Tugas 2: Aplikasi Sensor Mekanik

Rangkaian Seleksi Benda

 

[KEMBALI KE TUGAS 1]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Simulasi

-Rangkaian Simulasi

-Video Simulasi 

-Download File

1. Tujuan[kembali]

• Memahami cara kerja sensor mekanik
  
• Mendesain sebuah rangkaian aplikasi sensor mekanik
  
• Menjelaskan cara kerja rangkaian aplikasi sensor mekanik
  

2. Alat dan Bahan[kembali]

    a. Alat

• Power Suplai 
   
  Alternator merupakan komponen elektronika berupa generator listrik arus bolak balik yang berfungsi sebagai penyuplai energi atau daya. Baterai merupakan sumber tegangan DC dalam rangkaian. Dalam Rangkaian ini, tegangan baterai bernilai 10V.
   
  
  

• Voltmeter 

       Voltmeter adalah perangkat elektronik yang berfungsi untuk mengukur tegangan dalam rangkaian  listrik. Voltmeter dalam rangkaian dipasang secara paralel pada dua buah titik yang diukur.

    b. Bahan

    1.) Load Cell

Load Cell berfungsi sebagai sensor berat dalam rangkaian.

2.) LDR 

Berfungsi sebagai sensor untuk saklar otomatis.

    3.) Op-Amp

Op-Amp sebagai penguat sinyal listrik dalam rangkaian.

    4.) Resistor dan Potensiometer

Resistor sebagai pembatas arus pada rangkaian, dan potensiometer sebagai tahanan referensi untuk mengatur output dari sensor Load Cell. Nilai Resistor yang digunakan pada rangkaian ini adalah 100 Ohm, dan untuk potensiometer diberi nilai 400kOhm.

    5.) Relay 

Relay berfungsi sebagai saklar dalam rangkaian ini.

    6.) Dioda

Dioda berfungsi sebagai penyearah arus.

    7.) Lampu dan Motor

Lampu dan motor berfungsi sebagai indikator output.

3. Dasar Teori[kembali]

a. Load Cell

Load cell merupakan sensor gaya yang sering digunakan untuk mengukur berat. Load cell tersusun dari satu atau lebih strain gauge yang ditempelkan pada batang berbahan logam yang berbentuk cincin, dimana strain gauge digunakan sebagai patokan perubahan pada load cell. Strain gauge itu merupakan sebuah sensor yang dapat mendeteksi tekanan dan gaya. Strain gauge terdiri dari selembar kertas foil logam tipis, yang dibentuk sedemikian rupa menjadi benang-benang yang sangat halus. Kertas foil ini terbungkus seluruhnya oleh lapisan film plastik.

Perubahan tekanan yang dideteksi Strain gauge akan menyebabkan perubahan resistansinya. Strain gauge dipasangkan pada objek yang akan diberi tekanan mekanik. Ketika objek terkena tekanan, kertas foil mengalami hal yang sama sehingga benang-benangnya akan tertarik memanjang. Ketika hal ini terjadi, benang-benang tersebut menjadi lebih panjang dan tipis sehingga tahanan listriknya bertambah.

-Memiliki sensitivitas yang cukup tinggi.grafik perubahan resistansi sensor terhadap pembebanan.

-Memiliki ketelitian ± 1µm/m dalam range strain ±10%.

-Output selama periode pembacaan relatif tidak bergantung kepada temperature dan parameter lainya.

-Strain gauge dan peralatan pendukungnya rendah biaya dan dapat dipakai secara luas.

-Sistem Strain gauge mudah diinstal dan dioperasikan.

 

b. LDR

Light Dependent Resistor atau disingkat dengan LDR adalah jenis Resistor yang nilai hambatan atau nilai resistansinya tergantung pada intensitas cahaya yang diterimanya. Nilai Hambatan LDR akan menurun pada saat cahaya terang dan nilai Hambatannya akan menjadi tinggi jika dalam kondisi gelap. Dengan kata lain, fungsi LDR (Light Dependent Resistor) adalah untuk menghantarkan arus listrik jika menerima sejumlah intensitas cahaya (Kondisi Terang) dan menghambat arus listrik dalam kondisi gelap

Naik turunnya nilai Hambatan akan sebanding dengan jumlah cahaya yang diterimanya. Pada umumnya, Nilai Hambatan LDR akan mencapai 200 Kilo Ohm (kΩ) pada kondisi gelap dan menurun menjadi 500 Ohm (Ω) pada Kondisi Cahaya Terang.

LDR (Light Dependent Resistor) yang merupakan Komponen Elektronika peka cahaya ini sering digunakan atau diaplikasikan dalam Rangkaian Elektronika sebagai sensor pada Lampu Penerang Jalan, Lampu Kamar Tidur, Rangkaian Anti Maling, Shutter Kamera, Alarm dan lain sebagainya.

Bentuk dan Simbol LDR

Cara Mengukur LDR (Light Dependent Resistor) dengan Multimeter

Alat Ukur yang digunakan untuk mengukur nilai hambatan LDR adalah Multimeter dengan fungsi pengukuran Ohm (Ω). Agar Pengukuran LDR akurat, kita perlu membuat 2 kondisi pencahayaan yaitu pengukuran pada saat kondisi gelap dan kondisi terang. Dengan demikian kita dapat mengetahui apakah Komponen LDR tersebut masih dapat berfungsi dengan baik atau tidak.

Mengukur LDR pada Kondisi Terang

1. Atur posisi skala selektor Multimeter pada posisi Ohm
2. Hubungkan Probe Merah dan Probe Hitam Multimeter pada kedua kaki LDR (tidak ada polaritas)
3. Berikan cahaya terang pada LDR
4. Baca nilai resistansi pada Display Multimeter. Nilai Resistansi LDR pada kondisi terang akan berkisar sekitar 500 Ohm.

Mengukur LDR pada Kondisi Gelap

1. Atur posisi skala selektor Multimeter pada posisi Ohm
2. Hubungkan Probe Merah dan Probe Hitam Multimeter pada kedua kaki LDR (tidak ada polaritas)
3. Tutup bagian permukaan LDR atau pastikan LDR tidak mendapatkan cahaya
4. Baca nilai resistansi pada Display Multimeter. Nilai Resistansi LDR di kondisi gelap akan berkisar sekitar 200 KOhm.

c. Op-Amp

Op-Amp adalah suatu komponen yang berfungsi sebagai penguat sinyal-sinyal listrik. Op-Amp terdiri dari beberapa transistor, dioda, dan resistor yang digabung sehingga memungkinkan terjadi penguatan yang tinggi dalam frekuensi yang luas.

d. Resistor dan Potensiometer.

Resistor merupakan suatu komponen pasif yang berfungsi untuk membatasi jumlah arus pada rangkaian. Tegangan pada resistor sebanding dengan arus yang melewatinya, yaitu: V=IR. Sedangkan potensiometer juga merupakan sebuah tahanan tetapi besar tahanan nya dapat diatur dengan memutar tuasnya.

Setiap warna memiliki nilai yang berbeda.

• Untuk resistor 4 gelang warna, warna 1, 2, dan 3 dituliskan langsung nilainya. Warna 4 adalah toleransi.
• Untuk resistor 5 gelang warna, warna 1, 2, 3, dan 4 dituliskan langsung nilainya. Warna 5 adalah toleransi.

e. Relay 

Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal. Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang memiliki tegangan lebih tinggi.

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar  yaitu :

1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. Spring

Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

• Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
• Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)

 

f. Transistor

Karakteristik dasar dari transistor ini adalah dapat bertindak sebagai isolator dan konduktor dengan mengatur pemberian tegangan yang kecil. Karakteristik transistor yang seperti ini memungkinkan transistor dapat digunakan sebagai saklar (swicthing) maupun sebagai penguat.

Dengan metode pengaturan penerapan tegangan pada basis transistor, kita bisa mengkondisikan transistor pada tiga keadaan (wilayah) yang berbeda :

• kondisi Aktif , Transistor berfungsi sebagai penguat dengan Ic = β * Ib
• Saturasi , Transistor beroperasi secara terhubung penuh sebagai saklar tertutup dengan Ic = I
• Cutt Off , Transistor dalam keadaan Off sebagai saklar terbuka dengan Ic = 0

Transistor bipolar terdiri dari dua jenis yang berbeda berdasarkan penyusunan dua buah dioda di dalamnya. Yaitu jenis PNP dan jenis NPN. Sementara konstruksi dari transistor memiliki tiga buah terminal dengan nama yang berbeda : basis (B), emitor (E) dan kolektor (C).

Prinsip dasar dari kerja transistor adalah mengendalikan laju aliran arus listrik yang mengalir melalui kaki emitor dan koleketor dengan memasukan bias tegangan kecil pada basis. Meskipun arus bias kecil namun kita bisa mengendalikan aliran arus yang besar pada kolektor dan emitor. Cara kerja transistor seperti ini layaknya sebuah kran / saklar yang mengatur aliran arus listrik.

Prinsip kerja seperti ini berlaku untuk kedua jenis transistor yang berbeda baik PNP maupun NPN. Perbedaannya terletak pada pemberian bias pada basis transistor masing masing. Dimana bias basis untuk transistor PNP adalah negatif, sementara untuk transistor NPN adalah positif.

  Simbol transistor bipolar ditunjukkan pada gambar diatas. Perbedaan simbol dari keduanya terletak pada arah panah yang menunjukkan kaki emitor. Dimana untuk transistor jenis NPN, arah panah menuju keluar yang berarti aliran arus dari kolektor menuju ke emitor. Sedangkan transistor jenis PNP ditunjukkan dengan arah panah masuk ke dalam yang berarti aliran arus dari emitor menuju kolektor.

Konfigurasi Transistor Pada Rangkaian 

Seperti kita ketahui, transistor memiliki tiga buah terminal yang berbeda. Sehingga terdapat tiga macam konfigurasi pemasangan transistor pada rangkaian elektronika. Dimana salah satu terminal transitor akan terhubung dengan ground atau dibumikan.

Setiap jenis konfigurasi transistor pada rangkaian tersebut mempunyai karakteristik yang berbeda terhadap respon arus yang diberikan kepadanya. Ketiga jenis konfigurasi tersebut adalah :

1. Common Base 
2. Common Emitter
3. Common Collector

-Dioda 1N4001

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

Berdasarkan Fungsi Dioda, Dioda dapat dibagi menjadi beberapa Jenis, diantaranya adalah :

• Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
• Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
• Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan
• Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya
• Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali

Cara Mengukur Dioda dengan Multimeter Analog

1. Aturkan Posisi Saklar pada Posisi OHM (Ω) x1k atau x100
2. Hubungkan Probe Merah pada Terminal Katoda (tanda gelang)
3. Hubungkan Probe Hitam pada Terminal Anoda.
4. Baca hasil Pengukuran di Display Multimeter
5. Jarum pada Display Multimeter harus bergerak ke kanan
6. Balikan Probe Merah ke Terminal Anoda dan Probe Hitam pada Terminal Katoda (tanda gelang).
7. Baca hasil Pengukuran di Display Multimeter
8. Jarum harus tidak bergerak.
   **Jika Jarum bergerak, maka Dioda tersebut berkemungkinan sudah rusak.

g. Dioda

Dioda merupakan suatu komponen yang berfungsi sebagai penyearah arus. Saat arus searah dengan dioda, maka resistansi dari dioda kecil, sedangkan saat arus berlawanan arah dengan dioda, resistansi dioda menjadi sangat besar, sehingga arus tidak bisa lewat.

h. Lampu dan Motor

Lampu merupakan sebuah peranti yang mengubah energi listrik menjadi energi cahaya. 

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai Motor Arus Searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.

4. Simulasi[kembali]

a. Prosedur Percobaan

    1.) Rangkai komponen seperti pada gambar dibawah.

    2.) Atur Potensiometer pada 50%, dan jalankan rangkaiannya. Lalu tambahkan nilai pada Load Cell (dari 0) hingga lampu pada rangkaian menyala.

    3.) Atur Potensiometer pada 25%, dan jalankan rangkaiannya. Lalu tambahkan nilai pada Load Cell (dari 0) hingga lampu pada rangkaian menyala.

    4.) Atur Potensiometer pada 75%, dan jalankan rangkaiannya. Lalu tambahkan nilai pada Load Cell (dari 0) hingga lampu pada rangkaian menyala.

Dari prosedur percobaan ini, kita akan tahu bahwa batas ukur dari Load Cell yang ditandai dengan menyalanya lampu akan berubah, seiring beubahnya potensiometer.

b. Rangkaian Simulasi[kembali]

Prinsip kerja:

    1.)  Gambar Rangkaian

1. Saat LDR terhalang benda dan Load Cell aktif

Saat LDR terhalang oleh benda(ukuran benda besar), tahanan LDR sangat tinggi sehingga arus yang mengalir sangat kecil dan tegangan pada kaki basis transistor <0.7V sehingga transistor tidak aktif. Transistor tidak aktif sehingga relay juga tidak aktif. Load cell aktif dan mengukur benda dan menghasilkan tegangan dan arus output yang sangat kecil sehingga diperlukan Op-Amp untuk memperkuat tegangan dan arusnya. Tegangan dan arus yang telah diperkuat masuk ke relay dan mengaktifkan relay, sehingga medan magnet relay menarik saklar ke kanan dan arus mengalir ke motor1 untuk membuka gerbang tempat benda dikumpulkan.

2. Saat LDR tidak terhalang benda dan Load Cell tidak aktif 

Saat LDR terkena cahaya(karena benda yang diukur kecil sehingga cahaya yang ditembakkan ke LDR tidak tertutup) maka, arus yang mengalir sangat besar sehingga kaki basis transistor memiliki tegangan >0.7V. Transistor aktif dan relay juga aktif. Medan magnet relay menarik saklar ke kanan dan arus mengalir ke lampu sebagai peringatan bahwa tidak ada benda yang di ukur.

c. Video Simulasi[kembali]

d. Download File[kembali]

[HTML]

[Rangkaian]

[Video]

[Datasheet]

[Library]

[Pergi ke Tugas 3]