Bab ii Sensor

measurand Primary

Dikt at Kuliah : M ekatronika Teknik M esin Universitas Widy agama M alang

BAB IISENSOR

2.1. Tujuan Intruksional1. Mahasiswa mengetahui pengertian Sensor2. Mahasiswa Mampu Menjelaskan jenis-jenis Sensor

2.2. PendahuluanSensor adalah piranti yang mentransform (mengubah) suatu nilai (isyarat/energi) fisik kenilai fisik yang lain serta Menghubungkan antara fisik nyata dan industri electric dan pirantielektronika. Di dunia industri berguna untuk monitoring, controlling, dan proteksi. Seringdisebut juga dengan Transducer.Sensor umumnya dikategorikan menurut apa yang diukur dan sangat berperan pentingdalam proses pengendali manufaktur modern.

Gambar 2.1. Terminologi Sensor

Ada 6 tipe isyarat Sensor :· Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan, kecepatan,

percepatan, panjang gel acoustic.· Thermal, contoh: temperature, panas, entropy, heat flow· Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi.· Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density.· Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisasi.· Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi.Sensor mengkonversi dari suatu isyarat input ke suatu isyarat ouput. Sensor bisa sajamenggunakan satu atau lebih pengkonversian untuk menghasilkan suatu isyarat keluaran.

Isyaratinput

TransductionSecondaryTransduction

Isyaratoutput

Gambar 2.2. Diagram Blok Sensor

Sensor II-1


2.3. Sensor CahayaSensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi

besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadielektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangatluas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital. Pada saat inisudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempunyai 1 buah fotonsaja.Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya: Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana mmolekul silver halida dibagi menjadi

sebuah atom perak metalik dan atom halogen. Pengembang fotografis menyebabkanterbaginya molekul yang berdekatkan secara sama.

Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah resistansinya ketikadikenai cahaya

Sel fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan memberikan aruslistrik ketika dikenai cahaya

Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun fotokonduktif Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika

dikenai cahaya, kemudian elektron-elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantaidynode.

Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketikadikenai cahaya, dan umumnya bersifat sebagai fotoresistor.

Fototransistor menggabungkan salahsatu dari metode penyensoran di atas Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap terhadap

pengaruh panas dari radiasi yang masuk, seperti detektor piroelektrik, sel Golay,termokopel dan termistor, tapi kedua yang terakhir kurang sensitif.

Detektor cryogenic cuku tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x tunggal, sertafoton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah (Enss 2005).

2.4. Sensor suhuSensor Suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaranlistrik yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa metode yangdigunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan materialyang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.Menggunakan bahan logamLogam akan bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah.Hal ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakansebagai muatan positif yang berada di dalam elektron yang bergerak bebas. Jika suhubertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya semakin besar seiringdengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan elektron akanterhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah.Menggunakan bahan semikonduktorBahan semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilaihambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi,elektron dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat bergerakdengan bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak elektron dari semikonduktortersebut yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut berkurangUntuk mendapatkan sinyal listrik yang baik dengan sedikit kegaduhan, dapat digunakanjembatan Wheatstone dan rangkaian Lock in Amplifier.

2.5. Sensor proximityMerupakan sensor yang mendeteksi keberadaan dari suatu objek tanpa melakukan kontakfisik. Sensor proximity adalah sensor untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu obyek. Dalam

Sensor II-2


dunia robotika, sensor proximity seringkali digunakan untuk mendeteksi ada atau tidaknyasuatu garis pembimbing gerak robot atau lebiah dikenal dengan istilah “Line Follower Robot “

atau “ Line Tracer Robot”, juga biasa digunakan untuk mendeteksi penghalang berupa dindingatau penghalang lain pada Robot A voider. Jenis sensor proximity meliputi limit switch (saklarmekanik), ultrasonic proximity, proximity(infra merah), kamera dan lain sebagainya.

Gambar 2.3. Sensor proximitySensor proximity yang digunakan untuk line follower robot dibuat menggunakan pasangan LED/ Infrared dan phototransistor. Bila cahaya LED memantul pada garis dan diterima oleh basisphototransistor maka phototransistor menjadi saturasi(on)sehingga tegangan output akanmendekati 0 volt. Sebaliknya jika tidak terdapat pantulan maka basis phototransistor tidakmendapat arus bias sehingga menjadi cut-off, dengan demikian tegangan output sama dengantegangan Induk (Vcc). Output rangkaian masih memiliki kemungkinan tidak pada kondisi idealbila intensitas pantulan cahaya LED pada garis lemah, misalnya karena perubahan warna ataulintasan yang kotor. Untuk mengatasi hal tersebut ditambahkan rangkaian pembanding yangmembandingkan output sensor dengan suatu tegangan threshold yang dapat diatur denganmemutar trimmer potensio. Untuk mengetahui hasil dari sensor, alangkah baiknya diberi lampuindicator yang disambungkan dengan output dari komparator.Proximity sensor ini akan dipergunakan dalam kondisi :

· Objek yang akan dideteksi terlalu kecil.· Respons cepat dan kecepatan switching diperlukan, misalnya dalam menghitung,

ataupun ejection control applications.· Objek harus diindra melalui pembatas non metalik, seperti kaca, plastik dan kartor

kertas.· Lingkungan yang berbahaya, dimana sistem terproteksi dengan ba

ik, dan tidakdiharapkan adanya kontak mekanik.

· Jika dibutuhkan saklar yang panjang umur dan andal· Sistem pengendali elektronik cepat yang membutuhkansignal masukan bebas

pantulan.

Inductive Proximity Sensor adalah peralatan sensor yang diaktifkan oleh objek logam.Inductive Sensor ini dapat diaktifkan baik dalam posisi aksial ataupun radial.

Sensor II-3


Gambar 2.4. Inductive Proximity Sensor

Capacitive Proximity Sensor adalah sensor yang diaktifkan oleh material konduktif ataupun non-konduktif, seperti kayu, plastik, cairan, gula, tepung, ataupun gandum.

Gambar 2.5. Capacitive Proximity SensorMagnetic switch (reed relay)Sensor ini terdiri dari dua plat kontak yang terproteksi penuh dalam ruang kaca yangmempunyai gas proteksi. Kontak akan berpindah ketika pengaruh medanmagnet dilingkungansekitarnya secara kuat menariknya.

Gambar 2.6. Magnetic Switch

Sensor II-4


Gambar 2.7. Pengukuran photoconductive

Terdapat dua metode penerapan sensor photoelektrik yaitu : Reflektive-type photoelectric sensor, dipergunakan untuk mendeteksi cahaya yang

dipantulan dari obyek. Through-beam photoelectricsensor, dipergunakan untuk mengukur perubahan

kuantitas cahaya yang diakibatkan dari adanya obyek yang melewati aksis optiknya.

Gambar 2.8. Mode penerapan sensor photoelektrik

Sensor II-5


Hall-Effect SensorSensor ini didesain untuk mendeteksi obyek magnetik, biasanya digunakan untuk mensinyalirposisi dari komponen.

Gambar 2.9. Prinsip Kerja Hall Effect Sensor2.6. Pressure Sensors

· Strain Wire Gauge Transducer akan mengkonversi tegangan mekanik menjadi signalelektrik.

– Prinsip yang diterapkan adalah mengikuti prinsip bahwa konduktor akanmemiliki resistansi yang berbeda pada sisi panjang ataupun mendatarnya.

– Gaya yang dikenakan pada bidang ukur akan menyebabkan bidangmembengkok, bengkokan ini akan mendistorsi ukuran bidang, dan akan terjadiperubahan resistansi.

– Perubahan resistansi ini akan disinyalir oleh sirkit yang ada.· Strain Gauge Load Cells biasanya terbuat dari baja dan bidang ukur tegangan yang

sensitif.

Sensor II-6


Gambar 2.10. Sensor Strain wire Gauge

Gambar 2.11. Semiconductor Strain Gauge2.7. Dispacement Transduser

Gambar 2.12. Displacement Transduser menggunakan potensiometer

Sensor II-7


Displacement Tranducers yang paling umum dipakai industri adalah LVDT (Linear VariableDifferential Transformer). LVDT ini digunakan untuk mengendalikan level air di dalam tangki.

Gambar 2.13. Sensor LVDT

Sensor II-8


2.8. Sensor Putaran/Velocity (RPM Sensor)Sensor ini dikenal dengan nama Tachometer. Tachometer biasanya merupakan magnetpermanen DC generator kecil. Jika generator berotasi, akan menghasilkan tegangan DC yangproporsional langsung terhadap kecepatan. Tachometer seringkali dipasang ke motor untukmengindikasikan putaran sebagai masukan pengendali (Controller).Dewasa ini dikembangkan pengukur kecepatan sistem digital menggunakan piringan bercelahyang disambung para poros motor. Putaran celah yang disensor menggunakan sensor cahayaakan menghasilkan pulsa yang dapat diproses lebih lanjut oleh pengolah digital.

Gambar 2.14. Tachometer

2.9. Penutup

Sensor adalah alat untuk menditeksi adanya perubahan fisik pada suatu objek danmerubahnya menjadi Signal yang dapat diukur atau disimpan. Transducer adalah alat untukmentransfer Signal dari satu sistem ke sistem lainnya baik dalam bentuk Signal yang samaatau bentuk Signal lainnya. Sensor merupakan alat perabanya sedangkan Transducermerupakan Sensor plus sirkit yang digunakannya. Ada sebagian

Sensor yang jugamenghasilkan Signal dan berperilaku sebagai Transducer. Semua Transducer mengandungSensor, dan tidak semua Sensor berfungsi sebagai Transducer. Signal merupakan istilahyang dipakai menggambarkan adanya satu bentuk energi yang berubah sebagai fungsi dariruang dan waktu.

2.10. Soal-soal Latihan1. Sebutkan Isarat sensor yang anda ketahui !

Sensor II-9


2. Sebutkan dan jelaskan 5 jenis sensor!3. Berikan 3 contoh penggunaan sensor pada suatu sistem peralatan!

Sensor II-10

Bab ii Sensor

Documents

Transcript of Bab ii Sensor