MATERI SENSOR ARUS
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:
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.
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.
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.
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
8535 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.
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.
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.
No comments:
Post a Comment