Belajar Instrumentasi - Sensor Magnet

3/29/2011 TEKNIK ELEKTRO UBAYA

Kelompok:

Billion Abraham 6091806

Buyung.C 6091811

Semuel 6081010


Sensor magnet

Sensor magnet terdapat banyak variasi danjenisnya, tetapi yang umum ada 2, yaitu:

a. LVDT

b.Hall effect


LVDT

SENSOR

LVDT

• Merupakan transformator elektrik yang digunakan untuk mengukur perpindahan linear.

• LVDT memiliki 3 kumparan solenoid yang diletakkan di tepi ujung tabung. Kumparan pusat merupakan lilitan primer, sedangkan 2 kumparan di luarnya merupakan lilitan sekunder.

• Kumparannya dililitkan pada kaca polimer berongga yang stabil terhadap suhu.


Contoh LVDT

Linear Position Sensor

• Magnetostrictive- Linear Position Sensor (SMC series)

LVDT- DC LVDT (SLGD19, SLSD19 series)- MINI AC LVDT (SLGA09 series)- MINI AC LVIT (SLGA05 series)


Keunggulan LVDT

• Tidak ada kontak listrik yang melalui elemen pendeteksi posisi pada transduser, resolusi tak terbatas, dan tahan lama

• Tidak ada gesekan inti dengan tabung LVDT sehingga hasil perhitungannya akurat.

• Bentuknya kasar sehingga dapat digunakan di lingkungan yang ekstrem

• Resolusi tak terbatas sehingga hanya muncul sangat kecil pergeseran pengukuran perpindahan inti

• Pengukuran mutlak karena tidak ada kehilangan posisi/perpindahan saat daya hilang


LVDT AC to DC Converter

Ada 2 macam cara yaitu:

1. Differential Conditioner Board

2. Ratiometric Conditioner Board


Differential Conditioner Board

• Untuk menghitung Vout saja

• CT (Centre Tap) lilitan sekunder tidak digunakan

• Ketika intinya digerakkan menjauhi pusat lilitan, outputnya akan bertambahsefase dengan input, dan akan bertambah berlawanan fase dengan input jikadigerakkan ke arah sebaliknya.

• Output yang berupa sinyal AC akan didemodulasi dan diubah menjadi sinyal DC yang kita ukur.

• Hal-hal yang mempengaruhi output DC yaitu sebagai berikut:a. Temperatur kerjab. Temperatur lingkunganc. Temperatur sensord. Frekuensi tegangan inpute. Level dan penyimpangan tegangan inputf. Pergantian fase antara tegangan input ke outputg. Noise pada kabel LVDT


Ratiometric Conditioner Board

• Menghitung Vout1 dibagi dengan Vin (real time), lalu sinyal AC yang dihasilkan diubah ke sinyal DC

• Ratio = (Va-Vb)/(Va+Vb) or Vout/Vin

• Penggunaan board ini menjamin beberapa hal sebagai berikut:a. Menjamin level ketahanan tegangan input tanpa

dipengaruhi proses demodulasib. Hasil demodulasi output tidak terpengaruh tegangan

inputc. Bandwidth output yang dihasilkan lebih lebard. Tahan terhadap noise dari kabel LVDTe. Transduser dapat diganti-ganti hampir tanpa kalibrasi ulang


Cara mendapatkan DC signal dari Vout AC signal

• Mengambil nilai mutlak dari tegangan output AC dengan menggunakan diode dan op amp untuk memperkuat sinyal.

• Digunakan 2 buah dioda. Dioda yang satu digunakan untuk mengambil nilai positif, sedangkan diode yang kedua untuk mengambil nilai negatifnya. Lalu, op amp digunakan, yaitu fungsi substraksi atau pengurangan。

• Sinyal difilter dengan low pass filter, lalu diperkuat dengan amplifier dan di-offset agar terdapat referensi titik 0 V


Konstruksi Wiring LVDT

• Terdapat 2 macam yaitu :

1. Open wiring

2. Ratiometric wiring


Open wiring

Pengaturan kabel LVDT seperti di atas disebut open wiring. Rumusnya sebagai berikut:

D = M. VoutD = perpindahan posisiM = sensitivitas transformator (gradient kemiringan kurva tegangan)


Cara kerja Open Wiring

Arus AC digerakkan melalui lilitan primer sehingga memunculkan tegangan induksi pada lilitan sekunder.

Range frekuensi: 1—10KHz (biasanya 3 Vrms 3 kHz) Kumparan diletakkan secara reverse series sehingga Vout yang dihasilkan merupakan beda tegangan antara 2 kumparan sekunder.


Cara kerja Open Wiring

Ketika intinya berada di posisi central, kedua kumparan sekunder menghasilkan tegangan induksi yang sama sehingga Vout = 0 V. Vout juga semakin meningkat tetapi berbeda fase dengan tegangan primer.


Ratiometric Wiring

Rumusnya sebagai berikut:


HALL EFFECT SENSOR


Diawali dengan penemuan hall effect oleh Edwin Hall pada tahun 1879.

Produksi tegangan (tegangan Hall)melalui konduktor

elektrik, melintang ke arus listrik dalam konduktor dan medan magnet yang tegak

lurus dengan arus.


Penjelasan Hall Effect

Gambar 1. Efek Hall. a) Partikel positif bergerak ke kanan,b) Partikel negatif bergerak ke kiri [6]


Penjelasan Hall EffectPada gambar 1.a, diasumsikan bahwa arus tersebut terdiri atas muatanpositif yang bergerak ke kanan. Gaya magnetik pada partikel ini adalahF= qv B dengan v merupakan kecepatan pembawa muatan.

Partikel positif bergerak ke atas lempengan, yang membuat bagianbawah lempengan itu mengandung muatan negatif. Pemisahan muatanini menghasilkan medan elektrostatik pada lempengan yang melawangaya magnetik pada pembawa muatannya. Apabila medan elektrostatikdan medan magnetik seimbang, pembawa muatan tidak lagi bergerak keatas.

Pada keadaan setimbang, bagian atas lempengan tadi bermuatan lebihpositif, sehingga berada pada potensial yang lebih tinggi dari bagianbawah yang bermuatan negatif.


Latar Belakang Hall Effect Sensor

Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan magnet yang statis (kekuatan medan magnetnya tidak berubah) tidak dapat dideteksi.

Oleh sebab itu diperlukan cara yang lain untuk mendeteksinya yaitu dengan sensor yang dinamakan dengan ‘hall effect’ sensor.


Hall effect sensor merupakan sensor yang dapat merespon intensitas medan magnet yang terdapat disekitarnya dengan cara mengubah kekuatan medan magnet menjadi sinyal listrik.


Struktur Hall Effect Sensor

Sensor hall effect ini hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon.

Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan pada outputnya ketika lapisan silikon ini dialiri oleh arus listrik.

Tanpa adanya pengaruh dari medan magnet maka arus yang mengalir pada silikon tersebut akan tepat ditengah-tengah silikon dan menghasilkan beda tegangan 0 volt pada outputnya.


Cara Kerja• Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus

yang mengalir akan berbelok mendekati/menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet dan menghasilkan sebuah beda tegangan di outputnya.

• Semakin besar kekuatan medan magnet yang mempengaruhi sensor ini akan menyebabkan pembelokan arus di dalam lapisan silikon ini akan semakin besar dan menghasilkan beda tegangan yang semakin besar pada output sensor ini.

• Arah pembelokan arah arus pada lapisan silikon ini dapat digunakan untuk mengetahui polaritas kutub medan hall effect sensor ini. Sensor hall effect ini dapat bekerja jika hanya salah satu sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet.


Sensor tidakmendeteksi medan

magnet

Tegangan output akan0V

Sensor mendeteksikutub utara magnet Tegangan output < 0V

Sensor mendeteksikutub selatan magnet

Tegangan output akan > 0V

menurun

meningkat


Pada dasarnya, sensor hall effect tersebut terdiri atas 3 buahkaki/terminal, yaitu sebagai tegangan input dari sensor dan sebagaitegangan output atau sinyal yang akan dikirim ke rangkaian induk, salahsatu contohnya adalah IC UGN3503.

Sensor ini membutuhkan tegangan supply antara 4,5V sampai 6V.


Berikut ini merupakan daftar hall effect sensor, yang terakhir kali diupdatepada tanggal 19 november 2010 (ada kemungkinannya masih kurang), penambahan jenis-jenis sensor masih dapat terjadi


• Tahan terhadap debu, kotoran,air, dan lumpur, sehingga memilki penindaian posisiyang sangat baik

• Tidak memerlukan resistansi tambahan yang dibutuhkan untuk dipasang pada rangkaian induk

• Tegangan yang terdapat pada rangkaian tidak menular ke sensor sehingga sensor tidak mudah rusak.


• Fluk magnet disekitar sensor dapat memperkecil akurasi akurasi pendeteksian (sensitif terhadap fluks magnet)

• Tegangan yang dihasilkan sangat kecil (mV) sehingga harus perlu diperkuat dengan menggunakan amplifier sebelum dihubungkan dengan rangkaian induk


Daftar Pustaka [1] http://elektronika-

elektronika.blogspot.com/2007/06/detektor-medan-magnet-dengan-hall.html

[2]eprints.undip.ac.id/Karakteristik_Sensor_Magnetik_Efek_Hall_UGN3503_terhadap_Sumber_Magnet_dan_Implementasinya_pada_Pengukuran

[3]http://www.sensorsportal.com/HTML/SENSORS/Magnetic.htm

[4] Wilson, John, “Sensor Technology Handbook”, 2005, Oxford, U.K. : Elsevier Inc.


Daftar Pustaka [5] www.fisikaasyik.com/home02/index2.php

[6]http://electronicidea.blogspot.com/2008/12/ac-magnetic-field-detector.html

[7]http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_variable_differential_transformer

[8] http://www.macrosensors.com/lvdt_tutorial.html


Belajar Instrumentasi - Sensor Magnet

Documents

Transcript of Belajar Instrumentasi - Sensor Magnet