Pembahasan Soal UAS

[menuju akhir]

PEMBAHASAN UAS
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

Soal No 1

Soal No 3

Soal No 5

Soal No 7

Soal No 9

Soal no 1 [kembali]
Prinsip kerja dan gambar rangkaian aplikasi sensor strain gauge.
Jawab :

Rangkaian menyeleksi benda berdasarkan berat

Prinsip kerja :

Arus dari baterai masuk ke input sensor, kemudian arus keluar melalui output sensor dan menuju op amp non inverting. PAda op amp terjadi peningkatan tegangan, kemudian arus mengalir menuju R5

dan R6. Arus pada R5 menuju ke ground dan pada R6 menuju ke relay. Karena adanya arus yang mengalir dari op amp dan R6 yang menuju ke relay sehingga relay ON. Saat relay ON maka arus mengalir pada lmpu sehingga lampunya akan menyala.

Soal no 3 [kembali]
Prinsip kerja dan gambar rangkaian aplikasi sensor Absolute position encoder.
Jawab :

Penggunaan Incremental Encoder untuk Posisi Motor Analog

Prinsip kerja :

Bagian trigger pada IC 555 memberikan trigger atau perintah dimulai ke ic 555, Vcc pada IC 555 menginputkan tegangan sebesar 5 volt. Terjadi pembagian arus ke R1, C1, dan Motor.

C1 paralel dengan Vcc IC 555 sehingga tegangan di C1 adalah 5 volt, dan diteruskan ke ground. Arus yang masuk ke R1 diteruskan ke potensiometer dan pembagi arus ke R2 dan D1, dan masuk ke C2 yang selanjutnya diteruskan ke ground. Tegangan pada Control Voltage masuk ke C3 yang nilainya  3.33 V karena nilai control voltage biasanya 2/3 V dan arus pada C3 masuk ke motor dan ground.

pin Q yang merupakan output dihubungkan ke R3 dan D2 yang nilainya positif. Tegangan masuk ke motor dari Vcc dan tegangan dari C3 sehingga motor Aktif dan tegangan di motor sama dengan tegangan di Vcc dan C1.

Soal no 5 [kembali]

Prinsip kerja dan gambar rangkaian aplikasi sensor Photodiode and phototransistor.

Jawab :

ketika diberi cahaya lampu mati

Prinsip kerja :

Generator mengalirkan arus ke R3 lalu ke ground,lalu ada arus ke phototransistor ,lalu ada arus kerelay .saat menerima cahaya maka nilai resistansi dari  phototransistor  kecil  sehingga arus akan  mengalir dan cukup untuk menghidupkan LED , lalu arus ke R4 lalu ke ground  dan ada arus mengalir melebihi 0,7 V ke base transistor lalu ke emitter sehingga transistor on,ketika transistor on maka  arus dari relay ke photodioda lalu kekolektor transistor dan ke ground maka relay on lalu switch kekiri  dan lampu mati.

ketika tidak ada cahaya lampu hidup

Prinsip kerja :

Generator mengalirkan arus ke R3 lalu ke ground,lalu ada arus ke phototransistor ,lalu ada arus kerelay .saat tidak menerima cahaya maka nilai resistansi dari  phototransistor besar  sehingga arus akan  mengalir kecil dan tidak cukup untuk menghidupkan LED , karena arus mengalir kecil 0,7 V ke base transistor sehingga transistor off,ketika transistor off maka  arus dari relay tidak terhubung ke ground sehingga  relay off lalu  siwtch akan pindah kekanan dan ke  rangkaian tertutup  lampu dengan begitu lampu hidup.

Soal no 7 [kembali]
Prinsip kerja dan gambar rangkaian aplikasi sensor Ultraviolet.
Jawab :

Prinsip kerja :

Saat sensor LDR menangkap adanya gelombang ultraviolet hingga batas tertentu, maka akan ada arus mengalir ke R1, R2 dan base Q2 . Arus yang mengalir ke Q2 mengakibatkan base Q2 akan aktif. Potensiometer digunakan untuk mengatur arus yang masuk ke base Q2. Arus yang melewati R1 akan masuk ke kolektor Q2 maka akan ada arus yang mengalir dari collector ke emitter Q2. Arus dari emitter Q2 akan masuk ke base Q1 dan mengaktifkan base Q1. Arus yang masuk ke R2 akan mengaktifkan LED. Arus dari baterai akan masuk ke R2 dan ikut membantu pengaktifan LED. 

Soal no 9 [back]
Prinsip kerja dan gambar rangkaian aplikasi sensor Accelerometer.
Jawab :

Pendeteksi gempa 
Sensor ketika tidak mendeteksi adanya getaran (berlogika 0)

Sensor ketika mendeteksi adanya getaran (berlogika 1)

Prinsip kerja :

Ketika sensor menerima adanya getaran dari gempa atau logic state bernilai satu maka arus akan mengalir menuju resistor dan masuk ke kaki inverting pada op amp. Buzzer memiliki tegangan kerja sebesar 12V maka tegangan output dari sensor vibrasi harus diperkuat terlebih dahulu sampai minimal 12V agar buzzer bisa bekerja. Untuk menguatkan tegangan tersebut maka menggunakan op-amp. Op-amp yang digunakan adalah op-amp inverting dengan tambahan vref 12V sehingga besar tegangan yang keluar adalah 15V. Karena tegangan sudah melebihi tegangan kerja buzzer maka buzzer bisa berbunyi dan LED juga menyala sebagai tambahan peringatan gempa. Ketika sensor tidak menerima adanya getaran dari gempa atau  logicstate bernilai 0 maka arus tidak mengalir sehingga buzzer dan LED pun mati.

 [menuju awal]

Aplikasi Uas

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Teori

4. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

5. Video

6. Link Download

1. Tujuan [kembali]

1. Mengetahui sensor flame, sensor infrared dan sensor MQ-2
2. Mengetahui prinsip kerja sensor flame , sensor infrared dan sensor MQ-2
3. Mengerahui dan mampu menggunakan 2 sensor atau lebih pada satu rangkaian

Sensor Sentuh

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Teori

4. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

5. Video

6. Link Download

1. Tujuan [kembali]

1. Mengetahui pengertian sensor sentuh (piezo)
2. Mengetahui prinsip kerja sensor sentuh (piezo)
3. Mengetahui aplikasi sensor sentuh (piezo)

2. Alat dan Bahan [kembali]

1. LED
   
   Gambar 1.led
2. TRANSISTOR
   
   Gambar 2.Transistor
3. RESISTOR
   
   Gambar 3.Resistor
   
   
4. IC 555
   
   Gambar 4.IC 555
5. RELAY
   
   Gambar 5.Relay
   
   
6. SENSOR TOUCHPAD(SENTUH)
   
   Gambar 6.Sensor Sentuh
7. MOTOR LISTRIK DC
   
   Gambar 7.Motor DC
8. KAPASITOR
   
   Gambar 8.Kapasitor

3. Teori [kembali]

Digital Touch Sensor inilah salah satu saklar modern. Digital Touch Sensor merupakan sebuah modul sensor yang berfungsi seperti tombol/saklar, namun cara penggunaanya hanya perlu dengan menyentuhnya menggunakan jari kita. Pada saat disentuh oleh jari, sensor akan mendeteksi aliran arus listrik pada tubuh manusia karena tubuh manusia dapat mengalirkan listrik. Data akan berlogika 1 (HIGH) saat disentuh oleh jari dan akan berlogika 0 (LOW) saat tidak disentuh.

Digital touch sensor dapat digunakan untuk switching suatu alat atau sistem. Seperti untuk menghidupkan lampu, menghidupkan motor, menyalakan sistem keamanan, dan lain-lain.

Gambar 9.Grafik sensor sentuh

Berikut data yang kami ambil dari datasheet produk IC tersebut:

FEATURE UTAMA

• Operating voltage 2.0V~5.5V
• Operating current @VDD=3V, no load, SLRFTB=1
• At low power mode typical 1.5uA, maximum 3.0uA
• At fast mode typical 3.5uA, maximum 7.0uA
• @VDD=3V, no load, SLRFTB=0
• At low power mode typical 2.0uA, maximum 4.0uA
• At fast mode typical 6.5uA, maximum 13.0uA
• The response time max about 60mS at fast mode, 220mS at low power mode @VDD=3V
• Sensitivity can adjust by the capacitance(0~50pF) outside
• Have two kinds of sampling length by pad option(SLRFTB pin)
• Stable touching detection of human body for replacing traditional direct switch key
• Provides Fast mode and Low Power mode selection by pad option(LPMB pin)
• Provides direct mode、toggle mode by pad option(TOG pin)
• Open drain mode by bonding option, OPDO pin is open drain output,
• Q pin is CMOS output
• All output modes can be selected active high or active low by pad option(AHLB pin)
• Have the maximum on time 100sec by pad option(MOTB pin)
• Have external power on reset pin(RST pin)
• After power-on have about 0.5sec stable-time, during the time do not touch the key pad,
• And the function is disabled
• Auto calibration for life
• And the re-calibration period is about 4.0sec, when key has not be touched

APPLIKASI UTAMA

• Wide consumer products
• Water proofed electric products
• Button key replacement

Dari datasheet kita lihat performance dari IC ini bisa di gunakan untuk tegangan kerja VCC baik 3.3volt ataupun 5volt DC dan memiliki prinsip capacitance. Dan kelebihan lain kita bisa setting ouput pin active high atau active low pada kondisi awal pada pin AHLB.  

Digital touch sensor dapat digunakan untuk switching suatu alat atau sistem. Seperti untuk menghidupkan lampu, menghidupkan motor, menyalakan sistem keamanan, dan lain-lain.

4. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali] 

Rangkaian saat tidak adanya sentuhan

Gambar 10.Rangkaian saat tidak ada sentuhan

Rangkaian adanya sentuhan

Gambar 11.Rangkaian saat adanya sentuhan

prinsip kerja

Cara kerja sistem ini sangat sederhana, yaitu memanfaatkan listrik statis dari tangan manusia. Ketika plat disentuh maka akan memicu kaki base dari transistor Q2 yang berfumgsi sebagai switching, sehingga arus dari Vcc akan menuju ke pin 2 yaitu TR IC 555 sebagai acuan untuk mengaktifkannya. Ketika IC 555 aktif maka output pada pin 3 yaitu Q juga akan memicu Q1 sampai Transistor ON dan akan mengaktifkan relay (RL1). sehingga akan mengaktifkan motor listrik dan tegangan 5 volt keluar  

5. Video [kembali]

6. Link Download [kembali]
Download HTML download
Download Video simulasi  download
Download Rangkaian Simulasi download
Download Datasheet IC 555 download
Download Datasheet piezoelectric download

[menuju awal]

Sensor Thermocouple

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Teori

4. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

5. Video

6. Link Download

1. Tujuan [kembali]

1. Mengetahui pengertian sensor thermocouple
2. Mengetahui prinsip kerja sensor thermocouple
3. Mengetahui aplikasi dari sensor thermocouple

2. Alat dan Bahan [kembali]

a. TCB(Thermocouple)

Gambar 1.TCB(Thermocouple)

b. Op07 ( non-inverting)

Gambar 2.Op07 ( non-inverting)

c. Resistor

Gambar 3.Resistor

d. Kapasitor

Gambar 4.Kapasitor

e. 1N5991B (dioda zener )

Gambar 5.1N5991B (dioda zener )

f. Potensiometer

Gambar 6.Potensiometer

g. Power Supply DC

Gambar 7.Power Supply DC

h. Voltmeter DC

Gambar 8.Voltmeter DC

i. LED

Gambar 9.led

3. Teori [kembali]

Termokopel adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.

Thermocouple merupakan sensor yang mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dimana sensor ini dibuat dari sambungan dua bahan metallic yang berlainan jenis. Sambungan ini dikomposisikan dengan campuran kimia tertentu, sehingga dihasilkan beda potensial antar sambungan yang akan berubah terhadap suhu yang dideteksi.

Thermocouple didasarkan pada efek Seebeck, sebuah fenomena di mana tegangan yang sebanding dengan suhu dapat dihasilkan dari rangkaian yang terdiri dari dua kawat logam yang berbeda. 

Tipe-tipe thermocouple

Gambar 10.Tipe-tipe Thermocouple

a. Thermocouple Tipe E

    Bahan Logam Positif : Nickel Chromium

    Bahan Logam Negatif : Constantan

    Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 900˚C

b. Thermocouple Tipe J

    Bahan Logam Positif : Iron (Besi)

    Bahan Logam Negatif : Constantan

    Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 750˚C

c. Thermocouple Tipe K

    Bahan Logam Positif : Nickel Chromium

    Bahan Logam Negatif : Nickel Aluminium

    Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 1250˚C

d. Thermocouple Tipe N

    Bahan Logam Positif : Nicrosil

    Bahan Logam Negatif : Nisil

    Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 1250˚C

e. Thermocouple Tipe T

    Bahan Logam Positif : Copper (Tembaga)

    Bahan Logam Negatif : Constantan

    Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 350˚C

f. Thermocouple Tipe U

    Bahan Logam Positif : Copper (Tembaga)

    Bahan Logam Negatif : Copper Nickel

    Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 1450˚C

Prinsip kerja :

Pada dasarnya Termocouple hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya. Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.

Gambar 11. Prinsip kerja Thermocouple

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).

Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi energi panas menjadi energi listrik).

Gambar 12. Efek seebeck

Berdasarkan Gambar diatas, ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “0” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius,dan kemudian akan dikonversikan sesuai dengan  reference table yang telah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe yang dipakai).

Efek Seebeck:

Sebuah rangkaian termokopel sederhana dibentuk oleh 2 buah penghantar yang berbeda jenis (besi dan konstantan), dililit bersama-sama. Salah satu ujung T merupakan measuring junction dan ujung yang lain sebagai reference junction. Reference junction dijaga pada suhu konstan 320F (00C atau 680F (200C). Bila ujung T dipanasi hingga terjadi perbedaan suhu terhadap ujung Tr, maka pada kedua ujung penghantar besi dan konstantan pada pangkal Tr terbangkit beda potensial (electro motive force/emf) sehingga mengalir arus listrik pada rangkaian tersebut.

Kombinasi jenis logam penghantar yang digunakan menentukan karakteristik linier suhu terhadap tegangan.

Tipe-tipe kombinasi logam penghantar thermokopel:

a.    Tipe E (kromel-konstantan)

b.    Tipe J (besi-konstantan)

c.    Tipe K (kromel-alumel)

d.    Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)

e.    Tipe T (tembaga-konstantan)

Tegangan keluaran emf (elektro motive force) thermokopel masih sangat rendah, hanya beberapa milivolt. Thermokopel bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran. Oleh karena itu jika ukntuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference temperature). Bila thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi makaa akan muncul tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya adalah selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage (Vnet).

Besarnya Vnet ditentukan dengan rumus:

Vnet = Vh - Vc

Keterangan :

Vnet = tegangan keluaran thermokopel

Vh = tegangan yang diukur pada suhu tinggi

Vc = tegangan referensi

Gambar grafik tegangan terhadap suhu pada thermokopel tipe E, J, K dan R :

Gambar 13. Grafik tegangan suhu

Kelebihan dan Kekurangan Termokopel

Kelebihan :

·   Mudah dibaca karena memiliki layar yang tidak mudah keruh dan skala yang jelas.

·   Respon cepat untuk setiap perubahan suhu.

·   Akurasi yang tepat dalam pengukuran suhu.

·   Baik untuk pengukuran variasi suhu dengan jarak kurang dari 1cm.

·   Tidak mudah rusak dan tahan lama.

Kekurangan :

·   Hubungan temperature dan tegangan tidak linear penuh.

·  Sensitivitas rendah, umumnya 50 μV/°C (28 μV/°F) atau lebih rendah (tegangan rendah rentan dengan noise.

·  Accuracy pada umumnya tidak lebih baik dari pada 0.5 °C (0.9°F), tidak cukup tinggi untuk beberapa aplikasi.

·   Memerlukan suatu acuan temperatur yang dikenal, umumnya temperature air es 0°C (32°F).

·   Hanya dapat digunakan untuk mengukur perbedaan suhu.

·  Kalibrasi yang sulit,saat thermocouples dinyalakan suhun yang tertera adalah suhu pada ruangan tersebut.

Aplikasi Termokopel

1. Pengukuran Temperatur Pada Pipa Aliran Fluida

Temperatur aliran fluida (cairan, gas, atau uap air) yang mengalir di dalam sebuah pipa dapat diukur thermocouple. Hal ini karena thermocouple dapat dipasang di sisi luar selongsong, selongsong tersebut ditanamkan masuk ke dalam pipa aliran fluida.

2. Pengukuran Temperatur Pada Pipa Boiler

Pada pengoperasian boiler, sangat penting bagi operator untuk mengontrol temperatur metal pipa boiler di setiap bagian. Bagian-bagian tersebut termasuk pipa dinding furnace yang didinginkan oleh air dan uap air pada temperatur saturasi, pipa economizer yang didinginkan oleh air pada temperatur di bawah titik saturasi, serta pipa-pipa superheater dan reheater yang didinginkan oleh uap air pada temperatur di atas titik saturasinya. Pengukuran temperatur-temperatur tersebut berfungsi untuk menjaga agar pipa-pipa boiler tetap bekerja pada temperatur amannya, mengetahui keseragaman temperatur pipa-pipa yang tersusun secara paralel, atau untuk mengetahui kenaikan temperatur fluida antara sisi inlet dengan sisi outlet pipa.

3. Pengukuran Temperatur Gas

Untuk mengukur temperatur dari gas sebenarnya tidaklah terlalu rumit, karena temperatur gas lebih mudah seragam dengan lingkungan sekitarnya. Permasalahan muncul jika temperatur lingkungan atau wadah dari gas tersebut berbeda dengan temperatur gas itu sendiri, salah satu contoh dari kasus ini adalah temperatur gas panas hasil pembakaran di dalam furnace boiler. Thermocouple ini difasilitasi dengan aliran air pendingin. Sensornya dilindungi dari pengaruh radiasi gas dengan menggunakan tabung porselen anti radiasi. Gas panas yang dialirkan pada sensor ini dijaga pada kecepatan aliran 20,34 kg/m2s oleh sebuah orifice. Temperatur perpindahan konveksi dari gas yang mengalir ke sensor ini sudah mencerminkan temperatur gas panas tersebut.

4. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali] 

Rangkaian Thermocouple sebelum dijalankan

Gambar 14.Rangkaian thermocouple sebelum dijalankan

Rangkaian thermocouple setelah dijalankan

Gambar 15.Rangkaian thermocouple setelah dijalankan

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).

Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:

a) Low pass Filter

    Pertama termocouple akan diatur pada suhu tertentu. Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antenna, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R1, R3, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D2 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up 1MΩ berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.

b) Penguat tingkat I

    Penguat Tingkat I adalah rangkaian non Inverting OP-AMP menggunakan IC OP 07. Alasan memilih penguat jenis non inverting dengan pertimbangan penguat non Inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. RV1 sebagai Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. RV2 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V

c) Penguat tingkat II

     Penguat tingkat II juga menggunakan penguat Non Inverting sama seperti menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah Op 07 serta R7 dan R8 pengatur tegangan output. Maka setelah rangkaian dinyalakan dengan mengatur suhu termocouple sebesar 157 derjat, maka saat temperatur pada pipa boiler menyentuh suhu tersebut maka akan ditandai dengan hidupnya lampu led sebagai tanda peringatan.

5. Video [kembali]

6. Link Download [kembali]
Download HTML download
Download Video simulasi  download
Download Rangkaian Simulasi download
Download Datasheet thermocouple download
Download Datasheet Op Amp download

[menuju awal]