Dosen: Ali Sadiyoko

Mekatronika (IND 214)

Sensor / Transducer7

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

2

Transducer

Sensor berfungsi seperti mata, telinga, hidung dan lidah pada manusia. Mikroprosesor berfungsi seperti otak manusia.

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

LINGKUNGAN

PERSEPSI

KOGNISI

AKSI

SENSOR PROSES AKTUATOR

Proses Penalaran Sistem

3

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Transducer

SENSING

PEMROSESAN SINYAL

INTERPRETASI DATA

ANALISA

EKSEKUSI TUGAS

GEN. SINYAL KENDALI

AKTUASI

sensor/ transducer

A/D , digital

SW

SW, decision

SW, job specs.

D/A , analog

Aktuator, relay

4

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Transducer

Alat yang menerima masukan berupa suatu bentuk energi dan menghasilkan keluaran berupa bentuk energi lain yang berbeda (biasanya energi listrik : tegangan), untuk dapat digunakan untuk kebutuhan pemrosesan lebih lanjut.

5

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Prinsip Kerja Transducer• ELEKTROMEKANIKAL

INPUT := gerakan mekanik OUTPUT := elektrik

• RESISTIF INPUT := Perubahan R suatu material OUTPUT := elektrik

• KAPASITIF INPUT := Perubahan C suatu material OUTPUT := elektrik

• PIEZZOELEKTRIKPerubahan sifat dari suatu jenis kristal yang menghasilkan arus listrik pada saat kristal tersebut terdeformasi.

• PHOTOVOLTAIK INPUT := sinar OUTPUT := elektrik

6

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Contoh-contoh Transducer

Capacitive Transducer – Proximity Switch

Photovoltaic Transducer

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

7

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Contoh-contoh Transducer

Photovoltaic Transducer

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

8

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Karakteristik Transducer• Static Specification

1. Accuracy 2. Resolution3. Repeatibility4. Linearity5. Hysteresis

• Dynamic Specification1. Time response

9

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Static Specification

loadload

VV

scalefull

scalefulltrue

_

_

Angka yang menyatakan penyimpangan kesalahan yang ditunjukkan oleh transducer (Vtrue) terhadap output (Vout) sesungguhnya.

Satuan : % of full-scale output (FSO)

1. Accuracy (ketepatan)

10

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Static Specification

11

2. Resolusi

Perubahan terkecil dari input yang masih dapat dirasakan oleh transducer. (Skala terkecil)

3. RepeatabilityKemampuan transducer untuk menunjukkan hasil yang sama, bila diberi input yang sama beberapa kali.

%100_

minmax

scalefullityrepeatibil

%100full_scale

averagedeviationlargest

ityrepeatibil

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Static Specification4. Linearity

Kemampuan transducer untuk berlaku sebagai sistem linear.Sistem linear := memenuhi hk. superposisi.

f(a) + f(b) = f(a+b)

1. endpoint linearity2. independent straight-line linearity.3. least-square (linear regression)

n

xm

n

yb

xxn

yxxynm

bmxy

22 )()(

)(

12

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Static Specification5. Hysteresis = reproducibility

Indikasi dari reproduksi output transducer, bila didekati dari batas bawah dan bila dari batas atas. Muncul karena masih ada inersia (magnetik) di dalam sistem transducer.

in

out

Hysteresis area

13

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Dynamic SpecificationTime Response

rise time (tr) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan output dari 10% sampai 90%.

time constant ( ) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan 63.2 % output yang mungkin.dead time : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk mulai menghasilkan respon output.

orde 1 dan 2

14

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Dynamic SpecificationSistem Orde 2

Koefisien redaman / damping coefficient ( , zeta) : bilangan yang menunjukkan redaman yang dimiliki oleh sistem (transducer).

dampedunder 1,

damped critically 1,

dampedover 1,

% overshoot : lonjakan maksimum.

%100_

_movershoot % p

statesteady

statesteady

15

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Graphics

Pictures taken from : Ogata, K. ,’ Modern Control Engineering’, Prentice Hall Int’l, 1990.

16

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Dynamic Specificationsettling time : waktu yang dibutuhkan agar output mencapai keadaan steady state 2%.

resonant frequency ( n ) : waktu yang dibutuhkan oleh transducer untuk menghasilkan 63.2 % output yang mungkin.

frequency response : kemampuan transducer untuk merespon input pada frekuensi tertentu dari input.

n

1

hftr

35.0

17

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorSENSOR POSISI

1. PotensiometerResistance wire

-W +

Resistance wire+

W

-

a.

b.

18

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

VRR

RVout 21

2

Prinsip Kerja Potensiometer

A

lR

V+

-R

V+

-R1

R2

V+

- R

Vout

Vout

R = R1 + R2

Rangkaian pembagi teganganR l

19

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

VRR

RW

21

2

20

+W-

+

R2’l’2

R1’l’1

L

Resistance wire

-W +

R1l1 R2

l2

L

r = (/A) LR1’ = R1 + rR2’ = R2 - r

VRR

RW

'2'1

'2'

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor2. Linear & Rotary Variable Differential Transducer (LVDT, RVDT)

E

V1

V2

Vout

S

N

N1

N2

11 V

E

N

N

22 V

E

N

N

Vout = V1 – V2

Pada saat awal :N1 = N2 V1 = V2

Sehingga : Vout = 0

21

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

E

V1

V2

Vout

S

N

N1

N2

E

V1

V2

Vout

N

N1

N2

n

Pada saat ada pergeseran ke atas : N2 >>N1 > N2 V1 > V2

Sehingga : Vout > 0

Pada saat ada pergeseran ke bawah : N1 >>N1 < N2 V1 < V2

Sehingga : Vout < 0

22

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorLVDT

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

23

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

LVDT

24

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor3. Optical Encoder

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

25

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

26

Optical Encoder

Bentuk gelombang output

Code track pada disk

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor4. Synchro & Resolver

27

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

28

4. Synchro & Resolver

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

SENSOR GAYA

Strain GageWheatstone Bridge CircuitLoad Cell

29

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

Jembatan Wheatstone

30

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

Aplikasi penggunaan strain-gage

31

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

SENSOR GERAK

- Sensor kecepatan (linear & angular) : tachometer

- Sensor percepatan : accelerometer

32

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA

Sensor Tekanan (Pressure) : LVDT + efek Bernoulli, Pipa Bourdon.

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

33

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA

Sensor Aliran : gabungan strain gage, piezzoelectric atau LVDT + pipa Venturi atau pipa Pitot (Tugas !).

Pictures taken from : Petruzella, Frank D. ,’ Industrial Electronics’, Glencoe/ McGraw-Hill, 1996.

34

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorSENSOR UNTUK FLUIDA

Level sensor : photo transmitter + receiver, kapasitansi.

TX RX

C

35

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis SensorSENSOR SUHU

1. Thermocouple2. RTD ((Platinum) Resistance Temperature Detector)3. Thermistor = mengandung material semikonduktor.4. I.C. Sensor = LM335, LM34, AD592

Thermocouple RTD

36

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Jenis-jenis Sensor

G

RTD

R1 R2

R3

R4

Konfigurasi RTD 3 kawat. Tahanan RTD akan bertambah 0,385 /oC

G

T R2

R3 R4

Rangkaian Thermistor dalam rangkaian jembatan Wheatstone.

37

SENSOR SUHU

IND 214 – Mekatronika - 2013

7. Sensor/ Transducer

Karakteristik Sensor Suhu

Thermocouple RTD Thermistor I.C. Sensor

+

Self poweredSimpleRuggedInexpensiveWide varietyWide Temp. range

most stablemost accuratemore than linear than thermocouple-182oC < T < 630oC

high outputfasttwo-wire ohms measurementsT < 200oC

most linearhighest outputinexpensive

-

non-linearlow voltagereference requiredleast stableleast sensistiveT < 750oC

expensivecurrent source requiredsmall RLow absolute Rself-heating

non-linearlimited temperature rangefragilecurrent src requiredself-heating

T < 200oCPower supply req.slowself heatinglimited configuration-55oC < T < 150oC

T T T T

VR R

V or I

38