Ksk Potensiometer

7/29/2019 Ksk Potensiometer

1/15

Laporan KSK

Sensor Potensiometer(Level)

Disusun oleh :

Irwan Kristianto (0822002)

Iwan Setiawan (0822005)

Yuhlianto Nugraha (0822006)

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

Bandung

2011


2/15

Bab 1

Teori

Sensor merupakan transduser yang digunakan untuk mendeteksi kondisi suatu

proses. Yang dimaksud transduser yaitu perangkat keras untuk mengubah informasi suatu

bentuk energi ke informasi bentuk energi yang lain secara proporsional. Contoh sensor untuk

mengukur level BBM dalam tangki mobil, besaran level/ posisi di konversikan ke sinyal

transducer yang ada pada dashboard mobil menjadi besaran tahanan kemudian diubah ke

besaran listrik untuk ditampilkan.

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan

menjadi 3 bagian yaitu:

a. sensor thermal (panas)

b. sensor mekanis

c. sensor optik (cahaya)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan

panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Contohnya:bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo

multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti

perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level

dsb. Contoh: strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity,

potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.

Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari

sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan.

Contoh:photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier,pyrometer

optic, dsb.

Sensor Level

Pada laporan ini, kelompok kami hanya akan membahas tentang sensor level degan

menggunakan potensiometer. Ada beberapa metode dalam pengukuran level cairan ini, baik

itu yang dilakukan secara kontinu maupun yang diskontinu. Kontinu artinya bahwa pengukur

dan sensor bekerja secara terus menerus, sedangkan diskontinu sensor akan bekerja hanya

bila diperlukan saja. Pengukuran level yang paling sederhana dan umum dilakukan dengan


3/15

menggunakan float atau pelampung yang akan bergerak naik turun sesuai dengan level dari

cairan yang diukur. Selain itu, pelampung ini dihubungkan langsung ke tranduser yang

perubahan secara proporsional terhadap level yaitu potensiometer wirewound. Metode lain

untuk pengukuran level ini ialah dengan menggunakan sensor tekanan yaitu memanfaatkan

hubungan langsung antara level atau volume cairan dengan tekanan pada dasar tangki.

Jadi semakin tinggi level cairan semakin berat pula tekanan dalam tangki dan

tekanan inilah yang diukur yang disesuaikan/dikalibrasi dengan level ketinggian cairan dalam

tangki.

Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu:potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.

1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganyacukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga

resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.

2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yangmenggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya.

Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan

serta kerapihan penggulungannya.

3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan kebahan isolator.


4/15

Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol industri karena

cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang menggunakan kawat halus

yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat

yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin.

Jenisjenis wirewound potensiometer :

Terbuat dari coil kawat konduktor yang mengelilingi resistansi antara sliderdan salah satu port, yang menurunkan resistansi antara slider dan salah satu

port.

Digunakan pada pernagkat yang membutuhkan akurasi pengontrolan yangtinggi

Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi dan level cukup praktis karena

hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal

yang rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah:1. Cepat aus akibat gesekan2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saat terjadi lepas kontak3. Mudah terserang korosi4. Peka terhadap pengotor

Potensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halus

dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensor

posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabila


5/15

jangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-

hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,20,5%.

Wirewound potensiometer MOD 534

Pada percobaan ini, potensiometer yang digunakan adalah Wirewound

potensiometer MOD 534. Adapun beberapa spesifikasi dari wirewound potensiometer MOD

534 seperti yang ditampilkan pada tabel berikut ini :

ELECTRICAL SPECIFICATIONS

PARAMETER Model 534

Resistance Range Standard Values 100 to 100K

Capability Range 10 to 200K

Standard Tolerance 5%

Linearity (Independent) 0.20%

Noise 100 ENR

Rotation (Electrical & Mechanical) 3600 + 10%

Power Rating (@ 70C) 2.0 watts

Insulation Resistance 1000M minimum 500VDC

Dielectric Strength 1000VRMS minimum 60Hz

Absolute Minimum Resistance Not to exceed linearity x total resistance

or 1, whichever is greater

Tempco 20ppm/C (standard values, wire only)

End Voltage 0.25% of total applied voltage,

maximum

Phasing CCW end points - section 2 phased to

section 1 within 2

Taps Center tap only

Penjelasan:

- Power Rating (@ 70C) = 2.0 watts artinya jumlah daya yang dapat disipasikan padasuhu 70C tanpa menyebabkan kerusakan pada potensiometer wirewound.

- Noise 100 ENR artinya besarnya kelebihan noise ratio dari output potensiometeryang dapat digunakan untuk masukannya.


6/15

- Insulation Resistance (IR) = 1000M minimum 500 VDC artinya mengacu padahambatan listrik antara rangkaian sensing dan selubung logam dari Potensiometer.

Hal ini penting untuk rangkaian elemen penginderaan harus terisolasi dari sarungnya

karena kebocoran listrik dapat menyebabkan error ketika mengukur resistensi dari

elemen penginderaan. Setiap kesalahan dalam mengukur resistensi akan

menerjemahkan kesalahan dalam suhu. Untuk wirewound ini, membutuhkan

resistansi minimum sebesar 1000M untuk tegangan 500 VDC.

- Capability range = 10 to 200K artinya range atau batas hambatan yang dapatdigunakan agar suatu arus dapat melewati suatu potensiometer yakni dari 10 hingga

200K.

Adapun fitur-fitur dari Wirewound potensiometer MOD 534, antara lain sebagai

berikut :

Special resistance tolerances to 1% Rear shaft extensions Rear shaft support bearing Non turn lug Insulating plastic shaft Special independent linearity to 0.75 % Dual gang configuration High torque Centre tap Special markings Front shaft extensions Servo unit available Slipping clutch Dual concentric shaft


7/15


8/15

Bab 2

Perancangan

Kriteria yang diinginkan:

Vref = 10 VoltRange Vout = 010 Volt

Pada percobaan ini, kelompok kami hanya akan mengukur perubahan tegangan yang

terjadi apabila ketinggian air dinaikan setiap 1 cm, dengan batasnya 10 cm. Tegangan supply

(Vref) yang akan digunakan berupa tegangan DC 10 Volt. Pertama tama rangkai terlebih

dahulu rangkaiannya seperti gambar di atas, dimana kaki potensiometernya dihubungkan

dengan ground dan yang sebelah lagi dihubungkan dengan resistor 100 terlebih dahulu

baru ke sumber DC nya. Nilai Rin yang digunakan adalah 100 karena kita hendak


9/15

menghitung level ketinggian yang berjarak pendek (10 cm). Sebisa mungkin digunakan Rin

yang mendekati angka 10 . Mengapa? Berikut perhitungannya:

Misal saat ketinggian 10 cm, nilai resistansi wirewound adalah 5,49 . Sehingga

tegangan yang terbaca di wirewound

- Saat Rin = 1K

- Saat Rin = 100

Terbukti ketika kita memilih Rin sekecil mungkin maka tegangan yang dapat

teramati menjadi lebih besar nilai nya. Hal ini diakibatkan oleh prinsip pembagi tegangan.

Kami memilih hambatan 100 sebagai Rin karena nilai resistor 100 dapat ditemukan

dengan mudah berharga murah di pasaran disbanding dengan yang bernilai resistansi kecil (1

, 2 , dst)

Adapun cara menghitung disipasi daya yang terjadi di komponen wirewound yan

digunakan adalah pertama kita cari dulu nilai hambatan wirewound (R potensiometer). Kita

telah mengamati tegangan sensor sebelumnya. Maka dengan menggunakan rumus

V = tegangan sensor

R = nilai resistansi wirewound

Sebagai contoh daya disipasi saat ketinggian 10 cm tanpa op-amp:

Resistansi saat ketinggian air 10 cm adalah 5,49

Tegangan sensor saat ketinggian air 10 cm adalah 0,52 Volt

Berikut ini tabel data pengamatan dari hasil pengamatan sensor levelnya :


10/15

Data pengamatan

I. Sebelum dipakai Op-AmpKetinggian air Tegangan Sensor (Volt)

0 cm 01 cm 0.04

2 cm 0.09

3 cm 0.14

4 cm 0.21

5 cm 0.25

6 cm 0.31

7 cm 0.36

8 cm 0.40

9 cm 0.46

10 cm 0.52

Perhitungan pada tegangan outputnya yaitu dengan menggunakan persamaan pembagi

tegangan.

Tegangan yang dihasilkan sangat kecil (dalam orde 0,01 V) maka dari itu dibuatlah

sebuah signal conditioning. Signal conditioning yang digunakan adalah berupa op-amp non

inverting agar tegangan yang dihasilkan dapat diamati lebih mudah

Rumus penguat op-amp noninverting :

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 2 4 6 8 10 12

Grafik hubungan tinggi air dan teganganV

h(cm)


11/15

.

Sensitivitas menggambarkan seberapa besar perubahan tegangan sensor tiap kenaikan 1centimeter nya yang dapat dihitung dengan cara:

Ketinggian air Tegangan Sensor (Volt)

0 cm 0

1 cm 0.04

2 cm 0.09

3 cm 0.14

4 cm 0.21

5 cm 0.25

6 cm 0.31

7 cm 0.368 cm 0.40

9 cm 0.46

10 cm 0.52

(0,04-0) + (0,09-0,04) + (0,14-0,09) + (0,21-0,14) + (0,25-0,21) + (0,31-0,25) + (0,36-

0,31) + (0,4-0,36) + (0,46-0,4) + (0,52-0,46) = 0,52

II. Setelah Menggunakan Op-Amp (teori)Dari hasil pengukuran tanpa melalui proses signal conditioning, maka agar mencapai

kriteria kondisi range Vout yang kita inginkan, digunakanlah penguatan sebesar 11

kali.


12/15

10 V

100

2k

R2

R1

LM-741

8

7

6

5

1

2

3

41 K

10 K

- 12V

+ 12V

GND

Keterangan

1 : Offset Nul

2 : Inverting Input

3 : Non-inverting Input

4 : V(-)

5 : Offset Null

6 : Output

7 : V(+)

8 : NC

Volt

meter

Op-Amp yang digunakan memiliki penguatan 11kali :

(

)

Dengan penguatan 11 kali maka secara teori, Vout nya adalah sebagai tabel berikut:

Range tegangan yang dihasilkan secara teori adalah 0,44 Volt sampai 5,72 Volt

(masuk dalam kriteria yang diinginkan yakni 0-10 Volt)

Ketinggian air Vout (volt)0 cm 0

1 cm 0.44

2 cm 0.99

3 cm 1.54

4 cm 2.31

5 cm 2.75

6 cm 3.41

7 cm 3.96

8 cm 4.4

9 cm 5.0610 cm 5.72


13/15

III. Setelah menggunakan Op-Amp (praktek)Ketinggian air Vout (volt)

0 cm 0

1 cm 0.36

2 cm 0.67

3 cm 1.06

4 cm 1.575 cm 1.88

6 cm 2.11

7 cm 2.45

8 cm 2.82

9 cm 3.11

10 cm 3.44

0

1

2

3

4

5

6

7

0 2 4 6 8 10 12

Grafik hubungan tinggi air dan tegangan

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

0 2 4 6 8 10 12

Grafik hubungan tinggi air dan tegangan

h(cm)

V

V

h(cm)


14/15

Dengan membandingkan data Vout hasil praktek dan Vout hasil teori

Ketinggian air Vout teori Vout praktek Selisih Persen Eror

0 cm 0 0 0 0

1 cm 0.44 0.36 0.18 40.91%

2 cm 0.99 0.67 0.32 32.32%3 cm 1.54 1.06 0.48 31.17%

4 cm 2.31 1.57 0.74 32.03%

5 cm 2.75 1.88 0.87 31.62%

6 cm 3.41 2.11 1.3 32.12%

7 cm 3.96 2.45 1.51 32.13%

8 cm 4.4 2.82 1.58 35.91%

9 cm 5.06 3.11 1.95 32.54%

10 cm 5.72 3.44 2.28 39.86%

Rata-rata 34.06%

Maka didapatlah kelinearan dari wirewound yang kami gunakan yakni 34.06%


15/15

Bab 3

Kesimpulan

Berdasarkan data percobaan di atas dapat dilihat bahwa pada saat kita mengukur

perubahan tegangannya tanpa menggunakan pengkondisi sinyal, terlihat bahwa tegangan

yang dihasilkan dalam satuan mV sehingga akan mengalami kesulitan dalam

menganalisanya. Penguat yang digunakan berupa penguat non-inverting yang bertujuan agar

hasilnya diperkuat tanpa adanya perbedaan fasa.

Berdasarkan data di atas terlihat bahwa hasil perhitungan penguat non-inverting

berdasarkan teori memiliki perbedaan yang cukup besar pada saat dilakukan pengukuran

langsung terhadap tegangan keluarannya, yaitu sebesar 3 kalinya. Sensitivitas dari wirewound

yang kita gunakan adalah 0,052 Volt/cm.

Keuntungan sistem pelampung dengan potensiometer mempunyai beberapa

keuntungan yang lebih baik daripada sensor level yang lain. Pertama, sistemnya adalah

sederhana, harganya relatif murah dan mudah direalisasikan, tegangan yang dihasilkan

memiliki linearitas yang cukup baik.

Disamping itu ada kerugiannya dari sistem pelampung dan potensiometer, yaitu

Pertama, sinyal keluaran mempunyai sinyal level rendah (low level) tegangan DC. Oleh

karena itu, diperlukan pengkondisian sinyal berupa penguat. Kedua, mempunyai keterbatasangerakan, sistem mekaniknya harus diinstalisasi didalam tangki yang hal umumnya tidak

mudah dilakukan, kurang sensitif pada perubahan ketinggian air.

Ksk Potensiometer

Documents

Transcript of Ksk Potensiometer