LAPORAN PROYEK
KOMPONEN SISTEM KONTROL
JUDUL : SENSOR TEKANAN (
PRESSURE TRANSDUCER)
DISUSUN OLEH:
Livin (1022015) Edwards Lie (1022046) Robin Yosafat (1022076)
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
BAB I
Prinsip Kerja Sensor
Sensor Lutron PS-93DV-20BAR menggunakan prinsip Piezoelectric. Sensor piezoelektrik bekerja dengan cara sebagai berikut.
Sensor Piezoelektrik memiliki suatu kristal yang diletakkan di atas alas berbahan dasar dielektrik. Peletakkan kristal di atas bahan dielektrik
dipergunakan untuk mencegah kebocoran arus. Kristal lalu dipasangkan pada diafragma melintang. Diafragma inilah yang diberi tekanan udara. Saat tekanan mendorong diafragma sensor, kristal juga turut terdorong, menekan alas yang berbahan dielektrik yang ada di bawahnya. Bahan dielektrik ini bertindak layaknya kapasitor, dapat menyimpan dan melepaskan muatan elektron.
Bahan dielektrik ini dapat disimulasikan sebagai sebuah busa pembersih (sponge). Saat diberikan air, sponge akan menyerap seluruh air yang diberikan sampai jenuh (tidak dapat menyerap air lebih jauh). Ketika diberikan tekanan pada sponge basah ini, air akan ‘terdorong’ keluar dari sponge.
Jika melihat kembali konstruksi dari sensor diatas, maka sebenarnya, bagian dielektrik dari kontruksi di atas mewakili sebuah kapasitor. Dengan mengingat bahwa sebuah kapasitor memiliki rumus kapasitansi sebagai berikut:
C
=
ε
A
d
BAB II
Kegunaan Sensor Tekanan
Sensor tekanan merupakan salah satu sensor elektrik yang cukup vital di bidang industri. Banyak industri yang menggunakan sensor ini dalam berbagai kebutuhan. Contohnya dapat ditemukan di industri seperti industri otomotif, biomedis, manufaktur, aviasi, kelautan, dan elektronik.
Di bidang industri otomotif, sensor tekanan sangat berperan banyak dalam mesin otomotif dan berbagai komponen penting lainnya. Sensor tekanan digunakan dalam sistem pengereman kendaraan (pengereman kendaraan dengan menggunakan angin, seperti di bus, atau juga sistem ABS (Anti-Lock Brake System)). Sensor tekanan juga digunakan di sistem airbag untuk mendeteksi tabrakan, karena saat tabrakan, badan kendaraan mengalami peningkatan tekanan yang besar.
Di bidang biomedis, sensor tekanan digunakan dalam pengukuran banyak hal vital, seperti tekanan darah dan tekanan udara. Selain itu, sensor tekanan juga dipakai sebagai sensor untuk kontroller-kontroller penting, seperti pengatur tekanan cairan infus.
Di bidang manufaktur, tekanan merupakan parameter utama dalam berbagai hal. Pendeteksian tekanan dengan tepat penting diperlukan di dalam berbagai hal, seperti proses pemanasan, proses pengovenan komponen komposit, pneumatic, dan masih sangat banyak lagi.
BAB III
Respon & Karakteristik Sensor
Per lembar data karakteristik PS-93DV-20BAR, data yang didapat adalah sebagai berikut
Supply Voltage DCV 9V to 30V Transducer Port Connector ¼” NPT
Span ±1% F.S. (Up to 40oC)
Zero ±2% F.S. (Up to 40oC)
Output Impedance 100K Ohm Operating Temperature 0 to 60oC
Operating Humidity Max 80% RH
Output Output: DC 0mV to 100mV 0 mV = Zero Pressure
100 mV = Max Pressure Range Wire Connection Red...Power +
Black... Power -White...Signal + Green ... Signal
-Dengan lembar data di atas, maka dapat diperkirakan bahwa setiap 1 Bar, terjadi kenaikan 5 milivolt (100mV / 20 Bar). Dalam praktiknya, data yang kami dapatkan adalah sebagai berikut:
Tegangan Terbaca (mVolt) Tekanan Masukan (bar)
8,9 2,0
12,4 2,75
13,5 3,0
14,2 3,1
15,6 3,5
Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa sensor memiliki linearitas yang 93%.
Volt saja. Op-amp ini sendiri, setelah diuji, memiliki data penguatan sebagai berikut
Tegangan Input (Volt) Tegangan Output (Volt) Penguatan
0,1 9,90 99,00
0,08 7,87 98,38
0,075 7,37 98,27
0,065 6,38 98,15
0,055 5,40 98,18
0,050 4,87 97,40
0,045 4,38 97,30
0,035 3,39 96,86
0,025 2,40 96,00
0,015 1,45 96,70
BAB IV
Desain Proyek
Proyek dirancang dengan menggunakan kompresor sebagai sumber tekanan yang akan dibaca. Sistem dirancang untuk dapat membaca tekanan udara dari kompresor langsung menuju 2 perangkat sensor, yaitu kalibrator dan sensor itu sendiri. Kalibrator yang dipakai merupakan kalibrator yang dibuat oleh
Lutron, dengan kode barang PS-403.
Sistem pengujian dirangkaikan seperti berikut:
Keluaran kompresor langsung dibagi 2, menuju kalibrator dan
transducer. Kalibrator yang dipergunakan telah dibuat sedemikian rupa sehingga keluaran terbaca oleh multimeter telah diatur untuk menjadi perbandingan 1mV untuk setiap kenaikan 1 satuan (jika selektor dalam PSI, maka 1 PSI/1 mV, dan sebagainya). Keluaran dari transducer sendiri hanya memiliki nilai maksimum 100mV (0,1 Volt), dan karena tidak ada galvanometer yang mampu membaca 0,1 Volt full-scale, maka sinyal diperkuat 100 kali oleh Op-Amp agar bisa mencapai tegangan yang diperlukan (10 Volt full-scale).
Op-Amp dirangkaikan dalam konfigurasi Non-Inverting karena inputnya berupa tegangan yang selalu bernilai positif (sehingga tidak digunakan mode Inverting). Rangkaian Op-Amp yang digunakan adalah sebagai berikut
Vin merupakan tegangan masukan dari Transducer, sementara Vout dibaca oleh galvanometer. Tegangan terbaca, secara teori, adalah hasil penguatan sebesar 101 kali dari tegangan inputnya. Dipilih 101 kali karena mempertimbangkan ketersediaan nilai-nilai resistor di pasar, dan juga
mempertimbangkan ketidaksempurnaan baik dari Op-Amp. Seperti yang kita ketahui jika Op-Amp ideal maka tidak ada arus yang mengalir ke op-amp. Tetapi kadang-kadang ada masih ada arus yang mengalir ke Op-Amp yang mengalir. Walaupun arus tersebut sangat kecil. Hal itu akan mengubah tegangan output yang keluar.
1K ohm
-+
100K ohm
Vin
BAB V
Data Pengamatan & Analisa Data
- Linearitas Sensor:
Tegangan Output Sensor (mV) Ekspektasi Linearitas Output Sensor
Tekanan Input (bar)
Ekspektasi Linearitas Penguatan Op-Amp
- Tabel Data Hasil Pengamatan
Tekanan Input (bar)
Tekanan terbaca oleh kalibrator (PSI)
Tekanan terbaca oleh sensor (PSI)
Akurasi (%)
2,75 35,1 41,76 80,74
2,5 30,2 31,9 94,37
2,0 25,0 25,81 96,76
2,25 27,2 28,42 95,50
2,325 29,6 30,16 98,10
2,625 32,3 31,03 96,07
1,75 23,0 22,33 97,09
1,50 20,0 18,27 91,35
1,25 16,0 15,08 94,25
1,00 14,0 12,18 87,00
-BAB VII
Analisa Kualitas Keseluruhan Perangkat dan Kesimpulan
Melalui percobaan ini, dapat kita simpulkan bahwa sensor tekanan ini dapat membaca tekanan dari kompresor. Perangkat memiliki rata-rata akurasi 93%.
Melalui percobaan ini pula, kita dapat belajar tentang bagaimana sensor tekanan ini bekerja. Sensor bekerja menggunakan metode piezoelektrik, dimana tegangan dihasilkan sebagai hasil dari tekanan kepada material dielektrik. Tekanan ini sendiri diberikan oleh diafragma yang mendorong kristal tadi.
Hasil bacaan dari sensor kemudian dikuatkan oleh penguat operasional, sebelum kemudian dibaca oleh galvanometer.
Adanya beberapa bagian dari percobaan ini menghasilkan data yang kurang akurat. Hal ini disebabkan oleh karena ada juga gangguan dari dalam komponen elektronik yang digunakan, baik itu sebagai akibat dari efek
pembebanan, kualitas komponen yang digunakan, dan juga tahanan dalam dari komponen, konektor kabel maupun kabel yang digunakan. Efek kualitas
komponen dapat dilihat dari hasil percobaan pemeriksaan penguatan penguat operasional, dimana tegangan keluaran dari penguat tidak sesuai seratus persen dengan yang ditargetkan (keluaran lebih dari 101 kali atau kurang dari 101 kali)
Pada akhirnya, sensor tekanan ini sendiri merupakan media untuk membaca salah satu indikator terpenting dalam suatu proses produksi, yaitu tekanan. Sensor ini sangat banyak aplikasinya dalam bidang industri, dan tentunya dengan melaksanakan percobaan ini, kami dapat memahami
LAMPIRAN
DATASHEET PENGUAT OPERASIONAL DAN PRESSURE TRANSDUCER
