Tugas 7
Membuat Rangkaian Sensor LVDT

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. tujuan

2. alat dan bahan

3. dasar teori

4. percobaan

5. download

1. Tujuan;[kembali}

• Memahani prinsip dan konsep kerja rangkaian LVDT

• Membuat rangkaian sederhana yang dapat berguna bagi kehidupan sehari-hari

• Menggabungkan sensor LVDT dengan komponen elektronika lainnya untuk aplikasi sederhana  

2. Alat Dan Bahan;[kembali}

    Alat :

        a. Sensor LVDT

            Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara gandengan variabel antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Sensor linear variabel diferential transformer (LVDT) merupakan sensor yang  dapat membaca tekanan atau perubahan melalui pergerakan atau perubahan posisi inti magnet. Prinsip ini pertama kali digunakan pada tahun 1940-an. Pada saat ini LVDT digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya. Namun saat ini lebih sering digunakan sebagai sensor jarak.

           b. Voltmeter AC

          Voltmeter terdiri dari dua macam diantaranya ada volmeter Analog dan Digital. Pada sebuah voltmeter terpasang secara parallel, dan untuk suatu rangkaian dapat dijadikan patokan sebagai cara untuk mengetahui tegangan pada listrik tersebut. Kutub alat ukur ini pun harus searah dengan arus baik kutub positif maupun kutub negatif.

           c.  Inverter

            Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa Baterai, Aki maupun Sel Surya (Solar Cell). Inverter ini akan sangat bermanfaat apabila digunakan di daerah-daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC. Karena dengan adanya Power Inverter, kita dapat menggunakan Aki ataupun Sel Surya untuk menggerakan peralatan-peralatan rumah tangga seperti Televisi, Kipas Angin, Komputer atau bahkan Kulkas dan Mesin Cuci yang pada umumnya memerlukan sumber listrik AC yang bertegangan 220V ataupun 110V.                

   Bahan :

        a. Vsine

    

            Electrical Waveform atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Bentuk Gelombang Listrik merupakan bagian dari Gelombang Elektromagnetik yang tidak memiliki bentuk fisik. Untuk mempermudah melihat bentuk gelombang tersebut, kita perlu peralatan khusus seperti Osiloskop untuk mem-visualisasikannya. Selain itu, kita juga dapat menggambarkannya ke kertas grafik dengan menghubung setiap perubahan titik plot tegangan pada suatu periode waktu tertentu. Secara Teknik, Bentuk Gelombang Listrik (Electrical Waveform) ini adalah representasi visual dari perubahaan tegangan atau arus terhadap waktu.

        b. Resistor

        Empat buah cincin berwarna dipergunakan untuk menyatakan nilai tahanan sebuah resistor tetap. Cincin ini ditempatkan saling dekat di salah satu ujung badan resistor. Warna tiap-tiap cincin mempresentasikan sebuah bilangan Disamping empat buah cincin tersebut terdapat lagi sebuah cincin pada bagian ujung resistor yang mempresentasikan toleransi

       Cincin 1 orange berarti: 3 

      Cincin 2 orange berarti: 3 

      Cincin 3 putih berarti: 9 

      Cincin 4 hitam berarti pengalinya 100 = 1 

      Cincin 5 coklat berarti toleransinya = 1% 

Maka nilai resistor tersebut adalah = 339 x 1 = 339 ± 3,39 Ohm  

Atau berkisar antara: 335,61 ÷ 442,39 Ohm. 

          c. Potensiometer

        Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer. Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

3. Dasar Teori;[kembali}

    a. Sensor LVDT

        Sensor linear variabel diferential transformer (LVDT) merupakan sensor yang  dapat membaca tekanan atau perubahan melalui pergerakan atau perubahan posisi inti magnet. Prinsip ini pertama kali digunakan pada tahun 1940-an. Pada saat ini LVDT digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya. Namun saat ini lebih sering digunakan sebagai sensor jarak.

Sensor ini umumnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua kumpara sekunder, dan inti yang dapat bergerak. Kedua kumparan sekunder akan terpasang secara seri dan inti itu sendiri terbuat dari bahan feromagnetik.Bisa dikatakan bahwa sensor ini memungkinkan inti dapat naik turun secara bebas pada pengooperasian nya.

Berikut bentuk dari sensor LVDT:

        berikut adalah bentuk dari komponen sensor LVDT:

        

Kelebihan dan Kelemahan Sensor LVDT

• Kelebihan

1. Bebas Gesekan.

       Pada sensor LVDT memungkinkan inti bergerak tanpa gesekan atau tidak bersentuhan dengan kumparan LVDT sehingga tidak ada gesekan. Fitur ini memungkinkan pada pengujian bahan, pengukuran getaran perpindahan dan resolusi yang tinggi.

2. Resolusi Tak Terbatas.

       Sensor LVDT mempunyai  resolusi takterbatas. Sensor ini hanya dibatasi oleh kebisingan di sinyal kondisioner dan output resolusi layar.

3. Masa Jangka Yang Tak Terbatas.

       Karena tidak ada kontak langsung antara inti dan kumparan maka tidak ada aus atau bergesekan. aplikasi ini sangat berguna pada aplikasi pesawat tebang, satelit dan kendaraan luar angkasa.

4. Tahan Kerusakan Overtravel.

       inti dari LVDT memungkinkan untuk lulus sepenuhnya melalui sensor perakitan koil tanpa menyebabkan kerusakan.

5. Respon Cepat dan Dinamis.

        karena tidak adanya gesekan selama operasi memungkinkan sensor LVDT untuk merespn secara sangat cepat terhadap posisi inti terhadap kumparan.

6. Output Bersifat Absolut.

        jika terjadi kehilangan daya secara mendadak pada sensor, maka data posisi yang dikirim dari sensor tidak akan hilang.

• Kelemahan

       harga sensor itu sendiri relatif mahal. oleh sebab itu untuk menggunakan sensor ini membutuhkan biaya yang lumayan menguras keuangan dibandingkan dengan sensor sejenis lainnya.

Berikut grafik respon sensor LVDT

    b. Voltmeter

               Voltmeter terdiri dari dua macam diantaranya ada volmeter Analog dan Digital. Pada sebuah voltmeter terpasang secara parallel, dan untuk suatu rangkaian dapat dijadikan patokan sebagai cara untuk mengetahui tegangan pada listrik tersebut. Kutub alat ukur ini pun harus searah dengan arus baik kutub positif maupun kutub negatif.

            Tahanan Pengali (Multiplier Resistor) Penambahan sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan d’arsonval menjadi sebuah voltmeter arus searah. Tahanan pengali membatasi arus kealat ukur agar tidak melebihi arus sakala penuh (Idp). Sebuah voltmeter arus searah mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian arus searah dan dengan demikian dihubungkan paralel terhadap sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian. Biasanya terminal-termianal alat ukur ini diberi tanda positif dan negatif karena polaritas harus ditetapkan.

            Nilai tahanan pengali yang diperlukan untuk memperbesar batas ukur tegangan ditentukan dari gambar berikut, dimana :

V = Im (Rs + Rm)

    
          Dengan :

         Im         = arus defleksi dari alat ukur 

         Rm        = tahanan dalam alat ukur 

         Rs         = tahanan pengali 

         V           = tegangan rangkuman maksimum dari instrumen

    Gambar Rangkaian Dasar Voltmeter Arus Searah

       Biasanya untuk batas ukur sampai 500 V pengali dipasang didalam kotak voltmeter. Untuk tegangan yang lebih tinggi, pengali tersebut dipasang pada sepasang probe kutub diluar kotak yakni untuk mencegah kelebihan panas dibagian dalam voltmeter.

     Voltmeter Rangkuman Ganda

        Penambahan sejumlah pengali beserta sebuah saklar rangkuman membuat instrumen mampu digunakan bagi sejumlah rangkuman tegangan. Sebuah voltmeter rangkuman ganda yang menggunakan sebuah sakelar empat posisi (V1, V2, V3, dan V4 ) dan empat pengali (R1, R2, R3, dan R4). Nilai dari pada tahanan-tahanan pengali dapat ditentukan dengan metoda sebelumnya, atau dengan metoda sensitivitas.

Sensitivitas voltmeter

Sensitivitas (S), adalah kebalikan dari defleksi skala penuh alat ukur yaitu:

S = 1 / Idp

Sensitivitas (S) dapat digunakan pada metode sensitivitas untuk menentukan tahanan pengali voltmeter arus searah.

R = (S x V) – Rm

 Dimana :

   S         = sensitivitas voltmeter,ohm/volt 

   V        = rangkuman tegangan yang ditentukan oleh posisi sakelar

   Rm    = tahanan-dalam alat ukur (ditambah  tahanan seri)

   Rs      = tahanan pengali

Efek pembebanan

        Bila sebuah voltmeter dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian tahanan tinggi, dia bertindak sebagai shunt bagi bagian rangkaian sehinga memperkecil tahanan ekivalen dalam bagian rangkaian tersebut. Berarti voltmeter akan menghasilkan penunjukan tegangan yang lebih rendah dari yang sebenarnya sebelum dihubungkan. Efek ini disebut efek pembebanan instrumen yang terutama disebabkan oleh sensitivitas rendah.

        Tindakan pencegahan yang umum bila menggunakan sebuah voltmeter adalah:

• Periksa polaritas yang benar. Polaritas yang salah (terbalik) menyebabkan voltmeter menyimpang kesumbat mekanis dan ini dapat merusak jarum. 
• Hubungkan voltmeter paralel terhadap rangkaian atau komponen yang akan diukur tegangannya. 
• Bila menggunakan rangkuman ganda, gunakan selalu rangkuman tertinggi dan kemudian turunkan sampai diperoleh pembacaan naik yang baik. 
• Selalu hati-hati terhadap efek pembebanan. Efek ini dapat diperkecil dengan menggunakan rangkuman setinggi mungkin (dan sensitivitas paling tinggi). 
• Ketepatan pengukuran berkurang bila penunjukan berada pada skala yang lebih rendah.

    c. Inverter

            Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa Baterai, Aki maupun Sel Surya (Solar Cell). Inverter ini akan sangat bermanfaat apabila digunakan di daerah-daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC. Karena dengan adanya Power Inverter, kita dapat menggunakan Aki ataupun Sel Surya untuk menggerakan peralatan-peralatan rumah tangga seperti Televisi, Kipas Angin, Komputer atau bahkan Kulkas dan Mesin Cuci yang pada umumnya memerlukan sumber listrik AC yang bertegangan 220V ataupun 110V.

            Bentuk-bentuk Gelombang yang dapat dihasilkan oleh Power Inverter diantaranya adalah gelombang persegi (square wave), gelombang sinus (sine wave), gelombang sinus yang dimodifikasi (modified sine wave) dan gelombang modulasi pulsa lebar (pulse width modulated wave) tergantung pada desain rangkaian inverter yang bersangkutan. Namun pada saat ini, bentuk-bentuk gelombang yang paling banyak digunakan adalah bentuk gelombang sinus (sine wave) dan gelombang sinus yang dimodifikasi (modified sine wave). Sedangkan Frekuensi arus listrik yang dihasilkan pada umumnya adalah sekitar 50Hz atau 60Hz dengan Tegangan Output sekitar 120V atau 240V. Output Daya listrik yang paling umum ditemui untuk produk-produk konsumer  adalah sekitar 150 watt hingga 3000 watt.

        Sederhananya, suatu Power Inverter yang dapat mengubah arus listrik DC ke arus listrik AC ini hanya terdiri dari rangkaian Osilator, rangkaian Saklar (Switch) dan sebuah Transformator (trafo) CT seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah ini.

Sumber daya yang berupa arus listrik DC dengan tegangan rendah (contoh 12V) diberikan ke Center Tap (CT) Sekunder Transformator sedangkan dua ujung Transformator lainnya (titik A dan titik B) dihubungkan melalui saklar (switch) dua arah ke ground rangkaian. Jika saklar terhubung pada titik A akan menyebabkan arus listrik jalur 1 mengalir dari terminal positif baterai ke Center Tap Primer Transformator yang kemudian mengalir ke titik A Transformator hingga ke ground melalui saklar. Pada saat saklar dipindahkan dari titik A ke titik B, arus listrik yang mengalir pada jalur 1 akan berhenti dan arus listrik jalur 2 akan mulai mengalir dari terminal positif baterai ke Center Tap Primer Transformator hingga ke ground melalui Saklar titik B. Titik A, B dan Jalur 1, 2 dapat dilihat pada gambar diatas,

    d. Resistor

         Resistor atau hambatan yaitu salah satu komponen elektronika yang punya nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Sebuah resistor biasanya terbuat dari bahan campuran Carbon. Tapi, gak sedikit juga resistor yang terbuat dari kawat nikrom, sebuah kawat yang punya resistansi yang cukup tinggi dan tahan pada arus kuat. Contohnya, penggunaan kawat nikrom bisa dilihat pada elemen pemanas setrika. Kalo elemen pemanas tersebut dibuka, maka ada seutas kawat spiral yang biasa disebut dengan kawat nikrom. Satuan Resistor yaiti Ohm (Ω) yang merupakan satuan SI buat Resistansi listrik.

    Ada beberapa fungsi dari Resistor, yaitu:

• Fungsi resistor yaitu buat membatasi arus listrik yang mengalir.
• Fungsi resistor buat aplikasi DC yang membutuhkan keakuratan yang sangat tinggi. Contoh, aplikasi penggunaan resistor ini yaitu DC Measuring equipment, dan reference gulators buat voltage regulator dan decoding Network.
• Fungsi resistor sebagai standart didalam verifikasi keakuratan dari suatu alat ukur resistive.
• Fungsi resistor buat pengatur tegangan output pada power supplay.
• Fungsi resistor buat aplikasi power, karena membutuhkan frekuensi respon yang baik, daya yang tinggi dan nilai yang lebih besar dari pada power wirewound resistor.
• Fungsi resistor pembagi tegangan.

     Ada beberapa karakteristik utama pada sebuah resistor, yaitu sebagai berikut

• Resistanti terhadap daya listrik yang dapat boros
• Koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi.
• Resistor bersifat resistif.
• Terbuat dari bahan karbon.

    e. Potensiometer

          Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

            

Pada dasarnya bagian-bagian penting dalam Komponen Potensiometer adalah :

1. Penyapu atau disebut juga dengan Wiper
2. Element Resistif
3. Terminal

Berdasarkan bentuknya, Potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :

1. Potensiometer Slider, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk menggeser wiper-nya.
2. Potensiometer Rotary, yaitu Potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya menggunakan Ibu Jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu, Potensiometer Rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.
3. Potensiometer Trimmer, yaitu Potensiometer yang bentuknya kecil dan harus menggunakan alat khusus seperti Obeng (screwdriver) untuk memutarnya. Potensiometer Trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan pengaturannya.

Prinsip Kerja (Cara Kerja) Potensiometer

Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.

Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon). Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).

Potensiometer sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan Elektronika dengan fungsi-fungsi sebagai berikut :

1. Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
2. Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
3. Sebagai Pembagi Tegangan
4. Aplikasi Switch TRIAC
5. Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
6. Sebagai Pengendali Level Sinyal

4. Percobaan;[kembali}

 A. Prosedur Percobaan

• Untuk membuat rangkaian sensor tegangan. Pertama, siapkan alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus 

• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.

• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian 

• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh  

• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian belajaran dengan ada nya nilai yang terdapat pada voltmeter AC

    B. Gambar Rangkaian Sensor LVDT

    C. Video Rangkaian Sensor LVDT

        Prinsip Kerja :

LVDT mempunyai prinsip kerja berupa variabel induktansi. LVDT mempunyai komponen yang terdiri dari inti besi yang bisa bergerak, kumparan primer, dan dua kumparan sekunder. kumparan primer akan terhubung dengan tegangan AC sebagai tegangan acuan. kumparan sekunder terletak si kiri dan di kanan kumparan primer yang saling terhubung secara seri satu sama lain.
maka dapat di ketahui bahwa:

                                        

 1. saat inti berada ditengah-tengah maka  flux S1 = S2

          tegangan induksi E1 = E2
           enetto = 0
2. saat inti bergerak ke arah S1 maka flux S1 > S2
          tegangan induksi E1> E2
          enetto = E1 - E2
3. saat inti bergerak ke arah S2 maka fluks S1< S2
          teganagn induksi E1< E2
          enetto = E2 - E1

• Karakteristik Magnitudo Tegangan AC

1. Max S1, Linear menurun
2. Di tengah-tengah, titik balik kurva
3. Max S2, Linear meningkat

• Karakteristik Sudut Fase output

1. Sudut fase akan berubah 180 derajat tepat ketika inti berubah posisi
   di tengah-tengah S1 dan S2

• Karakteristik keluaran tegangan DC

1. Max S1, linear meningkat bernilai negatif
2. Di tengah-tengah, bernilai 0 volt
3. Max S2, linear meningkat bernilai positif

berikut bentuk gambar prinsip kerja sensor LVDT:

                                     

•  untuk rumus parameter  tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebanding dengan perubahan posisi inti magnetik.

          VO = Ve.K.x.

                         

5. Download;[kembali}

gambar rangkaian

video simulasi rangkaian

simulasi rangkaian proteus

html

library proteus

datasheet