INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN

Kuliah ke6

Waktu2 x 50 menit

Topik 5. Pengkondisian Sinyal

Sub-topik 5.1 Rangkaian Potensiometer5.2 Rangkaian Jembatan Wheatstone

PENYESUAI SINYAL(Signal Conditioning)

5.1 RANGKAIAN POTENSIOMETER

5.1.1 POTENSIOMETER TEGANGAN TETAP

Rangkaian ini pada dasarnya sebuah rangkaian pembagi tegangan.

Gambar 5.1 Rangkaian potensiometer tegangan tetap

Tegangan keluar,

dengan,vs adalah tegangan sumber (masukan);r adalah rasio resistansi R2/R1

Rangkaian potensiometer tegangan tetap dapat digunakan sebagai pengukur GGL (gaya gerak listrik) sel elektrokimia. Dengan memasang sel pada terminal keluaran, kemudian mengatur perbadingan R2/R1 sehingga tidak ada arus yang mengalir pada keluaran, maka tegangan keluar, vo,sama dengan GGL sel.

1

5.1.2 POTENSIOMETER ARUS TETAP

Rangkaian potensiometer arus tetap adalah sebagai berikut.

Gambar 5.2 Rangkaian potensiometer arus tetap.

Tegangan keluar, vo, adalah,vo = iR1

Rangkaian potensiometer arus tetap memberikan hubungan linier antara tegangan keluar dan resistansi R1.

5.2 JEMBATAN WHEATSTONE

Rangkaian jembatan Wheatstone merupakan metode tradisional untuk mengukur perubahan kecil resistansi. Rangkaian bekerja dengan melakukan konversi dari perubahan resistansi menjadi tegangan keluar.

Jembatan Seimbang (balanced). Resistansi sensor ditentukan dari nilai tiga resistor lain.

Jembatan Tak Seimbang (unbalanced). Perubahan resistansi sensor menghasilkan perbedaan tegangan antara dua titik (A dan B).

Baik metode seimbang maupun tak seimbang, rangkaian jembatan Wheatsone dibedakan atas jembatan dengan tegangan tetap dan jembatan dengan arus tetap.

5.2.1 JEMBATAN WHEATSTONE SEIMBANG

Skema rangkaian jembatan seimbang sama dengan rangkaian sebelumnya (gambar 5.3). Pada gambar tersebut Rs sebagai resistansi sensor yang tak diketahui. Resistor R2 dan R4

adalah resistor tetap. Sedangkan R3 adalah resistor variabel yang resistansinya telah dikalibrasi pada rentang tertentu. Resistor variabel R3 diatur sampai tegangan keluar (vo) menunjukkan nilai nol (vA = vB). Jika ini terjadi, jembatan disebut dalam keadaan seimbang, dan berlaku,

2

atau

Jika nilai R3 dan diketahui secara teliti, maka nilai Rs dapat ditentukan dengan teliti.

Gambar 5.3 Rangkaian jembatan Wheatstone.

5.2.2 JEMBATAN WHEATSTONE TAK SEIMBANG

Dalam jembatan tak seimbang, resistror R2, R3, dan R4 dibuat tetap sehingga jembatan seimbang jika resistansi Rs pada nilai awal tertentu. Pada keadaan ini nilai Rs disebut Rbal

untuk nilai resistansi seimbang.

Rangkaian jembatan tak seimbang menghasilkan tegangan keluar (vo) yang proporsional dengan perbandingan Rs dan Rbal. Jika didefinisikan,

dengan, = fraksi rasio Rs dan Rbal

dengan, = rasio pembagi tegangan untuk tegangan yang melintas resistor R3. Persamaan jembatan dikembangkan dengan menerapkan hukum pembagi tegangan,

sehingga dihasilkan,

3

Contoh 5.1Sebuah RTD platina memiliki hubungan resistansi dengan suhu sebagai berikut.

T (oC) R ()0255075100

100109,8119,8129,6139,3

Jembatan Wheatstone tak seimbang digunakan untuk konversi R ke sinyal tegangan. Resistansi seimbang sebesar 119,8 . Jika tegangan sumber 10 V dan R3/Rbal = R2/Rbal = 1, tentukan:(a) resistansi R2, R3, dan R4;(b) nilai ;(c) nilai pada suhu 0, 25, 50, 75, dan 100 oC;(d) tegangan keluar pada suhu 0, 25, 50, 75, dan 100 oC;

Penyelesaian

(a) R3/Rbal = 1 dan R2/Rbal = 1Rbal = 119,8 Sehingga, R2 = R3 = 119,8

Dari persamaan saat jembatan seimbang,

maka, R4 = 119,8

(b) = 0,5

(c) pada tiap suhu ditampilkan pada tabel berikut.

Suhu (oC) vo (volt)0255075100

-0,1653-0,0835

00,08180,1628

-0,3969-0,2045

00,208770,42427

4