Your SlideShare is downloading. ×
35946210 instrumentasi-sensor
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Introducing the official SlideShare app

Stunning, full-screen experience for iPhone and Android

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

35946210 instrumentasi-sensor

3,863
views

Published on

Published in: Design, Technology, Business

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
3,863
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
196
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. LAPORAN PRAKTIKUMTEKNIK PENGUKURAN LINGKUNGAN(INSTRUMENTASI)SENSOR, TRANSDUSER, SENSOR TERMAL DAN SENSOR MEKANIKWAHYU ADI PUTRA05081006010PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIANJURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAFAKULTAS PERTANIANUNIVERSITAS SRIWIJAYA2010
  • 2. BAB 1SENSOR DAN TRANSDUSERTUJUAN PEMBELAJARAN UMUMSetelah mempelajari bab ini diharapkan mahasiswa memahami pengertian sensor dantransduser dan penggunaannya dalam sistem kendali.TUJUAN PEMBELAJARAN KHUSUSSetelah mempelajari topic per topic dalam bab ini, mahasiswa diharapkan:- Dapat menyebut definisi dan perbedaan dari sensor, transduser, dan alat ukur- Mampu menyebutkan persyaratan umum dalam memilih sensor dan transduser- Dapat menerangkan beberapa jenis sensor dan transduser yang ada di industry.- Mengerti tentang klasifikasi sensor dan transduser secara umum.PENDAHULUANKemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang denganpesat terutama dibidang otomasi industry. Perkembangan ini tampak jelas di industrypempabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan yang menggunakan tenaga manusia,kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-machine (semiotomatis) dan sekarang sudah menggunakan robotic (full automatic) seperti penggunaanFlexible Manufacturing Sustem (FMS) dan Computerize Integrated Manufacture (CIM)dan sebagainya.Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pempabrikan sangattergantung keadalan sistem kendali yang digunakan. Hasil penelitian menunjukansecanggih apapun sistem kandali yang dipakai akan sangat tergantung kepada sensormaupun transduser yang digunakan. Sensor dan tranduser merupakan peralatan dankomponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis.Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerjadari sistem pengeturan secara otomatis.Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik,seperti besaran fisika, kimia, mekanis, dan sebagainya. untuk memakaikan besaran listrikpada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanyabesaran yang bukan listrikdiubah terlebih dahulu menjadi suati sinyal listrik melalui
  • 3. sebuah alat yang disebut transduser. Sebelum lebih jauh kita mempelajari sensor dantransduser ada sebuah alat lagi yang selalu melengkapi dan mengiringi keberadaan sensordan transduser dalam sebuah sistem pengukuran atau sistem manipulasi, maupun sistempengontrolan yaitu yang disebut alat ukur.1.1 Definisi-definisiD Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsiuntuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energyseperti energy listrik, energy fisika, energy kimia, energy biologi, energy mekanik dansebagainya. Contoh: mata sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran,kulit sebagai sensor peraba, LDR (Light Dependent Resistance) sebagai sensor cahaya, danlainnya.William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang biladigunakan oleh energy di dalam suatu sistem transmisi akan menyalurkan energy tersebutdalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi lainnya.Transmisi energy ini bisa berupa listrik, mekanik, kikia, optic (radiasi), atau termal(panas). Contoh: generator adalah tranduser yang merubah energy mekanik menjadi energylistrik, motor adalah transduser yang merubah energy listrik menjadi energy mekanik, dansebagainyaWilliam D.C, (1993), mengatakan alat ukur adalah suatu alat yang berfungsimemberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasaldari perubahan suatu energy. Contoh: voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik;tachometer, speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensutascahaya dan sebagainya.1.2 Persyaratan umum sensor dan transduserDalam memilih sensor dan tranduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yangakan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini: (D Sharon,dkk, 1982)a. LinearitasAda banyak sensor yang menghasilkan sinyal yang berubah secara kontiniu sebagaitanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontiniu. Sebagai contoh, sebuahsensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya.
  • 4. Dalam kasus ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahankeluaran dibandingkan dengan masukannya berupa secara grafis. Gambar 1.1(terlampir) memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda.Garis lurus pada gambar 1.1(a) (terlampir) memperlihatkan tangapan linier,sedangkan pada gambar 1.1(b) (terlampir) adalah tanggapan non-linier.b. SensitivitasSensitivitas akan menunjukan seberapa ajuh kepekaan sensor terhadap kuantitasyang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan³perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan´. Beberapa sensorpanas dapat memiliki kepekaan yang menyatakan dengan ³satu volt per derajat´yang berarti perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahansatu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan³dua volt per derajat´ yang berarti memiliki kepekaan dua kali dari sensor pertama.Linearitas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabilatanggapannya linier, maka sensitivitasnyajuga akan sama untuk jangkauanpengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan pada gambar 1.1(b) akan lebihpeka pada temperature yang tinggi dari pada termperatur rendah.c. Tanggapan waktuTanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadapperubahan masukan. Sebagi contoh, instrument dengan tanggapan frekuensi yangjelek adalah sebuah thermometer merkuri. Masukannya adalah temperature dankeluarnnya adalah posisi merkuri. Misalkan perubahan temperature menjadi sedikitdemi sedikit dan kontiniu terhadap waktu, seperti tampak pada gambar 1.2(a)(terlampir).Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan Hertz(Hz). Satu Hertz berarti 1 siklus perdetik, 1 kiloHertz berarti 1000 siklus perdetik.Pada frekuensi rendah, yaitu pada saat temperature berubah secara lambat,thermometer akan mengikuti dengan perubahan tersebut dengan setia. Tetapiapabila perubahan tempertur cepat lihat gambar 1.2(b) (terlampir) maka tidakdiharapkan akan memilhat perubahan besar pada thermometer merkuri, karena iabersifat lambat dan hanya akan menunjukan temperatur rata-rata.Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah sensor.Misalnya ³satu milivolt pada 500 Hertz´. Tanggapan frekuensi dapat pula
  • 5. dinyatakan dengan decibel (dB), yaitu untuk membandingkan daya keluaran padafrekuensi tertentu dengan daya keluaran pada frekuensi referensi.Yayan I.B, (1998), mengatakan ketentuan lain yang perlu diperhatikan dalammemilik sensor yang tepat adalah dengan mengajukan pertanyaan berikut ini:a. Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yangdiperlukan?b. Apakah ia cukup akurat?c. Apakah ia bekerja pada jangkauan yang sesuai?d. Apakah ia akan mempengaruhi kuantitas yang sedang diukur?Sebagai contoh: bila sebuah sensor panas yang besar dicelupkan kedalamsejumlah air yang kecil, malah menimbulkan efek memanaskan air tersebut,bukan menyensornya.e. Apakah ia tidak mudah rusak dalam pemakaiannya?f. Apakah ia dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya?g. Apakah biayanya terlalu mahal?1.3 Jenis sensor dan transduserPerkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai dengan kemajuanteknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyakjenis sensor yang digunakan. Robotic adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasiyang kompleks, disini sensor yang digunakan dapat dikategorikan menjadi dua macamsensor yaitu: (D Sharon, dkk, 1982)a. Internal Sensor, yaitu sensor yang dipasang didalam bodi robot.Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasiberbagai sambungan mekanik pada robot dan merupakan bagian dari mekanismeservo.b. External Sensor, yaitu sensor yang dipasang diluar bodi robot.Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu:1) Untuk keamanan2) Untuk penuntun.Yang dimaksud dengan keamanan adalah termasuk keamanan robot, yaituperlindungan terhadap robot dari kerusakan yang ditimbulkan sendiri, serta keamananuntuk peralatan, komponen, dan orang-orang dilingkungan dimana robot tersebut
  • 6. digunakan. Berikut adalah dua contoh sederhana untuk mengilustrasikan kasus diatas.Contoh pertama: andaikan sebuah robot bergerak keposisi yang baru dan ia menemuisebuah halangan, yang berupa mesin lain misalnya. Apabila robot tidak memiliki sensoryang mampu mendeteksi halangan tersebut, baik sebelum atau setelah terjadi kontak, makaakibatnya akan terjadi kerusakan. Contoh kedua: sensor untuk keamanan diilustrasikandengan problem robot dengan mengambil sebuah telur. Apabila pada robot dipasangpencengkram mekanik (gripper), maka sensor harus dapat mengukur seberapa besarranaga yang tepat untuk mengambil telur telur tersebut.Kini bagaimana dengan sensor untuk penuntun atau pemandu? Kategori inisangatlah luas, tetapi contoh berikut akan memberikan pertimbangan. Contoh pertama:komponen yang terletak di atas ban berjalan tiba ke depan robot yang diprogram untukmenyemprotnya. Apa yang akan terjadi bila sebuah komponen hilang atau dalam posisisalah? Robot tentunya harus memiliki sensor yang dapat mendeteksi ada tidaknyakomponen, karena bila tidak ia aka menyemprot tempat yang kosong. Meskipun tidakterjadi kerusakan, tetapi hal ini bukanlah sesuatu yang diharapkan terjadi pada suatupabrik. Contoh kedua: sensor untuk penuntun diharapkan cukup canggih dalampengelasan. Untuk melakukan operasi dengan baik, robot haruslah menggerakan tangkailas sepanjang garis las yang telah ditentukan dan juga bergerak dengan kecepatan yangtetap serta mempertahankan suatu jarak tertentu dengan permukaannya.Sesuai dengan fungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan menginformasikansinyal tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan fungsi sensor akan dilanjutkan olehtranduser. Karena keterkaitan antara sensor dan transduser begitu erat maka pemilihantransduser yang tepat dan sesuai juga perlu diperhatikan.1.4 Klasifikasi sensorSecara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya, sensor dapat dikelompokanmenjadi 3 bagian yaitu:a. Sensor termalb. Sensor mekanisc. Sensor optic (cahaya)Sensor termal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahanpanas/temperature/suhu pada suatu dimensi bendaatau dimensi ruang tertentu. Contohnya
  • 7. bimetal, termistor, thermocouple, RTD, photo transistor, photo diode, photo multiplier,photovoltaic, infrared pyrometer, hygrometer, dan sebagainya.Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, sepertiperpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level,dan sebagainya. Contoh: strain gauge, Linear Variable Differential Transformer (LVDT),proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dan sebagainya.Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya darisumber cahaya, pemantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengenai benda atauruangan. Contoh: photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier,pyrometer optic, dan sebagainya.1.5 Klasifikasi transdusera. Self Generating Transducer (Transduser Pembangkit Sendiri)Self Generating Transducer adalah transduser yang hanya memerlukan satu sumberenergy.Contoh: piezo electric, thermocouple, photovoltaic, termistor, dan sebagainya.Ciri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energy listrik dari transduser secaralangsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai sumber tegangan.b. External Power Transducer (Transduser Daya Luar)External Power Transduser adalah transduser yang menentukan sejumlah energydari luar untuk menghasilkan suatu keluran.Contoh: RTD (Resistance Thermal Detector), strain gauge, LVDT, potensiometer,NTC, dan sebagainya.Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser berdasarkansifat kelistrikan.Tabel 1. Kelompok TransduserParamater Listrik danKelas TransduserPrinsip Kerja danSifat AlatPemakaian AlatTransduser PasifPotensiometer Perubahan nilai tahananakibat perubahanpanjang kawat olehTekanan,pergesaran/posisi
  • 8. t lt i il i ti tj t lt i lt i i it li iVli ii i ti ti ti t ii tj l tt lTransduser Akti Sel t emi i mi i elect i ti i masukada ermukaant emisiCahaya dan radiasi
  • 9. Photomultiplier Emisi electron sekunderakibat radiasi yangmasuk ke katodasensitive cahayaCahaya, radiasi danrelay sensitive cahayaThermocouple Pembangkit GGL padatitik sambungan dualogam yang berbedaakibat dipanasiTemperature, aliranpanas, radiasiGenerator KumparanPutar (Tachogenerator)Perputaran sebuahkumparan di dalammedan magnit yangmembangkitkanteganganKecepatan, getaranPiezometer Pembangkitan GGLbahan Kristal piezoakibat gaya dari luarSuara, getara,percepatan, tekananSel foto tegangan Terbangkitnya teganganpada sel foto kaibatrangsangan energy luarCahaya matahari
  • 10. Termometer TahananRTD)erubahan nilai kawatakibat erubahantemperatureTemperatur, panasygrometer tahanan Tahanan sebuah stripkondukti berubahterhadap kandungan uapairelembapan alamiTermistor TC) enurunan nilai tahananlogam akibt kenaikantemperatureTemperatureMikrofon apasitor Tekanan suaramengubah nilaikapasitansi dua buahplatSuara, music, derauengukuran reluktansi Reluktansi rangkaianmagnetic diubah denganmengubah posisi intibesi sebuah kumparanTekanan, pergeseran,getaran, posisiSumber: illiam D.C, )
  • 11. Contoh soal:1. Apa saja peranan dan fungsi sensor dalam sistem kendali industry?2. Sebutkan syarat-syarat dalam memilih sensor yang baik?3. Sebutkan beberapa jenis sensor yang ada pada sebuah robotic?Jawaban:1. Sensor berperan untuk mendeteksi gejala perubahan informasi sinyal dalamsistem control dan berfungsi sebagai umpan balik [ada sebuah sistem kendaliotomatis.2. Syarat sebuah sensor adalah linearitas, sensitivitas dan respon waktu.3. Jenis sensor pada robotic adalah: internal sensor dan eksternal sensor.Latihan:1. Apa yang dimaksud dengan sensor, transduser dan alat ukur?2. Jelaskan perbedaan ketiganya?3. Persyaratan umum sensor dan transduser adalah linieritas, sensitivitas, dantanggapan waktu. Jelaskan ketiganya?4. Jelaskan perbedaan antara transduser aktif dan pasif?Jawaban:1. Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejalaatau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energy seperti energylistrik, energy fisika, energy kimia, energy biologi, energy mekanik dansebagainya. Transduser adalah sebuah alat yang bila digunakan oleh energy didalam suatu sistem transmisi akan menyalurkan energy tersebut dalam bentukyang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi lainnya. Alatukur adalah suatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau hargatertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energy.2. Sensor merupakan alat yang hanya mendeteksi perubahan sinyal dalam suatuenergy yang nantinya akan menjadi feedback atau umpan balik akibat dariperubahan dalam suatu sistem. Sedangkan transduser adalah alat yangmengubah suatu energy dalam bentuk energy yang lain bermaksud untuk dapatdibaca oleh transmisi yang lain. Kemudian alat ukur adalah alat yangmemberikan batasan nilai dari perubahan tertentu dalam suatu energy.
  • 12. 3. Linieritas adalah respon sensor terhapap perubahan yang kontiniu atauberlanjut. Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensorterhadap kuantitas yang diukur. Tanggapan waktu pada sensor menunjukanseberapa cepat tanggapan suatu sensor terhadap perubahan masukan.4. Transduser aktif adalah transduser yang berhubungan dengan cahaya/radiasi,suhu/temperature yang sifatnya kontiniu atau berkelanjutan, dimana transduserini selalu aktif dalam setiap perubahan gejala-gejala dalam sistemnya.Sedangkan transduser pasif hanya berhubungan dengan perubahan posisi,tekanan dan gaya yang sifatnya tidak kontiniu.Review:1. Jelaskan dengan gambar yang dimaksud dengan tanggapan linear dan non-linear?2. Adakah ketentuan lain yang harus diketahui dalam memilih sensor dantransduser?3. Apa fungsi dan kegunaan eksternal sensor pada sebuah robot?4. Sebutkan Beberapa buah transduser aktif dan pasif yang anda ketahui?Jawab:1. a. LinearTanggapan suatu sensor terhadap masukan selalu berkelanjutan atau kontiniu(membuat garis lurus).b. Non-linear
  • 13. Tanggapan suatu sensor terhadap masukan tidak kontiniu atau berubah sesuaidengan keadaan (terjadi perbedaan keluaran tiap waktunya).2. Ketentuan sensor selain dari linearitas, sensitivitas, dan tenggapan waktu adalahukuran fisik dari sensor, keakuratan hasil yang dikeluarkan, tahan lama(keawetannya dalam penggunaan), penyesuaian sensor terhadap lingkungan danharga sensor itu sendiri.3. Fungsi sensor eksternal pada robot adalah untuk keamanan robot itu sendiri daribahaya disekitanya akibat dari robot itu sendiri atau dari lingkungan. Kemudianuntuk penuntun dalam robot itu bekerja agar hasil pekerjaannya sesuai denganyang diharapkan.4. Transduser Aktif: Termocouple, Termistor (NTC), RTD, Photomultiplier.Sedangkan Transduser Pasif: Potensiometer, strain gauge, dan L DTRANGKUMANBab 1 ini menjelaskan tentang definisi-definisi dari sensor, transduser, dan alatukur. Kemudian menjelaskan syarat-syarat ketentuan sensor, lalu jenis-jenis dan klasifikasidari sensor dan transduser.
  • 14. LAMPIRANGambar 1.1(a) bentuk tanggapan LinierGambar 1.1(b) bentuk tanggapan non-linier
  • 15. ambar .2(a) perubahan lambat terhadap waktuwaktuambar .2(b) perubahan cepat tehadap waktu
  • 16. BAB 2SENSOR TERMALTUJUAN PEMBELAJARAN UMUMSetelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan memiliki pengetahuan tentangsensor termal yang banyak digunakan pada sistem pengontrolan di indistri.TUJUAN PEMBELAJARAN KHUSUSSetelah mempelajari topic per topic pada bab ini mahasiswa diharapkan:1. Mengerti peranan dan fungsi sensor termal dalam sistem pengaturan otomasi2. Mengerti tentang bimetal sebagai sensor termal3. Mengerti tentang termistor sebagai sensor termal4. Mengerti tentang RTD sebagai sensor termal5. Mengerti tentang termokopel/thermocouple sebagai sensor termal6. Mengerti tentang diode (IC Hybrid) sebagai sensor termal7. Mengerti tentang Infrared Pyrometer sebagai sensor termalPENDAHULUANAC, Srivastava, (1987), mengatakan temperature merupakan salah satu dari empatbesaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional (The InternationalMeasurement System). Lord Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan skala temperturtermodinamika pada suatu titki tetap triple point, dimana fase padat, cair, dan uap beradadalam ekuilibrium, angka ini adalah 273.16K yang juga merupakan titik es. Skala lainadalah Celcius, Fahrenheit dan Rankien dengan hubungan sebagai berikut:F=9/5C+32 atauC=5/9(F-32) atauR=F-459.69Yayan I.B, (1998), mengatakan temperature adalah kondisi penting dari suatusubstrat. Sedangkan ³panas adalah salah satu bentuk energy yang diasosiakan denganaktifitas molekul-molekul dari suatu substrat´. Partikel dari suatu substrat diasumsikanselalu bergerak. Pergerakan partikel ini yang kemudian dirasakan sebagai panas.Sedangkan temperature adalah ukuran perbandingan dari panas tersebut.Pergerakan partikel substrat dapat terjadi pada tiga dimensi benda yaitu:
  • 17. 1. Benda padat2. Benda cair3. Benda gas (udara)Aliran kalor substrat pada dimensi padat, cair, dan gas dapat terjadi secara:1. Konduksi yaitu pengaliran panas melalui benda padat (penghantar) secara kontaklangsung2. Konveksi yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung3. Radiasi yaitu pengeliran panas melalui media udara/gas secara kontak tidaklangsungPada aplikasi pendeteksian atau pengukuran tertentu, dapat dipilih salah satu tipe sensordengan pertimbangan:1. Penampilan (Performance)2. Kehandalan (Reliable)3. Faktor ekonomis (EconomicPemilihan Jenis Sensor SuhuHal-hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan pemilihan jenis sensor suhuadalah (Yayan I.B, 1998)1. Level suhu maksimum dan minimum dari suati substrat yang diukur2. Jangkauan (range) maksimum pengukuran3. Konduktivitas kalor dari substrat4. Respom waktu perubahan suhu dari substrat5. Linieritas sensor6. Jangkauan temperature kerjaSelain dari ketentuan di atas, perlu juga diperhatikan aspek fisik dan kimia darisensor seperti ketahanan terhadap korosi (karat), ketahanan terhadap guncangan,pengkabelan (instalasi), keamanan dan lain-lain.Temperatur Kerja SensorSetiap sensor suhu memiliki temperature kerja yang berbeda, untuk pengukuransuhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC dapat dipilih sensor NTC, PTC,Transistor, diode dan IC hybrid. Untuk pengukuran suhu menengah yaitu antara 150oCsampai 700oC dapat digunakan thermocouple dan RTD. Untuk suhu lebih tinggi sampai1500oC tidak mungkin menggunakan sensor kontak langsung, maka teknis pengukurannya
  • 18. dilakukan menggunakan cara radiasi. ntuk pengukuran suhu pada daerah sangat dinginyaitu di bawah 6 atau sama dengan 208oC dapat digunakan resistor karbon biasa karenapada suhu ini karbon berlaku seperti semikonduktor. ntuk suhu antara 6 sampai oCdapat digunakan kristal silicon dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.ambar 2.1 berikut memperlihatkan karakteristik dari beberapa jenis sensor suhuyang ada.Thermocouple RTD Termistor C SensorVTRTRTV, ITAdvantages- selfpowered- rugged- inexpensive- widevariety- widetemperaturerange- most stable- most accurate- more linearthenthermocouple- high output- fast- two wire ohmsmeasurement- most linear- highestoutput- inexpensive
  • 19. Disadvantages- non linear- low voltage- referencerequired- least stable- leastsensitive- expensive- power supplyrequired- small ǻR- low absoluteresistance- self heating- non-linear- Limitertemperaturerange- Fragile- Power supplyrequire- Self heating- T<200oC- Power supplyrequired- Slow- Self heating- Limitedconfiguration2.1 BimetalBimetal adalah sensor temperature yang paling popular digunakan karenakesederhanaan yang dimilikinya. Bimetal biasa digunakan pada alat setrika dan lampukelap-kelip (dimmer). Bimetal adlah sensor suhu yang dibuat dari dua buah lempenganlogam yang berbeda koefisien muainya (Į) yang direkatkan menjadi satu.Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian. Besarnya pemuaiantergantung dari jenis logam dan tingginya tempeartur kerja logam tersebut. Bila dualempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan , maka logam yang memiliki koefisienmuai lebih tinggi akan memuai lebih panjang sedangkan yang memiliki koefisien muailebih rendah akan memuai lebih pendek. Oleh karena perubahan reaksi muai tersebut makabimetal akan melengkung kearah logam yang muainya rendah. Dalam aplikasinya bimetaldapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) dan Normally Open (NO).Konstruksi BimetalBimetal sesudahdipanaskanBimetal sebelumdipanaskanLogam ALogam B
  • 20. Disini berlaku rumus pengukuran temperature dwi logam yaitu:ߩ ൌ‫ݐ‬ ቂ͵ሺͳ ൅ ݉ሻଶ൅ ሺͳ ൅ ݉݉ሻሺ݉ଶ൅ͳ݉݊ሻቃ͸ሺߙ஺ െ ߙ஻ሻሺܶଶ െ ܶଵሻሺͳ ൅ ݉ሻଶDan dalam praktik tB/tA=1 dan (n+1)n=2, sehingga;ߩ ൌʹ‫ݐ‬ʹሺߙ஺ െ ߙ஻ሻሺܶଶ െ ܶଵሻDimana ȡ adalah radius kelengkungant adalah tebal jalur totaln adalah perbandingan modulus elastisitas, EB/EAm adalah perbandingan tebal, tB/tAT2-T1 adalah kenaikan temperatureߙ஺ െ ߙ஻ adalah koefisien muai panas logam A dan Logam B2.2 TermistorTermistor atau tahanan termal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagaitahanam dengan koefisien tahanan temperature yang tinggi dan biasanya negative.Umumnya tahanan termistor pada temperature ruang dapat berkurang 6% untuk setiapkenaikan temperature sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatureini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasitemperature secara presisi.Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan sepertimangan (Mn), nikel (Ni), Kobal (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U).rangkuman tahannya adalah dari 0.5ȍ sampai 75ȍ dan tersedia dalam berbagai bentuk danukuran. Ukuran yang paling kecil berbentuk manic-manik (beads) dengan diameter0.15mm sampai 1.25mm, bentuk piringan (disk) atau cincin (washer) dengan ukuran2.5mm sampai 25mm. Cincin-cincin dapat ditumpukan dan ditempatkan secara seri atauparallel guna memperbesar disipasi daya.Dalam operasi termistor memanfaatkan perubahan relativitas terhadap temperaturedan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperature secara eksponensial untuk jenisNTC (Negative Thermal Coeffisien).RT=RAeȕTKoefisien temperature ߙ didefinisikan pada temperature tertentu, misalnya 25oC sebagaiberikut
  • 21. ߙ ൌο்ܴȀ்ܴοܶTeknik ompensasi Termistorarakteristik berikut memperlihatkan hubungan antara temperature dan resistensiseperti pada tampak pada gambar 2.4Gambar 2.4. Grafik Termis¡¢r resis¡ansi vs temperatuer:(a) logaritmik (b) skala linierntuk pengontrolan perlu mengubah tahanan menjadi tegangan, berikut rangkaian dasaruntuk mengubah resistansi menjadi tegangan.onfigurasi Termistor: Disk, Diode Cse, Thin ilmTermistor dengan koefisien positif (PTC, tidak baku)Gambar 2.6. Termistor jenis PTC: (a) linier (b)switching
  • 22. Untuk pengontrolan perlu mengubah tahanan menjadi tegangan, berikut rangkaian dasaruntuk mengubah resistensi menjadi tegangan.Gambar 2£5£ Rangkaian uji termistor sebagai pembagi teganganCara lain untuk mengubah resistansi menjadi tegangan adalah dengan teknik linieritas.Daerah resistansi mendekati linier
  • 23. Untuk teknik kompensasi temperature menggunakan rangkaian penguat jembatan lebihbaik digunakan untuk jenis sensor resistansi karena rangkaian jembatan dapat diatur titikkesetimbangan.Gambar 2¤7¤ Dua buah Termistor Linier:(a) Rangkaian sebenarnya (b) Rangkaian EkivalenGambar 2¤8¤ Rangkaian penguat jembatan untuk resistansi sensorNilai tegangan outputnya:ܸ଴ ൎܴ௔ ൅ ʹܴ௕ܴ௔ܸ௕Ͷܴܴ௫Atau rumus lain untuk tegangan output:ܸ௢ ൌ ்ܵ ்ܶܵ ൌ ‫ܣ‬ܸ௕Ͷ‫ܣ‬ ൌܴଵ ൅ ܴଶܴଵܸ௢ ൌ ‫ܣ‬ܸ௕Ͷቈߜ െߜଶʹ൅ߜଷͶ቉2.3 Resistance Thermal Detector (RTD)RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang seringdigunakan. RTDdibuat bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator.Bahan tersebut antara lain: platina, emas, perak, nikel, dan tembaga serta yang terbaik
  • 24. adalah bahan platina karena dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah danlebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.RTD memiliki keunggulan dibandingkan thermocouple yaitu:1. Tidak diperlukan suhu referensi.2. Sensitivitasnya cukup tinggi yaitu dapat dilakukan dengan cara memperpanjangkawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar darithermocouple.4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena moise tidak jadimasalah.5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadisederhana dan murah.Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linier terhadaptemperature uji tetapi koefisien lebih rendah dari termistor dan model matematisnyaliniernya adalahRT = R0(1+Įǻt)Dimana Ro adalah tahanan konduktor pada temperature awal (biasanya 0oC)RT adalah tahanan konduktor pada temperature toCĮ adalah koefisien temperature tahananǻt adalah selisih antara temperature kerja dengan temperature awalSedangkan model matematis non linier kuadratik adalahRT = R0(1+AT+BT2)Kabel keluaranKumparankawat platinaInti dari QuartzTerminalsambunganGambar 2.9. Konstruksi RTD
  • 25. Gambar 2.10. Resistansi versus Temperatur untuk variasi RTD metalBentuk lain dari konstruksi RTDGambar 2¥11¥ Jenis RTD: (a) Wire (b) Ceramic Tube (c) Thin Film
  • 26. Rangkaian Penguat untuk three wire RTDGambar 2¦12¦ (a) Three Wire RTD (b) Rangkaian PenguatEkspansi Daerah LinierEkspansi daerah linier dapat dilakukan dengan dua cara yaitu:1. Menggunakan tegangan referensi untuk kompensasi nonlinieritas2. Melakukan kompensasi dengan umpan balik positifGambar 2§13§ Kompensasi non linier (a) Respon RTD non linier; (b) Blok diagramrangkaian koreksi
  • 27. 2.4 Termokopel (Thermocouple)Pembuatan termokopel didasarkan atas sifat termal beban logam. ika sebuahbatang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut electron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akanmenempati ruang yangsemakin luas, electron-elektron saling mendesak dan bergerak kearah ujung batang yangtidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujunng batang yang dipanaskan akan terjadimuatan positif.erapatanelectron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam.ika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya dan kemudian dipanaskan, makaelectron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yangkepadatan elektronnya rendah dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan diantaraujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan. Besarnya termolistrik dangem (gaya electromagnet) yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821) yang menemukanhubungan perbedaan panas (T1 dan T2) dengan gaya gerak listrik yang dihasilkan . Peltir(1834) menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang diserap pada titikhot¨junction dan col©¨junction, dan Sir illiam Thomson, menemukan arah arus mengalir darititik panas ke titik dingin dan sebaliknya, sehingga ketiganya menghasilkan rumus sebagaiberikut:C1(T1 ± T2) C2(T12± T22)fek Petlier efek ThomsonAtau 37.5(T1-T2) ± 0.045(T12-T22)+-Ujung dinginArus elektronakanmengalir dariujung panaske ujungGambar 2.14. Arah gerak electron jika logam dipanaskaneUjung panas
  • 28. Dimana 37.5 dan 0.045 merupakan dua konstanta C1dan C2 untuk termokopeltembaga/konstanta.Bila ujung logam yang tidak dipanaskan dihubung singkat, perambatan panas dariujung panas ke ujung dingin akansemakin cepat. Sebaliknya bila suatu termokopel diberitegangan listrik DC, maka di ujung sambungan terjadi panas atau menjadi dingintergantung polaritas bahan (deret volta) dan polaritas tegangan sumber. Dan prinsip inimemungkinkan membuat membuat termokopel menjadi pendingin.Termokopel sebagai sensor temperature memanfaatkan beda work function duabahan metalGambar 2.16. Hubungan Termokopel (a) titik beda potensial(b) daerah pengukuran dan titik referensiPengaruh sifat termokopel pada wiringοܸ ൌ ܸ஺஻ሺܶሻ ܸ஼஺ሺܶோሻ ܸ஻஼ሺܶோሻοܸ ൌ ܸ஺஻ሺܶሻ ܸ஻஺ሺܶோሻSehingga diperoleh rumus perbedaan tegangan:οܸ ൌ ்ܸ௢െ ܸ௃௢Vs+-Ujung dinginBeda potensialyang terjadipada keduaujung logamyang berbedapanas jenisnyaGambar 2.15. Beda potensial pada TermokopelUjung panasVR RS VVVout !
  • 29. Rangkaian kompensasi untuk termokopel diperlihatkan oleh gambar 2.18Gambar 218 Rangkaian penguat tegangan junction termokopelPerilaku beberapa jenis termokopel diperlihatkan olehgambar 2.19- Tipe E (Chromel-konstanta)- Tipe J (Besi-konstanta)- Tipe T (Tembaga-Konstanta)- Tipe K (Chromel-alumel)- Tipe R atau S (Platina-Pt/Rodium)Gambar 2.19
  • 30. 2.5 Dioda sebagai Sesor TemperaturDioda dapat pula digunakan sebagai sensor temperature yaitu denganmemanfaatkan sifat tegangan Junction.Dimanfaatkan juga pada sensor temperature rangkaian terintegrasi (memilikirangkaian penguat dan kompensasi dalam chip yang sama).Contoh rangkaian dengan diode sebagai sensor termperaturContoh rangkaian dengan IC sensorRangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan pada IC sensor temperature
  • 31. Gambar 220 Rangkaian peubah arus ke tegangan untuk IC termo sensor2.6 Infrared PyrometerSensor inframerah dapat pula digunakan untuk sensor temperature.Memanfaatkanperubahan panas antara cahaya yang dipancarkan dengan diterima yang diterima pyrometerterhadap objek yang dideteksi.Gambar 221 Infrared Pyrometer sebagai sensor temperatur
  • 32. Contoh Soal1. Sebutkan beberapa macam jenis sensor termal yang anda ketahui2. Jelaskan cara kerja sensor bimetal dan contoh pemakaiannya3. Ada berapa jenis sensor termistor yang anda ketahui4. Jelaskan cara operasi sensor termokopel dalam sistem pengukuranJawaban:1. Jenis-jenis sensor termal antara lain: bimetal, termistor, RTD. Termokopel, IChidrid, Inframerah pyrometer.2. Sensor bimetal terdiri dari dua lempeng logam yang berbeda panas jenisnya dandisatukan. Bimetal bekerja apabila didekatkan dengan sumber panas yangterkondisi, maka bimetal akan membengkok kearah bahan logam yang panasjenisnya lebih rendah.3. Jenis termistor ada 3 macam antara lain: Coater-bead, disk, diode case dan thinfilm.4. Termokopel terdiri dua buah logam yang berbeda panas jenisnya yang salah satuujungnya disatukan. Bila ujung dipanaskan maka sisi ujung lainnya akanmanghasilkan tegangan yang dapat diukur.Latihan1. Sebutkan ada beberapa macam cara kalor substrat dapat mengalir dalam mediapadat, cair dan gas2. Sebutkan batas temperature operasi kerja dari sensor termal yang anda ketahui3. Sebutkan keunggulan sensor suhu jenis RTD dari pada sensor termokopelJawaban:1. Aliran kalor substrat pada dimensi padat, cair, dan gas dapat terjadi secara:- Konduksi yaitu pengaliran panas melalui benda padat (penghantar) secarakontak langsung- Konveksi yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung- Radiasi yaitu pengeliran panas melalui media udara/gas secara kontak tidaklangsung2. Sensor NTC, PTC, Transistor, diode dan IC hybrid untuk suhu antara -35oC sampai150oC. Untuk pengukuran suhu menengah yaitu antara 150oC sampai 700oC dapatdigunakan thermocouple dan RTD. Untuk suhu lebih tinggi sampai 1500oC tidak
  • 33. mungkin menggunakan sensor kontak langsung, maka teknis pengukurannyadilakukan menggunakan cara radiasi yaitu dengan Infrared Pyrometer. Untukpengukuran suhu pada daerah sangat dingin yaitu di bawah 65K atau sama dengan-208oC dapat digunakan resistor karbon biasa karena pada suhu ini karbon berlakuseperti semikonduktor. Untuk suhu antara 65K sampai -35oC dapat digunakankristal silicon dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.3. RTD memiliki keunggulan dibandingkan thermocouple yaitu:- Tidak diperlukan suhu referensi.- Sensitivitasnya cukup tinggi yaitu dapat dilakukan dengan cara memperpanjangkawat yang digunakan dan memperbesar teganganeksitasi.- Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari thermocouple.- Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena moise tidak jadimasalah.- Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadisederhana dan murah.Review1. Gambarkaan bentuk konstruksi dari sensor bimetal, termokopel, dan transistor2. Kenapa sensor RTD lebih diunggulkan pemakaiannya daripada sensor termallainnya3. Untuk mendeteksi suhu kerja dibawah nol derajat, sensor jenis apa yang palingtepat digunakan4. Jelaskan cara kerja sensor infrared pyrometerJawab:1. a. Sensor BimetalBimetal sesudahdipanaskanBimetal sebelumdipanaskanLogam ALogam B
  • 34. b. Termokopelc. Termistor2. RTD memiliki keunggulan dibandingkan thermocouple yaitu: Tidak diperlukan suhu referensi Perubahan tahanan lebih linier Sensitivitasnya cukup tinggi yaitu dapat dilakukan dengan cara memperpanjangkawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari thermocouple Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena moise tidak jadimasalah
  • 35.  Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadisederhana dan murah Terbuat dari kawat tahan korosi dan dililitkan dengan bahan keramik3. Untuk pengukuran suhu pada daerah sangat dingin yaitu di bawah 65K atau samadengan -208oC dapat digunakan resistor karbon biasa karena pada suhu ini karbonberlaku seperti semikonduktor. Untuk suhu antara 65K sampai -35oC dapatdigunakan kristal silicon dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.4. Termometers Infra Merah mengukur suhu menggunakan radiasi kotak hitam(biasanya infra merah) yang dipancarkan objek. Termometers Infra Merahmengukur Suhu menggunakan radiasi Kotak hitam (biasanya infra merah) Yangdipancarkan objek. Kadang disebut termometer laser jika menggunakan laser untukmembantu pekerjaan pengukuran, atau termometer tanpa sentuhan untukmenggambarkan kemampuan alat mengukur suhu dari jarak jauh.RANGKUMANPada bab 2 ini dipelajari tentang definisi-definisi, persyaratan, jenis-jenis dancontoh-contoh sensor thermal yang banyak ditemui di industry dan laboratorium.
  • 36. BAB 3SENSOR MEKANIKTUJUAN UMUMSetelah mahasiswa mempelajarai bab ini, diharapkan dapat memahami fungsi danperanan sensor mekanik dalam teknik pengukuran dan pengontrolan sistem di dunia nyatadengan baik.TUJUAN KHUSUSSetelah mempelajari topik demi topik dalam bab ini maka diharapkan mahasiswadapat :1. Mengerti tentang macam-macam dan fungsi dari sensor posisi dengan baik.2. Mengerti tentang jenis, fungsi dan kegunaan dari sensor kecepatan dalam sistem kendaliberumpan balik dengan baik3. Mengerti jenis-jenis dan penerapan dari sensor tekanan dalam sistem pengaturanberumpan balik dengan baik4. Mengerti macam, fungsi dan kegunaan dari sensor aliran fluida dengan baik5. Mengerti tentang macam, fungsi dan penerapan sensor level dalam sistem otomasiindustri dengan baikPendahuluanPergerakkan mekanis adalah tindakan yang paling banyak dijumpai dalamkehidupan sehari-hari, seperti perpindahan suatu benda dari suatu posisi ke posisi lain,kecepatan mobil di jalan raya, dongrak mobil yang dapat mengangkat mobil seberat 10 ton,debit air didalam pipa pesat, tinggi permukaan air dalam tanki.Semua gerak mekanis tersebut pada intinya hanya terdiri dari tiga macam, yaitugerak lurus, gerak melingkar dan gerak memuntir. Gerak mekanis disebabkan oleh adanyagaya aksi yang dapat menimbulkan gaya reaksi. Banyak cara dilakukan untuk mengetahuiatau mengukur gerak mekanis misalnya mengukur jarak atau posisi dengan meter,mengukur kecepatan dengan tachometer, mengukur debit air dengan rotameter dsb. Tetapijika ditemui gerakan mekanis yang berada dalam suatu sistem yang kompleks makadiperlukan sebuah sensor untuk mendeteksi atau mengimformasikan nilai yang akan
  • 37. diukur. Berikut akan dijabarkan beberapa jenis sensor mekanis yang sering dijumpai didalam kehidupan sehari-hari.3.1. Sensor PosisiPengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog dan digital. Untukpergeseran yang tidak terlalu jauh pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara-caraanalog, sedangkan untuk jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan caradigital.Hasil sensor posisi atau perpindahan dapat digunakan untuk mengukur perpindahanlinier atau angular. Teknis perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara terhubunglangsung ( kontak ) dan tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ).3.1.1. Strain gauge (SG)Strain gauge dapat dijadikan sebagai sensor posisi. SG dalam operasinyamemanfaatkan perubahan resistansi sehingganya dapat digunakan untuk mengukurperpindahan yang sangat kecil akibat pembengkokan (tensile stress) atau peregangan(tensile strain). Definisi elastisitas (İ) strain gauge adalah perbandingan perubahan panjang(ǻL) terhadap panjang semula (L) yaitu:ߝ ൌο‫ܮ‬‫ܮ‬atau perbandingan perubahan resistansi (ǻR) terhadap resistansi semula (R) sama denganfaktor gage (Gf) dikali elastisitas starin gage (İ) :οܴܴൌ ‫ܩ‬௙ߝSecara konstruksi SG terbuat dari bahan metal tipis (foil) yang diletakkan diatas kertas.Untuk proses pendeteksian SG ditempelkan dengan benda uji dengan dua cara yaitu:1. Arah perapatan/peregangan dibuat sepanjang mungkin (axial)2. Arah tegak lurus perapatan/peregangan dibuat sependek mungkin (lateral)
  • 38. Gambar 3.1. Bentuk phisik strain gaugeFaktor gauge (Gf) merupakan tingkat elastisitas bahan metal dari SG.‡ metal incompressible Gf = 2‡ piezoresistif Gf =30‡ piezoresistif sensor digunakan pada IC sensor tekananUntuk melakukan sensor pada benda uji maka rangkaian dan penempatan SG adalah‡ disusun dalam rangkaian jembatan‡ dua strain gauge digunakan berdekatan, satu untuk peregangan/perapatan , satu untukkompensasi temperatur pada posisi yang tidak terpengaruh peregangan/ perapatan‡ respons frekuensi ditentukan masa tempat strain gauge ditempatkanGambar 3.2. Pemasangan strain gauge: (a) rangkaian jembatan(b) gage1 dan gage 2 posisi 90 (c) gage 1 dan gage 2 posisi sejajar
  • 39. 3.1.2. Sensor Induktif dan ElektromagnetSensor induktif memanfaatkan perubahan induktansi‡ sebagai akibat pergerakan inti feromagnetik dalam koil‡ akibat bahan feromagnetik yang mendekatGambar 3.3. Sensor posisi: (a) Inti bergeser datar (b) Inti I bergser berputar,(c) Rangkaian variable induktansiRangkaian pembaca perubahan induktansi- dua induktor disusun dalam rangkaian jembatan, satu sebagai dummy- tegangan bias jembatan berupa sinyal ac- perubahan induktasi dikonversikan secara linier menjadi perubahan teganganKL = sensistivitas induktansi terhadap posisi- output tegangan ac diubah menjadi dc atau dibaca menggunakan detektor fasaGambar 3.4. Rangkaian uji sensor posisi induktif
  • 40. Sensor elektromagnetik memanfatkan terbangkitkannya gaya emf oleh pada koil yangmengalami perubahan medan magnit- output tegangan sebanding dengan kecepatan perubahan posisi koil terhadapsumber magnit- perubahan medan magnit diperoleh dengan pergerakan sumber medan magnit ataupergerakan koilnya (seperti pada mikrofon dan loudspeaker)Gambar 3.5. Pemakaian sensor posisi: (a) pada microphone, (b) pada loudspeaker3.1.3. Linier Variable Differential Transformer (LVDT)± memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparansekunder± dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekundermenerima fluks yang sama± dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnyaturun± tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan perubahan posisi intimagnetic± hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan
  • 41. Gambar 3.6. VDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi VDT,(b) Rangakaian listrik,(c) rangkaia uji VDT, (d) arakteristik VDT± rangkaian detektor sensitif fasa pembaca perpindahan dengan VDTGambar 3.7. Rangkain uji elektronik VDT
  • 42. 3.1.4. Transduser Kapasitif± memanfaatkan perubahan kapasitansi‡ akibat perubahan posisi bahan dielektrik diantarakedua keping‡ akibat pergeseran posisi salah satu keping dan luaskeping yang berhadapan langsung‡ akibat penambahan jarak antara kedua keepingGambar 3.8. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseranberputar, (c) pergeseran jarak plat± nilai kapasitansi berbanding lurus dengan area dan berbanding terbaik dengan jarakkdAC 0885,0!± cukup sensitif tetapi linieritas buruk± rangkaian jembatan seperti pada sensor induktif dapat digunakan dengan kapasitordihubungkan paralel dengan resistansi (tinggi) untuk memberi jalur DC untuk inputopamp± alternatif kedua mengubah perubahan kapasitansi menjadi perubahan frekuensiosilator‡ frekuensi tengah 1 - 10 MHz‡ perubahan frekuensi untuk perubahan kapasitansi cukup kecil dibandingkankapasitansi Co
  • 43. Gambar 3.9. Pemakaian sensor posisi pada rangkaian elektronik:(a) kapasitansi menjadi frekuensi, (b) kapasitansi menjadi pulsa± Solusi rangkaian murah dengan osilator relaksasi dual inverter CMOS3.1.5. Transduser perpindahan digital optis± mendeteksi posisi melalui kode oleh pemantul atau pelalu transmisi cahaya ke detektorfoto± perpindahan (relatif) diukur berupa pulse train dengan frekuensi yang sebandingkecepatan pergerakanGambar 3.10. Sensor posisi digital optis: (a) dan (b) pergeseran berputar, TX-RXsejajar, (c) dan (d) pergeseran mendatar, TX-RX membentuk sudut.± deteksi arah gerakan memanfaatkan dua sinyal dengan saat pulsa naik berbeda
  • 44. Gambar 3.11. Rangakain uji untuk menentukan arah gerakan/posisi± posisi mutlak dideteksi menggunakan kode bilangan digital‡ untuk deteksi perubahan yang ekstrim satu kode digunakan sebagai sinyal clock‡ alternatif lain memanfaatkan kode yang hanya mengijinkan satu perubahan sepertipada kode Gray‡ kode angular lebih baik dari pada kode linier akibat arah ekpansi thermal pada pelatkodeGambar 3.12. Pulsa clock yang dihasilkan berdasarkan bilangan biner± pengukuran perpindahan posisi yang kecil dapat dilakukan dengan pola Moire‡ pola garis tegak dan miring memperkuat (ukuran) pergeseran arah x ke pola garis padaarah y‡ perubahan dibaca dengan cara optis
  • 45. Gambar 3.13. Perubahan posisi kecil menggunakan cara Moire3.1.6. Transduser PiezoelectricTransduser Piezoelectric berkeja memanfaatkan tegangan yang terbentuk saat kristalmengalami pemampatan‡ ion positif dan negatif terpisah akibat struktur kristal asimetris‡ bahan kristal: kuarsa dan barium titanat, elektret polivilidinflorida‡ bentuk responsܸ௑ ൌ ‫ߝܭ‬Gambar 3.14. Transduser Piezoelektrik: (a) konstruksi PE,(b) rangkaian ekivalen PEGambar 3.15. Respons Tegangan PE
  • 46. Rangkaian pembaca tegangan pada piezoelektrik sensor‡ kristal bukan konduktor (tidak mengukur DC, rangkaian ekivalen) gunakan rangkaianOp-Amp dengan impedansi input tinggi (FET, untuk frekuensi rendah)‡ bila respons yang diukur dekat dengan frekuensi resonansi kristal, ukur muatansebagai ganti teganganܳ௑ ൌ ܳ௤௘ߝdi mana Qx = muatan listrik kristal (coulomb)Kqe = konstanta kristal (coul/cm)İ = gaya tekan ( Newton)‡ Gambar (a) R tinggi untuk alur DC, (b) saklar untuk mengukur tegangan strain saatON dan OFF dan (c) mengukur muatan, tegangan (Vo)yang dihasilkan adalah :‫ݒ‬௢ ൌܳ௑‫ܥ‬௙ൌ ቆ‫ܭ‬௤௘‫ܥ‬௙ቇ ߝ ൌ ‫ܭ‬௤௘ ቆ‫ܥ‬௫‫ܥ‬௙ቇGambar 3.16. Rangkaian pembacaan tegangan kristal
  • 47. 3.1.7. Transduser Resolver dan Inductosyn± berupa pasangan motor-generator: resolver dan transmiter digunakan untuk mengukursudut pada sebuah gerakan rotasi± kumparan stator sebagai penerima ditempatkan pada sudut yang berbeda‡ 3 stator: syncho‡ 2 stator: resolver± versi linier (inductosyn) perbedaan sudut 90 derajat diperoleh dengan perbedaan 1/4gulunganGambar 3.17. Konstruksi Resolver - Inductosyn dan sinyal yang dihasilkan3.1.8. Detektor Proximity± (a) saklar reed yang memanfatkan saklar yang terhubung atau terlepas berdasarkanmedan magnet± (b) RF-lost akibat adanya bahan metal yang menyerap medan magnet (frekuensi 40-200 kHz) yang mengakibatkan detector RF turun akibat pembebanan rangkaianresonansi LC pada osilator± (c) Detector kapasitansi mengamati perubahan kapasitansi oleh bahan nonkonduktor± (d) pancaran cahaya terfokus
  • 48. Gambar 3.18. Beberapa sensor proximity3.1.8. PotensiometerPotensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu:potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganyacukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya hargaresistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang menggunakangulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya. Ketelitian daripotensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan serta kerapihanpenggulungannya.3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan kebahan isolator
  • 49. Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol industrikarena cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang menggunakankawat halus yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukurankawat. Kawat yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin.Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena hanyamembutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyalyang rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah:1. Cepat aus akibat gesekan2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas kontak3. Mudah terserang korosi4. Peka terhadap pengotorPotensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halusdengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensorposisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabilajangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapihati-hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,2 ±0,5%a. Wire Wound b. Tahanan Geser c. KarbonGambar 3.19. Macam Potensiometer
  • 50. Gambar 3.20. Rangkaian uji Potensiometer3.1.9. Optical lever displacement detektor‡ memanfaatkan pematulan berkas cahaya dari sumber ke detektor‡ linieritas hanya baik untuk perpindahan yang kecilGambar 3.21. Optical Lever Displacement Detector