3AEA Passa Luthfi Tut06

Click here to load reader

  • date post

    03-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    81
  • download

    4

Embed Size (px)

Transcript of 3AEA Passa Luthfi Tut06

TUTORIAL SENSOR & TRANSDUCERVol.06

SPEED SENSORPOSITION SENSORDISTANCE SENSORLINE SENSORLIGHT SENSOR

TEKNIK OTOMASI MANUFAKTUR DAN MEKATRONIKA

POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG

Jl. Kanayakan no. 21, DAGO 40235, TromolPos 851 BANDUNG 40008 INDONESIA

Phone : 62 022 2500241 Fax : 62 022 2502649 Homepage : http ://www.polman.com,

E-mail :polman@melsa.net.id20 Mei 2013[SPEED SENSOR]Encoder & TachometerROTARY ENCODER

Mesin yang bergerak/berputar pada umumnya memerlukan pengukuran gerakan. Mulai dari peralatan mesin, mesin inspeksi, dan lain sebagainya, mulai dari mesin manual sampai otomatis, memiliki mekanisme pengukuran internal. Saat ini, komponen yang banyak digunakan untuk pengukuran gerakan adalah encoder. Encoder secara umum dapat dikategorikan ke dalam optical (photoelectric), magnetic encoder, dan tipe kontak mekanik. Photoelectric encoder memiliki tingkat akurasi yang tinggi, handal, dan relatif murah, mudah dalam aplikasinya.Absolute Rotary Encoder

Absolute encoder menggunakan piringan dan sinyal optik yang diatur sedemikian sehingga dapat menghasilkan kode digital untuk menyatakan sejumlah posisi tertentu dari poros yang dihubungkan padanya. Piringan yang digunakan untuk absolut encoder tersusun dari segmen-segmen cincin konsentris yang dimulai dari bagian tengah piringan ke arah tepi luar piringan yang jumlah segmennya selalu dua kali jumlah segmen cincin sebelumnya. Cincin pertama di bagian paling dalam memiliki satu segmen transparan dan satu segmen gelap, cincin kedua memiliki dua segmen transparan dan dua segmen gelap, dan seterusnya hingga cincin terluar. Sebagai contoh apabila absolut encoder memiliki 16 cincin konsentris maka cincin terluarnya akan memiliki 32767 segmen. Gambar 3 menunjukkan pola cincin pada piringan absolut encoder yang memiliki 16 cincin..

Karena setiap cincin pada piringan absolute encoder memiliki jumlah segmen kelipatan dua dari cincin sebelumnya, maka susunan ini akan membentuk suatu sistem biner. Untuk menghasilkan sistem biner pada susunan cincin maka diperlukan pasangan LED dan photo-transistor sebanyak jumlah cincin yang ada pada absolut encoder tersebut.

Sistem biner yang untuk menginterpretasi posisi yang diberikan oleh absolute encoder dapat menggunakan kode gray atau kode biner biasa, tergantung dari pola cincin yang digunakan. Untuk lebih jelas, kita lihat contoh absolut encoder yang hanya tersusun dari 4 buah cincin untuk membentuk kode 4 bit. Apabila encoder ini dihubungkan pada poros, maka photo-transistor akan mengeluarkan sinyal persegi sesuai dengan susunan cincin yang digunakan. Gambar 5 dan 6 menunjukkan contoh perbedaan diagram keluaran untuk absolute encoder tipe gray code dan tipe binary code.

Dengan absolute encoder 4-bit ini maka kita akan mendapatkan 16 informasi posisi yang berbeda yang masing-masing dinyatakan dengan kode biner atau kode gray tertentu. Tabel 1 menyatakan posisi dan output biner yang bersesuaian untuk absolut encoder 4-bit. Dengan membaca output biner yang dihasilkan maka posisi dari poros yang kita ukur dapat kita ketahui untuk diteruskan ke rangkaian pengendali. Semakin banyak bit yang kita pakai maka posisi yang dapat kita peroleh akan semakin banyak.

Incremental Rotary Encoder

Incremental encoder terdiri dari dua track atau single track dan dua sensor yang disebut channel A dan B (Gambar 7). Ketika poros berputar, deretan pulsa akan muncul di masing-masing channel pada frekuensi yang proporsional dengan kecepatan putar sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B menghasilkan arah putaran. Dengan menghitung jumlah pulsa yang terjadi terhadap resolusi piringan maka putaran dapat diukur. Untuk mengetahui arah putaran, dengan mengetahui channel mana yang leading terhadap channel satunya dapat kita tentukan arah putaran yang terjadi karena kedua channel tersebut akan selalu berbeda fasa seperempat putaran (quadrature signal). Seringkali terdapat output channel ketiga, disebut INDEX, yang menghasilkan satu pulsa per putaran berguna untuk menghitung jumlah putaran yang terjadi.

Contoh pola diagram keluaran dari suatu incremental encoder ditunjukkan pada Gambar 8. Resolusi keluaran dari sinyal quadrature A dan B dapat dibuat beberapa macam, yaitu 1X, 2X dan 4X. Resolusi 1X hanya memberikan pulsa tunggal untuk setiap siklus salah satu sinya A atau B, sedangkan resolusi 4X memberikan pulsa setiap transisi pada kedua sinyal A dan B menjadi empat kali resolusi 1X. Arah putaran dapat ditentukan melalui level salah satu sinyal selama transisi terhadap sinyal yang kedua. Pada contoh resolusi 1X, A = arah bawah dengan B = 1 menunjukkan arah putaran searah jarum jam, sebaliknya B = arah bawah dengan A = 1 menunjukkan arah berlawanan jarum jam.

Aplikasi Encoder

Sensor kecepatan yang digunakan ini adalah enkoder. Output enkoder berupa sinyal pulsa yang frekuensinya berbanding lurus dengan kecepatan motor, agar data kecepatan dapat dibaca oleh ADC mikrokontroller, maka output encoder terlebih dahulu harus dikonversi menjadi tegangan. Oleh karena itu ouput encoder dihubungkan ke rangkaian FtoV (frekuensi ke tegangan) dimana rangkaian ini akan mengubah besaran frekuensi (sinyal dari encoder) yang masuk menjadi besaran tegangan yang dalam hal ini digunakan sebagai umpan balik dari kecepatan motor. Adapun rangkaian encoder dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 1. Rangkaian Encoder

Pada rangkaian iniICyang dipakai adalah LM2917 ,dimanainputdidapat dari pulsaoutputencoder. Rangkaian F to V dapat dilihat pada gbr dibawah ini :

Gambar 2. Rangkaian F to V

Voutput yang diinginkan pada saat motor berputar dengan kecepatan maksimum yaitu 5,1V. Melalui pengukuran yang dilakukan terhadap motor DC, didapatkan frekuensi keluaran dari enkoder pada kecepatan maksimum adalah 4348 HZ.Nilai tegangan pada Vo1 saat motor berputar dengan kecepatan maksimum ditentukan 2,1V. untuk mendapatkan Vo1 tersebut diperlukan kombinasi R1dan C1.

C1ditentukan 10 nF sehingga R1dapat dicari dengan rumus:

Vcc= 12V

K = 1 (ideal)

Dengan menggunakan VR 100 Kohm dapat diperoleh nilai nilai R1 sesuai dengan perhitungan di atas. Selanjutnya Vo1 kemudian dikuatkan dengan penguat Non Inverting untuk mendapatkan Voutput 5,1V pada saat kecepatan maksimum. Karena nilai tegangan Vo1 pada saat kecepatan maksimum adalah 2,1 V, maka jika ditentukan nilai Rinadalah 10 Kohm, Rfdapat dicari dengan rumus :

Dengan menggunakan VR 100 Kohm, maka Rfdapat di-settingsampai mendapatkan nilai 14200 ohm sehingga Voutput dapat diperoleh sesuai dengan yang dinginkan.

TACHOMETER

Tachometer terutama berguna untuk memantau kinerja mesin mobil atau motor. Secara sederhana, tachometer merupakan instrumen yang digunakan untuk mengukur kecepatan perangkat berputar. Instrumen ini bekerja dengan menghitung banyaknya rotation per minute (RPM) atau putaran per menit. Penggunaan paling umum tachometer adalah untuk menentukan kecepatan dari poros berputar yang digerakkan oleh mesin. Truk-truk besar, mobil, kapal, motor, dll, umum menggunakan instrumen ini.

Tachometer analog terdiri dari jarum yang menunjukkan pembacaan disertai indikator apakah putaran mesin masih dalam taraf aman atau sudah mulai membahayakan. Selain tachometer analog, terdapat pula tachometer digital yang sudah mulai menggantikan jenis analog. Pada tachometer digital, hasil pengukuran langsung disajikan dalam bentuk angka sehingga mempermudah pembacaan.

Metode untuk mengukur data kecepatan putar pada tachometer : Diukur langsung pada potensiometer. Menggunakan penurunan waktu yang diambil untuk setiap pilihan celah yang dilewati cahaya laser.

Apabila kecepatannya terlalu lambat counter dapat mengalami overflow atau penghitungan yang dimulai dari nol lagi. Untuk mengatasinya perlu ditambahi rangkaian tambahan yang memiliki one-shot (pemacu) tambahan. Macam tachometer :

A. Tachometer Optik

Adalah sebuah alat untuk mengukur kecepatan sudut putar dengan besaran rpm. Tachometer optik terdiri dari jalur atau garis (stripe) yang terdapat di dalam batang lalu terdapat sebuah atau lebih photosensor yang menghadap pada batang tersebut.

Setiap batang tersebut berputar maka photosensor akan mendeteksi jumlah stripe yang melewatinya. Kemudian akan menghasilkan output yang akan berbentuk pulsa. Pada gelombang pulsa tersebut periode kebalikan dari kecepatan angular. Dapat diukur dengan menggunakan rangkaian counter seperti yang digambarkan pada encoder batang optik.B. Tachometer Rotor Bergigi

Terdiri dari sebuah sensor tetap dan sebuah pemutar gerigi, roda, dan bahan besi. Ada 2 jenis sensor yang digunakan yaitu Variable reluctance sensor dan Hall effect sensor. Terdapat magnet yang menggantung sebagai sensornya

Rotor berputar, kemudian bagian rotor bergigi yang akan diukur. Sensor yang berupa magnet akan mendeteksi setiap gerigi tersebut yang melewatinya. Setiap gerigi melewatinya maka medan magnet akan bertambah dan menginduksi tegangan pada belitan kawat sehingga akan dihasilkan pulsa. Pulsa tersebut akan dikonversi menjadi sebuah gelombang kotak yang bersih dengan rangkaian ambang detector. Rumusnya : o = f pada pulsa.C. Tachometer DC

Adalah sebuah generator DC yang memproduksi tegangan keluaran DC yang proporsional dengan kecepatan batang. Terdiri dari magnet permanen dan bagian yang beputar yang terbuat dari koil. Prinsip kerjanya adalah terjadinya proses konversi langsung antara kecepatan dan tegangan.

Aplikasi Tachometer

Tachometer rotor bergigi dapat digunakan pada batang motor (crankshaft) dari sebuah mesin mobil Tachometer optik digunakan untuk mengetahui kecepatan sudut baling-baling Mengukur rata-rata aliran darah

.

[POSITION SENSOR]STRAIN GAUGESensor ini melaporkan posisi suatu benda dgn mengacu pd rujukan tertentu. Pengukur