dirancang menggunakan Op Amp. Sensor LVDT ini bekerja berdasarkan prinsip fluks magnetik yang dibangkitkan pada inti besi oleh induksi yang berasal dari kumparan primer. Tegangan masukan LVDT merupakan tegangan bolak-balik (AC), sehingga tegangan keluaran yang dihasilkan juga berupa tegangan bolak-balik. AC magnitude diperoleh dengan menggeser inti sensor dengan menggunakan micrometer sekrup. Pergeserannya dapat kita lihat pada dengan menganalisa gelombang yang dihasilkan pada osilokop. Apabila gelombang yang dihasilkan kedua kumparan sama, maka posisi inti merupakan posisi nol. Perubahan bentuk gelombang yang dihasilkan menunjukkan arah pergeseran posisi inti terhadap kumparan sekunder satu dan sekunder dua. AC magnitude yang dihasilkan oleh kumparan sekunder satu dan sekunder dua dapat menunjukkan pengkondisi sinyal yang dibuat bekerja atau tidak. Sinyal posisi input yang dipicu oleh rangkaian osilator yakni gelombang sinus kemudian ditransmisikan ke primer LVDT yang menjadi tegangan input untuk sensor LVDT dan tegangan dari sekunder harus didemodulasikan untuk menghasilkan tegangan DC. Tegangan DC yang dihasilkan merupakan konversi jarak perpindahan dari sensor LVDT.
PEMBUATAN SIGNAL CONDITIONING UNTUK SENSOR LVDT
(LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)
ABSTRACT
LVDT (Linear Variable Differential Transformer) is one type of displacement sensors. LVDT sensor is working if there is already a signal conditioner. Signal conditioners include sine wave generator and demodulator.
Oscillator and demodulator circuits are designed using the Op Amp. The LVDT sensors work on the principle of magnetic flux in the iron core generated by induction from the primary coil. LVDT input voltage is an alternating voltage (AC), so that the output voltage is also generated in the form of alternating voltage. AC magnitude is obtained by shifting the sensor core by using a micrometer screw. The shift can be seen in the waves generated by analyzing the osilokop. If the waves generated at the second coil, the core position is zero position. The resulting waveform changes showed a shift towards the core position of the secondary coil and two secondary one. AC magnitude generated by a secondary coil and two secondary can show signal conditioners are made to work or not. Position of the input signal that is triggered by a sine wave oscillator circuit which is then transmitted to a primary LVDT input voltage to the sensor LVDT and the voltage of the secondary must be demodulated to produce a DC voltage. The resulting DC voltage is a conversion of the sensor LVDT displacement distance.
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan ii Pernyataan iii Penghargaan iv Abstrak vi Abstract vii
Daftar Isi viii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xiii
Bab I Pendahuluan 1. 1 Latar Belakang 1 1. 2 Rumusan Masalah 2 1. 3 Batasan Masalah 2 1. 4 Tujuan Penelitian 3 1. 5 Manfaat Penelitian 3 1. 6 Metodologi Penelitian 3 1. 7 Sistematika Penulisan 4
Bab II Tinjauan Pustaka
2.1 Sensor 6
2.1.1 Pengenalan LVDT ( Linear Variable Diffrential Transformer ) 7
2.1.2 Karakteristik LVDT 8
2.1.3 Prinsip kerja LVDT 10
2.2 Operational Amplifier 13
2.2.1 Op Amp non inverting 14
2.2.2 Op Amp inverting 16
2.2.3 Rangkain penjumlah 17
2.2.4 Rangkaian Penguat diffrensial 18
2.3 Signal Conditioning 19
2.3.1 Fungsi umum pengkondisi sinyal 19
Bab III Perancangan Sistem
3.1 Perancangan Hardware 24
3.1.1 Pembuatan Rangkaian Power Supply Adaptor ( PSA) 24
3.1.2 Rangkaian Integrator 25
3.1.3 Rangkaian Filter Aktif 27
3.1.4 Rangkaian Osilator 28
3.1.5 Rangkaian Inverting 28
3.1.6 Rangkaian Penguat Power 29
3.1.7 Demodulator 30
3.1.8 Rangkaian Inverting Summing Amplifier 31
3.1.10 Pembuatan Rangkaian Pengkondisi Sinyal 33
3.2 Alat Pengujian 36
3.3 Rancangan Sistem Pengukuran 37
3.3.1 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan Signal 37 Generator
3.3.2 Pengukuran dan Karakterisasi sensor LVDT dengan 39 Rangkaian Pengkondisi Sinyal
3.4 Analisa Data 41
3.5 Diagram Kerja 42
Bab IV Pengukuran dan Analisa
4.1 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk 43 AC Magnitude
4.1.1 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Sinyal Generator 44 4.1.2 Pengukuran AC Magnitude menggunakan Circuit Signal 48
Conditioning
4.2 Pengukuran dan Karakterisasi Sensor LVDT Untuk Nilai DC 53 output (Sensifitas)
Bab V Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan 56
5.2 Saran 57
Daftar Pustaka 58
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Asumsi dasar Op Amp Ideal 14
Tabel 4.1 Pengujian untuk output AC Magnitude Sinyal Generator 44 Tabel 4.2 Pengujian untuk output AC Magnitude Rangkaian Signal Conditioning 49 Tabel 4.3 Pengujian Tegangan Keluaran DC dari Rangkaian Pengkondisi Sinyal 54
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Penampang LVDT 8 Gambar 2.2 Konstruksi LVDT 9 Gambar 2.3 Bentuk LVDT 10 Gambar 2.4 Skema LVDT 12
Gambar 2.5 Bentuk gelombang LVDT 13
Gambar 2.6 Op Amp non inverting 15
Gambar 2.7 Op Amp inverting 16
Gambar 2.8 Rangkaian Penjumlah 17
Gambar 2.9 Rangkaian Penguat Diffrential 18
Gambar 2.10 Memproses sinyal arus 19
Gambar 2.11 Perubahan dalam variabel induktansi L 22
Gambar 3.1 Blok diagram pengkondisi sinyal LVDT 23
Gambar 3.2 Set Up pengkondisi sinyal 24
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply Adaptor (PSA) 25
Gambar 3.4 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 1, 2, dan 3 26 Gambar 3.5 Rangkaian Integrator Op amp TL084 pada kaki 12, 13 dan 14 26
Gambar 3.6 Rangkaian Filter Aktif 27
Gambar 3.7 Rangkaian Osilator 28
Gambar 3.8 Rangkaian Inverting untuk LVDT Primer 29
Gambar 3.9 Rangkaian Inverting untuk LVDT Sekunder 29
Gambar 3.10 Rangkaian Penguat Power AB 30
Gambar 3.11 Rangkaian Demodulator 31
Gambar 3.12 Rangkaian Penguat Penjumlah 31
Gambar 3.13 Rangkaian Filter Pasif 32
Gambar 3.14 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT 34 (Linear Variable Diffrential Transformer) Primer
Gambar 3.15 Rangkaian Pengkondisi sinyal untuk LVDT (Linear Variable 35 Diffrential Transformer) Sekunder 1 dan sekunder 2.
Gambar 3.16 Diagram Blok Pengukuran dan Karakteristik Sensor 37 LVDT menggunakan sinyal generator
Gambar 3.17 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT 38 menggunakan sinyal generator
Gambar 3.18 Flowchart Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT 39 dengan Signal Generator dengan variasi jarak
Gambar 3.19 Pengukuran Karakteristik Sensor LVDT dengan 39 Rangkain Pengkondisi Sinyal
Gambar 3.20 Pengukur dan karakteristik sensor LVDT menggunakan 40 rangkaian pengkondisi sinyal.
dan sekunder 2 pada jarak 0 mm
Gambar 4.1b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 45 dan sekunder 2 pada jarak 2,5 mm
Gambar 4.1c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 46 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm
Gambar 4.1d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 46 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm
Gambar 4.1e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 47 dan sekunder 2 pada jarak -4mm
Gambar 4.2 Grafik Jarak terhadap Tegangan AC Magnitude 47 Signal Generator
Gambar 4.3a Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 50 dan sekunder 2 pada jarak 0 mm
Gambar 4.3b Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 50 dan sekunder 2 pada jarak 2,5mm
Gambar 4.3c Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 51 dan sekunder 2 pada jarak 4 mm
Gambar 4.3d Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 51 dan sekunder 2 pada jarak -2,5 mm
Gambar 4.3e Gambar gelombang antara tegangan sekunder 1 52 dan sekunder 2 pada jarak -4mm
Gambar 4.4 Grafik Rasio Tegangan AC magnitude terhadap Jarak 52 menggunakan Signal Conditioning
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
LAMPIRAN A Rangkaian Lengkap 58
