SENSOR DAN TRANSDUSER

Istilah atau pengertian sensor dan transduser seringkali interchangeable

Sensor : perangkat yang berfungsi mengubah besaran fisik menjadi besaran fisik lain

Transduser : bisa terdiri lebih dari satu sensor yang digabungkan dengan komponen lain sehingga dapat berfungsi sebagai suatu instrumen

KLASIFIKASI SENSOR

Sensor aktif : tidak membutuhkan sumber daya untuk dapat berfungsi

Sensor pasif : membutuhkan sumber daya agar berfungsi

APLIKASI SENSOR

Sensor thermis Sensor tekanan Sensor flow Sensor optis

SENSOR THERMIS

Thermocouples Resistance temperature device

(RTD) Semiconductor device (NTC)

THERMOCOUPLES Terdiri dari dua konduktor yang berbeda jenis,

yang disambungkan pada kedua ujungnya Ujung-ujung dari thermocouple disebut junctions

Bila terjadi perbedaan temperatur dikedua junctions maka akan ada arus listrik yang mengalir atau tegangan emf, e (nilai tipikal e 0.001-0.004mV/K )

Besar tegangan emf e sebanding dengan beda temperatur dikedua juntions

Thermocouple

Bahan Thermocouple :

Bismuth, Constantan, Alumel (Nikel), Platimum, Alumunium, Rhodium, Copper Gold, Iron, Chromel, SIlicon

CAKUPAN TEMPERATUR THERMOCOUPLES

Type Materials Temperature F Temperature C

J iron vs. copper nickel -50 to +1400 -40 to +760

K Nickel-Chromium vs. Nickel-Aluminium

-100 to +2250 -80 to +240

T Copper vs. Copper-Nickel -200 to 660 -130 to +350

E Nickel-Chromium vs. Copper-Nickel

-200 to +1250 -130 to +350

R Platinum vs. Platinum-13% Rhodium

0 to +3200 -20 to +1760

S Platinum vs. Platinum-10% Rhodium

0 to +3200 -20 to +1760

BPlatinum-6% Rhodium vs. Platinum-10%

Rhodium

+500 to +3200 +260 to +1760

CTungsten-5% Rhenium vs. Tungsten-26%

Rhenium

0 to +4200 -20 to +2320

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)

DETECTOR INI TERBUAT DARI BAHAN LOGAM ATAU PADUAN LOGAM

RESISTANSI DARI RTD BERUBAH TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATURE

KOEFISIEN PERUBAHAN RESISTANSI POSITIP (PTC)

NILAI RESISTANSI RTD UMUMNYA 100OHM, TETAPI ADA JUGA RTD DENGAN RESISTANSI 50OHM DAN 1000OHM

COCOK DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR TEMPERATUR DALAM PIPA

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)

RELASI ANTARA PERUBAHAN RESISTANSI RTD TERHADAP TEMPERATUR :

RT = Ro (1 + A1T + A2T2 + . . . )

DI MANA Ro ADALAH RESISTANSI PADA 0OK

RT ADALAH RESISTANSI PADA T OK

A1 DAN A2 KONSTANTA YANG NILAI NYA

BERGANTUNG PADA JENIS BAHAN RTD

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)

RENTANG TEMPERATUR YANG DAPAT DIUKUR BERGANTUNG PADA BAHAN PEMBUAT RTD

MATERIAL RENTANG TEMPERATUR oFPLATINUM - 450 - + 1200NICKEL - 150 - + 600COPPER - 100 - + 300NICKEL/IRON - 32 - + 400

THERMISTOR (NTC) TERBUAT DARI BAHAN SEMIKONDUKTOR MEMPUNYAI KOEFISIEN TEMPERATUR NEGATIF PERUBAHAN RESISTANSI TERHADAP

TEMPERATUR TIDAK LINIER

RT = RO EXP (B(1/T – 1/TO)

DI MANA RT RESISTANSI PADA T0K, RO RESISTANSI PADA 0OK DAN B KONSTANTA

THERMISTOR (NTC)

PERBANDINGAN ANTARA RTD DAN NTC

RTD KURANG SENSITIF DIBANDINGKAN DENGAN NTC

PERUBAHAN RESISTANSI RTD JAUH LEBIH KECIL DARI NTC

NTC COCOK DIGUNAKAN UNTUK PENGUKURAN TEMPERATUR YANG RELATIF RENDAH

Perbandingan Karakteristik Thermocouple, RTD dan Thermistor

SENSOR MEKANIK

DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR BESARAN FISIKA SEPERTI SIMPANGAN (DISPLACEMENT), GAYA ATAU TEKANAN, LAJU ALIRAN (FLOW) DAN LEVEL

SENSOR RESISTIF

RESISTANSI SUATU BAHAN : R = L/A

DI MANA R ADALAH RESISTANSI, RESISTANSI JENIS, L PANJANG BAHAN DAN A LUAS PERMUKAAN BAHAN

POTENSIOMETER

POTENSIOMETER PERUBAHAN RESISTANSI

SEBANDING DENGAN SIMPANGAN LINIER ATAU ANGULAR

STRAIN GAUGE

STRAIN GAUGE TERBUAT DARI KONDUKTOR LOGAM ATAU SEMIKONDUKTOR YANG DIFABRIKASI SEDEMIKIAN RUPA SEHINGGA NILAI RESISTANSI NYA BERUBAH BILA MENGALAMI PERUBAHAN PANJANG

SENSOR KAPASITIF

DAPAT BERBENTUK DUA PELAT LOGAM YANG SEJAJAR ATAU DUA BUAH TABUNG YANG KONSENTRIS DENGAN DIAMETER YANG BERBEDA

NILAI KAPASITANSI SUATU KAPASITOR ADALAH :

C = A/D

SENSOR INDUKTIF

DARI SENSOR INDUKTIF YANG PALING BANYAK DIGUNAKAN ADALAH LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER)

LVDT DIBENTUK DARI DUA BUAH KUMPARAN YAITU SEBUAH KUMPARAN PRIMER DAN DUA BUAH KUMPARAN SEKUNDER, DIMANA KE DUA KUMPARAN SEKUNDER DIHUBUNGKAN SECARA DIFFERENTIAL

PERUBAHAN POSISI INTI LVDT SEBANDING DENGAN DENGAN PERUBAHAN TEGANGAN YANG KELUAR DARI KE DUA KUMPARAN SEKUNDER

PENGUKURAN LEVEL

ADA TIGA METODA YANG DAPAT DIGUNAKAN DALAM PENGUKURAN LEVEL, YAITU :

MEKANIKAL ELEKTRIKAL ULTRASONIK

PENGUKURAN LEVEL

MEKANIKALMENGGUNAKAN PELAMPUNG,

SEBAGAI SENSOR PERTAMA, YANG DIHUBUNGKAN DENGAN LVDT ATAU POTENSIOMETER, SEBAGAI SENSOR KE DUA, UNTUK MENDAPATKAN KELUARAN BERUPA TEGANGAN ELEKTRIK

PENGUKURAN LEVEL

ELEKTRIKALMENGGUNAKAN SENSOR KAPASITIF ULTRASONIKMEMANFAATKAN WAKTU PANTUL

GELOMBANG ULTRASONIK

PENGUKURAN TEKANAN

METODA PENGUKURAN TEKANAN DILAKUKAN SECARA TIDAK LANGSUNG YAITU MELALUI SIMPANGAN ATAU DEFLEKSI DARI ELEMEN MEKANIK

TERDAPAT DUA SENSOR YANG MEMBENTUK TRANSDUSER INI, YAITU

ELEMEN MEKANIK UNTUK MENDAPATKAN PERUBAHAN SIMPANGAN ATAU DEFLEKSI

PENGUKURAN TEKANAN

SENSOR LVDT UNTUK MENGUBAH BESARAN SIMPANGAN MENJADI BESARAN ELEKTRIK

PENGUKURAN TEKANAN

ELEMEN MEKANIK YANG UMUM DIGUNAKAN ADALAH :

BELLOWS DIAPHRAGMA TABUNG BOURDON PISTON

PENGUKURAN FLOW

BESARAN UKUR DAPAT BERUPA : KECEPATAN ATAU LAJU ALIRAN, LAJU VOLUMETRIK DAN LAJU ALIRAN MASSA

LAJU ALIRAN VOLUME DAPAT DIHITUNG DARI LAJU ALIRAN, LUAS PENAMPANG DAN JENIS ALIRAN

PENGUKURAN FLOW

UNTUK MENGUKUR ALIRAN MASSA DARI LAJU ALIRAN VOLUME MEMERLUKAN BESARAN TAMBAHAN SEPERTI TEMPERATUR DAN RAPAT JENIS FLUIDA

PENGUKURAN FLOW

LAJU ALIRAN DAPAT DIUKUR BAIK SECARA KONTAK LANGSUNG ATAUPUN MELALUI PENGUKURAN BEDA TEKANAN

PENGUKURAN FLOW

METODA UMUM DALAM PENGUKURAN LAJU ALIRAN FLUIDA ATAU FLOW ADALAH DENGAN MEMASANG RESITRIKSI ATAU PENGHALANG DALAM PIPA DAN MENGUKUR PERBEDAAN TEKANAN YANG TERJADI

Q = KP

PENGUKURAN FLOW

CARA LAIN DALAM MENGUKUR LAJU ALIRAN FLUIDA ADALAH DENGAN MEMASANG PELAMPUNG KE DALAM PIPA (ROTAMETER) ATAU MEMASUKAN TURBIN KECIL

Metoda pengukuran :

1. Pengukuran langsung, pada metoda ini pengukuran

dilakukan secara langsung pada objek (measurand) dan

dibandingkan dengan standar yang sesuai, misal mengukur

panjang sebuah benda.

2. Pengukuran tidak langsung, metoda ini merupakan

yang paling banyak digunakan pada bidang rekayasa. Alat

ukur umumnya dilengkapi dengan elemen transduser yang

berguna untuk mengkonversi kuantitas yang akan diukur

kebentuk lain seperti bentuk analog.

Jenis-jenis Instrumen

1. Mekanik, respon lambat khususnya untuk pengukuran dinamis dan

transien, berukuran relatif besar dan berat.

2. Elektrik, respon lebih cepat tetapi masih terbatas penggunaanya dalam

industri modern.

3. Elektronik, respon sangat cepat dan saat ini menjadi instrumen standar

dalam dunia industri modern dan bidang-bidang rekayasa lainnya.

KARAKTERISTIK SISTEM INSTRUMENTASI

TERDAPAT DUA JENIS KARAKTERISTIK KARAKTERISTIK STATIKCONTOH :

AKURASI,LINIERITAS,RESOLUSI,PRESISI,HYSTERESIS,SENSITIVITAS DAN SPAN

KARAKTERISTIK DINAMIK RESPONSE IMPULSE,RESPONSE STEP

DAN RESPONSE FREKUENSI

KARAKTERISTIK STATIK AKURASI (KETELITIAN) : HARGA TERDEKAT DARI PENUNJUKAN SUATU INSTRUMEN PADA

NILAI SEBENARNYA PRESISI : SUATU UKURAN KEMEMPUAN DARI SUATU INSTRUMEN DIMANA

HASIL PENGUKURANNYA SERUPA LINIERITAS : MENYATAKAN SEBERAPA BESAR PENYIMPANGAN PENUNJUKAN

SUATU ISTRUMEN DARI KURVA KALIBRASI DENGAN KONDISI TANPA BEBAN DAN SKALA PENUH

RESOLUSI : NILAI TERKECIL DARI PERUBAHAN BESARAN UKUR YANG MASIH

DAPAT DIBACA OLEH SUATU INSTRUMEN DENGAN BENAR

KARAKTERISTIK STATIK SENSITIVITAS :

PERUBAHAN BESARAN UKUR TERKECIL YANG MASIH TERDETEKSI OLEH SUATU INSTRUMEN

SPAN :

BATAS VARIABEL YANG DIRANCANG DAPAT DIUKUR OLEH

SUATU INSTRUMEN

KARAKTERISTIK DINAMIK KARAKTERISTIK DINAMIK SUATU INSTRUMEN BERGANTUNG

PADA ORDE DARI SISTEM INSTRUMEN SISTEM ORDE NOL SISTEM ORDE NOL DAPAT DINYATAKAN OLEH PERSAMAAN

BERIKUT INI :

ay(t) = bx(t) (1) DI MANA x = INPUT y = OUTPUT a DAN b KONSTANTA SEMBARANG y = b/a x = k x k = SENSITIVITAS ATAU GAIN DC

KARAKTERISTIK DINAMIK SISTEM ORDE PERTAMA : PERSAMAAN DI BAWAH INI MENYATAKAN SISTEM ORDE

PERTAMA

a1 dy(t)/dt +a0 y(t) = b x(t) (2)

DI MANA a0,a1 DAN b ADALAH KONSTANTA PERSAMAAN (2) DAPAT DITULISKAN MENJADI

dy(t)/dt + y(t) = k x(t)

DI MANA KONSTANTA WAKTU DAN k GAIN DC MERUPAKAN PARAMETER PARAMETER SISTEM

KARAKTERISTIK DINAMIK SISTEM ORDE KE DUA PERSAMAAN DI BAWAH INI MENYATAKAN SISTEM ORDE KE

DUA

a2d2y(t)/dt2 + a1dy(t)/dt + a0y(t) = bx(t) (3)

a2, a1, a0 dan b konstanta

PERSAMAAN (2) DI ATAS DAPAT DITULISKAN MENJADI

d2y(t)/dt2 + 2n dy(t)/dt + n2 y(t) = kn2 x(t)

KARAKTERISTIK DINAMIK

DI MANA n = a1/a2 FREKUENSI NATURAL (RAD/DET)

= a1/2a0a2 DAMPING RASIO k = GAIN DC MERUPAKAN PARAMETER PARAMETER

SISTEM ORDE KE DUA

KARAKTERISTIK DINAMIK SISTEM/INSTRUMEN BERGANTUNG PADA PARAMETER PARAMETER SISTEM DI ATAS