Instrumentasi Sistem Pengaturan Karakteristik Dasar...
-
Upload
truongcong -
Category
Documents
-
view
249 -
download
3
Transcript of Instrumentasi Sistem Pengaturan Karakteristik Dasar...
1Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Instrumentasi Sistem Pengaturan
Karakteristik Dasar Sensor
Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.Jurusan Teknik Elektro FTI ITS
Telp. 5947302 Fax.5931237Email: [email protected]
2Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Objektif:Karakteristik DasarSpesifikasi Statis
Akurasi SensifitasResolusiHysterisisRepeatabilityLinieritas
Spesifikasi Dinamis
3Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Karakteristik Dasar
Karakteristik yang digunakan untuk mengetahui performansi suatu sensor jika digunakan untuk pengukuran.Performansi suatu sensor dinyatakan dengan
Spesifikasi Statis danSpesifikasi Dinamis
4Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Spesifikasi Statik Sensor
Spesifikasi statik sensor menyatakan seberapabaik korelasi antara input fisik dan output listrikInput fisik menyatakan besaran fisik yangdiukur; diantaranya, posisi, kecepatan, level, flow, temperatur, tekanan, dll.Output listrik menyatakan besaran variabel listrik dapat berupa tegangan, arus, resistansi, induktansi, dan kapasitansi.
5Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Spesifikasi Statik (1)
Akurasi digunakan untuk menentukan erormaksimum yang diharapkan dari suatu sensor (dalam% eror)Bentuk :
Prosentase dari pembacaan skala maksimum (FS)FS instrumen 5 Volt dengan akurasi + 0,5% Volt rata-rata ketakpastian pengukuran + 0,025 Volt
Prosentase dari span (maks – min)Akurasi + 3% dari span tekanan dengan range 20 s/d 50 psiinakurasinya + 0,03(30 psi) = + 0,9 psi
Prosentase dari pembacaan aktualAkurasi Voltmeter + 3% inakurasinya + 0,06 Volt untukpembacaan 2 Volt
6Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Spesifikasi Statik (2)
Sensitifitas perubahan input yang kecil, sensor dapat memberikan output (ditunjukkan oleh fungsialih dari sensor)
Fungsi alih dari sensor temperatur 5mV/0C setiapperubahan input sebesar 10C menyebabkan output berubahsebesar 5mV.
Resolusi perubahan input terkecil yang menyebabkan terjadinya perubahan pada output.
7Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Kurva Tegangan Output Load Cell
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 100
Beban (kg)
Out
put (
mV)
Output 1Output 2
Spesifikasi Statik (3)Hysterisis sensor memberikan nilai output yang berbedauntuk pengukuran variabel input dari rendah ke tinggi ataudari tinggi ke rendah.
8Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Repeatability (Precision) digunakan untukmengukur seberapa baik sensor dapat memberikanoutput yang sama terhadap suatu input yang diberikan secara berulang-ulang.
%100scale
min max×
−=full
ityrepeatabil
Spesifikasi Statik (4)
9Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Akurasi versus Repeatability
Maksimum
Rata-rata
Minimum
9,9811,489,3210
9,9711,4310,089
10,0011,509,478
10,0811,589,027
10,0111,5110,946
9,9211,4210,505
9,9311,479,394
10,0211,5211,203
10,0311,5310,962
10,0011,5010,021
CBANo.
10Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Akurasi versus Precision
Accurate and PreciseAccurate and NOT Precise
NOT Accurate and PreciseNot Accurate or NOT Precise
11Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Bias, Precision, and Total Error
Bias Error
Total Error
Precision Error
X True X measured
12Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Types of Errors (1)
Perbedaan antara hasil pengukuran dan nilaisebenarnya. Error biasanya dinyatakan denganprosentase skala penuh (%FSO). Rasio ini menunjukkankeakurasian dari sebuah sensor.
Intrinsic, absolute, and relative errorIntrinsic Error adalah error yang memang sudah terdapat pada sensor;Absolute Error adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dibagi dengan nilaiyang diperoleh dari hasil pengukuran;Relative Error adalah perbandingan antara error absolut dengan nilaisebenarnya.
13Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Types of Errors (2)
Random error ini muncul jika dilakukan pengukuran secaraberulangkali untuk pengambilan data yang sama. Error inidisebabkan oleh friksi, suara, tegangan statik dan sebab lain.
Sistematic and Sensor errorSistematic Error biasanya konstan karena dipengaruhi oleh arus, effek zero dan ketidak linieran;Sensor Error adalah error yang didapatkan dari error yang terdapat padasensor.
14Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Spesifikasi Statik (5)
Linieritas pemetaan satu-satu antara input-output sebagai fungsi linier. Secara umum ada tiga bentukpenyajian linieritas:
Endpoint Linearity (linieritas awal-akhir);Independent straight-line linearity (linieritas garis lurus);Least-squares linearity (linieritas regresi).
15Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Gambar beberapa Bentuk LinieritasKurva Tegangan Load Cell
-5
0
5
10
15
20
25
0 20 40 60 80 1 00
Beban (kg)
Out
put (
mV
)
NaikTurunEndPoint Lin.Least SQR
16Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Least-square Linearity
Least-squares linearity (linieritas regresi) secaraumum dapat dituliskan sebagai berikut:
di mana : y = outputx = inputm = kemiringan (slope)b = konstanta (intercept)n = jumlah data pengamatan
bmxy +=
nxm
nyb
xxnyxxynm
Σ−
Σ=
Σ−ΣΣΣ−Σ
= 22 )()()(
17Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Contoh: Least-square Linearity
7,5401,09
6,4350,18
6299,87
4,8250,16
3,5200,15
3150,14
1,899,93
0,650,22
00,01
VoltpsiNo.Contoh:Suatu sensor tekanan mengubah tekanandalam range 0 – 450 psi ke dalamtegangan 0 – 8 Volt DC. Dapatkan persamaan linier daritegangan terhadap tekanan.
18Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Spesifikasi Dinamis
Spesifikasi yang menyatakan seberapa cepatperubahan output (respon) yang terjaditerhadap perubahan input.Respon bergantung pada:
tipe inputkondisi awal (initial conditions)karakteristik sistem
19Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Respon Sensor
Pengukuran respon sensor terhadap pemberian input :step, ramp, dan impuls
Respon transien: rise time, delay time, time constant, % overshoot, settling timeRespon dari steady state sampai tak hingga: percent error steady state
sinusfrequency response, high-frequency cutoff
20Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Type of Input
Step Ramp Impulse
Inpu
t, x
(t)
x0
Time, t
Inpu
t, x
(t)
Time, t
slope = a
Inpu
t, x
(t)
Time, tt0
0 tX X0 t0
0 >=<=X
0at t X0 t0
>=<=X
00
00
t t)(t t0)(
=∞=−≠=−
tttt
δδ
21Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Transfer Function
)()( 001 txbtyadtdya =+ )(tKxy
dtdy
=+τ
ty)(sensitivi
gain static K
constant time
0
0
0
1
→=
→=
aba
aτ)()1 )(( sKXssY =+τ
s 1)()(
τ+==
KsXsYTF
⇒
22Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Process Element Characteristic (1)
GainPerubahan input menyebabkan perubahan output secara cepat.Sensor temperatur mempunyai gain dalam unit (besaran) yang tetap, jika:
temperatur 10oC tegangan output 20 mVolttemperatur 20oC tegangan output 40 mVolt
CmVoltTF o=
23Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Integral
Laju perubahan output bergantung secaralangsung pada inputnya
∫=⇒= dt )( v 0 iio vKtKvdtdv
∫ ∫∞
+=0
000 dt 0 Kdt )( v
t
t
AKt
Process Element Characteristic (2)
vi
vo
t0
KAt0
A
t
t
24Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
First-orderSelf-regulating, jika diberikan input step makaoutputnya akan muncul secara eksponensial hinggakestabilan (level) yang baru tercapai
s 1Kτ+
input output
CR=τ
Process Element Characteristic (3)
h CR
fi
fo
25Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Response of a first-order systems to Step and Ramp input
0.632
τ1
K x fi
fi
τ3τ2 τ5τ4t
input
output
t
)t(K e K )t(y t ττ τ −+= −
transient steady state
26Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Dead timePerubahan pada input tidak menyebabkan perubahan output hingga waktu delay (dead) terlampaui
Biasanya merupakan delay transportasi (ada jarak yang harusdilampaui). Proses di industri banyak berupa dead time dan first-order. Jikadiberikan input step pada proses maka output berubah setelahwaktu delay terlampaui lalu muncul secara eksponensial.
Process Element Characteristic (4)
27Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Second-order
dua akar karakteristikreal berbedareal sama kompleks konjugat
22
2
2)()(
nn
n
sssXsY
ωζωω
++=
overdamped )1( ⇒>ζdamped critically )1( ⇒=ζ
dunderdampe )10( ⇒<< ζ
12 −±−= ζωζω nns
ratio damping : frequency natural :
ζω n
Process Element Characteristic (5)
28Instrumentasi Sistem Pengaturan - 02
Specifications of the Transient Response
Rise timeTime to pass from 10% to 90% of final value
Settling timeTime to reach the final value
Delay timeTime to reach 50% of final value
Peak timeTime required for the response to reach the first peak of the overshoot
Maximum overshootMax percent overshoot %100
)()()(×
∞
∞−=
yyty p