Signal conditioning

2,983 views

Published on

Signal conditoning

Bab ini akan membantu Anda memahami mengapa pengkondisian sinyal yang diperlukan dalam proses kontrol dan untuk membiasakan Anda dengan metode pengkondisian sinyal.
Berikut akan dibahas dalam bab ini:
• Konversi sinyal sensor menjadi sinyal listrik atau pneumatik
• Sinyal Linearisasi, metode pengaturan level sinyal nol, dan rentang
• Nonlinear analog amplifier
• digital Linearisasi
• Perbedaan antara sensor, transduser, dan konverter
• Conditioning untuk menampilkan lokal dan transmisi
• Suhu kompensasi digunakan dalam pengkondisian sinyal
• Pengkondisian sinyal digunakan dengan efek Hall dan elemen magneto resistif
(MRE) perangkat
• Pertimbangan menggunakan perangkat kapasitif
• Ketahanan suhu detektor (RTD) pengkondisian sinyal

0 Comments
3 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,983
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
3
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Signal conditioning

  1. 1. Disusun Oleh :Kelompok 7• Achmad Zaelani•Fani Fadillah Hakim•Hanggoro Purbo Asmoro•Pipit PitrianingsihII BD3 Teknik Refrigerasi dan Tata UdaraPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG
  2. 2. PendahuluanSensor digunakan untuk mengkonversi variabel fisik menjadibentuk energi yang terukur. Bentuk energi ini digunakan secaralangsung atau tidak langsung sebagai indikator visual, sinyal kontrolaktuator atau sinyal untuk controller. Signal Conditioning mengacupada perubahan yang diperlukan untuk mengoreksi variasi dalaminput sensor / karakteristik output sehingga output-nya berhubunganlinear dengan variabel proses yang diukur.• Sensor adalah perangkat yang merasakan variabel dan memberikanoutput (mekanik, listrik, dan sebagainya), yang secara langsungberkaitan dengan amplitudo variabel.• Transduser adalah sistem yang digunakan untuk mengubah outputdari sensor ke dalam beberapa bentuk energi lain sehingga bisadiperkuat dan dikirimkan dengan minimal hilangnya informasi.• Converter digunakan untuk mengkonversi format sinyal tanpamengubah jenis energi, yaitu, sebuah op-amp yang mengubah sinyaltegangan menjadi sinyal arus.
  3. 3. Ketika memilih sebuah sensor untuk aplikasi,sering ada sedikit pilihan di karakteristik output sensorterhadap perubahan variabel proses. Dalam banyakkasus hubungan antara input dan output dari sensoradalah nonlinear suhu, sensitif, dan offset dari nol. Situasiini diperburuk saat pengukuran yang tepat diperlukandan hubungan linear adalah diperlukan antara variabelproses dan sinyal keluaran.
  4. 4. Gambar 12.1 (a) inputdan output yangideal dari sebuahrangkaian linierisasiideal dan (b)instrumen sirkuityang digunakanuntuk nol dan spanmenyesuaikan.Contoh 12.1 Tegangan keluaran dari sensor bervariasi 0,35-0,7V sebagai variabel proses bervariasi dari rendah ke tinggi selama rentangpengukurannya. Namun, output sensor pergi ke peralatan yangmembutuhkan tegangan dari 0 sampai 10 V untuk rentang variabeltersebut. Sebuah rangkaian untuk mengubah tingkat output ditunjukkanpada Gambar. 12.1b. itu masukan negatif penguat ditetapkan pada 0,35V untuk mengimbangi tingkat minimum sensor untuk memberikan nolkeluar pada akhir rendah dari kisaran. Keuntungan dari amplifier diaturke 28,6 memberikan 10 V output dengan 0,75 masukan V, yaitu, 10 /(0,7-0,35) = 28,6.
  5. 5. Gambar 12.2 Instrumen rangkaian sensorkompensasi.Dapat digunakan untuk membalikkan sinyal. 10 k resistorΩdalam jaringan biasing dapat pada suhu yang sama sebagai sensor danmemiliki koefisien temperatur yang sama sebagai nol offset dari sensoruntuk mengimbangi nol drift. Span melayang atau keuntungan dapatdikompensasi oleh resistor sensitif temperatur di amplifier umpan balik.Ini resistor umpan balik juga akan berada di suhu yang sama sepertisensor.
  6. 6. Linearitas di sirkuit digital dapat dilakukan untuk perangkatnonlinier dengan menggunakan persamaan atau memori tabel look-up. Jika hubungan antara nilai-nilai variabel yang diukur dan outputdari sensor yang dapat dinyatakan dengan persamaan, prosesor dapatdiprogram atas dasar persamaan untuk linearize data yang diterimadari sensor.Gambar 12.3 amplifier Nonlinear (a) sirkuit dan (b)karakteristik sirkuit nonlinier dengan berbagai umpan baliknilai-nilai.
  7. 7. Sensor terkenal memiliki suhu sensitif, yaitu, nol output sertarentang akan berubah dengan suhu, dan dalam beberapa kasusperubahan itu nonlinier. Koreksi suhu membutuhkan elemen suhusensitif untuk memantau suhu variabel dan sensor. Kompensasi suhudi sirkuit analog akan tergantung pada karakteristik dari sensor yangdigunakan. Karena karakteristik sensor berubah dari tipe, koreksiuntuk setiap jenis sensor akan berbeda. Dalam rangkaian digital,komputer dapat membuat koreksi dari sensor dan karakteristikvariabel menggunakan suhu compensationlook-up tabel.Kompensasi lainnya yang dibutuhkan dapat berupapenyaringan untuk menghilangkan frekuensi yang tidak diinginkanseperti mengambil dari jalur frekuensi 60 Hz-, kebisingan ataufrekuensi radio (RF) pickup, mengurangi turbulensi untukmemberikan kesetabilan membaca, koreksi untuk konstanta waktu,dan untuk pencocokan impedansi jaringan.
  8. 8. Sinyal pneumatic serta sinyal listrik dapat digunakan untukmengontrol aktuator. Tabung Bourdon, kapsul, atau bellow mengubahtekanan menjadi gerak mekanikal yang dapat digunakan untuk kontrolpneumatik.Gambar 12.4 Mengilustrasikan (a) mekanik untuk transduser pneumatiksinyal dan (b) tekanan output dibandingkan jarak gap.
  9. 9. Visual DisplayConditioningMetode pengkondisian sinyal dapat bervariasi,tergantung pada tujuan dari sinyal. Misalnya, sinyal lokal untuktampilan visual tidak akan memerlukan akurasi dari sinyal yangdigunakan untuk pengendalian proses. Tampilan visual tidaknormal suhu kompensasi atau linearitas. Mereka seringmenggunakan hubungan mekanis yang tergantung padapemakaian dari waktu ke waktu memberikan akurasi finalantara 5 dan 10 persen dari membaca, yaitu, ada pengkondisiansedikit atau tidak ada. Namun, dengan sebagian besar sensornonlinier, skala indikator akan nonlinier untuk memberikanindikasi yang lebih akurat. Pajangan ini terutama digunakanuntuk memberikan indikasi bahwa sistem ini bekerja dalambatas wajar atau dalam batas-batas yang ditetapkan secara luas,yaitu, tekanan ban, sistem pendingin udara, dan sejenisnya.
  10. 10. Beberapa sensor memiliki output yang cocok untukpembacaan langsung pada titik pengukuran, tetapi output tidakdapat digunakan untuk kontrol atau transmisi. Contohnya sight glassuntuk indikasi level cairan, cairan dalam kaca untuk suhu,rotameteruntuk aliran, hidrometer untuk kerapatan atau berat jenis, danmungkin diisi cairan pada U-tube manometer untuk pengukurandiferensial atau pengukur tekanan.
  11. 11. Electrical signal conditioningKeakuratan sinyal sensor tidak hanya tergantungpada karakteristik sensor tetapi pada pengkondisianditerapkan. Banyak proses memerlukan variabel yang akandiukur dengan akurasi lebih dari 1 persen, yang berarti tidakhanya penginderaan yang sangat akurat, tetapi jugakompensasi suhu, Linearisasi, set nol, dan penyesuaianrentang.Kompensasi suhu dapat dicapai dalam banyak sensordengan menggunakan sirkuit jembatan tapi kompensasi lebihlanjut mungkin diperlukan untuk mengoreksi perubahanvariabel karena suhu.
  12. 12. Gambar dibawah menunjukkan hubungan mekanis sensor kewiper dari sebuah potensiometer. Dalam hal ini variabel diubahmenjadi tegangan listrik output dari 0 sampai 10 V. Tegangankeluaran dapat diukur dengan voltmeter dan dapat dikonversi ke arusdengan amplifier, aktuator, atau sinyal ke kontroler.
  13. 13. Sebuah float sering digunakan untuk pengukuran level cairan.Pengukuran level dapat dirubah menjadi gerakan angular atau gerakanlinier. Gambar diatas adalah diferensial bellow tekanan yang mengubahtekanan menjadi sinyal listrik menggunakan LVDT dan suatupengkondisian rangkaian sinyal untuk LVDTs.
  14. 14. Gambar (a) menunjukkan hubungan antara tingkat cairan dan skalarotasi. Output dari potensiometer jenis rotasi akan memberikanperubahan tegangan kecil ketika kontainer penuh dan tegangan akanbesar ketika wadah mendekati kosong.Gambar (b) menunjukkan hubungan antara tingkat cairan dan skalalinier, sehingga dalam kedua kasus skala tersebut sama.
  15. 15. Diafragma menggunakan strain gauge atau sensor kapasitif,gerakannya terlalu kecil untuk mengontrol flapper pneumatik, slider, ataupotensiometer.Gambar. 12.11a. Gauge dipasang pada diafragma dengan satumengukur sejalan dengan arah regangan maksimum untuk pengukuran straindantegak lurus dengan garis lain dari ketegangan, sehingga tidak akanmerasakan ketegangan, dan digunakan untuk memberikan kompensasi suhudan pengkondisian sinyal untuk elemen strain gauge bila digunakan dalamrangkaian jembatan.
  16. 16. Gambar 12.11 (a) Konfigurasi untuk elemen strain gauge dan (b) jembatanresistif untuk pengkondisian sinyal dari strain gauge.Gambar 12.11b menunjukkan sirkuit dengan menggunakanstrain gauge. Elemen strain gauge yang dipasang di dua lenganjembatan dan dua resistor, R1 dan R2, membentuk dua lengan lainnya,R3 dan R5 adalah pengkondisian untuk offset nol dan span, masing-masing.
  17. 17. Gambar 12.12Mengilustrasikan (a)diafragma sensortekanan kapasitif dan (b)sebuah jembatan acuntuk digunakan dengansensor kapasitif.Gambar. 12.12a Dalam diferensial penginderaan dua kapasitor dapatdigunakan untuk membentuk dua lengan dari sebuah jembatan ac atauberalih teknik kapasitor dapat digunakan. Untuk satu berakhir penginderaankapasitor referensi tetap dapat digunakan. Capacitive penginderaan dapatmenggunakan ac analog atau teknik digital.Gambar 12.12b menunjukkan sebuah jembatan ac dengan pendingin offsetdan rentang yang dapat digunakan dengan penginderaan kapasitif. Awalnya,jembatan yang seimbang untuk offset nol R3 dengan potensiometer, outputdari jembatan diperkuat dan buffer.
  18. 18. Detektor suhu resistif (RTD) mengukur perubahan dalam listrikresistansi resistor kawat-luka dengan temperatur, biasanya, platinum elemenresistensi digunakan dengan resistansi sekitar 100 . Resistensi Perubahan dapatΩdiukur dalam rangkaian jembatan, tetapi biasanya resistor didorong dari sumberarus konstan dan tegangan dikembangkan di resistor diukur.Gambar 12.13koneksi RTD (a)pasokan umumdan lead meterdan (b) langsungterhubungmeter.Gambar 12.13a menunjukkan koneksi sederhana ke RTD dengan hanya dualead, meteran yang terhubung ke lead pasokan saat ini.Gambar 12.13b menunjukkan sambungan 4-kawat ke RTD. Metermenghubungkan langsung ke RTD sehingga hanya drop tegangan pada RTDyang diukur.
  19. 19. Banyak pengukuran aliran dirasakan sebagaitekanan diferensial dengan indikator skala feet per menit,galon per menit, liter per detik, dan sebagainya.Perangkat berputar, seperti turbin, digunakan untukpengukuran aliran yang akurat. Perangkat sederhana,tidak memerlukan konversi ke tekanan atau medialainnya, memiliki hambatan yang rendah, dapat dibangundari bahan lembam yang tahan terhadap korosi, tidakmemerlukan kalibrasi ulang reguler, dan pemeliharaanrendah.
  20. 20. Gambar 12.14 (a) MRE medan magnet sirkuit sensing dan (b)memperkuat sinyal termokopel sirkuit.Gambar 12.14a menunjukkan sirkuit yang digunakan untukmembentuk sinyal dari suatu MRE menjadi sinyal digital. Sensor MRE berisiempat elemen untuk membentuk sebuah jembatan sirkuit seperti yangditunjukkan. Perangkat Hall atau MRE biasanya tidak memerlukan suhukompensasi karena mereka sedang digunakan sebagai saklar dalamkonfigurasi digital. Untuk mengukur laju aliran jendela dibuka untuk jangkawaktu yang diketahui. angka tersebut impuls dari perangkat ini dihitung darimana laju aliran dapat dihitung.
  21. 21. Termokopel terhubung seperti ditunjukkan padaGambar. 12.14b. Persimpangan penginderaan dan sambunganreferensi yang dihubungkan secara seri. Ketika berada dipersimpangan suhu yang sama dengan tegangan output daripersimpangan adalah nol, dan output dari penguat adalah nol.Ketika persimpangan berada pada temperatur yang berbeda,ada tegangan diferensial di masukan ke amplifier yang diperkuatdan dikonversi ke pembacaan suhu. Untuk membuat ini mutlakpembacaan suhu dari sambungan referensi diperlukan. Hal inidapat dicapai dengan menempatkan persimpangan di kandangsuhu konstan, atau suhu referensi persimpangan dapat diukurdan koreksi diterapkan pada pembacaan keluaran penguattermokopel penginderaan.
  22. 22. Sensor piezoelektrik digunakan untuk kekuatan penginderaanyang dapat dihasilkan oleh tekanan, berat badan, atau percepatan.Perangkat ini memiliki sensitivitas yang tinggi tetapi miskin dipenginderaan tingkat rendah kekuatan karena offset dan hanyutdisebabkan oleh variasi temperatur.Sensor bimetal adalah suhu-sensing perangkat yang dapatdigunakan dengan hubungan mekanis untuk mengoperasikan layarlangsung seperti di termometer oven tetapi tidak cukup akurat untukaplikasi kontrol linier. Lainnya bimetal perangkat mengoperasikan switch(merkuri dalam gelas atau kontak mekanik) yang sederhana / ON / OFFperangkat, seperti yang digunakan dalam aplikasi thermostat normaltanpa pendingin. Taguchi, kimia, detektor asap, dan sejenisnya darisensor semua memerlukan pengkondisian, jenis dan tingkatpengkondisian yang dibutuhkan tergantung pada aplikasi dan produsenspesifikasi dan tidak akan dibahas di sini.
  23. 23. A-D ConversionBanyak sinyal analog dikonversi ke sinyal digitaluntuk transmisi. Di banyak kasus output dari sensor dapatdikonversi langsung ke sinyal digital, seperti dengan sensorkapasitif. Nilai kapasitor dapat merasakan akuratmenggunakan teknik digital, menghilangkan kebutuhanuntuk amplifikasi analog, namun pendingin dari sensortersebut masih diperlukan. Resistif-jenis perangkat jugadapat dirasakan langsung menggunakan teknik digital, tapisekali lagi kompensasi suhu sensor diperlukan. Namun,dalam domain digital, semua pengkondisian dapatdilakukan oleh prosesor di controller, denganmenggunakan perangkat lunak atau tabel look-up.

×