Sensor Jarak Induktif (Inductive Proximity Sensor)

Sensor Jarak Induktif (Inductive Proximity Sensor)

Disusun Oleh :

Junaidi Sucipto

(1122051)

Dhiyaa Putri K.

(1122053)

Ayu Maulidya

(1122065)

Kelas : B

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Kristen Marantha Bandung 2013

I.

Latar Belakang Prox i mi ty Sensor merupakan salah satu jenis sensor yang aplikasinya

sering ditemukan dalam kehidupan sehari-hari maupun di bidang industri. Contoh yang paling sering dijumpai pada kehidupan sehari-hari adalah Capacitive Proxy Sensor yang digunakan dalam smartphone, tablet, atau capacitive stylus yang dapat digunakan pada layar sentuh yang menggunakan prinsip Capacitive Sensing. Di bidang industri peran Proximity Sensor ini terbilang penting dan sering diaplikasikan pada sistem ban berjalan (conveyor ) atau sistem pendeteksi logam pada mesin industri yang menggunakan prinsip Inductive Sensing . Pada sistem conveyor sensor proximity dipasang untuk menentukan laju atau bahkan menon-aktifkan conveyor (berperan sebagai switch) pada saat benda (berbaham logam untuk inductive proxy sensor atau berbahan logam dan non-logam untuk capacitive proxy sensor ) tepat melewati sensor.

Terlihat dari penjelasan diatas bahwa peran proximity sensor sangat penting, dan beberapa perangkat elektronik maupun mekanik tidak akan berfungsi tanpa adanya prox im i ty sensor. Berdasarkan alasan tersebut maka dalam laporan ini akan dijelaskan dan dilakukan simulasi contoh rangkaian proximity sensor sehingga dapat mengerti prinsip kerja dan salah satu contoh aplikasi sederhana menggunakan proximity sensor.

II.

Prinsip Kerja dan Teori Prox i mi ty Sensor

Sensor Proximity atau Proximity Switch adalah alat pendeteksi yang bekerja berdasarkan jarak objek terhadap sensor. Karakteristik dari sensor ini adalah mendeteksi objek benda dengan jarak yang cukup dekat, berkisar antara satu milimeter sampai beberapa sentimeter saja sesuai tipe sensor yang digunakan. Proximity Switch ini mempunyai tegangan kerja antara 6-36 V dc dan ada juga yang menggunakan tegangan 100-200 V AC. Pada saat ini hampir setiap mesin industri telah menggunakan sensor jenis ini, sebab selain praktis sensor ini termasuk sensor yang tahan terhadap benturan maupun goncangan. Selain itu perawatan, perbaikan dan penggantian Proximity Sensor tergolong mudah dilakukan. Jarak Deteksi Jarak deteksi adalah besar jarak pada saat objek akan terbaca oleh sensor ketika objek digerakkan oleh metode tertentu. Sensor akan beroperasi atau bekerja pada jarak atau area tertentu, dimana saat objek berada diluar area tersebut maka sensor tidak akan lagi mendeteksi objek tersebut. Seperti yang telah disebutkan

Laporan Proyek Komponen Sistem Kontrol

1

jarak deteksi atau sensing distance berkisar antara satu milimeter sampai beberapa sentimeter saja sesuai tipe sensor yang digunakan. Jarak deteksi akan dijelaskan pada gambar berikut ini :

Penjelasan : Reset distance adalah jarak dimana sensor dalam keadaan reset , sehingga objek tidak akan terdeteksi dan sensor tidak aktif (ditunjukkan dengan lambang "OFF"). Sensing distance adalah jarak toleransi dimana sensor akan aktif bekerja mendeteksi jikalau ada benda yang melewati permukaan sensor ( sensing surface). Saat objek melewati permukaan sensor maka objek tersebut ( sensing object ) akan mengaktifkan sensor (ditunjukkan dengan lambang "ON") sehingga Proximity Sensor akan menghasilkan keluaran (output ). Baik reset distance maupun sensing distance dihitung mulai dari reference position atau posisi referensi yang sama dengan posisi sensing surface. Pengaturan Jarak Mengatur jarak dari benda ke permukaan sensor memungkinkan penggunaan sensor yang lebih stabil dalam operasi kerjanya, termasuk pengaruh suhu dan tegangan. Standar posisi objek adalah sekitar 70% sampai 80% dari jarak atau area sensing distance yang telah ditentukan masing-masing tipe sensor. Pengaturan jarak akan dijelaskan pada gambar berikut ini :

2


Penjelasan : Rated sensing distance adalah jarak atau area dari sensing distance yang telah disebutkan sebelumnya, dimana pada jarak atau area ini Proximity Sensor bekerja untuk mendeteksi objek yang melewatinya. Set distance adalah standar posisi objek yang besarnya sekitar 70% sampai 80% dari jarak atau area rated sensing distance. Tujuannya selain untuk menstabilkan kinerja sensor pengaturan jarak ini juga berguna untuk mengurangi jikalau ada kesalahan (error ) dan meningkatkan sensitivitas dari sensor terhadap objek dengan bahan tertentu (misal tipe logam yang berbeda). Jenis Proxim ity Switch Proximity Switch terdiri dari 2 tipe :

a. Proximity Kapasitif (Capacitive Proximity Sensor ). b. Proximity Induktif ( Inductive Proximity Sensor ). Berdasarkan konfigurasi output -nya terdiri dari : a. Current Sourcing Output ( PNP ). b. Current Sinking Output   . Proximity Kapasitif

Proximity Kapasitif akan mendeteksi semua objek yang ada dalam jarak sensing -nya baik logam maupun non-logam berdasarkan pada prinsip bahwa semua jenis bahan dapat menjadi keping kapasitor (dapat menyimpan muatan). Cara kerja Proximity Kapasitif : Proximity Kapasitif mengukur perubahan kapasitansi medan listrik sebuah kapasitor yang disebabkan oleh objek yang mendekatinya. Proximity kapasitif bisa mendeteksi baik benda berbahan logam maupun non logam.

Berikut bagan rangkaian dalam Proximity Kapasitif.

3


Proximity Induktif

Proximity Induktif berfungsi untuk mendeteksi objek besi atau logam. Meskipun terhalang oleh benda non-logam, sensor akan tetap dapat mendeteksi objek selama dalam jarak sensing distance atau jangkauan toleransinya. Jika sensor mendeteksi adanya logam di area sensing -nya, maka kondisi output sensor akan berubah nilainya. Cara kerja Proximity Induktif : Jika tegangan bias diberikan pada rangkaian maka osilator akan bekerja dan membangkitkan medan magnet berfrekuensi tinggi (yang merupakan daerah sensing ) pada lilitan induksi (induction coil ). Jika benda berbahan konduktif (bersifat penghantar, misalkan logam) didekatkan ke permukaan sensor ini, maka akan terjadi perubahan medan magnet. Perubahan medan magnet ini akan dideteksi oleh rangkain detektor (pada bagan berupa Current Sensor ). Kemudian hasil dari rangkaian detektor ini menjadi output sensor (berupa logic high atau low, bergantung dari modenya, NO atau NC).

Berikut bagan rangkaian dalam proximity Induktif :

Mode Switch dan Output -nya Tipe output dari Proximity Switch terdiri dari beberapa macam, dan mode switch-nya bisa diklasifikasikan sebagai tipe NO ( Normally Open) dan NC ( Normally Close), yang mirip seperti mode pada saklar atau switch dalam sebuah sistem kerja mesin yang kontinu. Rangkaian sensor Proximity ini menghasilkan output berupa logic high (tegangan +3,5 Volt sampai +5 Volt) untuk tipe PNP ( Positive Switching ) dan logic low (tegangan < +3,5 Volt, mendekati 0 Volt) untuk tipe NPN ( Negative Switching ) Pada NO saklar ( switch) pada Proximity Switch akan terbuka (open) dalam keadaan normal. Saat objek terdeteksi dan sensor bekerja barulah saklar menutup ( short ) dan sensor menghasilkan output. Pada NC saklar ( switch) pada Proximity Switch akan menutup ( short ) dalam keadaan normal. Saat objek terdeteksi dan sensor bekerja barulah saklar terbuka (open) dan sensor menghasilkan output .


4

Empat contoh tipe ouput Proximity Switch bisa dilihat pada gambar dibawah :

Gambar a : Output dengan 2 kabel (1 beban) V dc

Gambar b : Output dengan 3 kabel (1 beban) dan 4 kabel (2 beban) V dc

Gambar c : Output dengan 2 kabel (1 beban) V AC

5

Gambar d : Output dengan 3 kabel (1 beban) V AC


Dengan melihat gambar diatas dapat dikenali dua tipe output sensor Proximity Switch, yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Tipe inilah yang nantinya bisa dihubungkan dengan berbagai macam peralatan kontrol semi digital yang membutuhkan nilai-nilai logika sebagai input untuk proses kerjanya. Terlihat untuk tipe NPN baik dengan mode NO maupun NC (Gambar b kiri atas dan kiri tengah) posisi kaki dengan beban dihubungkan ke posisi kaki positif karena tipe NPN bersifat Current Sinking Output, sehingga pada saat sensor aktif mendeteksi objek maka arus akan keluar dari emitter transistor pada rangkaian output . Sedang untuk tipe PNP baik dengan mode NO maupun NC (Gambar b kanan atas dan kanan tengah) posisi kaki dengan beban dihubungkan ke posisi kaki negatif karena tipe PNP bersifat Current Sourcing Output, sehingga pada saat sensor aktif mendeteksi objek maka arus akan masuk ke emitter transistor pada rangkaian output . Berikut contoh gambar rangkaian output Proximity Sensor tipe PNP dan NPN :

Dua dioda dipasang sebagai pengaman agar arus tidak kembali dan mengganggu kinerja rangkaian. Dioda zener dipasang agar tegangan keluaran (output ) tetap stabil.

III.

Tujuan Proyek

Pada proyek ini didesain simulasi sistem ban berjalan ( conveyor ) menggunakan prox imi ty sensor dimana pada sistem yang dibuat proximity sensor berperan sebagai Proximity Switch atau sebuah saklar yang akan mengaktifkan atau menon-aktifkan rangkaian motor pada conveyor. Tujuannya adalah mensimulasikan suatu sistem ban berjalan ( conveyor ) sederhana yang sering diterapkan pada bidang industri.

IV.

Perancangan dan Realisasi

Untuk perancangan digunakan rangkaian sensor seperti dibawah ini :


6

Digunakan sensor Inductive Proximity Sensor produksi Huron tipe LJ18A3-8-Z/BX dengan spesifikasi dan data sheet yang mendukung tertera pada lampiran. Pada rangkaian diatas digunakan sumber tegangan +6 Volt yang dihubungkan ke input sensor, kemudian dipasang beban 10k Ω yang dihubungkan ke base transistor tipe 2N2222 NPN. Collector transistor terhubung ke lilitan induksi dengan dioda sebagai penyearah (pengaman arus). Tipe switch Normally Open, kemudian rangkaian motor DC di- supply baterai 1,5 Volt untuk menggerakkan conveyor sederhana. Saat logam terdeteksi maka switch akan berpindah posisi dan motor menjadi tidak aktif (conveyor off ).

V.

Uji Coba Berikut beberapa contoh objek yang akan dicoba dideteksi oleh sensor :

Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 5.1 : Tang

Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 5.2 : Koin 200 Rupiah

7




Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 5.5 : Mur

Sumber : Dokumentasi Pribadi Gambar 5.6 : Kotak Pensil

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Data Pengamatan Berikut data pengamatan yang didapat : Sensing Distance sensor (menurut data sheet dan yang tertera pada sensornya) = 8 milimeter. Sensing Distance untuk koin emas (500 Rupiah) = 5 milimeter. Sensing Distance untuk koin perak (200 Rupiah) = 5 milimeter. Sensing Distance untuk koin logam (1000 Rupiah) = 7 milimeter. Sensing Distance untuk logam pada mur = 5 milimeter. Sensing Distance untuk besi pada tang = 10 milimeter. Sensing Distance untuk logam pada kotak pensil = 8 milimeter

Terlihat dari data pengamatan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa jenis dan ketebalan dari benda yang diuji menentukan Sensing Distance dari proximity sensor. Rata-rata nilai Sensing Distance untuk logam pada uang koin dan mur hampir sama yaitu sekitar 5 milimeter sedangkan pada kotak pensil dan tang yang lebih tebal sekitar 8 hingga 10 milimeter.


8

Mengukur Kecepatan Conveyor 1. Panjang ban conveyor = 33,3 sentimeter. 2. Waktu putaran conveyor = 14,10 sekon per 5 putaran 3. Didapat kecepatan conveyor =

 

  

Data pengamatan diatas diambil untuk mengetahui kecepatan putar conveyor, sehingga dapat terbukti hipotesis awal bahwa semakin cepat putaran conveyor semakin sulit bagi sensor untuk mendeteksi benda logam yang lewat walaupun ada dalam area Sensing Distance-nya.

1. 2. 3. 4.

Mengukur Tegangan Sensor Tegangan sensor tanpa rangkaian output saat tidak mendeteksi logam = 5,8 Volt. Tegangan sensor dengan rangkaian output saat tidak mendeteksi logam = 3,5 Volt. Tegangan sensor tanpa rangkaian output saat mendeteksi logam = 0,6 Volt. Tegangan sensor dengan rangkaian output saat mendeteksi logam = 0,6 Volt.

Dari data pengamatan diatas diambil kesimpulan terjadinya penurunan tegangan output sensor saat tidak mendeteksi logam setelah dihubungkan dengan rangkaian output. Hal ini disebabkan adanya efek pembebanan dari rangkaian output yang cenderung memiliki resistansi yang lebih rendah. Namun output sensor terbukti tidak terpengaruh rangkaian output saat mendeketksi logam.

VI.

Kesimpulan

Menurut hasil uji coba yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa proyek berhasil direalisasikan dan dapat bekerja sesuai dengan tujuan yang telah disebutkan sebelumnya. Namun pada saat uji coba didapat beberapa kesimpulan lain, diantaranya terjadinya efek pembebanan pada saat sensor diberi rangkaian output , terbukti tegangan Normally Open dari sensor berubah saat sebelum diberi rangkaian output dan setelah dihubungkan ke rangkaian output (menjadi lebih rendah). Selain itu didapat kesimpulan lain bahwa kecepatan conveyor berhubungan dengan sensitivitas dan kecepatan respon dari sensor . Jika conveyor terlalu cepat sensor sulit melakukan pendeteksian, sehingga terjadi error dan logam pada conveyor gagal terdeteksi.


9

Terakhir, didapat kesimpulan terpenting bahwa jenis logam yang berbeda menentukan sensing distance dari tipe sensor Inductive Proximity Sensor yang sama. Maka dari itu perlu dipertimbangkan jarak set distance tertentu bergantung pada jenis logam yang nantinya akan banyak dideteksi oleh sensor jika ingin merealisasikan ke dalam rangkaian sebenarnya.

10


VII. Lampiran Data Sheet LJ18A3-8-Z/BX produksi Huron :(1)

11 1

Diambil dari Datasheet of LJ18A3-8-ZBX Production Huron (lihat Daftar Pustaka)


12


Spesifikasi LJ18A3-8-Z/BX produksi Amico (Dikarenakan data sheet produksi Huron berbahasa China) (2) :

Amico LJ18A3-8-Z/BX Sensor Description

NPN

3

Wire

Cylinder

Type

Proximity

- Metal shell, DC type, 8mm detecting distance, 3 wire system. - Power supply inverted connecting protection, short circuit protection, noncontact detecting device. - When proximity switch is close to some target object, it will send out control signal. - Used widely in the machine tool industry, frequency counters and other automatic control system. - Wire Type: Cylindrical DC 3 Wire Type (Brown, Black, Blue); - Switch Appearance Type: Cylinder Type, Metal Shell;

Features - Product Name: Inductive Proximity Switch; Model: LJ18A3-8-Z/BX; Theory: Inductive Type Sensor. - Output Type: NO, NPN; Detecting Distance: 8mm/0.3''; Supply Voltage: DC 636VCurrent Output: 300 mA. - Detect Object: Iron; Column Sensor Dia.: 18mm/0.7''; Total Size: 60 x 32mm/2.4'' x 1.3'' (L*Max.D). - Response Frequency: 100Hz; External Material: Plastic, Metal; Cable Length: 1.1M/43.3''. - Net Weight: 80g; Color: Silver Tone, Blue, Black; - Package Content: 1 x Inductive Proximity Switch

13

2

Diambil dari Amico 300mA DC 6-36V NO Proximity Switch Sensor LJ18A3-8-Z/BY Specifications at Goodluckbuy (lihat Daftar Pustaka)


VIII. Daftar Pustaka Amico 300mA DC 6-36V NO Proximity Switch Sensor LJ18A3-8-Z/BY Specifications at Goodluckbuy :

http://www.goodluckbuy.com/300ma-dc-6-36v-no-proximity-switch-sensorlj18a3-8-z-by-.html

Datasheet of LJ18A3-8-ZBX Production Huron http://us.100y.com.tw/pdf_file/46-LJ18A3-8-ZBX.pdf Operating Principles for Inductive Proximity Sensors at Fargo Controls, Inc. Official Website http://www.fargocontrols.com/sensors/inductive_op.html Pengetahuan Dasar Sensor di Industri http://pccontrol.wordpress.com/2011/05/24/sensor/ Proximity Sensor http://instrumentation-electrical.blogspot.com/2012/01/proximity-sensor.html Proximity Switch (Sensor Jarak)

http://tukanglistrikshipyard.blogspot.com/2013/02/proximity-switch-sensorjarak-proximity.html

YueQing LinkSun Co.,Ltd. Official Website : http://www.linksuntrader.com/list.asp?ProdId=0314&LarCode=Inductance+Type +Proximity+Cylindrical+Type&MidCode=Inductance+Type+Proximity+Cylindr ical+Type&mt=7

14


IX.

Glosarium

Conveyor : Ban berjalan, digunakan pada industri atau sistem transportasi untuk memindahkan suatu barang dalam sebuah proses. Tipe yang paling sederhana dapat terdiri dari satu buah motor untuk menggerakkan gear (geligi) yang dililit oleh karet ban. NC

: Normally Closed . Saklar yang kedua kakinya terhubung (closed ) dalam keadaan biasa (tidak aktif).

NO

: Normally Open. Saklar yang kedua kakinya tidak terhubung (open) dalam keadaan biasa (tidak aktif).

NPN

: Tipe transistor BJT dimana posisi kaki tipe-P ada diantara dua kaki tipe-N. Arah panah pada emitter-nya mengarah masuk ke dalam pada simbol. Akan aktif bila tegangan basis lebih rendah dari emitter.

PNP

: Tipe transistor BJT dimana posisi kaki tipe-N ada diantara dua kaki tipe-P. Arah panah pada emitter-nya mengarah keluar dari dalam pada simbol. Akan aktif bila tegangan basisi lebih tinggi dari emitter.

Proximity : Jarak, pendekatan. Sensing

: Proses saat sensor mendeteksi benda yang sesuai dengan spesifikasinya. Contohnya saat sensor inductive proximity mendeteksi benda logam.

Switch

: Saklar. Pemutus atau penghubung rangkaian elektronik dengan cara memutus hubungan dari satu kaki ke kaki yang lain atau mengalihkannya ke kaki yang lain (untuk multiple switch).

15


Sensor Jarak Induktif (Inductive Proximity Sensor)

Recommend Documents