Peper Instrumen dan Kontrol

MENGENAL BERBAGAI MACAM KEGUNAAN SENSOR

DAN TRANSDUSER DALAM SISTEM KENDALI

DI BUATOleh :

Nama : Fitra Jaya Burnama

Nim : 0705105010056

FAKULTAS PERTANIANJURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAMBANDA ACEH

2012

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim…

Puji syukur saya sampaikan kehadirat Allah SWT, yang telah melimpahkan

rahmad dan karuniaNya berupa nikmat dan kesehatan, iman dan ilmu pengetahuan.

Ringkasan peper ini bertujuan untuk melengkapi tugas mahasiswa dalam

pemahaman tentang berbagai macam penggunaan sensor dalam dunia industctur dan

teknolagi. Sayas sepenuhnya menyadari bahwa masih banyak kekurangan dan

kesalahan dalam menyusun peper ini, maka dari itu kritik dan saran yang bersifat

konstruktif sangat kami harapkan demi kesempurnaan peper ini.

Saya mengucapkan terima kasih kepada Bapak atas ide dan saranya serta

menilai dan memeriksa paper ini. Akhirnya saya mengharapkan semoga peper ini

mendapatkan keridhaan dari Allah SWT, dan dapat memberikan manfaat bagi saya

sendiri dan kepada semua pembaca. Amin

Darussalam, 27 Mei 2012

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang

cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri

pemabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia,

kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-mechanic (semi

otomatis) dan sekarang sudah menggunakan robotic (full automatic) seperti

penggunaan Flexible Manufacturing Systems (FMS) dan Computerized Integrated

Manufacture (CIM) dan sebagainya.

Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pabrik sangat tergantung

kepada keandalan sistem kendali yang dipakai. Hasil penelitian menunjukan

secanggih apapun sistem kendali yang dipakai akan sangat tergantung kepada sensor

maupun transduser yang digunakan.

Dewasa ini sensor dan transduser merupakan komponen penting yang umum

dijumpai dalam berbagai peralatan embedded modern yang tampaknya semakin

mengepung kehidupan manusia. Disadari atau tidak kita sebenarnya hampir setiap

hari pasti berhubungan dengan komponen ini. Banyak perkembangan yang telah

dicapai pada bidang ini, baik dari segi teknologi maupun dari segi fungsi. Tren

perkembangan teknologi sensor saat ini miniaturisasi sensor ke dalam bentuk IC

(Integrated Circuit) yang dikenal dengan istilah Micro electrome chanical Sensor,

serta digitalisasi pengolahan output sensor.

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai

peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian

dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan

secara otomatis.

Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran

listrik, seperti besaran fisika, kimia, mekanis dan sebagainya. Untuk memakaikan

besaran listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem

pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu

menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transduser

Sebelum lebih jauh kita mempelajari sensor dan transduser ada sebuah alat

lagi yang selalu melengkapi dan mengiringi keberadaan sensor dan transduser dalam

sebuah sistem pengukuran, atau sistem manipulasi, maupun sistem pengontrolan yaitu

yang disebut alat ukur.

B. Tujuan

Peper ini bertujuan untuk melengkapi tugas mahasiswa dalam pemahaman

tentang berbagai kegunaan sensor, transduser dan fungsinya dalam sistem kendali.

II. PEMBAHASAN

A. Mengenal Sensor, Transduser

Sistem otomasi ataupun kontroler tidak akan lepas dengan apa yang disebut

'sensor'. Karena suatu sistem pengendali secara garis besar mempunyai prosedur dan

rangkaian proses yang saling berkaitan. Bermula dari proses perubahan yang

ditangkap dan diolah oleh pengolah sinyal/data yang kemudian diteruskan sebagai

keluaran dari olah data dalam bentuk kondisi pengendalian. Semua proses tersebut

juga akan di adopsi pada dunia robotika dan bahkan rangkaian proses tersebutlah

yang menjadi suatu proses rutin/inti dalam bagian-bagian robot yang dapat

digambarkan sebagai aliran darah suatu robot.

D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang

berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari

perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi

biologi, energi mekanik dan sebagainya. Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan,

telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light

dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.

1. Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksi / mengukur sesuatu yang digunakan

untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan

dan arus listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa

penguat/pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Dalam

lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang

menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh

kontroller sebagai otaknya.

2. Transduser

Transduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari satu bentuk ke

bentuk lain, yang merupakan elemen penting dalam sistem pengendali. Secara umum

transduser dibedakan atas dua prinsip kerja yaitu: pertama, Transduser Input dapat

dikatakan bahwa transduser ini akan mengubah energi non-listrik menjadi energi

listrik. Kedua, Transduser Output adalah kebalikannya, mengubah energi listrik ke

bentuk energi non-listrik.

William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila

digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan

energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem

transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic

(radiasi) atau thermal (panas). Contoh; generator adalah transduser yang merubah

energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi

listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

B. Alat Ukur dan Actuator

1. Alat Ukur

William D.C, (1993), mengatakan alat ukur adalah sesuatu alat yang

berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau

sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi. Contoh: voltmeter, ampermeter

untuk sinyal listrik; tachometer, speedometer untuk kecepatan gerak mekanik,

lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya.

2. Actuator (Penggerak)

Actuator (penggerak), dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang

mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Biasa digunakan sebagai

proses lanjutan dari keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh suatu

sensor atau kontroler. Terdiri dari 3 jenis pokok diantaranya adalah :

Relai adalah alat yang dioperasikan dengan listrik dan secara mekanis

mengontrol penghubungan rangkaian listrik, bermanfaat untuk kontrol jarak

jauh dan untuk pengontrolan alat tegangan dan arus tinggi dengan sinyal

kontrol tegangan dan arus rendah. Bekerja berdasarkan pembentukan

elektromagnet yang menggerakkan elektromekanis penghubung dari dua atau

lebih titik penghubung (konektor) rangkaian sehingga dapat menghasilkan

kondisi kontak ON atau kontak OFF atau kombinasi dari keduanya.

Selenoid adalah alat yang digunakan untuk mengubah sinyal listrik atau arus

listrik menjadi gerakan mekanis linear. Terbentuk dari kumparan dengan inti

besi yang dapat bergerak, besarnya gaya tarikan atau dorongan yang

dihasilkan adalah ditentukan dengan jumlah lilitan kumparan tembaga dan

besar arus yang mengalir melalui kumparan.

Stepper adalah alat yang mengubah pulsa listrik yang diberikan menjadi

gerakan rotor discret (berlainan) yang disebut step (langkah). Satu putaran

motor memerlukan 360 derajat dengan jumlah langkah yang tertentu

perderajatnya. Ukuran kerja dari stepper biasanya diberikan dalam jumlah

langkah per-putaran per-detik. Motor stepper mempunyai kecepatan dan torsi

yang rendah namun memiliki kontrol gerakan posisi yang cermat, hal ini

dikarenakan memiliki beberapa segment kutub kumparan.

Motor DC adalah alat yang mengubah pulsa listrik menjadi gerak, mempunyai

prinsip dasar yang sama dengan motor stepper namun gerakannya bersifat

kontinyu atau berkelanjutan. Motor DC dibagi menjadi 2 jenis yaitu ; Motor

DC dengan sikat (mekanis komutasi), yaitu motor yang memiliki sikat karbon

berfungsi sebagai pengubah arus pada kumparan sedemikian rupa sehingga

arah tenaga putaran motor akan selalu sama. Motor DC tanpa sikat ,

menggunakan semi konduktor untuk merubah maupun membalik arus

sehingga layaknya pulsa yang menggerakkan motor tersebut. Biasa digunakan

pada sistem servo, karena mempunyai efisiensi tinggi, umur pemakaian lama,

tingkat kebisingan suara listrik rendah, karena putarannya halus seperti

stepper namun putarannya terus menerus tanpa adanya step. + Rano (Sumber:

Buku Elektronik Industri, Frank D. Petruzella).

C. Jenis Sensor dan Transduser

Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi

otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak

jenis sensor yang digunakan diantaranya sebagai berikut:

1. Sensor Kedekatan (Proximity), yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi

adanya target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik. Sensor jenis ini

biasanya tediri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk

melindunginya dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang

berlebihan. Sensor ini dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek

yang dianggap terlalu kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar.

Prinsip kerjanya adalah dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu

lingkungan medan frekuensi tinggi.

2. Sensor Magnet, juga disebut relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh

medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti

layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet

di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa

dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.

3. Sensor Sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor

sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya

penyinaran cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan

tegangan. Demikian pula dengan Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan

memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggin

intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya.

Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan

karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun

target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima.

4. Sensor Efek-Hall dirancang untuk merasakan adanya objek magnetis dengan

perubahan posisinya. Perubahan medan magnet yang terus menerus

menyebabkan timbulnya pulsa yang kemudian dapat ditentukan frekuensinya,

sensor jenis ini biasa digunakan sebagai pengukur kecepatan.

5. Sensor Ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana

sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya

kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan

waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali

gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek

yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah:

objek padat, cair, butiran maupun tekstil.

6. Sensor Tekanan sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan

kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar

penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah

akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.

7. Sensor Suhu ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan; thermocouple

(T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor.

Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin

yang disambungkan/dilebur bersama, perbedaan yang timbul antara sambungan

tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.

Resistance Temperature Detector (RTD) didasari pada tahanan listrik dari logam

yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi

dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan.

Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu,

kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka

terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat

suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka

dengan o perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan

suhu yang kecil.

8. IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan

chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output

tegangan dan arus yang sangat linear.

9. Sensor Kecepatan/RPM proses penginderaan merupakan proses kebalikan dari

suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatu generator akan

menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object.

Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang

mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

10. Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau

putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar

dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu;

Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari

pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang

kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi

kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja

sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang

kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan

tertentu.

D. Klasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat

dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:

1. Sensor Thermal (Panas)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala

perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang

tertentu. Contohnya: bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo

dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

2. Sensor Mekanis

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis,

seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan,

aliran, level dsb. Contoh: strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT),

proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.

3. Sensor Optik (Cahaya)

Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya

dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau

ruangan. Contoh: photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo

multiplier, pyrometer optic, dsb.

E. Klasifikasi Transduser (William D.C, 1993)

1. Self generating transduser (transduser pembangkit sendiri)

Self generating transduser adalah transduser yang hanya memerlukan satu

sumber energi. Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic, termistor,

dsb. Ciri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari

transduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai sumber

tegangan.

2. External power transduser (transduser daya dari luar)

External power transduser adalah transduser yang memerlukan sejumlah

energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran. Contoh: RTD (resistance

thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier variable differential

transformer), Potensiometer, NTC, dsb.

Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser

berdasarkan sifat kelistrikannya.

Tabel 1. Kelompok TransduserParameter listrik

dan kelas transduser

Prinsip kerja dan sifat alat Pemakaian alat

Transduser Pasif Potensiometer Perubahan nilai tahanan karena posisi

kontak bergeserTekanan, pergeseran/posisi

Strain gage Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar

Gaya, torsi, posisi

Transformator selisih (LVDT)

Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo

Tekanan, gaya, pergeseran

Gage arus pusar Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat

Pergeseran, ketebalan

Transduser AktifSel fotoemisif Emisi elektron akibat radiasi yang

masuk pada permukaan fotemisifCahaya dan radiasi

Photomultiplier Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya

Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya

Termokopel Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi

Temperatur, aliran panas, radiasi

Generator kumparan putar (tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan

Kecepatan, getaran

Piezoelektrik Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar

Suara, getaran, percepatan, tekanan

Sel foto tegangan Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar

Cahaya matahari

Termometer tahanan (RTD)

Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur

Temperatur, panas

Hygrometer tahanan

Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air

Kelembaban relatif

Termistor (NTC) Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur

Temperatur

Mikropon kapasitor Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat

Suara, musik,derau

Pengukuran reluktansi

Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan

Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

Sumber: William D.C, (1993).

Robotik adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang kompleks,

disini sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis sensor yaitu: (D

Sharon, dkk, 1982). Sesuai dengan fungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan meng-

informasikan sinyal tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan fungsi sensor

akan dilanjutkan oleh transduser. Karena keterkaitan antara sensor dan transduser

begitu erat maka pemilihan transduser yang tepat dan sesuai juga perlu diperhatikan.

III. PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala

atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi

listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan

sebagainya.

2. Transduser adalah alat yang mengubah suatu energi dari satu bentuk ke

bentuk lain, yang merupakan elemen penting dalam sistem pengendali.

Secara umum transduser dibedakan atas dua prinsip kerja yaitu: pertama,

Transduser Input dapat dikatakan bahwa transduser ini akan mengubah energi

non-listrik menjadi energi listrik.

3. Alat ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau

harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu

energi.

4. Actuator (penggerak), dalam pengertian listrik adalah setiap alat yang

mengubah sinyal listrik menjadi gerakan mekanis. Biasa digunakan sebagai

proses lanjutan dari keluaran suatu proses olah data yang dihasilkan oleh

suatu sensor atau kontroler.

5. Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala

perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi

ruang tertentu.

6. Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis,

seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar,

tekanan, aliran, level dsb.

7. Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya

dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai

benda atau ruangan.

B. Saran

Penulis sangat menyadari , bahwa peper ini sangat banyak kekurangannya.

Untuk itu penulis sangat berharap kritik dan sarannya yang membanggun demi

kebaikan dan kesempurnaan dari penulisan peper ini.

DAFTAR PUSTAKA

Chattopadhyay,. 1989. Dasar Elektronika. PT. Gramedia.

Frank D Petruzzela. 2001. Elektronika Industr i. Yogyakarta: Andi.

Daryanto. 2004. Pengetahuan Teknik Elektronika. Jakarta: PT Bumi Aksara.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung : ITB