Dokumen tersebut membahas tentang pengkondisian sinyal sensor. Secara umum, pengkondisian sinyal diperlukan untuk mengoreksi variasi pada karakteristik output sensor agar berhubungan linear dengan variabel yang diukur. Pengkondisian sinyal mencakup kompensasi suhu, linearisasi, penyesuaian nol dan rentang, serta konversi sinyal analog menjadi digital.

1. Disusun Oleh :
Kelompok 7
• Achmad Zaelani
•Fani Fadillah Hakim
•Hanggoro Purbo Asmoro
•Pipit Pitrianingsih
II B
D3 Teknik Refrigerasi dan Tata Udara
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2. Pendahuluan
Sensor digunakan untuk mengkonversi variabel fisik menjadi
bentuk energi yang terukur. Bentuk energi ini digunakan secara
langsung atau tidak langsung sebagai indikator visual, sinyal kontrol
aktuator atau sinyal untuk controller. Signal Conditioning mengacu
pada perubahan yang diperlukan untuk mengoreksi variasi dalam
input sensor / karakteristik output sehingga output-nya berhubungan
linear dengan variabel proses yang diukur.
• Sensor adalah perangkat yang merasakan variabel dan memberikan
output (mekanik, listrik, dan sebagainya), yang secara langsung
berkaitan dengan amplitudo variabel.
• Transduser adalah sistem yang digunakan untuk mengubah output
dari sensor ke dalam beberapa bentuk energi lain sehingga bisa
diperkuat dan dikirimkan dengan minimal hilangnya informasi.
• Converter digunakan untuk mengkonversi format sinyal tanpa
mengubah jenis energi, yaitu, sebuah op-amp yang mengubah sinyal
tegangan menjadi sinyal arus.

3. Ketika memilih sebuah sensor untuk aplikasi,
sering ada sedikit pilihan di karakteristik output sensor
terhadap perubahan variabel proses. Dalam banyak
kasus hubungan antara input dan output dari sensor
adalah nonlinear suhu, sensitif, dan offset dari nol. Situasi
ini diperburuk saat pengukuran yang tepat diperlukan
dan hubungan linear adalah diperlukan antara variabel
proses dan sinyal keluaran.

4. Gambar 12.1 (a) input
dan output yang
ideal dari sebuah
rangkaian linierisasi
ideal dan (b)
instrumen sirkuit
yang digunakan
untuk nol dan span
menyesuaikan.
Contoh 12.1 Tegangan keluaran dari sensor bervariasi 0,35-0,7
V sebagai variabel proses bervariasi dari rendah ke tinggi selama rentang
pengukurannya. Namun, output sensor pergi ke peralatan yang
membutuhkan tegangan dari 0 sampai 10 V untuk rentang variabel
tersebut. Sebuah rangkaian untuk mengubah tingkat output ditunjukkan
pada Gambar. 12.1b. itu masukan negatif penguat ditetapkan pada 0,35
V untuk mengimbangi tingkat minimum sensor untuk memberikan nol
keluar pada akhir rendah dari kisaran. Keuntungan dari amplifier diatur
ke 28,6 memberikan 10 V output dengan 0,75 masukan V, yaitu, 10 /
(0,7-0,35) = 28,6.

5. Gambar 12.2 Instrumen rangkaian sensor
kompensasi.
Dapat digunakan untuk membalikkan sinyal. 10 k resistorΩ
dalam jaringan biasing dapat pada suhu yang sama sebagai sensor dan
memiliki koefisien temperatur yang sama sebagai nol offset dari sensor
untuk mengimbangi nol drift. Span melayang atau keuntungan dapat
dikompensasi oleh resistor sensitif temperatur di amplifier umpan balik.
Ini resistor umpan balik juga akan berada di suhu yang sama seperti
sensor.

6. Linearitas di sirkuit digital dapat dilakukan untuk perangkat
nonlinier dengan menggunakan persamaan atau memori tabel look-
up. Jika hubungan antara nilai-nilai variabel yang diukur dan output
dari sensor yang dapat dinyatakan dengan persamaan, prosesor dapat
diprogram atas dasar persamaan untuk linearize data yang diterima
dari sensor.
Gambar 12.3 amplifier Nonlinear (a) sirkuit dan (b)
karakteristik sirkuit nonlinier dengan berbagai umpan balik
nilai-nilai.

7. Sensor terkenal memiliki suhu sensitif, yaitu, nol output serta
rentang akan berubah dengan suhu, dan dalam beberapa kasus
perubahan itu nonlinier. Koreksi suhu membutuhkan elemen suhu
sensitif untuk memantau suhu variabel dan sensor. Kompensasi suhu
di sirkuit analog akan tergantung pada karakteristik dari sensor yang
digunakan. Karena karakteristik sensor berubah dari tipe, koreksi
untuk setiap jenis sensor akan berbeda. Dalam rangkaian digital,
komputer dapat membuat koreksi dari sensor dan karakteristik
variabel menggunakan suhu compensationlook-up tabel.
Kompensasi lainnya yang dibutuhkan dapat berupa
penyaringan untuk menghilangkan frekuensi yang tidak diinginkan
seperti mengambil dari jalur frekuensi 60 Hz-, kebisingan atau
frekuensi radio (RF) pickup, mengurangi turbulensi untuk
memberikan kesetabilan membaca, koreksi untuk konstanta waktu,
dan untuk pencocokan impedansi jaringan.

8. Sinyal pneumatic serta sinyal listrik dapat digunakan untuk
mengontrol aktuator. Tabung Bourdon, kapsul, atau bellow mengubah
tekanan menjadi gerak mekanikal yang dapat digunakan untuk kontrol
pneumatik.
Gambar 12.4 Mengilustrasikan (a) mekanik untuk transduser pneumatik
sinyal dan (b) tekanan output dibandingkan jarak gap.

9. Visual Display
Conditioning
Metode pengkondisian sinyal dapat bervariasi,
tergantung pada tujuan dari sinyal. Misalnya, sinyal lokal untuk
tampilan visual tidak akan memerlukan akurasi dari sinyal yang
digunakan untuk pengendalian proses. Tampilan visual tidak
normal suhu kompensasi atau linearitas. Mereka sering
menggunakan hubungan mekanis yang tergantung pada
pemakaian dari waktu ke waktu memberikan akurasi final
antara 5 dan 10 persen dari membaca, yaitu, ada pengkondisian
sedikit atau tidak ada. Namun, dengan sebagian besar sensor
nonlinier, skala indikator akan nonlinier untuk memberikan
indikasi yang lebih akurat. Pajangan ini terutama digunakan
untuk memberikan indikasi bahwa sistem ini bekerja dalam
batas wajar atau dalam batas-batas yang ditetapkan secara luas,
yaitu, tekanan ban, sistem pendingin udara, dan sejenisnya.

10. Beberapa sensor memiliki output yang cocok untuk
pembacaan langsung pada titik pengukuran, tetapi output tidak
dapat digunakan untuk kontrol atau transmisi. Contohnya sight glass
untuk indikasi level cairan, cairan dalam kaca untuk suhu,rotameter
untuk aliran, hidrometer untuk kerapatan atau berat jenis, dan
mungkin diisi cairan pada U-tube manometer untuk pengukuran
diferensial atau pengukur tekanan.

11. Electrical signal conditioning
Keakuratan sinyal sensor tidak hanya tergantung
pada karakteristik sensor tetapi pada pengkondisian
diterapkan. Banyak proses memerlukan variabel yang akan
diukur dengan akurasi lebih dari 1 persen, yang berarti tidak
hanya penginderaan yang sangat akurat, tetapi juga
kompensasi suhu, Linearisasi, set nol, dan penyesuaian
rentang.
Kompensasi suhu dapat dicapai dalam banyak sensor
dengan menggunakan sirkuit jembatan tapi kompensasi lebih
lanjut mungkin diperlukan untuk mengoreksi perubahan
variabel karena suhu.

12. Gambar dibawah menunjukkan hubungan mekanis sensor ke
wiper dari sebuah potensiometer. Dalam hal ini variabel diubah
menjadi tegangan listrik output dari 0 sampai 10 V. Tegangan
keluaran dapat diukur dengan voltmeter dan dapat dikonversi ke arus
dengan amplifier, aktuator, atau sinyal ke kontroler.

13. Sebuah float sering digunakan untuk pengukuran level cairan.
Pengukuran level dapat dirubah menjadi gerakan angular atau gerakan
linier. Gambar diatas adalah diferensial bellow tekanan yang mengubah
tekanan menjadi sinyal listrik menggunakan LVDT dan suatu
pengkondisian rangkaian sinyal untuk LVDTs.

14. Gambar (a) menunjukkan hubungan antara tingkat cairan dan skala
rotasi. Output dari potensiometer jenis rotasi akan memberikan
perubahan tegangan kecil ketika kontainer penuh dan tegangan akan
besar ketika wadah mendekati kosong.
Gambar (b) menunjukkan hubungan antara tingkat cairan dan skala
linier, sehingga dalam kedua kasus skala tersebut sama.

15. Diafragma menggunakan strain gauge atau sensor kapasitif,
gerakannya terlalu kecil untuk mengontrol flapper pneumatik, slider, atau
potensiometer.
Gambar. 12.11a. Gauge dipasang pada diafragma dengan satu
mengukur sejalan dengan arah regangan maksimum untuk pengukuran strain
dantegak lurus dengan garis lain dari ketegangan, sehingga tidak akan
merasakan ketegangan, dan digunakan untuk memberikan kompensasi suhu
dan pengkondisian sinyal untuk elemen strain gauge bila digunakan dalam
rangkaian jembatan.

16. Gambar 12.11 (a) Konfigurasi untuk elemen strain gauge dan (b) jembatan
resistif untuk pengkondisian sinyal dari strain gauge.
Gambar 12.11b menunjukkan sirkuit dengan menggunakan
strain gauge. Elemen strain gauge yang dipasang di dua lengan
jembatan dan dua resistor, R1 dan R2, membentuk dua lengan lainnya,
R3 dan R5 adalah pengkondisian untuk offset nol dan span, masing-
masing.

17. Gambar 12.12
Mengilustrasikan (a)
diafragma sensor
tekanan kapasitif dan (b)
sebuah jembatan ac
untuk digunakan dengan
sensor kapasitif.
Gambar. 12.12a Dalam diferensial penginderaan dua kapasitor dapat
digunakan untuk membentuk dua lengan dari sebuah jembatan ac atau
beralih teknik kapasitor dapat digunakan. Untuk satu berakhir penginderaan
kapasitor referensi tetap dapat digunakan. Capacitive penginderaan dapat
menggunakan ac analog atau teknik digital.
Gambar 12.12b menunjukkan sebuah jembatan ac dengan pendingin offset
dan rentang yang dapat digunakan dengan penginderaan kapasitif. Awalnya,
jembatan yang seimbang untuk offset nol R3 dengan potensiometer, output
dari jembatan diperkuat dan buffer.

18. Detektor suhu resistif (RTD) mengukur perubahan dalam listrik
resistansi resistor kawat-luka dengan temperatur, biasanya, platinum elemen
resistensi digunakan dengan resistansi sekitar 100 . Resistensi Perubahan dapatΩ
diukur dalam rangkaian jembatan, tetapi biasanya resistor didorong dari sumber
arus konstan dan tegangan dikembangkan di resistor diukur.
Gambar 12.13
koneksi RTD (a)
pasokan umum
dan lead meter
dan (b) langsung
terhubung
meter.
Gambar 12.13a menunjukkan koneksi sederhana ke RTD dengan hanya dua
lead, meteran yang terhubung ke lead pasokan saat ini.
Gambar 12.13b menunjukkan sambungan 4-kawat ke RTD. Meter
menghubungkan langsung ke RTD sehingga hanya drop tegangan pada RTD
yang diukur.

19. Banyak pengukuran aliran dirasakan sebagai
tekanan diferensial dengan indikator skala feet per menit,
galon per menit, liter per detik, dan sebagainya.
Perangkat berputar, seperti turbin, digunakan untuk
pengukuran aliran yang akurat. Perangkat sederhana,
tidak memerlukan konversi ke tekanan atau media
lainnya, memiliki hambatan yang rendah, dapat dibangun
dari bahan lembam yang tahan terhadap korosi, tidak
memerlukan kalibrasi ulang reguler, dan pemeliharaan
rendah.

20. Gambar 12.14 (a) MRE medan magnet sirkuit sensing dan (b)
memperkuat sinyal termokopel sirkuit.
Gambar 12.14a menunjukkan sirkuit yang digunakan untuk
membentuk sinyal dari suatu MRE menjadi sinyal digital. Sensor MRE berisi
empat elemen untuk membentuk sebuah jembatan sirkuit seperti yang
ditunjukkan. Perangkat Hall atau MRE biasanya tidak memerlukan suhu
kompensasi karena mereka sedang digunakan sebagai saklar dalam
konfigurasi digital. Untuk mengukur laju aliran jendela dibuka untuk jangka
waktu yang diketahui. angka tersebut impuls dari perangkat ini dihitung dari
mana laju aliran dapat dihitung.

21. Termokopel terhubung seperti ditunjukkan pada
Gambar. 12.14b. Persimpangan penginderaan dan sambungan
referensi yang dihubungkan secara seri. Ketika berada di
persimpangan suhu yang sama dengan tegangan output dari
persimpangan adalah nol, dan output dari penguat adalah nol.
Ketika persimpangan berada pada temperatur yang berbeda,
ada tegangan diferensial di masukan ke amplifier yang diperkuat
dan dikonversi ke pembacaan suhu. Untuk membuat ini mutlak
pembacaan suhu dari sambungan referensi diperlukan. Hal ini
dapat dicapai dengan menempatkan persimpangan di kandang
suhu konstan, atau suhu referensi persimpangan dapat diukur
dan koreksi diterapkan pada pembacaan keluaran penguat
termokopel penginderaan.

22. Sensor piezoelektrik digunakan untuk kekuatan penginderaan
yang dapat dihasilkan oleh tekanan, berat badan, atau percepatan.
Perangkat ini memiliki sensitivitas yang tinggi tetapi miskin di
penginderaan tingkat rendah kekuatan karena offset dan hanyut
disebabkan oleh variasi temperatur.
Sensor bimetal adalah suhu-sensing perangkat yang dapat
digunakan dengan hubungan mekanis untuk mengoperasikan layar
langsung seperti di termometer oven tetapi tidak cukup akurat untuk
aplikasi kontrol linier. Lainnya bimetal perangkat mengoperasikan switch
(merkuri dalam gelas atau kontak mekanik) yang sederhana / ON / OFF
perangkat, seperti yang digunakan dalam aplikasi thermostat normal
tanpa pendingin. Taguchi, kimia, detektor asap, dan sejenisnya dari
sensor semua memerlukan pengkondisian, jenis dan tingkat
pengkondisian yang dibutuhkan tergantung pada aplikasi dan 'produsen
spesifikasi dan tidak akan dibahas di sini.

23. A-D Conversion
Banyak sinyal analog dikonversi ke sinyal digital
untuk transmisi. Di banyak kasus output dari sensor dapat
dikonversi langsung ke sinyal digital, seperti dengan sensor
kapasitif. Nilai kapasitor dapat merasakan akurat
menggunakan teknik digital, menghilangkan kebutuhan
untuk amplifikasi analog, namun pendingin dari sensor
tersebut masih diperlukan. Resistif-jenis perangkat juga
dapat dirasakan langsung menggunakan teknik digital, tapi
sekali lagi kompensasi suhu sensor diperlukan. Namun,
dalam domain digital, semua pengkondisian dapat
dilakukan oleh prosesor di controller, dengan
menggunakan perangkat lunak atau tabel look-up.