YOU ARE DOWNLOADING DOCUMENT

Please tick the box to continue:

Transcript
Page 1: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

1

PERKULIAHAN

Sensor SystemJurusan Fisika FMIPA Universitas Riau

1

Lazuardi Umar

Universitas Riau

I. Pendahuluan Teknik-Pengukuran

Sifat dari Hasil Pengukuran:1. Independent dari pengamat hasil tetap sama

Fungsi Pengukuran: „kuantisasi objektif/empiris suatu bilangan terhadap kualitas suatu objek“ (membandingkan suatu bilangan dengan objek ukur)

2

p p g p2. Berdasarkan dari penemuan eksperimental (empiris)

Persyaratan Dasar Pengukuran:• Besaran ukur harus secara kualitativ jelas terdefinisikan dan secara

kuantitatif dapat ditentukan• Standar pengukuran harus ditetapkan melalui Konvensi, contoh

kenyaman, „Intelligenz“ tdk dpt diukur karena tidak secara umum didefinisikan

KEGUNAAN PENGUKURAN

Proses Kontrol

• Pengukuran suhu ambang• Pengukuran vol gas/air• Monitoring klinis

• Mengontrol ketinggian air

Proses Monitoring

3

Panduan Eksperimen

g ggatau suhu di dalam tangki

• Mempelajari distribusi suhu dalam objek bentuk tak beraturan atau

• Menentukan distribusi daya pada mobil uji tabrak

Besaran Fisis Nama SimbolPanjang Meter MMassa Kilogram KgWaktu Detik s

Suhu Termodinamik Kelvin KKuantitas Materi Mol mol

Kuat Cahaya Kandela cd

Gaya Newton NRedaman Neper / BelMuatan Coulomb CT Li t ik V lt V

SATUAN UKUR (SI) & SIMBOL

4

Tegangan Listrik Volt VTahanan Listrik Ohm ΩTahanan Spesifik Ohmmeter ΩmKonduktivitas Listrik Siemens SKemampuan Hantar Listrik Siemens/meter S/mDaya Listrik Watt WKerja Listrik Watt second WsKuat Medan Listrik Volt / meter V/mKapasitas Listrik Farad FKuat Arus Listrik Ampere AKuat Medan Magnetik Ampere / meter A/mRapat Arus Magnetik Tesla TAliran Magnetik Weber WbInduktivitas Henry H

II. Piranti Elektronik dan Sistem Pengukuran

Apa kegunaan Teknik Pengukuran/Instrumentasi saat ini..?

Pekerjaan Teknik Pengukuran (Instrumentasi):Konversi (pengubahan): besaran fisis besaran elektris

Konverter (pengubah) disebut juga: Sensor, transduser, detektor, pendeteksi…

5

BIDANG RISET BIDANG INDUSTRI

Hasil penelitian berdasarkan pengukuran

Pengamatan proses

Teknik pengukuran memberikan/menjelaskan pengetahuan tentang alam

Menyediakan data-data proses untuk pengaturan

Eksperimen teknik pengukuran sebagai batu ujian pengetahuan

Teknik perakitan presisi tinggi

Transducer/sensor: piranti elektronik yang mengambil energi dari objekyang diukur dan memberikan sinyal keluar dalam bentuk sinyal listrik, yangberhubungan dengan kuantitas yang diukur

Aktuator: piranti untuk mengubah (konversi) daya

Physical quantitis Sensor Analog

circuitAnalog digital

converter µP Digital analog converter

Results

Analog

6

Digital

n. electric quantity

electric signal

signal cond.

digital signal

Page 2: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

2

7

Besaran fisis:• Mekanis• Termis• Magnetik• Elektris• Optis dan• Sinyal Kimia

KalibrasiTesting, checking dan inspeksiKontrol kualitas pengujian materialPengontrolanOptimalisasiSupervisi, self control early damage supervisionPengenalan pola (pattern recognition) surface, noise, shapeMessage, report, switch off protection system

„Job“teknik pengukuran (listrik)

Konversi Besaran Non-Listrik ke Besaran-Listrik

Daerah Ukur dan Besaran Ukur Khas

8

Contoh: SENSOR ARUS BERDASARKAN EFEK HALL

9

Contoh: SENSOR POSISI X,Y GYROSKOP

10

Contoh: SENSOR KELEMBABAN

11

III. KARAKTERISTIK SISTEM PENGUKURAN

x(t) f(x) y(t)

u(t) Besarnya output yang dihasilkan merupakan fungsi sensor dikalikan dengan input yang akan diukur

12

( ) ( ) ( ) ( )tutxxfty =

u(t) merupakan gangguan dari lingkungan

f(t) fungsi sensor

x(t) adalah input besaran fisis

Page 3: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

3

Karakteristik Statis Pengukuran(kuantitas yang diukur berubah secara lambat dengan waktu)

AkurasiKualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untukmemberikan hasil yang mendekati nilai sebenarnya. Akurasipengukuran proses kalibrasi statis sensor/alat ukur

Setiap penyimpangan pengukuran dari harga sebenarnya

13

kesalahan/simpangan (error). Ketidak akurasian biasanyadinyatakan sebagai

( ) ( ) ttma XXX −=100%ε Xt nilai sebenarnya Xm harga terukur

( ) ( ) FSOtmf XXX100% −=ε ε εf a≤

ketidak akurasian dinyatakan dalam persentase skala penuh (FSO)

PresisiKualitas yang mencirikan kemampuan instrumen ukur untukmemberikan keluaran yg sama jika dilakukan pengukuran padakondisi yang sama

14

Situasi pengukuran memperlihatkan perbedaan antara akurasi dan presisi. Pada kasus (a) akurasi tinggi dan presisi rendah. Pada kasus (b) presisi tinggi

tapi akurasi rendah

ResolusiKenaikan terkecil dari nilai pengukuran yang dapat menghasilkan kenaikan output, dinyatakan dalam rentang pengukuran (%MR).

Kenaikan ∆V output terhadap respon perubahan percepatan ∆a maka resolusi maksimum (Rmax) dari ∆a terkecil:

( )minmaks

minmaks aa

a.100%R−

∆=

15

minmaks

Resolusi rata-rata sepanjang pengukuran adalah

( ) ( )minmaks

n

1i1

ave TTn

T100%R

∆=

∑=

n adalah jumlah ∆ Ts dalam rentang pengukuran

RepeatabilityKedekatan antara hasil yang didapat berturut-turut dari pengukurankondisi yang sama

ReproducibilityBerhubungan dengan hasil yang diperoleh dalam waktu yang lama,operator dan kondisi berbeda

Sensitivitas

16

Perbandingan kenaikan output (y) terhadap kenaikan input (x)

HisterisisPerbedaan antara dua nilai output yang berhubungan dengan inputyang sama, tergantung pada arah (menaik atau menurun) berturut-turut nilai input

S yx= ∆

Karakteristik Dinamis

• Sensor/alat ukur respon terhadap input variabelkarena ada elemen penyimpan energi/elemeninersia (masa, induktansi), kapasitansi (listrik,termal, fluida)

• Perilaku thd waktu karakteristik dinamik(k l h di ik d k /d l )

17

(kesalahan dinamik dan waktu respon/delay)

• Ditentukan dg memberikan input variabel (inputtransien (impuls), input periodik (sinusoida),random (noise)

• Perbaikan keluaran hardware/software

IV. DARI SENSOR KE SISTEM INSTRUMENTASI

Instrumentation SystemsSensor Systems

Acceleration [Pewatron]

Sensors

Moisture

Gas

18

Time Measurement, PTB

Sensor Module [Temic]

Temperature [Sysmic, Heraeus]

Temperature

Pressure

Page 4: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

4

Development of Sensors and Sensor SystemsDevelopment of Sensors and Sensor Systems

M f t i t h lechn

.

InformationTechnology

Performance to CostRatio

19

Manufacturing technology areinfluenced by different effects

The more process steps are used the more difficult are technological measures

Man

uf. T

e Technology

ManufacturingTechnology

ManufacturingTechnology

Tränkler

Influence Effects in Sensor SignalsInfluence Effects in Sensor Signals

20

V. PEMODELAN MATEMATIS SENSOR

Karakteristik sensor (alat ukur harus digambarkan dalam suatumodel matematis

• Interpolasi poligon hanya memerlukan beberapa titik referensi.

21Interpolasi data dengan poligon

referensi.• Antara titik referensi yang

disimpan dari karakteristik sensor akan diinterpolasi mempergunakan garis lurus

Interpolasi polinomial menggambarkan hubungan fungsional antara n titik referensi yang terukur dari suatu karakteristik sensor dengan polinomial tunggal orde ≤ n-1 sepanjang rentang ukur

22

Interpolasi dengan polynomial orde-4

( ) ∑=

=4

0iii xkxf

Dengan interpolasi belahan kubus (cubic spline) dimungkinkan untuk memperoleh kurva mulus dari karakteristik sensor yang melewati semua titik referensi n+l. Untuk mendapatkan interpolasi tersebut, daerah ukur dibagi menjadi batas-batas interval dengan titik referensi

23Interpolasi dengan belahan kubus

Metode Regresi

Contoh sederhana pemakaian metode pendekatan adalah regresi linear. Gradien m dari karakteristik linier y=f(x)=mx melewati titik asal ditentukan sehingga jumlah deviasi kuadrat dari titik pengukuran n (xk,yk) menjadi minimum

24

Page 5: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

5

Ketergantungan suhu k f k ll

Jika perilaku dasar karakteristik sensor diketahui dan tidak berubah secara kualitatif oleh toleransi pembuatan dan sensitivitas silang, metode fungsi dasar adalah cocok untuk menggambarkan efek interferensi pada karakteristik sensor

25

sensor tekanan efek Hall

Sensor tekanan yang mempunyai ketergantungan suhu seperti diperlihatkan pada gambar Suhu nominal adalah v0=20°C. Dengan membatasi fungsi ke dalam bentuk polinomial orde-kedua maka diperoleh sinyal sensor sebagai fungsi tekanan dan suhu

26

6. KESALAHAN PENGUKURAN

Siapa yang mengukur, akan membuat salah…!!!. Tidak ada pengukuran yang bebas kesalahan. Penelitian kemungkinan

kesalahan dan pengaruhnya terhadap nilai-ukur terus dilakukan

Jenis Kesalahan Ukur:a) Kesalahan yang dapat dihindarkan (kesalahan

petunjuk/pemakaian)

27

petunjuk/pemakaian)b) Kesalahan yang dapat dikoreksi – kesalahan sistematis

(kesalahan instrument ukur, kesalahan sistematis dari metode ukur)

c) Kesalahan yang tidak bisa dikoreksi – kesalahan random (acak)

Perhitungan Kesalahan, Nilai Rerata dan Batasan KesalahanNilai rata-rata dari tiap pengukuran

Untuk menghitung nilai rata-rata dari tiap pengukuran diberikan:

Nilai rerata dan jumlah pengukuran. Penyimpangan dari setiap pengukuran diberikan sebagai:

Simpangan sebagian positiv dan sebagian negativ, untuknya berlaku persamaan (1) d l l

28

(1), dan selalu:

Sebaran nilai ukur (pada setiap pengukuran) disekitar nilai rerata dapat dituliskan sebagai standar deviasi

akan memperlihatkan bahwa nilai ukur sebenarnya dengan kemungkinan 63% terletak pada interval berikut:

Kesalahan relatif

Kesalahan Statis Instrumen Ukur (Sensor)

Kurva Sensor Ideal (Soll-Kurve)

Suatu sensor membentuk besaran input x dan output y. Pada kondisi ideal, hubungan tersebut harusnya ideal dan tidak dipengaruhi oleh pengaruh luar

29

Input (besaran

ukur)

output

Kurva Sensor Riil (Ist-Kurve)

Kurva Kesalahan Sensor:

30

• Kesalahan titik nol

• Kesalahan gradien

• Kesalahan linearitas

Page 6: Folie mp sensor 1 [compatibility mode]

6

Kurva Kesalahan Sensor:

• Kesalahan titik nol

• Kesalahan gradien

• Kesalahan linearitas

31


Related Documents