LAPORAN
TEKNIK AKUISISI DATA
Disusun Oleh:
Dwita Mido Gumelar
2213100006
Dosen Pengampu:
Ir. Taspiran, MT
BIDANG STUDI ELEKTRONIKA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
1. Sensor suhu
adalah karena terdapat gabungan dua macam bahan konduktor sekaligus yang menghasilkan perbedaan tegangan. Dengan berbedanya dua bahan konduktor ini maka, panas yang berasal dari luar akan mengenai gabungan dari dua jenis bahan konduktor tersebut,dua bahan terserbut mempunyai susuna
electron yang berbeda, karena susuan electron yang berbeda maka akan terjadi beda potensial. Beda potensial tersebut lah yang akan di baca untuk diconvert menjadi digital. Untuk termochouple beda potensial yang dihasilkan antara 1 – 70 microvolt untuk satu derajat celciusnya. Thermocouple memiliki akurasi yang kurang bagus, ini diakibatkan karena range dari pengukuran suhunya yang angat besar. Thermocouple memeliki beberapa jenias yang dibedakan bedasarkan bahannya, antara lain:
1. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)) Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.
2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))
Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.
3. Tipe J (Iron / Constantan)
Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C
4. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))
Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitiftasnya sekitar 39 µV/°C pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K.
hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).
5. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)
Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 °C.
6. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.
7. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).
8. Type T (Copper / Constantan)
Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitiftas ~43 µV/°C.
Gambar Kurva Perbandingan Tipe- tipe Thermocouple
Resistance Thermal Detector (RTD)
Rt=Ro(1 + α Δt)
yang digunakan di industri. Nama PT100 adalah nama dari bahan (PT) dan 100 merupakan besar tahanan.
Resistance Thermal Detector merupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis.
Resistance Temperature Detector (PT100) digunakan pada kisaran suhu -200o C sampai dengan 650o C.
Dalam proses penurunan suhu minyak ini digunakan air sebagai pendingin. Air pendingin ini berasal dari cooling tower (dengan suhu 28-30 o C) dan dari mesin water chiller (dengan suhu 7-10 o C). RTD (PT100) dipasang pada tangki
rystalizer (untuk mengawasi penurunan suhu dari minyak) dan dipasang pada saluran pipa masukan air pendingin ke dalam tangki crystalizer (untuk mengatur debit air dan perubahan penggunaan air cooling menjadi air chilling).
Prinsip kerja dari RTD (PT100) yang digunakan untuk pengukuranminyak ini adalah, ketika RTD pada tangki
crystalizer menerima panas dari minyak, maka panas tersebut akan dikonversikan oleh RTD ke dalam bentuk besaran listrik yaitu tahanan. Panas yang dihasilkan berbanding lurus dengan tahanan dari jenis elemen logam platina yang ada pada sensor RTD, kemudian bentuk tahanan tersebut diterima oleh tranduser
kemudian tranduser merubahnya menjadi sinyal fsi dan mengirimnya ke TRC.
Kelebihan dari RTD (PT100) :
1. Ketelitiannya lebih tinggi dari pada termokopel. 2. Tahan terhadap temperatur yang tinggi.
3. Stabil pada temperatur yang tinggi, karena jenis logam platina lebih stabil dari pada jenis logam yang lainnya. 4. Kemampuannya tidak akan terganggu pada kisaran suhu
yang luas.
4. Jangkauan suhunya lebih rendah dari pada thermocouple. RTD (PT100) mencapai suhu 650o C, sedangkan
thermocouple mencapai suhu 1700o C.
Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi koefsien lebih rendah dari
Rt = Tanahan konduktor pada temperature awala (00) Ro = Tahanan konduktor pada temperature t0C
α = koefsien temperatur tahanan
∆t =Selisih antara temperature kerja denga temperatur awal
Sensor Suhu LM35
Gambar LM35
Karakteristik dari LM35 adalah sebagai berikut:
1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.
2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC.
3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC.
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. 5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA.
6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC pada udara diam.
7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.
8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC.
Cara penggunaan sensor suhu LM 35 adalah sebagai berikut:
Gambar rangkain LM 35
2. Sensor Gas
Sensor Gas LPG TGS2610
sederhana yang dapat mendeteksi kebocoran gas LPG dalam ruang memasak tersebut lebih cepat. Sensor gas fgaro TGS2610 ini dapat diaplikasikan pada rangkaian detektor kebocoran gas LPG dan dibuat secara sederhana baik dengan mikrokontroler ataupun rangkaian analog. Sensor gas LP fgaro TGS2610 membutuhkan heater dalam beroperasi, heater sensor gas LPG fgaro TGS2610 ini membutuhkan tegangan sumber +5 volt DC. Begitu juga sensor gas LPG fgaro TGS2610 ini membutuhkan sumber tegangan DC dalam memberikan output berupa tegangan output dari hasil pendeteksian gas LPG disekitar sensor dari perubahan resistansi internal sensor gas TGS2610 tersebut. Rangkaian dasar sensor gas LPG 2610 adalah sebagai berikut:
Gambar Rangkaian TGS2610 Sensor Gas Karbon Monoksida TGS2442
Sensor gas TGS 2442 berfungsi sebagai pendeteksi gas karbon monoksida (CO). sensor ini mempunyai nilai resistansi Rx yang akan berubah bila terkena karbon monoksida (CO). selain itu, sensor ini juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar. Elemen dari sensor terdiri dari bahan semikonduktor, metaloksida dan aluminasubtrate yang digabung bersama pemanas. Dalam pendeteksian gas CO, perubahan daya konduksi sensor tergantung pada konsentrasi gas yang dideteksi. Rangkain elektronika sederhana dapat merubah daya konduksi menjadi sinyal keluaran dengan penyesuaian pada konsentrasi gas. Berikut ini spesitfkasi dari sensor TGS 2442 :
a. Target gas : Karbon monoksida b. Output : Resistansi
c. Range : 30ppm – 1.000ppm d. Tegangan pemanas : 5 ± 0,2 (DC/AC)
Gambar rangkaian dasar TGS2442
Untuk menetukan nilai konsentrasi gas karbon monoksida terlebih dahulu harus menetukan nilai Rs. Nilai Rs merupakan nilai konsenstrasi gas untuk menentukan nilai satuan yang diukur, dalam hal ini nilai satuan gas dinyatakan dalam ppm. Satuan ppm merupakan Part per Million yang artnya partikel per sejuta, dan nilai Rs dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut:
Rs = ((Vcc xRL) / Vout) - RL
Vcc merupakan tegangan input yang dibutuhkan pada rangkaian, dalam hal ini Vcc diberikan tegangan 5V. RL merupakan hambatan pada sensor dan diberikan hambatan sebesar 20KOhm, sedangkan Vout merupakan nilai output sensor yang nilainya selalu berubah – ubah.
3. Sensor Tekanan
Adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur suatu tekanan dengan mengubah tegangan mekanik menjadi tegangan listrik. Perubahan tekanan pada kantung menyebabkab perubahan posisi inti kumparan sehingga mengakibatkan perubahan induksi magnetic pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan center tap, dengan demikian apabila inti mengalami pergesaran maka induktasi pada salah satu kumparan bertambah sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang. Kemudia pengubah sinyal berfungsi untuk mengubah induktansi maknetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.
faktor lingkungan yang mempengaruhi kinerja sensor:
keadaan cuaca yang tidak menentu
keadaan suhu pada lingkungan
tekanan sekitar sensor
Type sensor tekanan:
1. Tekanan Absolut ( Absolute Pressure ). Yaitu harga tekanan yang sebenarnya dihitung relatif terhadap tekanan nol mutlak.
2. Tekanan Gauge ( Gauge Pressure ) atau dikenal pula sebagai tekanan relatif , adalah tekanan yang diukur relatif terhadap tekanan atmosfer. jadi tekanan relatif adalah selisih antara tekanan absolut dengan tekanan atmosfer.
3. Vacum atau tekanan hampa adalah dalam hal tekanan adalah lebih rendah dari tekanan atmosfer.
4. Tekanan Deferensial (Diferential Pressure ) . adalah suatu
tekanan yang diukur terhadap tekanan yang lain ( beda tekanan ).
Bourdon Tubes
Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung untuk “menegang”. Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya tekanan yang diberikan.
Gambar Bourdon Tubes
Kelebihan :
Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30-100.000 Psi
Kekurangan :
Pada tekanan rendah 0-30 psi kurang sensitive dibanding bellows
Differensial Pressure
Pada umumnya Diferential Pressure Transmitter menggunakan
permukaan diapragma akan merubah sudut cekungan (defeksi) di permukaannya dan diubah menjadi sinyal listrik. Yang berfungsi merubah defleksi menjadi sinyal listrik adalah antara lain:
Strain Gauge,
Diferential aapacitance, (kapasitansi diferensial) Vibrating Wire (kawat vibrasi)
Sinyal listrik yang dihasilkan dari bagian penginderaan yang hanya dalam ukuran milivolt harus diperkuat lagi pada range 0-5Vatau 0-10V atau beberapa jenis di konversi ke 4-20mA untuk pengiriman ke instrument kontrol yang berbeda tempat.
Kontrol pemantauan pompa-pompa,
Pemantauan penurunan tekanan pada valve,
Metering aliran minyak dan Gas di darat , laut maupun bawah laut,
Pemantauan instalasi pengolahan limbah,
Pemantauan sistem sprinkler,
Pemantauan jarak jauh sistem pemanas untuk uap dan air. Dll
Gambar Differential Pressure
Gambar MPX4100
Bentuk fsik dari sensor tekanan MPX4100 cukup kecil sehingga dapat digunakan dengan lebih praktis dan efsien tempat peletakan sensor tekanan MPX4100 tersebut. Dengan adanya rangkaian pengkondisi sinyal, sensor ini dapat terhubung langsung pada Analog to Digital Converter. Rangkaian pengkondisi sinyal menghasilkan tegangan analog dengan Skala Penuh (Full Scale) hingga 5 Volt. Beberapa karakteristik dari sensor MPX4100 adalah sebagai berikut:
a. Maksimum error 1,8% pada 0oC sampai 85oC
b. Didesain khusus untuk menerima Manifold Absolute Pressure Sensing pada sistem control mesin
c. Cocok untuk interface dengan mikrokontrol d. Kompensasi suhu antara -40oC hingga +125oC e. Ideal untuk diaplikasikan pada Non-Otomotif
f. Mempunyai kemampuan untuk mendeteksi tekanan dari 15 hingga 115 kPa
4. Sensor Cahaya
Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)
Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap.
LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam sebagai sensor pada lampu jalan, lampu kamar tidur, rangkaian anti maling, shutter kamera, alarm dan lain sebagainya.
Gambar LDR
5. Sensor Kecepatan
Sensor kecepatan adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi kecepatan gerak benda yang kemudian diubah dalam bentuk sinyal elektrik. Sinyal elektrik inilah yang akan dapat konversikan sebelum dapat ditampilkan. Ada beberapa jenis sensor kecepetan yang digunakan di PT. Pertamina RU II Dumai.
Tachometer Bergerigi
Tipe Tachometer yang pertama ini tersusun atas masing-masing satu unit sensor tetap, pemutar gerigi, bahan besi dan roda. Sensor dibagi lagi menjadi dua jenis, yakni Hall Efect Sensor dan Variable Reluctance Sensor. Proses kerjanya ialah rotor berputar, selanjutnya pengukuran terjadi pada rotor bergigi. Sensor dari bahan magnet melakukan deteksi per gerigi yang melewati objek tersebut. Gerigi menambah medan magnet sehingga tegangan terinduksi pada lilitan kawat. Akhirnya dihasilkan pulsa yang menunjukkan besaran gelombang. Pulsa tersebut akan dikonversi menjadi sebuah gelombang kotak yang bersih dengan rangkaian ambang detector. Keunggulan
Gambar Cara Kerja Tachometer
Capacitve Sensor Speed
aapacitive sensor speed adalah sensor yang prisnsip kerjanya menyerupai kapasitor. Dimana pada sensor ini sumbu rotor tidak di letakan di pusat, namun dilteakan sedikit menyamping. Karena sumbu yang tidak simetris maka akan mempengaruhi kapasitansi. Pebubahan kapasitansi terjadi diantara rotor dan stator. Sensor ini dipasang di lingkungan fluida.
Gambar Cara Kerja Capcitive Sensor Speed
6. Sensor Level
Sensor level adalah sensor yang digunkan untuk mengukur ketinggian atau volume suatu zat yang terdapat di dalam sebuah wadah. Ada beberapa metode yang digunakan pada sensor level untuk dapat mengukur. Menggunakan radar, gelombang ultrasonic
dan analog. Terdapat beberapa jenis sensor level yang digunakan di PT.Pertamina RU II Dumai.
Sensor ultrasonic adalah sensor yang memanfaatkan pancaran gelombang ultrasonic. Sensor ultrasonic terdiri dari rangkain pemancar yang disebut transmitter dan rangkaian penerima gelombang yang disebut receiver. Di dalam dunia industri sensor ultrasonic dapat digunakan untuk mengukur ketinggian dalam sebuah tangki. Terdapat dua cara untuk mengukur level tangki dengan sensor ultrasonic. Cara kerja pertama dengan cara memasang sensor ultrasonic di atas tangki, kemudian sensor ultrasonic akan memancarkan gelombang
ultrasonic, ketika gelombang itu terpantul kembali dan diterima oleh receiver, waktu antara trasnmiter memancarkan gelombang dan receiver menerima gelombang yang digunakan untuk mengukur level. Yang kedua dengan cara mengukur dari tinggi isi tangki dimana pantulan gelombang terjadi.
Gambar Cara Kerja Sensor Ultrasonic
Tank high (H) = Ullage (U) + Fillage (F)
Ullage(U)= H(High) – Fillage(F)
Untuk mengukur level paling mudah menggunakan Ullage, karena tinggal mencari dari pegurangan antara tinggi tangki dan fllage, kemudian dibuat dalam bahasa pemerogaman. Kelebihan dari sensor ultrasonic adalah tidak melakukan kontak langsung, cocok digunakan untuk mengukur berupa cairan atau gumpalan, akurasinya 0,25% dengan kompensasi temepratur dan kalibrasi sendiri. Namun sensor ultrasonic memeliki beberapa kekeuranga, bahan atau produk yang terdapat dalam tangki harus memberikan refleksi yang bagus dan tidak menyerap gelombang dan temeperatur terbatas hanya sampai 170o C.
Radar Level Sensor
Cara kerja dari radar level hampir sama dengan sensor ultrasonic, namun perbedaanya dalam tipe dari gelombang yang digunakan. Radar level menggunakan gelombang radio dengan frekeunsi tinggi yang mempunyai range micro – GHz. Radar level sensor menggunakan dua teknik modulasi, pulsa radar dan FMCM
( Frequency Modulated aontinous Wave) radar. Cara kerja teknik pulsa radar sama dengan sensor ultrasonic, yaitu dengan mengirim gelombang micro yang memantul di permukaan bahan di dalam tangki dan kembali untuk diukur. Time delay antara
tramsimter dan receive akan menghasilkan jarak.
d = (kecepatan x t ) /2
ketika menggunakan teknik FMCM, gelombang mikro di kirim ke perumakan isi tangki, tapi mengirim sinyal secara terus menerus dengan frekeunsi yang bervariasi. Ketika sinyal turun menuju permukaan bahan dan kembali ke antenna, itu akan digabungkan sinyal yang dikirimakan saat itu. Perbadaan di frekeusni antara sinyal received dan transmitted berbanding lurus dengan jarak dan mempunyai presisi yang tinggi. Radar level memepunyai beberapa kelebihan dan kelemahan. Radar level digunakan di aplikasi yang susah untuk dikendalikan, akurasi tinggi, dapt mengukur dengan tangki berbahan plastik. Namun, sangat sensitif untuk membangun di permukaan sensor dan sangat mahal harganya.
Gambar Cara Kerja Radar Sensor
Displacer Level Sensor
Displacer level sensor adalah sensor yang menggunakan prinsip Archimedes untuk mengukur ketinggian isi dalam tangki dengan berat yang dari perpindahan batang yang terbenam di
digunakan untuk merubah sinyal dari LVDT menjadi 4-20 mA. Secara singkat prinsip kerja dari LVDT adalah arus bolak-balik AC mengalir melalui kumparan (coil) primer, sebagai akibat dari adanya tegangan eksitasi. Arus terinduksi melalui pasangan kumparan sekunder. Frekuensi arus AC yang terinduksi ini sama dengan frekuensi eksitasi. Namun, amplitudo arus yang terinduksi pada setiap kumparan sekunder tergantung dari posisi/lokasi batang inti (magnet) yang dapat berpindah/bergerak. Perubahan amplitudo akibat pergeseran batang inti ini kemudian di proses untuk melakukan indikasi terhadap peubahan posisi.
Gambar Cara Kerja Displacer Sensor
Servo Tank Gauge
Sensor tank gauge adalah sensor yang memanfaatkan komponen motor servo. Prinsip kerjanya adalah dengan cara memeberikan pelampung yang disambungkan kemotor. Ketika terjadi perubahan level, maka pelampung akan naik ataupun turun dan motor servo akan berputar. Putaran motor servolah yang akan memeberikan tegangan yang akan di konversikan menjadi data digital.
Capacitive Level Sensor
Prinsip aapacitance level controls adalah berdasarkan prinsip kerja komponen elektronik Kapasitor yang merupakan komponen yang dapat menyimpan energi. Kapasitor terdiri dari dua plat konduktif yang dipisahkan oleh media insulator. Dalam aplikasi pengukuran level dengan aapacitance, plat pertama adalah berupa probe dan plat yang kedua adalah dinding tanki dimana jarak diantara probe dan dinding akan selalu tetap tidak berubah. Satu-satunya parameter yang berubah adalah konstanta dielektrik. Udara memiliki konstanta dielektrik satu sedangkan media lainnya yang akan kita ukur memiliki konstanta dielektrik lebih dari satu. etika level media yang diukur naik maka konstanta dielektrik media yang diukur akan menggantikan udara dan akan menyebabkan nilai kapasitansi naik. Kenaikan nilai kapasitansi berbanding lurus dengan kenaikan level yang terjadi.
Yang perlu kita perhatikan dalam penggunaan level
capacitance adalah dinding tanki harus terbuat dari metal karena dinding tanki berfungsi sebagai salah satu plat dari kapasitor. Untuk aplikasi dimana dinding tanki terbuat dari bahan non-metal seperti concrete maka dapat digunakan probe dengan stealing well yang terbuat dari metal atau dapat juga digunakan probe
yang dual (dual probe). aapacitance level sensor memiliki beberapa kelebihan, cocok digunakan di bahan cairan atau gumpalan dan sangat baik untuk digunakan media yang mudah korosi. Namun sangat terbatas dalam perubahan listrik bahan.
