Displacement, acceleration, vibration, velocity, force and torque

Presentasi berjudul: "Displacement, acceleration, vibration, velocity, force and torque"— Transcript presentasi:

1 Displacement, acceleration, vibration, velocity, force and torque
Teknik pengukuran dan alat ukur 11

2 Sensor Pengukuran massa Displacement sensor
Potentiometer LVDT Pengukuran acceleration and vibration Seismic transducer Transducer untuk pengukuran kejutan dan getaran Pengukuran kecepatan Kecepatan linear Kecepatan sudut Pengukuran gaya Load cells Pengukuran torsi Pengukuran daya mekanik

3 Pendahuluan Sensor untuk mengukur gaya, torsi, atau tekanan biasanya terdiri dari bagian elastis yang mengubah besaran mekanik menjadi defleksi atau regangan Biasanya sensor defleksi atau susunan strain gauge digunakan untuk menghasilkan sinyal elektrik yang sebanding dengan besaran yang diinginkan yaitu gaya, torsi atau tekanan

4 Pengukuran massa Menggunakan timbangan
Prinsip kerja: keseimbangan kedua lengan, yaitu keseimbangan antara massa yang diukur dengan anak timbangan yang digunakan Necara yang sering digunakan neraca O’Hauss tiga lengan atau dua lengan

5 Pengukuran massa Cara mengukur massa: neraca
Neraca pasar (neraca platform)  banyak digunakan di pasar tradisional Besaran Massa dan Alat Ukurnya

6 Pengukuran massa Neraca dua lengan
Neraca tiga lengan  digunakan di laboratorium dengan batas pengukuran 500 gr dan 1000 gr, ketelitidan dapat mencapai 10 mg. Penggunaan dengan menggeser-geser penunjuk skala pada tiga lengan sehingga tercapai keseimbangan

7 Pengukuran massa Neraca O’Hauss 3 lengan Hasil pembacaan 225.5 gr

8 Pengukuran massa Neraca elektronik  digunakan di laboratorium dengan ketelitian yang tinggi Neraca analitis  banyak digunakan oleh penjual emas dan laboratorium

9 Timbangan - aplikasi sensor gaya

10 Pengukuran displacement
Potensiometer Linear Variable Differential Transformer (LVDT)

11 Potensiometer Merupakan alat ukur tegangan listrik (emf) yang tidak diketahui dengan membandingkan emf yang diketahui atau emf standar Selain itu juga dapat digunakan untuk kalibrasi ammeter, voltmeter, wattmeter Principle of Potentiometer Potentiometer- Slide Wire Potentiometer

12 Potensiometer Prinsip kerja
Dua baterai dihubungkan satu sama lain dengan kutub sejenis melalui sebuah galvanometer seperti pada rangkaian .

13 Potensiometer Kemudian sebuah baterai dihubungkan dengan resistor melalui suatu switch dan rheostat, dan terjadi penurunan tegangan. Pengukuran tegangan dilakukan dengan cara menggeser titik kontak pada potensiometer sehingga galvanometer menunjukkan angka nol. Rheostat berfungsi untuk mengatur harga arus yang melalui potensiometer yang berarti mengatur harga skala pada kontak geser potensiometer

14 Potensiometer Pengukuran dengan potensiometer sistem nol yaitu bila galvanometer telah menunjukkan angka nol yang berarti emf yang diukur sama dengan emf pembanding

15 Potensiometer Cara mengukur resistansi pada potensiometer
Cara Mengukur Potensiometer dengan Multimeter

16 Linear Variable Differential Transformer (LVDT)
Konstruksi dan cara kerja LVDT Untuk mengukur linear displacement Construction and Working LVDT - Dragonfly Education Linear Variable Differential Trasformer (LVDT)

17 LVDT LVDT termasuk transduser induktansi
Induktansi dipengaruhi oleh sejumlah faktor seperti jumlah lilitan kumparan, ukuran kumparan dan permeabilitas fluks. LVDT terdiri dari sebuah kumparan primer, 2 buah kumparan sekunder, sebuah selongsong silinder, sebuah inti yang dapat bergeser.

18 LVDT Kumparan sekunder memiliki jumlah gulungan yang sama dan ditempatkan dengan jarak yang sama dari kumparan primer Selongsong silinder terbuat dari bahan non-magnetic dan material isolasi Inti terbuat dari bahan besi lunak (bersifat magnetis) Gulungan utama dihubungkan dengan sumber listrik AC, gulungan sekunder dengan voltmeter Benda terukur dikontakkan pada lengan dari inti besi Metode pengukuran perpindahan

19 LVDT Inti besi ditempatkan secara longitudinal untuk mengurangi kerugian arus eddy Ketika gulungan utama mengalami rangsangan dari sumber AC, maka akan menghasilkan medan magnet yang menginduksi tegangan arus pada kumparan sekunder Perbedaan output yang melewati kumparan sekunder diukur dengan voltmeter

20 Posisi tengah, kanan dan kiri

21

22 Pengukuran acceleration and vibration
Pengukuran getaran mengacu pada displacement (perpindahan), kecepatan dan percepatan Analisa getaran banyak digunakan untuk prediksi awal terhadap masalah pada mekanikal, elektrikal, dan proses pada peralatan, mesin-mesin dan sistem proses yang kontinu di pabrik sebagai predictive maintenance.

23 Pengukur getaran Analisa getaran dapat digunakan untuk pengendalian mutu, pengendalian kebisingan, mendeteksi kelonggaran dan kebocoran, desain dan rekayasa mesin serta optimasi produksi.

24 Seismic transducer Seismik transducer terdiri dari sistem pegas, massa dan peredam (damping), protective housing dan output transducer

25 Seismic transducer Untuk mendapatkan hasil yang spesifik, transducer perlu diletakkan pada landasan rigid terhadap getaran lain Output transducer dipertimbangkan sebagai posisi. Pada kondisi lain, displacement dari seismic mass diberikan dari pengukuran langsung terhadap percepatan dari housingnya untuk mengilustrasikan relative displacement dan percepatannya.

26 Seismic transducer Respon seismic transducer terhadap percepatan konstan

27 Pengukur getaran Gerakan massa dari posisi awal menuju atas dan bawah lalu kembali ke posisi semula dinyakan sebagai satu siklus getar, sedangkan waktu yang diperlukan satu periode getaran. Jika jumlah siklus dihitung pada suatu selang waktu tertentu maka dikatakan sebagai frekuensi getaran

28 Pengukur getaran Sistem getaran sederhana

29 Pengukur getaran Karakteristik lain dari getaran yaitu Perpindahan
Mengindikasi berapa jauh objek bergetar Kecepatan Mengindikasi berapa cepat objek bergetar Percepatan Mengindikasi objek bergetar terkait dengan gaya penyebab getaran

30 Pengukur getaran Karakteristik dan satuan getaran

31 Pengukur getaran Frekuensi f = 1/T
Frekuensi lingkaran  = 2(1/T) sehingga  = 2f Untuk gerak harmonik, hubungan antara perpindahan maksimum dan waktu dapat dinyatakan x = X sin t Kecepatan gerak harmonik: dx/dt Percepatan gerak harmonik: d2x/dt2

32 Pengukur getaran Faktor pemilihan parameter Percepatan Kecepatan
Digunakan pada frekuensi tinggi Digunakan ketika diperlukan transducer berukuran kecil dan massa kecil Kecepatan Digunakan pada frekuensi sedang Digunakan jika pengukuran getaran perlu dikorelasi dengan pengukuran bunyi

33 Pengukur getaran Strain Perpindahan Digunakan pada frekuensi rendah
Digunakan ketika amplitudo dan perpindahan sangat penting misalnya komponen tidak boleh tersentuh atau jika nilai perpindahan melebihi natas akan merusak mesin Strain Digunakan ketika sebagian spesimen perlu diuji variasi strain-nya terhadap pengaruh getaran pada frekuensi rendah

34 Pengukur getaran Hubungan perpindahan, kecepatan dan percepatan

35 Pengukur getaran Gerak periodik, dihasilkan oleh getaran bebas sistem dengan banyak derajat kebebasan, dimana getaran tiap frekuensi natural memberi sumbangan gelombang sinyal. Getaran semacam ini menghasilkan bentuk gelombang kompleks

36 Pengukur getaran Vibrometer Laser vibrometer

37 Pengukuran kecepatan Pergeseran atau perpindahan biasanya diukur langsung sedangkan kecepatan didapatkan dengan mengintegrasi sinyal-sinyal percepatan. Kecepatan v = ds/dt atau  = d/dt dan percepatan a = dv/dt = d2s/dt2 atau  = d2/dt2

38 Pengukuran kecepatan Proses diferensiasi memperbesar kesalahan sehingga jarang digunakan untuk menentukan v atau a Proses integrasi mengurangi kesalahan dan dapat digunakan untuk menentukan v denga mengintegrasi a atau menentukan s dengan mengintegrasi v

39 Pengukuran kecepatan Linear Angular
Medan magnet yang sesuai dengan kecepatan untuk mengukur gerak terhadap konduktor tetap Angular Gerakan konduktor yang sesuai dengan kecepatan untuk mengukur gerak terhadap medan magnet tetap Working of speedometer Animation | How speedometer works | Eddy current type

40 Pengukuran kecepatan Transducer untuk pengukuran kecepatan linear dan kecepatan sudut

41 Pengukuran kecepatan Hubungan tegangan dengan kecepatan pada konduktor dalam medan magnet vT tegangan yang dibangkitkan transducer B kuat medan magnet (kerapatan flux normal) dengan kecepatan l panjang konduktor V kecepatan

42 Pengukuran kecepatan angular
Menggunakan generator DC atau AC Generator AC dipakai untuk mengukur kecepatan sudut rata-rata Measuring angular velocity

43 Pengukuran kecepatan angular
Sistem laser doppler Prinsipnya menggunakan penunjukkan sinar laser yang dibagi menjadi 2 sinar, sinar referensi internal dan sinar sinyal. Sinar sinyal difokuskan pada permukaan bergeak oleh cermin scanning. Panjang lintasan sinar sinyal berunah sebagai geark permukaan refleksi sehingga intensitas cahaya dimodulasi dari terang ke gelap seperti cahaya dari dua sinar saling menguatkan atau menghilangkan satu sama lain

44 Pengukur gaya Load cell https://www.youtube.com/watch?v=wzw-UHSJFu4
Macam-macam load cell Tipe link Tipe beam Tipe ring Tipe shear

45 Load cell tipe link Tipe link sederhana dengan 4 strain gage yang disambungkan pada 2 arah axial dan 2 arah transversal. 4 strain gage dirangkai ke dalam jembatan Wheatstone dengan gage axial dalam lengan 1 dan 3 dari jembatan dan gage transversal dalam lengan 2 dan 4

46 Load cell tipe link

47 Strain aksial a dan strain transversal t
A luas penampang link E modulus elastisitas material link  Poisson rasio material link

48 Respon dari gage terhadap beban P
Dengan tegangan keluaran v0 dari jembatan Wheatstone dalam bentuk dari beban P

49 Konstanta pembanding atau konstanta kalibrasi
Sensitivitas kombinasi load cell

50 Sehingga sensitivitas tergantung pada luas penampang link (A), konstanta elastik material yang dipakai pembuatan link (E dan ), faktor gage dari strain gage (Sg) dan tegangan masukan pada jembatan Wheat stone (vs) Beban maksimum pada load cell tergantung pada luas penampang link dan fatique strength (Sf)

51 Rasio tegangan pada beban maksimum
Beban P pada load cell ketika skala penuh

52 Load cell tipe beam Load cell tipe beam
Untuk mengukur beban level rendah dimana load cell tipe link terlalu kaku Kantilever beam bertindak sebagai membran elastik 2 strain gage dipasang pada permukaan atas dan 2 lainnya pada permukaan bawah

53 Load cell tipe beam

54 Load cell tipe beam Strain akibat beban P atau momen M =Px, dimana x adalah lokasi strain gage Respon dari strain gage b dan h: lebar dan tinggi penampang beam

55 Load cell tipe beam Tegangan keluaran v0 atau Sensitivitas

56 Load cell tipe beam Beban maksimum pada load cell, bila gage diletakkan delat beam support Mgage  Mmax Rasio tegangan pada beban maksimum

57 Load cell tipe ring dengan strain gage
Dirancang untuk mengakomodasi range besar pada beban dengan variasi radius R, ketebalan t dan radius dalam ring w. Sensor yang digunakan ada 2 macam, strain gage atau LVDT LVDT dipakai untuk mengukur pengusutan dan pemuaian diametrik  dari ring

58 Load cell tipe ring dengan strain gage

59 Load cell tipe ring dengan LVDT

60 Load cell tipe ring Sensitivitas load cell tipe ini dengan LVDT tergantung pada geometri ring (R, t, w), material ring (E) dan karakteristik LVDT(S dan vs)

61 Load cell tipe shear

62 Diketahui sebagai load cell flat atau profile rendah
Berguna untuk aplikasi ruang yang dibatasi sepanjang garis aksi beban Terdiri dari inner loading hub dan outer supporting flange yang dihubungkan oleh continous shear web Jenis ini kompak dan kaku, dapat dipakai untuk mengukur beban dinamik pada frekuensi tinggi

63 Torque cell Pengukur torsi
Cell torque merupakan transducer yang mengubah torsi kedalam sinyal keluaran listrik Ada 2 tipe: Instalasi pada fixed shaft Instalasi pada rotating shaft (pemakaiannya lebih rumit karena sinyal listrik harus ditransmisikan dari rotating shaft ke stasiun instrumen stasioner)

64 Torque cell Mirip dengan load cell
Terdiri dari elemen mekanik (biasanya shaft dengan penampang bulat) dan sesor (biasanta strain gage tahanan listrik)

65 Torque cell Shaft bulat dengan empat strain gage dipasang pada 2 helix tegak lurus 45 yang diameternya bertolak belakang satu dengan lainnya Gage 1 dan 3 dipasang pada right hand helix, menerima strain positif, gage 2 dan 4, dipasang pada left hand helix, menerima strain negatif

66 Torque cell Shearing stress  pada shaft bulat dengan torsi T
D diameter shaft J momen inersia penampang bulang Untuk torsi murni, maka stress normal x = y = z = 0, maka

67 Torque cell Tegangan Strain 1 dan 2 Respon strain gage

68 Torque cell Hubungan antara tegangan keluaran v0 dan torsi T Atau
Dimana

69 Torque cell Sensitivitas Torsi maksimum yang bisa diakomodasi
Rasio tegangan pada torsi maksimum

70 Dinamometer Mesin yang digunakan untuk mengukur torsi dan kecepatan putar dari tenaga yang dihasilkan atau yang diperlukan oleh suatu mesin, motor atau penggerak berputar lain Dinamometer ada yang pasif dan aktif. Dinamometer pasif dirancang untuk dikemudikan, sedang dinamometer aktif digunakan sebagai penggerak atau penyerap tenaga

71 Prinsip kerja dinamometer pasif (absorbsi)
Bertindak sebagai pemberi beban yang digerakkan oleh mesin pada saat pengujian, dinamometer harus mampu beroperasi pada kecepatan bervariasi dan memberi beban pada mesin tersebut pada tingkat yang torsi bervariasi selama pengujian Dinamometer ini menyerap tenaga yang dijeluarkan oleh mesin, tenaga yang diserap diteruskan ke udara sekitar

72 Dinamometer motor bertindak sebagai penggerak peralatan yang diuji.