Blog Elektronika

Rangkaian Pengukur Ketinggian dengan Sensor LVDT

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan [kembali]

a. Mampu memahami sensor LVDT dan aplikasinya

b. Mampu membuat rancangan sensor LVDT di proteus

c. Membuat rangkain sederhana yang berguna bagi kehidupan sehari-hari

2. Alat dan Bahan [kembali]

Alat Yang Digunakan

a. Battery

spesifikasi

voltage : 12 volt
max current 19 ampere
power supply : DC
Penggunaan : lead acid battery

Bahan Yang Digunakan

a. Resistor

Spesifikasi Resistor

Resistor Film Karbon
Resistor 4-jalur
Nilai resistor bervariasi berdasarkan parameter yang dipilih
Peringkat daya bervariasi berdasarkan parameter yang dipilih

b. Relay

Spesifikasi

Tegangan coil: DC 5V
Struktur: Sealed type
Sensitivitas coil: 0.36W
Tahanan coil: 60-70 ohm
Kapasitas contact: 10A/250VAC, 10A/125VAC, 10A/30VDC, 10A/28VDC
Ukuran: 196154155 mm
Jumlah pin: 5

c. Transistor

Spesifikasi Transistor

Jenis Desainator: TIP41
Bahan Transistor: Si
Polaritas: NPN
Pembuangan Daya Kolektor Maksimum (Pc): 65 W.
Tegangan Kolektor-Dasar Maksimum | Vcb |: 80 V.
Tegangan Kolektor-Emitor Maksimum | Vce |: 40 V.
Tegangan Basis Emitor Maksimum | Veb |: 5 V.
Arus Kolektor Maksimum | Ic maks |: 6 A
Max. Suhu Persimpangan Operasi (Tj): 150 ° C
Frekuensi Transisi (kaki): 3 MHz
Rasio Transfer Arus Maju (hFE), MIN: 20
Gambar Kebisingan, dB: -
Paket: TO220

d. Lampu

Sudut berkas cahaya
200 °
Indeks sesuaian warna (CRI)
80
Suhu warna
6500 K
Kategori Warna Cahaya
Cool Daylight
Flux cahaya nominal
1360 lm
Waktu mulai
<0.5 s
Waktu pemanasan hingga 60% cahaya
Cahaya penuh seketika

e. Button

Specifications Button

Mode of Operation: Tactile feedback
Power Rating: MAX 50mA 24V DC
Insulation Resistance: 100Mohm at 100v
Operating Force: 2.55±0.69 N
Contact Resistance: MAX 100mOhm
Operating Temperature Range: -20 to +70 ℃
Storage Temperature Range: -20 to +70 ℃

f. LED

g. Buzzer

Spesifikasi Buzzer

Tegangan Terukur: 6V DC
Tegangan Operasi: 4-8V DC
Nilai saat ini: <30mA
Sound Type: Continuous Beep
Resonant Frequency: ~2300 Hz

3. Dasar Teori [kembali]

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo differensial dengan gandengan variabel antara gandengan variabel antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Sensor LVDT merupakan sensor yang dapat membaca tekanan atau perubahan melalui pergerakan dan 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.

Struktur internal LVDT :

Dua lilitan skunder kiri dan kanan dipisahkan oleh sebuah lilitan primer yang menjadi pusatnya dan jarak lilitan primer ke masing-masing lilitan sekunder adalah simetris
Core adalah elemen yang bergerak pada LVDT, berbentuk pipa yang terpisah yang terbuat dari bahan yang memiliki permeabilitas magnetik. Core bebas bergerak secara aksial terhadap coil dan secara mekanik dikopelkan pada objek yang akan diukur posisinya.
Pipa yang digunakan terbuat dari bahan non feromagnetik, kemudian kedua kumparan tersebut dihubungkan dengan seri dalam jumlah lilitan yang sama tapi secara berlawanan.
Coil adalah lilitankan pada satu potong bentuk cekungan yang terbuat dari polymer bertulang kaca yang memiliki kestabilan suhu tinggi.
Diamankan dalam sebuah rumahan silinder yang terbuat dari stainless stell.

Prisnsip Kerja LVDT

Inti berada di tengah-tengah maka :

Flux S1 = S2

Tegangan induksi E1 = E2

Enetto = 0

Inti bergerak ke arah S1 maka :

Flux S1 > S2

tegangan induksi E1 > E2,

Enetto = E1 - E2

Inti bergerak ke arah S2 maka :

Flux S1 < S2

Tegangan induksi E1 < E2

Enetto = E2 – E1

Sensor LVDT adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an.Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas diunakan. Pada aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor jarak. Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah kumparan sekunder dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang sama.

Pengaplikasian Sensor LVDT:

LVDT Digunakan Untuk mengontrol Level Air dalam Tangki

Prinsip Kerja :

Sensor LVDT digunakan untuk mengontrol level air dalam tangki. Ketika level air rendah, inti bergerak menuju kumparan yang lebih rendah dan outputnya akan lebih besar dari kumparan yang lebih atas.

Grafik Respon :

a. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika dasar yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian.Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon.

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.

b. Relay

Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay.

c. Transistor

Transistor NPN adalah termasuk transistor bipolar (BJT), dalam transistor ini, huruf awal 'N' menentukan lapisan material yang bermuatan negatif. Istilah 'transistor NPN' berarti Negatif-Positif-Negatif dan juga dikenal sebagai sinking (menyerap).

Di mana, 'P' menentukan lapisan yang terisi penuh. Kedua transistor memiliki lapisan positif, yang terletak di tengah dua lapisan negatif. Secara umum, transistor NPN digunakan di berbagai rangkaian listrik untuk beralih dan memperkuat sinyal yang melaluinya.

e. Button

Push button switch (saklar tombol tekan) adalah perangkat / saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas), maka saklar akan kembali pada kondisi normal. arena sistem kerjanya yang unlock dan langsung berhubungan dengan operator, push button switch menjadi device paling utama yang biasa digunakan untuk memulai dan mengakhiri kerja mesin di industri.

f. LED

LED (Light Emitting Diode) adalah Sebuah lampu kecil yang digunakan sebagai penanda atau pointer. Light Emitting Diode adalah salah satu komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mempu mengeluarkan cahaya. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi pada LED elektron menerjang sambungan P-N (Positif-Negatif). Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

g. Buzzer

Kata buzzer sebetulnya berasal dari Bahasa Inggris, artinya bel, lonceng, atau alarm. Sedangkan pengertian buzzer secara harfiah adalah alat yang digunakan untuk atau dimanfaatkan untuk menyampaikan dan menyebarluaskan pengumuman. Jadi pada bagian ini buzzer digunakan sebagai output yaitu sebagai penanda atau sebagai bel peringatan.

4. Percobaan [kembali]

Sebelum dijalankan

Sesudah dijalankan

Prinsip Kerja :

Sensor LVDT diwakili oleh 2 buah Button yang belum disentuh air, Lampu akan On dan Buzzer serta LED juga akan ON dan sebaliknya apabila sudah mencapai batas, Lampu akan redup dan Buzzer Off yang artinya air sudah terisi penuh.

Cara kerjanya adalah ketika kedua Button/Sensor terputus, maka arus akan melewati R4 lalu ke R3 dan kemudian ke R7 dan menuju Relay sehingga Relay aktif dan Lampu serta Buzzer dan LED akan ON. arus juga melewati R4 lalu R3 dan kemudian ke R5 dengan arus positif sehingga Transistor aktid dan arus dari emitter diteruskan ke kolektor kemudian menuju relay dan mengaktifkan relay sehingga lampu menyala dan Buzzer serta LED akan On.

Ketika Button(Batas Bawah) Dihubungkan dan Button(Batas Atas) terputus, maka lampu masih menyala dan Buzzer masih Menyala dan LED juga menyala karena adanya arus positif yang masih bisa melewati Transistor Sehingga arus mengalir ke Relay dan mengaktifkan Relay. Tetapi Ketika Kedua Button Dihubungkan, lampu akan redup dan Buzzer juga akan Off karena adanya arus negatif yang jika ditambah arus positif akan tadi akan bernilai nol, dan arus Tidak Bisa melewati resistor sehingga tidak mencapai Relay, maka Relay akan Off dan lampu akan redup atau mati dan Buzzer serta LEd juga mati.