Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu bentuk
besaran fisik menjadi suatu bentuk besaran listrik sehingga dapat
dianalisa menggunakan rangkaina listrik tertentu.
Dalam suatu rangkaian elektronik terdapat tegangan, arus dan hambatan yang saling berhubungan. Ampere meter adalah alat untuk mengukur arus yang mengalir pada suatu rangkaian elektronik. Arus listrik yang mengalir pada suatu konduktor menimbulkan medan magnet. Oleh sebab itu arus listrik dapat diukur dengan besarnya medan magnet. Medan magnet dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
• Besar arus listrik
• Jarak medan magnet terhadap suatu titik pengukuran
• Arah medan magnet yang terbentuk
Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik. Sebuah medan magnet adalah medan vektor, yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.
Secara konvensional kuat arus dapat diukur dengan menghubungkan alat secara seri pada rangkaian. Cara ini memiliki kelemahan karena mengganggu aliran arus yang akan diukur. Kemajuan teknologi digital meningkatkan kemampuan alat ukur. Ukuran yang semakin kecil sehingga mudah digunakan disamping harga yang semakin murah juga didukung oleh kemajuan teknologi digital. Kemajuan ini menyebabkan penelitian-penelitian dapat dilakukan dengan lebih baik dan cepat. Alat ukur dapat tersusun atas bagian digital dan analog. Ada tiga bagian utama dalam suatu alat ukur, yaitu sensor, pengolah data dan penampil data. Alat ukur dengan penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang lebih teliti dan mudah dibaca karena tidak ada paralaks. Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa bagian yang memang tidak bisa mengabaikan kemampuan suatu rangkaian analog. Ada beberapa alat untuk mengukur arus yang sering disebut sensor arus.
Sensor arus sebatang kawat teraliri arus listrik menuju beban dilewatkan diantara cicin toroid dan sejumlah kawat email digulung pada cincin toroid tersebut maka kumparan kawat pada cincin tersebut akan menginduksikan arus listrik dari sebatang kawat arus tersebut. Dengan mengolah sinyal induksi pada kawat kumparan toroid tersebut maka akan diperoleh nilai arus yang dilewatkan untuk mensuplay beban pada ujung kawat arus. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.
Jenis penguat yang digunakan pada pengolah sinyal arus diatas merupakan penguat non inverting, pada bagian belakang diberikan sebuah dioda terpasang sebagai callper yang memotong sinyal dibawah sumbu nol dan kapasitor berfungsi sebagai pemurni tegangan DC. Sehingga pada rangkaian pengkondisi sinyal ini menghasilkan tegangan DC yang kompatibel terhadap kebutuhan tegangan ADC.
Macam sensor arus antara lain:
1. Sensor magnetic fluxgate
Dengan menggunakan sensor magnetik, arus dapat diukur tanpa harus mengganggu aliran arus, karena yang diukur hanya kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang akan diukur. Dalam tulisan ini akan ditunjukkan penggunaan sensor magnetik fluxgate untuk mengukur kuat arus. Dari hasil penelitian terlihat bahwa sensor magnetik fluxgate yang digunakan dapat mengukur kuat arus dalam daerah pengukuran yang cukup lebar dan dengan ketelitian ≤ 2 %.
Ada cukup banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, beberapa diantaranya adalah metode shunt resistif, transformator arus, dan sensor magnetik. Metode shunt resistif bekerja berdasarkan hukum Ohm yang menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan arus yang melalui resistor shunt, yaitu resistor yang dihubungkan secara seri dengan beban yang hendak diukur arusnya. Cara ini menawarkan ketelitian yang bagus dan offset yang rendah, tetapi tanpa isolasi elektris. Selain itu drift termalnya tinggi. Hal ini memungkinkan terjadinya transient spikes yang dapat merusak sensor dan berpotensi menyebabkan peralatan elektronik mengalami kelebihan beban.
Transformator arus terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang dililitkan pada suatu inti magnetik. Arus yang hendak dideteksi dialirkan ke kumparan primer. Arus ini menghasilkan suatu medan magnet yang mengimbas ke kumparan sekunder. Inti magnetik pada transformator berfungsi untuk membuat agar fluks magnetik yang dihasilkan kumparan primer sebanyak mungkin menembus kumparan sekunder. Perubahan fluks yang dihasilkan arus primer menyebabkan timbulnya tegangan listrik induksi pada kumparan sekunder. Arus yang dibangkitkan pada kumparan sekunder sebanding dengan arus primer, dan nisbah kedua arus ini ditentukan oleh nisbah jumlah lilitan masing-masing kumparan. Transformator arus memang menawarkan isolasi elektris, tetapi alat ini hanya bekerja untuk aplikasi arus bolak-balik (AC). Selain itu, transformator umumnya berukuran relatif besar sehingga memerlukan tempat yang besar pula.
Sensor magnetik dapat digunakan untuk mengatasi keterbatasan pada kedua metode pengukuran arus di atas. Sensor magnetik fluxgate menawarkan solusi berupa sensitivitas yang tinggi, ukuran yang kecil, dan reliable. Selain itu piranti ini dapat digunakan untuk penginderaan arus tanpa kontak. Jadi dengan menggunakan sensor ini pengukuran dapat dilakukan tanpa harus merusak rangkaian elektrisnya. Metode ini memungkinkan untuk pengisolasian sistem elektris serta memproteksi sensor dan rangkaian elektronik pendukungnya.
Sensor magnetik fluxgate bekerja berdasarkan prinsip diferensial. Dengan cara ini maka gangguan/nois yang berasal dari lingkungan seperti temperatur atau pengaruh lingkungan lainnya akan saling menghilangkan dan sensor dapat mengukur medan magnet yang sangat lemah. Untuk mengatasi gangguan sinyal frekuensi tinggi, pada sensor dipasang filter lolos rendah orde dua.
2. Sensor efek hall atau hall effect sensor
Untuk mengukur daya listrik lampu pijar, yang paling penting adalah pengukuran arusnya. Salah satu sensor arus yang dapat digunakan adalah sensor efek hall. Untuk mengukur arus bisa digunakan trafo arus atau sensor efek hall. Sensor efek hall dapat digunakan untuk menyensor arus karena sensor efek hall merespon medan magnet, sedangkan medan magnet yang ditimbulkan arus selalu sebanding dengan besar arusnya. Ini membuat sensor efek hall baik digunakan sebagai sensor arus.
Sensor arus AC-nya adalah sensor efek hall yang dapat mengukur medan magnet disekitar kawat berarus. Agar medan magnetnya cukup kuat dan bisa terukur sensor efek hall, maka dibuat lilitan dengan inti ferit yang medan magnetnya dibuat menembus sensor. Arus yang dilewatkan ke lilitan adalah arus yang telah disearahan terlebih dahulu. Jumlah lilitan dan inti ferit sangat mempengaruhi besar penguatan medannya.
Isyarat dari sensor efek hall menunjukkan medan nol pada tegangan 2,5 V. Tegangannya akan berubah jika terjadi perubahan medan magnet. Isyarat ini diperkuat, dan kemudian difilter sehingga outputnya berupa tegangan DC yang berbanding lurus terhadap perubahan arusnya.
Sensor arus dengan prinsip efek hall dapat mengukur arus dengan sangat tepat. Di samping itu sensor medan magnet ini dapat dimanfaatkan dalam banyak keperluan, karena medan magnet dapat direspon dalam range frekuensi yang cukup besar. Semuanya tergantung dari kualitas penguatan sinyalnya.
Hall effect sensor yang diaplikasikan untuk mengukur arus listrik. Ampere meter saat ini penggunaannya dipasang secara seri dengan memutuskan kabel yang ada pada rangkaian atau menggunakan tang Ampere. Oleh karena itu dilakukan penelitian untuk mengukur arus listrik menggunakan hall effect sensor dengan metode mendeteksi besarnya medan magnet pada suatu kabel yang dialiri arus listrik. Jadi untuk mengukur arus, hall effect sensor hanya didekatkan pada kabel yang akan diukur.
Dalam pembuatan ampere meter ini menggunakan sebuah mikrokontroler tipe AVR ATMega 8. AVR ATMega 8 memiliki fitur tambahan seperti ADC internal dan internal clock osscilator. Pada alat ukur arus ini AVR berfungsi sebagai pengatur dari komponen seperti LCD (Liquid Crystal Display) dan sebagai pengolah data. Output dari sensor diolah terlebih dahulu oleh rangkaian amplifier baru kemudian data analog yang ada diubah oleh AVR menjadi data digital dan ditampilkan hasilnya melalui LCD.
3. Digital clamp ampere meter
Ampere meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter.
Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk arus yang besar ditambhan dengan hambatan shunt.
Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.
Pengukuran arus menggunakan metode lama kini sudah mulai digantikan dengan sistem clamp. Sistem clamp menggunakan prinsip hukum Faraday yang mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang akan mengalir pada kumparan itu. Pada tahap awal dipergunakan kumparan yang dibuat sendiri, tetapi karena hasilnya kurang memuaskan, dipergunakan kumparan dari clamp bekas. Sistem dibatasi untuk mengukur arus AC dengan range 1mA sampai dengan 1,999A. Ampere meter ini harus mudah dibawa (portable), sehingga sumber tegangannya dari baterai. Hasil pengukuran ditampilkan ke 3½ 7-segment yang merupakan keluaran dari ICL7107.
Secara umum, Faraday mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang mengalir pada kumparan. Apabila jumlah lilitan semakin besar, maka semakin besar pula tegangan yang dapat diukur di kedua ujung kumparan itu. Tegangan yang terukur di kumparan itu biasanya dalam orde mili volt. Arus AC yang mengalir pada sebuah kabel akan memberikan perubahan fluks, sehingga besarnya arus tersebut dapat diukur dengan menggunakan sistem clamp.
ICL 7107 adalah sebuah ADC yang keluarannya dapat langsung ditampilkan ke 3½ 7-segment. IC ini menerima input tegangan maksimal 2V. Penggunaan komponen yang minimal membuat pengguna dapat secara langsung merangkainya dengan mudah.
Dalam suatu rangkaian elektronik terdapat tegangan, arus dan hambatan yang saling berhubungan. Ampere meter adalah alat untuk mengukur arus yang mengalir pada suatu rangkaian elektronik. Arus listrik yang mengalir pada suatu konduktor menimbulkan medan magnet. Oleh sebab itu arus listrik dapat diukur dengan besarnya medan magnet. Medan magnet dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain:
• Besar arus listrik
• Jarak medan magnet terhadap suatu titik pengukuran
• Arah medan magnet yang terbentuk
Medan magnet adalah suatu medan yang dibentuk dengan menggerakkan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik yang bergerak lainnya. Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik. Sebuah medan magnet adalah medan vektor, yaitu berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan tersebut.
Secara konvensional kuat arus dapat diukur dengan menghubungkan alat secara seri pada rangkaian. Cara ini memiliki kelemahan karena mengganggu aliran arus yang akan diukur. Kemajuan teknologi digital meningkatkan kemampuan alat ukur. Ukuran yang semakin kecil sehingga mudah digunakan disamping harga yang semakin murah juga didukung oleh kemajuan teknologi digital. Kemajuan ini menyebabkan penelitian-penelitian dapat dilakukan dengan lebih baik dan cepat. Alat ukur dapat tersusun atas bagian digital dan analog. Ada tiga bagian utama dalam suatu alat ukur, yaitu sensor, pengolah data dan penampil data. Alat ukur dengan penampil digital memberikan banyak kemudahan seperti pembacaan yang lebih teliti dan mudah dibaca karena tidak ada paralaks. Pengolahan data juga lebih mudah dilakukan secara digital, walaupun ada beberapa bagian yang memang tidak bisa mengabaikan kemampuan suatu rangkaian analog. Ada beberapa alat untuk mengukur arus yang sering disebut sensor arus.
Sensor arus sebatang kawat teraliri arus listrik menuju beban dilewatkan diantara cicin toroid dan sejumlah kawat email digulung pada cincin toroid tersebut maka kumparan kawat pada cincin tersebut akan menginduksikan arus listrik dari sebatang kawat arus tersebut. Dengan mengolah sinyal induksi pada kawat kumparan toroid tersebut maka akan diperoleh nilai arus yang dilewatkan untuk mensuplay beban pada ujung kawat arus. Dengan metode ini arus yang dilewatkan akan terbaca pada fungsi besaran tegangan berbentuk gelombang sinusoidal.
Jenis penguat yang digunakan pada pengolah sinyal arus diatas merupakan penguat non inverting, pada bagian belakang diberikan sebuah dioda terpasang sebagai callper yang memotong sinyal dibawah sumbu nol dan kapasitor berfungsi sebagai pemurni tegangan DC. Sehingga pada rangkaian pengkondisi sinyal ini menghasilkan tegangan DC yang kompatibel terhadap kebutuhan tegangan ADC.
Macam sensor arus antara lain:
1. Sensor magnetic fluxgate
Dengan menggunakan sensor magnetik, arus dapat diukur tanpa harus mengganggu aliran arus, karena yang diukur hanya kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang akan diukur. Dalam tulisan ini akan ditunjukkan penggunaan sensor magnetik fluxgate untuk mengukur kuat arus. Dari hasil penelitian terlihat bahwa sensor magnetik fluxgate yang digunakan dapat mengukur kuat arus dalam daerah pengukuran yang cukup lebar dan dengan ketelitian ≤ 2 %.
Ada cukup banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, beberapa diantaranya adalah metode shunt resistif, transformator arus, dan sensor magnetik. Metode shunt resistif bekerja berdasarkan hukum Ohm yang menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan arus yang melalui resistor shunt, yaitu resistor yang dihubungkan secara seri dengan beban yang hendak diukur arusnya. Cara ini menawarkan ketelitian yang bagus dan offset yang rendah, tetapi tanpa isolasi elektris. Selain itu drift termalnya tinggi. Hal ini memungkinkan terjadinya transient spikes yang dapat merusak sensor dan berpotensi menyebabkan peralatan elektronik mengalami kelebihan beban.
Transformator arus terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang dililitkan pada suatu inti magnetik. Arus yang hendak dideteksi dialirkan ke kumparan primer. Arus ini menghasilkan suatu medan magnet yang mengimbas ke kumparan sekunder. Inti magnetik pada transformator berfungsi untuk membuat agar fluks magnetik yang dihasilkan kumparan primer sebanyak mungkin menembus kumparan sekunder. Perubahan fluks yang dihasilkan arus primer menyebabkan timbulnya tegangan listrik induksi pada kumparan sekunder. Arus yang dibangkitkan pada kumparan sekunder sebanding dengan arus primer, dan nisbah kedua arus ini ditentukan oleh nisbah jumlah lilitan masing-masing kumparan. Transformator arus memang menawarkan isolasi elektris, tetapi alat ini hanya bekerja untuk aplikasi arus bolak-balik (AC). Selain itu, transformator umumnya berukuran relatif besar sehingga memerlukan tempat yang besar pula.
Sensor magnetik dapat digunakan untuk mengatasi keterbatasan pada kedua metode pengukuran arus di atas. Sensor magnetik fluxgate menawarkan solusi berupa sensitivitas yang tinggi, ukuran yang kecil, dan reliable. Selain itu piranti ini dapat digunakan untuk penginderaan arus tanpa kontak. Jadi dengan menggunakan sensor ini pengukuran dapat dilakukan tanpa harus merusak rangkaian elektrisnya. Metode ini memungkinkan untuk pengisolasian sistem elektris serta memproteksi sensor dan rangkaian elektronik pendukungnya.
Sensor magnetik fluxgate bekerja berdasarkan prinsip diferensial. Dengan cara ini maka gangguan/nois yang berasal dari lingkungan seperti temperatur atau pengaruh lingkungan lainnya akan saling menghilangkan dan sensor dapat mengukur medan magnet yang sangat lemah. Untuk mengatasi gangguan sinyal frekuensi tinggi, pada sensor dipasang filter lolos rendah orde dua.
2. Sensor efek hall atau hall effect sensor
Untuk mengukur daya listrik lampu pijar, yang paling penting adalah pengukuran arusnya. Salah satu sensor arus yang dapat digunakan adalah sensor efek hall. Untuk mengukur arus bisa digunakan trafo arus atau sensor efek hall. Sensor efek hall dapat digunakan untuk menyensor arus karena sensor efek hall merespon medan magnet, sedangkan medan magnet yang ditimbulkan arus selalu sebanding dengan besar arusnya. Ini membuat sensor efek hall baik digunakan sebagai sensor arus.
Sensor arus AC-nya adalah sensor efek hall yang dapat mengukur medan magnet disekitar kawat berarus. Agar medan magnetnya cukup kuat dan bisa terukur sensor efek hall, maka dibuat lilitan dengan inti ferit yang medan magnetnya dibuat menembus sensor. Arus yang dilewatkan ke lilitan adalah arus yang telah disearahan terlebih dahulu. Jumlah lilitan dan inti ferit sangat mempengaruhi besar penguatan medannya.
Isyarat dari sensor efek hall menunjukkan medan nol pada tegangan 2,5 V. Tegangannya akan berubah jika terjadi perubahan medan magnet. Isyarat ini diperkuat, dan kemudian difilter sehingga outputnya berupa tegangan DC yang berbanding lurus terhadap perubahan arusnya.
Sensor arus dengan prinsip efek hall dapat mengukur arus dengan sangat tepat. Di samping itu sensor medan magnet ini dapat dimanfaatkan dalam banyak keperluan, karena medan magnet dapat direspon dalam range frekuensi yang cukup besar. Semuanya tergantung dari kualitas penguatan sinyalnya.
Hall effect sensor yang diaplikasikan untuk mengukur arus listrik. Ampere meter saat ini penggunaannya dipasang secara seri dengan memutuskan kabel yang ada pada rangkaian atau menggunakan tang Ampere. Oleh karena itu dilakukan penelitian untuk mengukur arus listrik menggunakan hall effect sensor dengan metode mendeteksi besarnya medan magnet pada suatu kabel yang dialiri arus listrik. Jadi untuk mengukur arus, hall effect sensor hanya didekatkan pada kabel yang akan diukur.
Dalam pembuatan ampere meter ini menggunakan sebuah mikrokontroler tipe AVR ATMega 8. AVR ATMega 8 memiliki fitur tambahan seperti ADC internal dan internal clock osscilator. Pada alat ukur arus ini AVR berfungsi sebagai pengatur dari komponen seperti LCD (Liquid Crystal Display) dan sebagai pengolah data. Output dari sensor diolah terlebih dahulu oleh rangkaian amplifier baru kemudian data analog yang ada diubah oleh AVR menjadi data digital dan ditampilkan hasilnya melalui LCD.
3. Digital clamp ampere meter
Ampere meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter.
Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk arus yang besar ditambhan dengan hambatan shunt.
Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.
Pengukuran arus menggunakan metode lama kini sudah mulai digantikan dengan sistem clamp. Sistem clamp menggunakan prinsip hukum Faraday yang mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang akan mengalir pada kumparan itu. Pada tahap awal dipergunakan kumparan yang dibuat sendiri, tetapi karena hasilnya kurang memuaskan, dipergunakan kumparan dari clamp bekas. Sistem dibatasi untuk mengukur arus AC dengan range 1mA sampai dengan 1,999A. Ampere meter ini harus mudah dibawa (portable), sehingga sumber tegangannya dari baterai. Hasil pengukuran ditampilkan ke 3½ 7-segment yang merupakan keluaran dari ICL7107.
Secara umum, Faraday mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang mengalir pada kumparan. Apabila jumlah lilitan semakin besar, maka semakin besar pula tegangan yang dapat diukur di kedua ujung kumparan itu. Tegangan yang terukur di kumparan itu biasanya dalam orde mili volt. Arus AC yang mengalir pada sebuah kabel akan memberikan perubahan fluks, sehingga besarnya arus tersebut dapat diukur dengan menggunakan sistem clamp.
ICL 7107 adalah sebuah ADC yang keluarannya dapat langsung ditampilkan ke 3½ 7-segment. IC ini menerima input tegangan maksimal 2V. Penggunaan komponen yang minimal membuat pengguna dapat secara langsung merangkainya dengan mudah.
0 komentar:
Posting Komentar