Pengukuran dan Instrumentasi: latihan soal dan soal ujian

Mengukur besaran fisik dengan rangkaian listrik: jembatan Wheatstone, strain gauge dan sel beban, penguat yang mengondisikan sinyal sensor kecil, dan pembebanan pengukuran oleh instrumen.

Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.

Paket kilat (PDF)Lembar rumus, langkah-langkah metode, dan soal latihan dengan pembahasan lengkap, siap dicetak.

Topik dalam mata kuliah ini

  1. Jembatan Wheatstone & strain gaugekeseimbangan dan tegangan simpul · jembatan tak seimbang · strain gauge dan sel bebanhitungan
  2. Akuisisi data & samplingNyquist, LSB, dan laju data · aliasing, bit, dan frame UART · harmonik, SQNR, dan perancangan sistemhitungan
  3. Rangkaian op-amppenguat pembalik · penguat non-pembalik · penguat penjumlahhitungan
  4. Resistor seri & paralel3 resistor · 4 resistor · tangga 6 resistorhitungan
  5. Thévenin & Nortonjaringan pembagi · dengan resistor seri dan beban · dengan sumber arus dan bebanhitungan

Tips ujian untuk Pengukuran dan Instrumentasi

  • Jembatan adalah dua pembagi tegangan: hitung setiap tegangan simpul lalu kurangkan.
  • Regangan biasanya diberikan dalam mikroregangan: 500 µε adalah 0,0005.
  • Hitung jumlah gauge aktif: jembatan seperempat, setengah, atau penuh mengubah keluaran dengan faktor 4.

Contoh dengan pembahasan

Jembatan Wheatstone & strain gaugeMudah
+−6 VR1​ = 250 ΩR2​ = 300 ΩR3​ = ?R4​ = 150 ΩabG0

Jembatan Wheatstone pada diagram diseimbangkan dengan mengatur R₃. R₁ = 250 Ω, R₂ = 300 Ω, dan R₄ = 150 Ω. Cari pengaturannya R3.

R1 = 250 ΩR2 = 300 ΩR4 = 150 Ω

Tentukan R3 (Ω)

Tampilkan petunjuk
  1. Pada keadaan seimbang kedua pembagi memberikan tegangan yang sama: Va = Vb.
  2. R₁/R₂ = R₃/R₄.
  3. R₃ = R₁·R₄/R₂.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Jembatan Wheatstone: dua pembagi tegangan berbagi satu catu Vs. Pembagi kiri R1–R2 memberikan Va = Vs·R2/(R1 + R2) dan pembagi kanan R3–R4 memberikan Vb = Vs·R4/(R3 + R4); keluarannya adalah Vab = Va − Vb. Jembatan seimbang (Vab = 0, tidak ada arus di alat ukur) bila R1/R2 = R3/R4, yaitu R1·R4 = R2·R3. Dilihat dari keluarannya, jembatan adalah sumber Thévenin dengan Rth = R1∥R2 + R3∥R4.

Syarat keseimbangan

R₁·R₄ = R₂·R₃

Resistor yang tidak diketahui

R₃ = 250·150/300 = 125 Ω

Jawaban

R3 = 125 Ω

Tegangan catu tidak berpengaruh pada keadaan seimbang.

Akuisisi data & samplingSedang
Vin​N = 85 V2ᴺ − 101 LSB2,125 V?

Sebuah ADC 8-bit dengan rentang masukan 0 sampai 5 V melakukan pemotongan: kode keluarannya adalah ⌊Vin/LSB⌋ dengan 1 LSB = VFSR/2ᴺ. Cari kode keluaran desimal D untuk masukan 2,125 V.

N = 8VFSR = 5 VVin = 2,125 V

Tentukan D

Tampilkan petunjuk
  1. Cari dulu ukuran satu LSB.
  2. 1 LSB = 5/256 = 19,53 mV.
  3. Bagi masukan dengan LSB dan ambil bagian bulatnya.
Tampilkan jawaban dan penyelesaian langkah demi langkah

Resolusi ADC: konverter N-bit membagi rentang skala penuhnya VFSR menjadi 2ᴺ kode, dari 0 sampai 2ᴺ − 1. Satu langkah adalah 1 LSB = VFSR/2ᴺ: perubahan terkecil yang dapat ditunjukkan konverter. ADC pemotong memberi kode ⌊Vin/LSB⌋; ADC pembulat tidak pernah menyimpang lebih dari ½ LSB dari nilai sebenarnya, yaitu kesalahan kuantisasinya. Setiap bit tambahan membagi dua LSB dan menambah sekitar 6 dB pada rasio sinyal-terhadap-derau-kuantisasi ideal SQNR = 6,02·N + 1,76 dB untuk sinus skala penuh. Untuk mencapai resolusi r pada suatu rentang, pilih N terkecil dengan 2ᴺ ≥ rentang/r.

Ukuran langkah

1 LSB = 5/28 = 19,53 mV

Kode

Vin/LSB = 2125/19,53 = 108,8
kode = ⌊108,8⌋ = 108

Jawaban

D = 108

Dalam biner itu adalah 01101100.

Cara kerja latihan

  • “Latih mata kuliah ini” mencampur soal dari semua topiknya, seperti ujian sungguhan.
  • Setiap soal memakai nilai baru, sehingga Anda mempelajari metodenya, bukan menghafal jawabannya.
  • Buntu? Buka petunjuk kecil terlebih dahulu, dan penjelasan lengkap hanya jika Anda membutuhkannya.
  • Ujian simulasi memiliki batas waktu dan tanpa petunjuk, dan di akhir Anda mendapat skor serta tinjauan lengkap.

Kalkulator untuk mata kuliah ini

Kalkulator resistor seri dan paralelKalkulator pembagi teganganKalkulator penguatan op-ampKalkulator rangkaian ekuivalen Thévenin dan NortonKalkulator hukum Ohm (tegangan, arus, hambatan, dan daya)Kalkulator kode warna resistor (4, 5, dan 6 gelang)

Mata kuliah terkait

Rangkaian Listrik 1Elektronika 1Latihan ujian FE Electrical and ComputerDasar Teknik ElektroSistem MekatronikaRangkaian Listrik 2: rangkaian ACElektronika DigitalFisika 2: Listrik dan Magnet
Latih mata kuliah ini secara gratisLatih mata kuliah iniIkuti ujian simulasi5 soal gratis setiap hari. Tanpa kartu kredit.