modul sensor dan transduser2
Post on 12-Dec-2015
82 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
0
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Modul ini menjelaskan tentang sensor dan tranduser, lengkap dengan cara menggunakan modul, test formatif serta disajikan dengan begitu mudah simple dan dengan bahasa yang mudah untuk dipelajari oleh orang yang belum faham mengenai sensor dan tranduser.
2012
Dr. Drs. Jaja Kustija,M.Sc Dosen dan Peneliti bidang Elektro
8/13/2012
i
Modul ini dapat digunakan oleh mahasiswa teknik elektro dan pembaca
secara umum, tetapi secara khusus modul ini diperuntukan untuk calon guru
teknologi dan kejuruan, karena didalamnya memuat kompetensi untuk sekolah
menengah kejuruan dan pendalamannya untuk calon sarjana teknik elektro.
Modul ini belum memuat secara lengkap tentang materi sensor dan
tranduser, tetapi hanya sebagiannya saja, dan hal ini baru berupa model hipotetik
yang akan dikembangkan secara lebih lanjut menggunakan research and
development.
Segala masukan yang bersifat membangun, akan jadi pertimbangan
pengembangan modul selanjutnya.
KATA PENGANTAR
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Halaman
DAFTAR ISI ........................................................................................................................................................ ii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................................................................... vi
PERISTILAHAN /GLOSSARY ....................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN ............................................................................................................................................... 2
A. DESKRIPSI JUDUL ................................................................................................................................... 2
B. PRASYARAT .............................................................................................................................................. 2
C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL .................................................................................................. 2
D. TUJUAN AKHIR ........................................................................................................................................ 3
E. KOMPETENSI............................................................................................................................................ 3
PEMBELAJARAN 1
PENGERTIAN DAN IDENTIFIKASI SENSOR.................................................................................. 4
A. Tujuan Pembelajaran 1 ....................................................................................................... 4
B. Uraian materi 1 ...................................................................................................................... 4
C. Rangkuman 1 .......................................................................................................................... 9
D. Tugas 1 ...................................................................................................................................... 9
E. Tes Formatif 1...................................................................................................................... 10
F. Jawaban Tes Formatif 1 ................................................................................................... 11
G. Umpan Balik 1 ..................................................................................................................... 12
PEMBELAJARAN 2
MENJELASKAN CARA KERJA SENSOR ......................................................................................... 13
A. Tujuan Pembelajaran 2 ....................................................................................................... 13
B. Uraian materi 2 ...................................................................................................................... 13
C. Rangkuman 2 .......................................................................................................................... 36
D. Tes Formatif 2 ........................................................................................................................ 37
E. Kunci Jawaban Tesformatif 2 ........................................................................................... 37
DAFTAR ISI
vii
1
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
F. Umpan Balik 2 ........................................................................................................................ 38
PEMBELAJARAN 3
PENGUKURAN DAN PENYETELAN (Pengolahan Sinyal Keluaran) ................................. 39
A. Tujuan Pembelajaran 3 .................................................................................................... 39
B. Uraian materi 3 ................................................................................................................... 39
C. Rangkuman 3 ....................................................................................................................... 49
D. Tugas 3 ................................................................................................................................... 49
E. Latihan .................................................................................................................................... 49
F. Umpan Balik 3 ..................................................................................................................... 49
LEMBAR EVALUASI ..................................................................................................................................... 50
PENUTUP ...................................................................................................................................................... 53
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................................... 54
III
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 1. Masukan dan Keluaran Transduser ................................................................................... 4
Gambar 2. Kapasitor Tabung sebagai Sensor ....................................................................................... 7
Gambar 3. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993) ............................................................ 8
Gambar 4. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982), ......................................... 14
Gambar 5. Grafik tanggapan waktu dari berbagai transduser .................................................... 15
Gambar 6. Rangkaian Dasar Termokopel ........................................................................................... 16
Gambar 7. Beda potensial pada Termokopel ..................................................................................... 17
Gambar 8. Tegangan Keluaran Termokopel ...................................................................................... 18
Gambar 9. Konstruksi ................................................................................................................................. 18
Gambar 10. Resistansi versus Temperatur untuk variasi RTD metal ...................................... 20
Gambar 11. Jenis RTD: (a) Wire (b) Ceramic Tube (c) Thin Film ............................................. 20
Gambar 12. Konfigurasi Thermistor: (a) coated-bead (b) disk (c) dioda case dan (d)
thin-film .................................................................................................................................... 21
Gambar 14. Rangkaian uji termistor sebagai pembagi tegangan .............................................. 22
Gambar 15. Termistor jenis PTC: (a) linier (b) switching ........................................................... 22
Gambar 16. Pengubah Resistansi Menjadi Tegangan Listrik ...................................................... 23
Gambar 17. Grafik temperature terhadap .......................................................................................... 24
Gambar 18. Sensor Suhu dengan IC ...................................................................................................... 24
Gambar 19. (a) Konstruksi (b) Rangkaian Uji ................................................................................... 26
Gambar 20. Kurva Karakteristik ............................................................................................................. 26
Gambar 21. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik ................................................................ 27
Gambar 22. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan dan
(c) Rangakain penguat tegangan. .................................................................................... 28
Gambar 23. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan ............................................ 28
Gambar 24. Sifat fotodioda ....................................................................................................................... 29
Gambar 27. Simbol fotosel ........................................................................................................................ 30
Gambar 28. Grafik resistansi fotosel terjadap intensitas cahaya. .............................................. 31
Gambar 30. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat ............................. 32
Gambar 31. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan ........................................................................... 33
DAFTAR GAMBAR
IV
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 32. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseran
berputar, (c) pergeseran jarak plat ................................................................................ 33
Gambar 33. Pemakaian sensor posisi pada rangkaian elektronik: ........................................... 34
kapasitansi menjadi frekuensi, (b) kapasitansi menjadi pulsa .................................................. 34
Gambar 34. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993) ...................................................... 35
Gambar 35. Sensor Perpindahan ............................................................................................................ 35
Gambar 36. Jembatan Wheatstone ........................................................................................................ 38
Gambar 37. Rangkaian Pengukuran Panas menggunakakn Termokopel .............................. 41
Gambar 38. Rangkaian ekuivalen suatu penguat instrumentasi ............................................... 42
Gambar 39. Suatu penguat instrumentasi .......................................................................................... 43
Gambar 40. Rangkaian penguat diferensial menggunakan op-amp ......................................... 43
Gambar 41. Penguat difrensial dengan menggunakan common mode. .................................. 44
Gambar 42. Bagian I rangkaian pada gambar 30. ........................................................................... 45
Gambar 43. Rangkaian Potensiometer ................................................................................................. 47
V
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Tabel 1. Kelompok Transduser (William D.C, 1993) ......................................................................... 6
Tabel 2. Klasifikasi Sensor Suhu beserta karakteristik, kelemahan, dan kekuatannya .... 25
DAFTAR TABEL
VI
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Istilah Pengertian
Transduser Suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi keenergi yang lain
Transduser pasif Transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan
dari luar
Transduser aktif (Self Generating Type)
Transduser yang menhasilkan suatu tegangan atau arus analog bila
dirangasang dengan bentuk fisis energy yang diubahnya dan tidak
memerlukan daya dari luar
Sensor Jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis,
magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus
listrik
Thermocouple Jenis tranduser aktif yang dapat mengubah besaran panas menjadi
tegangan listrik dengan memanfaatkan efek Seebeck
RTD Resistant Temperature Detector
Termistor Thermally Sensitive Resistor adalah alat semikonduktor yang
berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien negatif terhadap
temperature
Foto Listrik Transduser yang mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik
Fotovoltaic atau Sel Solar
Transduser yang terbuat dari semi konduktor yang dapat mengubah
intensitas cahaya menjadi tegangan listrik
Strain Gage Transduser yang mengubah besaran tekanan menjadi perubahan
tahanan listrik, tekanan yang diberikan pada bahan mengakibatkan
perubahan panjang sehingga menyebabkan perubahan tahanan
listrik
PERISTILAHAN /GLOSSARY
VII
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
A. DESKRIPSI JUDUL
SENSOR DAN TRANSDUSER merupakan modul yang memiliki
ruang lingkup meliputi berbagai komponen sensor dan komponen transduser serta
penjelasan prinsip kerjanya dan contoh-contoh bentuk dari sensor dan transduser.
Pada modul ini memuat standar kompetensi untuk siswa SMK dan diperdalam
untuk dapat dipergunakan oleh para mahasiswa calon guru Teknologi dan Kejuruan
(FPTK Program Studi Pendidikan Teknik Elektro). Cetakan berwarna hitam digunakan
untuk kompetensi SMK dan calon guru, sedangkan pengembangannya untuk dicetak
berwarna biru.
Setelah mempelajari modul ini saudara diharapkan dapat mengetahui,
mengaplikasikan dan mempergunakan berbagai macam sensor dan transduser dengan
baik.
B. PRASYARAT
Untuk mempelajari modul SENSOR DAN TRANSDUSER memerlukan
kemampuan awal yang harus dimiliki antara lain:
1. Telah mengetahui dan menguasai komponen elektronika.
2. Telah mengetahui dan menguasai alat ukur elektronik.
3. Telah memahami gambar rangkaian elektronika.
4. Telah mengenal berbagai alat ukur seperti multimeter, dan mengoperasikan
osciloscope.
C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
1. Petunjuk bagi Peserta
Langkah-langkah dalam mempelajari modul ini :
a. Bacalah modul dengan seksama sampai selesai satu pembahasan (kegiatan
belajar).
b. Kerjakan soal-soal yang ada dalam lembar latihan setiap kegiatan belajar.
PENDAHULUAN
1
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
c. Bandingkan jawaban anda dengan kunci jawaban yang
tersedia, jika jawaban anda belum seluruhnya benar
maka pelajari ulang modul tersebut, dan jika
jawabannya sudah benar anda dapat melanjutkan
kegiatan belajar pada modul berikutnya.
d. Untuk kegitan praktikum lakukanlah hal – hal sebagai
berikut:
1) Persiapkan dan periksalah kondisi alat dan
bahan yang akan digunakan dalam setiap
kegiatan belajar!
2) Bacalah petunjuk praktikum pada setiap kegiatan
belajar dengan seksama sebelum mengerjakan
lembar kerja yang ada dalam modul!
3) Lakukan langkah kerja sesuai dengan urutan yang
telah ditentukan!
4) Konsultasikan rangkaian yang akan diuji kepada
instruktur sebelum dihubungkan ke sumber
tegangan!
5) Isilah data – data hasil praktikum dan analisa sampai
mendapat kesimpulan yang diperlukan.
2. Petunjuk bagi Guru
a. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar
b. Membimbing siswa melalui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam
tahap belajar
c. Membantu siswa dalam memahami konsep, praktik baru, dan menjawab
pertanyaan siswa mengenai proses belajar siswa
d. Membantu siswa untuk menentukan dan mengakses sumber
tambahan lain yang diperlukan untuk belajar
e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan
f. Merencanakan seorang ahli/pendamping guru dari tempat kerja untuk membantu
jika diperlukan.
2
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
D. TUJUAN AKHIR
Setelah menyelesaikan modul ini, diharapkan dapat mempergunakan sensor dan
transduser sesuai dengan jenis dan fungsinya.
E. KOMPETENSI
Modul ini merupakan standar kompetensi menggunakan sensor yang terdiri dari
empat kompetensi dasar untuk peserta siswa SMK dan lima konpetensi untuk
mahasiswa Pendidikan Teknik Eelektro, yakni:
1. Mengidentifikasi tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)
2. Menjelaskan cara kerja tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)
3. Melakukan penyetelan tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)
4. Mendemonstrasikan fungsi tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)
5. Menganalisa dan memanfaatkan tranduser / sensor (untuk PTE)
Kompe-tensi /
Subkom-petensi
Kriteria Unjuk Kerja
Lingkup Belajar
Materi Pokok Pembelajaran
Sikap Pengetahuan Ketrampilan
B.1.5.
Menguasai
Jenis-Jenis
Sensor dan
Transduser
Sensor dan
transduser
dapat
dipergunakan
sesuai jenis
dan fungsinya
Pengeta-
huan sensor
dan
transduser
Sensor dan
transduser
1. Pengujian
sensor suhu,
cahaya,
optik,
mekanik,
tekanan
2. Pengujian
transduser
3
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
PENGERTIAN DAN IDENTIFIKASI SENSOR
A. Tujuan Pembelajaran 1
Setelah membaca modul ini saudara diharapkan:
1. Dapat menyebutkan pengertian sensor
2. Dapat mengklasifikasi jenis - jenis sensor dan penggunaannya
B. Uraian materi 1
1. Pengertian dan Identifikasi Transduser dan Sensor
Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah
suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari transduser disebut
“sensor”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan
mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain.
Gambar 1. Masukan dan Keluaran Transduser
2. Klasifikasi Sensor
Transduser dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa hal antara lain:
a. Pemakaiannya / penggunaannya
b. Motode Pengubahan energi
c. Sifat – sifat dasar dari sinyal keluaran
Semua pengelompokkan ini biasanya memperlihatkan daerah yang saling
melengkapi, sangat sulit untuk membedakan secara tajam klasifikasi berdasarkan hal di
atas.
PANAS
PERUBAHAN TAHANAN KIMIA
ARUS LISTRIK
OPTIK
TRANSDUSE
BEDA POTENSIAL
SENSOR
PERUBAHAN KAPASITANSI
DLL DLL
PEMBELAJARAN 1
4
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
DHT11 adalah modul sensor suhu
dan kelembaban udara relatif
dalam satu paket. Modul ini
memerlukan konsumsi daya yang
rendah sehingga cocok digunakan
untuk aplikasi data logger dengan
catu daya batere. Modul ini
memiliki stabilitas yang dijamin
dalam jangka waktu yang lama
serta output yang terkalibrasi,
sehingga cocok digunakan sebagai
sensor untuk data logger suhu
dan kelembaban udara
a. Klasifikasi Sensor Berdasarkan pemakaian atau
penggunaannya
Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor
dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian, antara lain:
1. Sensor Thermal (suhu)
2. Sensor Mekanis
3. Sensor Optik (cahaya)
Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk
mendeteksi gejala perubahan panas / suhu / temperatur pada
suatu dimensi benda padat, cair atau gas. Contohnya seperti
thermocouple, RTD, thermistor, bimetal, IC sensor LM35.
Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi
perubahan gerak mekanis seperti perpindahan atau
pergeseran, posisi gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran,
level, dan sebagainya. Contoh sraingage, LVDT (Linear
Variabel Diferensial Transformer), proksimiti, potensiometer,
Loadcel, Bourdon Tube, Piezo Elektrik dan sebagainya.
Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang
mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya, ataupun bias cahaya
yang mengenai benda atau ruangan.Contoh Fotodioda, LDR, Fotofoltaic, Cell Foto
Emisive, Foto Multypier, Foto Transistor.
b. Klasifikasi Sensor Berdasarkan Metoda Pengubahan Energinya
Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat
diklasifikasikan menjadi dua jenis (William D.C, 1993), yakni:
1. Jenis transduser jenis pembangkit sendiri (Self Generating Type) yang
menghasilkan tegangan atau arus analog bila dirangsang dengan suatu bentuk
fisis energi, transduser jenis ini tidak memerlukan daya dari luar untuk
mendapatkan atus atau tegangan analog tersebut. Contoh Thermocouple,
Fotofoltaic.
2. Transduser yang memerlukan daya dari luar untuk mendapatkan tegangan dan
arus keluaran disebut transduser pasif. Contoh thermistor, RTD, LVDT,
straingage.
5
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser dan metoda
pengubahan energinya
Tabel 1. Kelompok Transduser (William D.C, 1993)
Parameter listrik
dan kelas transduser
Prinsip kerja dan sifat alat Pemakaian alat
Transduser Pasif
Potensiometer Perubahan nilai tahanan karena posisi
kontak bergeser
Tekanan,
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 Aktif
Sel fotoemisif Emisi elektron akibat radiasi yang masuk
pada permukaan fotemisif
Cahaya 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 temperature
Temperatur, panas
Hygrometer
tahanan
Tahanan sebuah strip konduktif berubah
terhadap kandungan uap air
Kelembaban relatif
Termistor (NTC) Penurunan nilai tahanan logam akibat
kenaikan temperature
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
6
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Resistance Temperature Detectors
Operating on the principle that resistance of any given metal changes with temperature, Thermo Electric RTD's are the sensors of choice in applications where accuracy, stability and repeatability are critical. To maximize linearity and temperature ranges, Thermo Electric specializes in the use of high-purity platinum elements. In addition, a special high temperature platinum RTD'S delivers high stability and durability at 650°C (1202°F). Thermo Electric RTD's are available in diverse configurations with two-,three- and fourwire construction ranging from -200°C to 650°C (-328°F to 1202°F). Tolerances meet the standards of ASTM E1137 Grade A or B and IEC 751 Class A or B. depending on your needs
c. Klasifikasi Sensor Berdasarkan Sifat – Sifat Dasar
Keluaran
Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan
sensor dapat diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni:
1. Perubahan resistansi
Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan
resistansi pada keluarannya, contohnya:
a. RTD (Resistance Thermal Detector). Prinsip kerja dari
RTD ini adalah mengubah besaran temperature menjadi
perubahan tahanan listrik
b. Strain gage. Prinsip kerja dari Strain gage ini adalah
mengubah besaran tekanan menjadi perubahan tahanan
listrik
c. Thermistor. Prinsip kerja dari Thermistor ini adalah
mengubah besaran temperature menjadi perubahan
tahanan listrik
2. Perubahan Kapasitansi
Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan
kapasitansi pada keluarannya, contohnya adalah Transduser
yang digunakan untuk mendeteksi perubahan kelembaban
relatif. Prinsip kerja dari transduser ini berdasar pada perubahan
kelembaban akan mengakibatkan perubahan konstanta
dielektrik medium dan perbahan konstanta dielektrik medium
akan mengakibatkan perubahan kapasitansi.
Gambar 2. Kapasitor Tabung sebagai Sensor
1
2
0
ln
.2
R
R
LKeC
(PTE
)
Persamaan (1.1)
7
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Dari persamaan di atas dapat dianalisasebagai berikut, sebuah kapasitor harga
kapasitansinya dipengaruhi oleh medium yakni suatu medium akan mempengaruhi harga
konstanta dielektrik (Ke) salah satu kondisi fisis yang dapat mempengaruhi keadaan
medium adalah kelembaban relatif, kelembaban relatif tersebut akanmempengaruhi
konstanta dielektrik dan pada akhirnya akan mempengaruhi kapasitansi dari sebuah
kapasitor yang dirancang khusus kontak dengan medium, dengan demikian transduser
kapasitor dapat mendeteksi kelembaban medium disekitarnya. (untuk PTE)
3. Perubahan Induktansi
Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan induktansi pada
keluarannya, contohnya adalah Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan
gaya. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah induktansi dari sepasang
kumparan atau dengan mengubah induktansi kumparan tunggal. Dengan mengubah
jangkar feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan diukur, dengan mengubah
fermeabilitas medium.
=
Gambar 3. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993)
Dari persamaan dan gambar di atas sebuah induktor dapat digunakan untuk
mendeteksi pergeseran benda, benda yang digeser – geser akan mempengaruhi konstanta
permeabilitas dari induktor tersebut, menggeser benda sama artinya dengan mengubah
sehingga harga induktansi akan berubah (untuk PTE).
4. Menghasilkan Arus Listrik
Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan arus pada
keluarannya, contohnya Fotolistrik. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan
mengubah intensitas listrik menjadi arus listrik.
...(1.2)
8
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Carbon Dioxide CO2 Sensor
Excellent performance CO2 Sensor, for use in a wide range of applications, including air quality monitoring, smoke alarms, mine and tunnel warning systems, greenhouses, etc. The sensor is easy to use and can be easily incorporated in a small portable unit.
5. Menghasilkan Tegangan Listrik
Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan tegangan pada
keluarannya, contohnya:
a. Thermokopel. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah
temperatur menjadi tegangan listrik.
b. Tacho Generator. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah
kecepatan putaran menjadi tegangan listrik.
C. Rangkuman 1
Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat
mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain.
1. Transduser dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa hal antara lain:
pemakaiannya / penggunaannya, motode pengubahan energi, dan sifat – sifat
dasar dari sinyal keluaran
2. Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor dapat dikelompokkan
menjadi tiga bagian, antara lain: sensor thermal (suhu), sensor mekanis, dan
sensor optik (cahaya)
3. Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat
diklasifikasikan menjadi dua yakni transduser jenis pembangkit sendiri (Self
Generating Type) dan transduser yang memerlukan daya dari luar
(transduser pasif).
4. Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan sensor dapat
diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni: perubahan resistansi, perubahan
kapasitansi, perubahan induktansi, menghasilkan arus listrik, dan
menghasilkan tegangan listrik.
D. Tugas 1
Cari spesifikasi dan cara kerja berbagai transduser yang ada dipasaran beserta gambar
transduser!
9
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
E. Tes Formatif 1
a. Pilihan Ganda (Untuk SMK dan PTE)
Pilihlah jawaban yang paling tepat dari soal-soal pilihan ganda di bawah ini !
1. Apa yang dimaksud dengan sensor?
a. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah arus menjadi tegangan
b. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk
energi yang lain
c. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah tahanan menjadi tegangan listrik
d. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah energy mekanik menjadi listrik
2. Sensor yang dapat mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik adalah ?
a. RTD
b. Thermistor
c. Strain gage
d. Foto Listrik
3. Sensor yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi tegangan listrik
adalah?
a. Strain gage
b. LDR
c. Termokopel
d. Piezoelektrik
4. Sensor yang dapat menghasilkan energi listrik sendiri adalah sebagai berikut kecuali?
a. Termokopel
b. Fotofoltaic
c. Tacho generator
d. LVDT
5. Sensor yang dapat menghasilkan perubahan resistansi akibat perubahan besaran yang
diindera adalah?
a. Strain gage
b. Tacho generator
c. Fotofoltaic
d. Termokopel
b. Essay
1. Apa yang dimaksud dengan transduser? (Untuk SMK dan PTE)
2. Sebutkan klasifikasi sensor berdasarkan :
a. Pemakaiannya / penggunaannya
b. Motode Pengubahan energi
c. Sifat – sifat dasar dari sinyal keluaran (Untuk SMK dan PTE)
3. Berikan contoh-contoh dan penjelasannya dari sensor resistansi, sensor kapasitansi,
sensor induktansi, sensor yang menghasilkan arus listrik, dan sensor yang
menghasilkan tegangan listrik. (Untuk PTE).
10
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
F. Jawaban Tes Formatif 1
a. Pilihan Ganda
1. B
2. D
3. C
4. D
5. A
b. Essay
1. Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah
suatu energi ke bentuk energi yang lain.
2. Klasifikasi sensor :
a. Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor dapat dikelompokkan
menjadi tiga bagian, antara lain: sensor thermal (suhu), sensor mekanis, dan
sensor optik (cahaya).
b. Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat
diklasifikasikan menjadi dua yakni transduser jenis pembangkit sendiri (Self
Generating Type) dan transduser yang memerlukan daya dari luar (transduser
pasif).
c. Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan sensor dapat
diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni: perubahan resistansi, perubahan
kapasitansi, perubahan induktansi, menghasilkan arus listrik, dan
menghasilkan tegangan listrik.
3. Berikut adalah contoh-contoh sensor:
a) Contoh sensor resistansi yaitu :
RTD (Resistance Thermal Detector). Prinsip kerja dari RTD ini adalah
mengubah besaran temperature menjadi perubahan tahanan listrik.
b) Contoh sensor kapasitansi yaitu :
Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan kelembaban relatif.
Prinsip kerja dari transduser ini berdasar pada perubahan kelembaban akan
mengakibatkan perubahan konstanta dielektrik medium dan perbahan
konstanta dielektrik medium akan mengakibatkan perubahan kapasitansi.
c) Contoh sensor induktansi yaitu :
Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan gaya. Prinsip kerja
dari transduser ini adalah dengan mengubah induktansi dari sepasang
kumparan atau dengan mengubah induktansi kumparan tunggal. Dengan
11
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
mengubah jangkar feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan diukur,
dengan mengubah fermeabilitas medium.
d) Contoh sensor yang menghasilkan arus listrik yaitu :
Fotolistrik. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah intensitas
listrik menjadi arus listrik.
e) Contoh sensor yang menghasilkan tegangan listrik yaitu :
Thermokopel. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah
temperatur menjadi tegangan listrik. (untuk PTE)
G. Umpan Balik 1
Setelah anda menyelesaikan jawaban dari tes formatif dan membandingkan
dengan kunci jawaban, jika jawaban anda sudah benar maka dapat melanjutkan ke
modul berikutnya tetapi jika jawaban anda masih banyak yang salah maka dianjurkan
untuk mengulang mempelajari modul ini.
PIR SENSOR
Kita pasti sering dengar tentang sensor. Sensor biasa digunakan untuk mendeteksi suatu benda atau berbagai kegunaan yang lain. Salah satu jenis sensor adalah PIR (Passive Infrared Receiver), sensor ini merupakan sensor berbasis infrared namun tidak sama dengan IR LED dan fototransistor. Perbedaan dengan IR LED adalah sensor PIR tidak memancarkan apapun, namun sensor ini merespon energi dari pancaran infrared pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Salah satu benda yag memiliki pancaran infrared pasif adalah tubuh manusia. Energi panas yang dipancarkan oleh benda dengan suhu diatas nol mutlak akan dapat ditangkap oleh Sensor tersebut.
Bagian-bagian dari PIR adalah Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator
12
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
MENJELASKAN CARA KERJA SENSOR
A. Tujuan Pembelajaran 2
Setelah menbaca modul ini diharapkan :
1. Dapat menyebutkan persyaratan umum dalam memilih sensor dan transduser
(untk SMK dan PTE)
2. Dapat menjelaskan cara kerja sensor sesuai dengan besaran energi yang diubah
(untk SMK dan PTE)
3. Dapat menganalisis prinsip kerja sensor. (Untuk PTE)
B. Uraian materi 2
1. Peryaratan Umum Sensor dan Transduser
Sensor atau transduser dapat digukanan sebagai bagian dari sistem instrumentasi
(Pengukuran) dan dapat pula digunakan untuk kepentingan pengendalian (kontrol).
Maka dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan
sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini
: (D Sharon, dkk, 1982)
a. Linearitas
Linier dalam hal ini dimaksudkan hubungan antara besaran input yang dideteksi
menghasilkan besaran output dengan hubungan berbanding lurus dan dapat
digambarkan secara gravik membentuk garis lurus. Ada banyak sensor yang
menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap
masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat
menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti
ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan
dengan masukannya berupa sebuah grafik.
Gambar 3 memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda.
Garis lurus pada gambar 3(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan pada
gambar 3(b). adalah tanggapan non-linier.
PEMBELAJARAN 2
13
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Sensor, baik CCD maupun CMOS, adalah komponen utama dari sebuah kamera digital, yaitu berupa sekeping cip silikon yang tersusun atas jutaan piksel yang peka cahaya. Pada saat gambar yang datang dari lensa mengenai sensor maka tiap-tiap piksel tersebut akan menangkap energi cahaya yang datang dan merubahnya menjadi besaran sinyal tegangan. Seberapa sensitif sensor mampu menangkap cahaya inilah yang dinyatakan oleh besaran ISO. Setiap sensor memiliki nilai ISO dasar/ISO normal yaitu nilai sensitivitas terendah dari sensor yang umumnya ekuivalen dengan ISO50 hingga ISO200 (tergantung jenis dan merk kamera). Pada nilai ISO normal ini kepekaan sensor terhadap cahaya berada pada level terendah sehingga dibutuhkan cukup banyak cahaya untuk mendapatkan foto dengan exposure yang tepat. Oleh karena itu umumnya ISO normal hanya dipakai saat pemotretan outdoor di siang hari
Pada gambar 3 a. terlihat setiap perubahan T
diikuti oleh peruhahan v dan dapat dinyatakan dalam
persamaan garis lurus yang kontinyu sedang pada
gambar 3 b. perubahan T diikuti dengan perubahan v
tetapi tidak membentuk hubungan sebagai persamaan
garis lurus.
b. Sensitivitas
Perbandingan antara sinyal keluaran atau respon
transduser terhadap perubahan masukan atau variable
yang diukur. Sensitivitas akan menunjukan seberapa
jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur.
Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang
dinyatakan dengan “volt per 0C”, yang berarti
perubahan temperature satu derajat pada masukan akan
menghasilkan perubahan beda potensial beberapa volt
atau mv pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat
saja memiliki kepekaan. Apabila tanggapannya linier,
maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan
pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan pada
gambar 3(b) akan lebih peka pada temperatur yang
tinggi dari pada temperatur yang rendah.
T
Tega
nga
n (
kelu
aran
)
v
T
Tega
nga
n (
kelu
aran
)
v
0 0
Temperatur (masukan)
(a) Tangapan linier (b) Tangapan non linier
Gambar 4. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982),
Temperatur (masukan)
14
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
c. Tanggapan Waktu
Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap
perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan masukkan step input. Pada
gambar 4 grafik 1 menunjukkan respon yang paling cepat dibanding dengan dua grafik
lainnya, sedangkan grafik 3 menunjukkan respon yang paling lambat dibandingakan
dengan grafik yang lainnya.
Gambar 5. Grafik tanggapan waktu dari berbagai transduser
d. Jangkauan
Salah satu kriteria untuk memilih sensor adalah kesanggupan mengindera sesuai
dengan yang diperlukan. Misalnya sebuah alat ukur akan digunakan untuk pengukuran
suhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC dilihat dari jangkauan ukurnya
dapat dipilih sensor NTC, PTC, transistor, dioda dan IC hibrid.
William D.C, (1993), mengatakan hal yang perlu diperhatikan dalam memilih
sensor yang tepat adalah dengan mengajukan beberapa pertanyaan berikut ini:
a) Besaran fisis apa yang akan diindera?
b) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk mengindera
besaran ini?
c) Berapa ketelitian yang diinginkan pada penginderaan ini?
d) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?
e) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.
t
1,0 Step Input
15
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
AVR ATMega8535 DS1621 merupakan salah satu sensor suhu yang menggunakan komunikasi I2C
dalam pembacaannya. sensor produksi Dallas Semiconductor ini cukup bagus
karena bisa membaca antara range -55 sampai 125 C. Resolusi yang digunakan
dalam project ini sebesar 0,5 C. Sensor ini kebanyakan digunakan untuk
pengukuran suhu permukaan object, misalkan suhu heatsink dan sebagainy
f) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang
diperlukan?
2. Cara Kerja Sensor
Sensor Suhu/ Thermal
Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan
panas / suhu / temperatur pada suatu dimensi benda padat, cair atau gas. Beberapa sensor
suhu antara lain: thermocouple, RTD, thermistor, IC sensor LM35.
a. Termokopel
Termokopel adalah sensor yang dapat mengubah besaran panas dengan keluaran
berbentuk beda potensial. Susunan sensor termokopel terdiri dari sepasang kawat logam
yang tidak sama dihubungkan bersama-sama pada satu ujung yang akan mengindera
panas dan berakhir pada ujung lain yang dipertahankan pada suatu temperature konstan
yang diketahui (temperature referensi). Susunan bahan termokopel secara bagan dapat
dilihat pada gambar 5. di bawah ini.
= +
+
Dimana: t = temperatur titik indera; A,B, dan C = konstanta-konstanta bahan termokopel
Gambar 6. Rangkaian Dasar Termokopel
e
Titik Referensi
Alat Ukur
Atau Pencatat Titik
Indera t
...(2.1)
16
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
The 1109 can be rotated 300 degrees and outputs a number between 0 and 1000 based on the shaft position. The maximum resistance of the potentiometer is 10K ohm. This sensor is designed to be 3.3V compatible and can interface with other products as an alternative. For example, the Java based Sentilla Perk includes side ports that are compatible with 3.3V Phidget sensors without any modifications.
Prinsip Kerja
Kerapatan elektron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis
logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan,
maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke
batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan
tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan.
Besarnya termolistrik atau beda potensial yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821)
yang menemukan hubungan perbedaan panas (T1 dan T2) dengan gaya gerak listrik yang
dihasilkan E, Peltir (1834), menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang
diserap pada titik hot-juction dan cold-junction, dan Sir William Thomson,
menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, sehingga
ketiganya menghasilkan rumus sbb:
E = C1(T1-T2) + C2(T12 – T2
2) (…)
Efek Peltier Efek Thomson
atau E = 37,5(T1_T2) – 0,045(T12-T2
2) ( ...)
Dimana 37,5 dan 0,045 merupakan dua konstanta C1 dan C2 untuk termokopel
tembaga/konstanta.
Gambar 7. Beda potensial pada Termokopel
Bila ujung logam yang tidak dipanaskan dihubung singkat,
perambatan panas dari ujung panas ke ujung dingin akan semakin
cepat. Sebaliknya bila suatu termokopel diberi tegangan listrik DC,
maka diujung sambungan terjadi panas atau menjadi dingin
tergantung polaritas bahan (deret Volta) dan polaritas tegangan
....(2.2)
17
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Kabel keluaran
Kumparan
kawat platina
Inti dari Quartz
Terminal
sambungan
Gambar 9. Konstruksi RTD
sumber. Dari prinsip ini memungkinkan membuat termokopel menjadi pendingin.
Tegangan keluaran termokopel sebagai fungsi temperatur untuk berbagai bahan
termokopel dapat ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
Gambar 8. Tegangan Keluaran Termokopel
Terlihat dari gambar diatas terdapat jenis sensor dari termokopel yang dapat
mengindera temperature yang cukup tinggi. Untuk mendapatkan informasi yang lebih
detail dapat dilihat di datasheet masing-masing tipe dari termokopel.
b. RTD (Resistance Thermal Detector)
RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan.
RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan
keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga,
dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai
1500o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih
murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.
18
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Resistance Temperatur Detectors
(RTD), seperti namanya, adalah
sensor yang mengubah mengubah
data pembacaan suhu menjadi
hambatan atau resistansi. Sebagian
besar terdiri dari unsur RTD panjang
kawat halus melingkar melilit sebuah
keramik atau gelas inti. Unsur ini
biasanya cukup rapuh, sehingga
sering ditempatkan di dalam probe
berselubung untuk melindunginya.
RTD adalah salah satu sensor suhu
yang paling akurat. Tidak hanya
memberikan akurasi yang baik, tapi
juga memberikan stabilitas yang
sangat baik . RTDs juga relatif kebal
terhadap gangguan listrik sehingga
cocok untuk pengukuran suhu di
lingkungan industri, terutama di
sekitar motor, generator dan
peralatan tegangan tinggi
lainnya.Jenis-jenis RTD:1. RTD
elemen RTD elemen adalah bentuk
sederhana dari RTD. Ini terdiri dari
sepotong kawat dibungkus di sekitar
inti keramik atau kaca. Karena
ukuran kompak, elemen RTD
biasanya digunakan bila ruang
sangat terbatas.
RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:
1. Tidak diperlukan suhu referensi
2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat
dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat
yang digunakan dan memperbesar tegangan
eksitasi.
3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih
besar dari termokopel
4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih
panjang karena noise tidak jadi masalah
5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian
elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan
murah.
Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan
tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi
koefisien lebih rendah dari thermistor dan model
matematis linier adalah:
= (1+α∆)
Dimana : Ro = tahanan konduktor pada temperature awal (
biasanya 0oC)
RT = tahanan konduktor pada temperatur toC
α = koefisien temperatur tahanan
Δt = selisih antara temperatur kerja dengan temperatur
awal
Sedangkan model matematis nonliner kuadratik adalah:
....(2.3)
....(2.4)
19
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 10. Resistansi versus Temperatur untuk variasi RTD metal
Bentuk lain dari Konstruksi RTD
Gambar 11. Jenis RTD: (a) Wire (b) Ceramic Tube (c) Thin Film
c. Thermistor
Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan
sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya
negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk
setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan
temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan
kompensasi temperatur secara presisi.
Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti:
mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U).
Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 sampai 75 dan tersedia dalam berbagai
bentuk dan ukuran. Ukuran paling kecil berbentuk mani-manik (beads) dengan diameter
20
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Termistor memiliki sifat yang mirip
dengan rtd yaitu mampu mendeteksi
perubahan suhu menjadi perubahan
hambatan (resistansi).
Termistor ditemukan oleh samuel
ruben pada tahun 1930. Ada dua
macam termistor secara umum:
Posistor atau PTC (Positive
Temperature Coefficient),
dan NTC(Negative Temperature
Coefficient). Nilai tahanan pada PTC
akan naik jika perubahan suhunya
naik, sementara sifat NTC justru
kebalikannya.
0,15 mm sampai 1,25 mm, bentuk piringan (disk) atau
cincin (washer) dengan ukuran 2,5 mm sampai 25 mm.
Cincin-cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara
seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.
Dalam operasinya termistor memanfaatkan
perubahan resistansi terhadap temperatur, dan umumnya
nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara
eksponensial untuk jenis NTC ( Negative Thermal
Coeffisien)
=
Gambar 12. Konfigurasi Thermistor: (a) coated-bead (b) disk (c) dioda case dan (d) thin-film
Teknik Kompensasi Termistor:
Karkateristik termistor berikut memperlihatkan hubungan antara temperatur dan
resistansi seperti tampak pada gambar 12.
Gambar 13. Grafik Termistor resistansi vs temperatuer: (a) logaritmik (b) skala linier
(2.5)
21
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Untuk pengontrolan perlu mengubah tahanan menjadi tegangan, berikut
rangkaian dasar untuk mengubah resistansi menjadi tegangan.
Gambar 14. Rangkaian uji termistor sebagai pembagi tegangan
Thermistor dengan koefisien positif (PTC, tidak baku)
Gambar 15. Termistor jenis PTC: (a) linier (b) switching
Cara lain untuk mengubah resistansi menjadi tegangan adalah dengan teknik
linearisasi.
Persamaan (2.6)
Vs RT
22
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 16. Pengubah Resistansi Menjadi Tegangan Listrik
Daerah resistansi mendekati linier
=
1 +
( − )
Untuk teknik kompensasi temperatur menggunakan rangkaian penguat jembatan
lebih baik digunakan untuk jenis sensor resistansi karena rangkaian jembatan dapat
diatur titik kesetimbangannya
Persamaan (2.7)
....(2.8)
RT’
RT
RS + RM
RM = Mean Value of RT
RT’
+Vref
RT
RM
R2 ≥ RT’
- +
- +
R3
(10 kΩ)
+Vzero Zero
R4
R5
V0 R1
VT
RT’
CAPACITOR DISCHARGE INGNITION
Capacitor discharge ignition sistem menyimpan energi di dalam kapasitor
lebih banyak daripada dalam koil. CDI memang masih membutuhkan koil,
namun koil hanya sebatas digunakan untuk transformasi pulsa agar tegangan
meningkat dengan cepatDalam sistem CDI, circuit tenaga utama adalah
sebuah oscilator mini yang mengisi kapasitor hingga 600 volt dan
menunggu kontak pick up dan pulser memicu sistem. Ini disebut Magnetic
Trigering System. Ketika sinyal dipicu, kapasitor akan menghantarkan
energi ke kumparan primer pada koil. Koil bertindak sebagai perubah pulsa
dan meninggikan tegangan dari kapasitor hingga menjadi 40.000 volt yang
dibutuhkan untuk menciptakan loncatan bunga api sejauh kurang dari 1mm
di dalam ruang bakar yang terkompresi
23
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 17. Grafik temperature terhadap
d. Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)
Gambar 18. Sensor Suhu
Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang
merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi outputtegangan dan arus. Meskipun
terbatas dalam rentang suhu dari -550C sampai 1500C, tetapi menghasilkan output yang
sangat linear 1 0 m V / 0 C .
Overview
The DHT-22 is a low cost humidity and temperature sensor with a single wire digital interface.
The sensor is calibrated and doesn't require extra components so you can get right to measuring
relative humidity and temperature.
Fitur
3.3-6V Input
1-1.5mA measuring current
40-50 uA standby current
Humidity from 0-100% RH
-40 - 80 degrees C temperature range
+-2% RH accuracy
+-0.5 degrees C
24
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Ta
hana
n
Tahanan
Ta
hanan
Te
gan
gan
ata
u
arus
Tabel 2 Klasifikasi Sensor Suhu beserta karakteristik, kelemahan, dan kekuatannya
Thermocouple RTD Thermistor IC Sensor
Sim
bol
T
Ka
rakte
rist
ik R
T
Temperatur
R
T Temperatur
R
T Temperatur
V atau I
T
Temperatur
Keku
ata
n
Self powered
Sederhana
Murah
Banyak
macamnya
Range suhu
luas
Paling stabil
Paling akurat
Lebih linear
daripada
thermocouple
Output tinggi
Cepat
Mengukur
Ohms dua
kawat
Paling linear
Output paling
tinggi
Murah
Kele
mahan
Tidak linear
Tegangan
rendah
Memerlukan
referensi
Kurang stabil
Kurang
sensitive
Mahal
Memerlukan
suply daya
D R kecil
Tahanan
absolut
rendah
Self heating
Tidak linear
Range suhu
terbatas
Rentan
Memerlukan
suply daya
Self heating
T < 200° C
Memerlukan
suply daya
Lambat
Self heating
Konfigura
si terbatas
Sensor Optik / Cahaya
Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari
sumber cahaya, pantulan cahaya, ataupun bias cahaya yang mengenai benda atau
ruangan.Beberapa sensor cahaya diantaranya: Foto Listrik, Fotofoltaic, Fotodioda, LDR.
25
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
a. Foto Listrik
Anoda
Katoda
a. Kontruksi
CahayaA
V
b. Rangkaian uji
Gambar 19. (a) Konstruksi (b) Rangkaian Uji
Dapat digambarkan karakteristik dari fotolistrik sebagai berikut:
0,8
0,6
0,4
0,25
10
15
20
Fluks =1 lumen
80 v 160 v
Arus anoda
A
Tegangan anoda
Gambar 20. Kurva Karakteristik
Perhatikan bahwa untuk tegangan diatas 20 volt arus keluaran hampir tidak
bergantung pada tegangan yang diberikan tetapi tergantung dari intensitas cahaya yang masuk
melalui tabung, arus keluaran biasanya dalam orde mikrometer dengan demikian tabung
cahaya dihubungkan ke penguat arus guna menghasilkan suatu kel uaran yang bermanfaat,
transduser ini dapat mengubahintensitas cahaya menjadi arus listrik. Arus listrik yang terjadi
berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang masuk.
b. Fotovoltaic atau sel solar
26
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Fotovoltaic adalah alat sensor sinar yang mengubah
energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar
silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan
PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya
pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan
elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan
tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada
sinar matahari penuh.
Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik
adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya
(sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin kearah warna
cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan.
Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus
listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat
dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang
mengenai permukaan semikonduktor.
Gambar 21. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik
Berikut karakteristik dari foto voltaik berdasarkan
hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan
tegangan yang dihasilkan.
+ -
Katoda dari Anoda dari Sinar datang
Electron keluar
dari permukaan Tabung
Hampa Tegangan keluaran
Fotovoltaik (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar Matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini. Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.
27
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 22. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan dan (c) Rangakain penguat tegangan.
Gambar 23. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan
c. Fotodioda
Salah satu transduser yang dapat dihunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya
dan mempunyai sifat yang linier adalah fotodioda. Disebut fotodioda karena ada dua
kaki (dioda) dan arus mengalir padanya dengan mudah dalam satu arah dan sulit dalam
arah yang lain. Kedua aliran arus pada arah yang sulit dapat berubah dengan adanya
perubahan intensitas cahaya.
Short Circuit
5 10
5
10
15
- +
R0
V0
Intensity, mV / cm2 Intensity, mW / cm2
Vout , mV Iout , µA
Open Circuit
5 10
0,2
0,4
0,6
+
_
0
10-4 10-2 1
(a) (b)
(c)
28
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
gelap terang
Fotodioda
Fotodioda adalah jenis dioda
yang berfungsi mendeteksi
cahaya. Fotodioda merupakan
sensor cahaya semikonduktor
yang dapat mengubah besaran
cahaya menjadi besaran listrik.
Fotodioda merupakan sebuah
dioda dengan sambungan pn yang
dipengaruhi cahaya dalam
kerjanya. Cahaya yang dapat
dideteksi oleh fotodioda ini mulai
dari cahaya infra merah, cahaya
tampak, ultra ungu sampai
dengan sinar-X. Aplikasi
fotodioda mulai dari penghitung
kendaraan di jalan umum secara
otomatis, pengukur cahaya pada
kamera serta beberapa peralatan
di bidang medis.
Simbol untuk dioda, arah aliran arus yang mudah (bias maju) dan arah alran sukar
(bias mundur) diperlihatkan pada gambar 23.
Gambar 24. Sifat fotodioda
Hal yang penting untuk diperhatikan ketika Photodioda
dibias terbalik arus berbanding lurus dengan intensitas cahaya
apabila beda potensial ditahan konstan, karakteristik seperti
ini sangat penting untuk diperhatikan. Karakteristiknya dapat
ditunjukkan seperti pada gambar 24.
Gambar 25 Karakteristik Photodioda.
Arus bias terbalik sangatlah kecil dan berubah sesuai
dengan tingkat pencahayaan, dari sekitar 1 nanoamp di
tempat gelap (nA atau 10-9A) sampai sekitar 1 miliamp (mA
atau 10-3A) di tempat terang.
arus balik
intensitas cahaya
tegangan konstan
Anoda (a) Katoda (k)
mudah lewat
Sukar lewat
29
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Penguat Khusus untuk Photodioda
Gambar 26. Penguat Photodioda
Tegangan keluaran Vout = I x R
I adalah arus bias mundur fotodioda
R nilai resistor umpan balik
d. LDR
LDR kepanjangan dari Light Dependen Resistor, sebuah transduser yang
resistansinya dipengaruhi oleh cahaya, di tempat yang gelap resistansinya tinggi dalam
orde mega ohm atau lebih, ditempat yang terang resistansinya menurun hingga kurang
dari 1000 Ω (k Ω). Istilah lain dari LDR adalah fotosel, symbol dan karakteristiknya
dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 27. Simbol fotosel
kawat terminal
6
arus balik
R
I
k
a
D1 Vout
0 V
- V
Op-
2
3
30
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Sensor gyroscope yang saya gunakan ini adalah sebuah modul yang terdiri
dari sensor Gyroscope LISY300AL dan ADC serial ADC101S021 yang
dikeluarkan oleh PARALLAX Inc. Pada modul ini pun telah dilengkapi dengan
regulator tegangan 3.3 V sebagai supply nya. Modul Sensor Gyroscope
LISY300AL dapat mendeteksi kecepatan sudut (angular rate) satu axis, yaitu
sumbu Z (yaw). Dan mampu membaca sampai ± 300°/s full scale.
Gambar 28. Grafik resistansi fotosel terjadap intensitas cahaya.
Untuk mengolah sinyal keluaran dari LDR ini dapat menggunakan pembagi
tegangan atau jembatan wheatstone.
Gambar 29. Pengolah sinyal keluaran LDR dengan pembagi tegangan
Dari gambar di atas, tegangan di basis pada resistor adalah:
Sensor mekanis
Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis seperti
perpindahan atau pergeseran, posisi gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level, dan
sebagainya. Contoh sraingage, sensor kapasitif (mengubah pergeseran menjadi
perubahan kapasitansi),sensor induktif, proksimiti dan sebagainya.
resistansi
Intensitas cahaya
LDR
....(2.9)
31
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
a. Sensor Tekanan
Starin Gage
Prinsip kerja starain gage adalah mengubah tegangan mekanis menjadi
sinyal listrik. Besanya tegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan
pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang.
Tekanan yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok sehingga
menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya, seperti terlihat
pada gambar 29.
Gambar 30. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat
Sensitifitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang
dijelaskan dengan factor gage,k, didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi
dengan perubahan satuan panjang karena setiap tekanan yang diberikan kepada bahan
akan mempengaruhi panjang bahan, luas permukaan bahan, dan perubahan tahanan.
k = faktor gage R = tahanan gage nominal ΔR = Perubahan tahanan gage
L = Panjang Normal ΔL = Perubahan Panjang
Gaya diberikan
untuikmenguku
(a)Jenis kawat (b) Jenis foil (c)Jembatan pengukuran
rangkaian Ukuran regangan
Gaya
(d) Aplikasi umum-pengukuran tekanan balok
....(2.10)
32
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 31. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan (di ambil dari http://www.chinawholesalegift.com )
b. Transduser Kapasitif
Memanfaatkan perubahan kapasitansi:
1. Akibat perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping
2. Akibat pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan
langsung
3. Akibat penambahan jarak antara kedua keping
Gambar 32. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseran berputar, (c) pergeseran jarak plat
4. Nilai kapasitansi berbanding lurus dengan area dan berbanding terbaik
dengan jarak
=
5. Cukup sensitif tetapi linieritas buruk
6. Rangkaian jembatan seperti pada sensor induktif dapat digunakan dengan
kapasitor dihubungkan paralel dengan resistansi (tinggi) untuk memberi jalur DC
untuk input op amp
....(2.11)
33
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Deskripsi
Produk ini merupakan sensor yang mampu mendeteksi getaran, yang kemudian sinyal getaran ini diteruskan ke output digital. Digunakan sebagai saklar digital. Penggunaannya sangat mudah, cukup hubungkan dengan pin digital Arduino Anda melalui I/O Expansion Shield.
7. Alternatif kedua mengubah perubahan kapasitansi menjadi perubahan frekuensi
osilator.
=,
()
Gambar 33. Pemakaian sensor Humidity pada rangkaian elektronik: kapasitansi menjadi frekuensi
8. Solusi rangkaian murah dengan osilator relaksasi dual inverter CMOS
c. Transduser untuk Mendeteksi Pergeseran
Akibat Gaya
Transduser yang digunakan untuk mendeteksi
perubahan gaya. Prinsip kerja dari transduser ini
adalah dengan mengubPah induktansi dari sepasang
kumparan atau dengan mengubah induktansi
kumparan tunggal. Dengan mengubah jangkar
feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan
diukur, dengan mengubah fermeabilitas medium.
....(2.12)
Vcc Rv
Sensor
34
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
=
Gambar 34. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993)
Dari persamaan dan gambar di atas sebuah induktor dapat digunakan untuk
mendeteksi pergeseran benda gaya, benda yang digeser – geser karena perubahan gaya
akan mempengaruhi konstanta permeabilitas dari induktor tersebut, menggeser benda
sama artinya dengan mengubah sehingga harga induktansi akan berubah (untik PTE).
Kesimpulannya bahwa sensor ini dapat mendeteksi perubahan gaya yang dibaca sebagai
perubahan induktasi.
d. Transducer perpindahan menggunakan resistansi terubah
Gambar 35. Sensor Perpindahan
m)(bahan tanRe
)(m Luas A
(m) Panjang
)(Resistansi
2
sisis
R
AR
Harga resistansi berbanding lurus dengan l sehingga jika panjang resistor perubah
maka resistansinya berubah. Denganmemberi sumber dari luar maka akan didapatkan
perpindahan berbanding lurus dengan tegangan keluaran.
....(2.13)
....(2.14)
35
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
aldan terminsapu antara Resistansi Rw
masukkan teganganE
keluaran
.E
i
O
teganganE
ERt
Rw
O
i
C. Rangkuman 2
Syarat umum sebuah sensor adalah linieritas, sensitivitas tanggapan waktu, dan
jangkauan.
1. Untuk mendeteksi panas antara lain dapat menggunakan sensor : thermocouple, RTD,
thermistor, bimetal, IC sensor LM35.
2. Untuk mendeteksi intensitas cahaya dapat menggunakan sensor : Fotolistrik.
Fotodioda, LDR, Fotofoltaic, Cell Foto Emisive, Foto Multypier, Foto Transistor.
3. PenggunaanLM35 mempunyai linieritas yang bagus dan jangkauan pengukuran antara
-550C sampai dengan 1550C.
4. Thermocouple pada prinsipnya menggunakan perbedaan suhu antarsambungan
penghantar menyebabkan terbangkitnya tegangan DC yang kecil.
5. Strain gage mengubah tegangan mekanis menjadi perubahan tahanan listrik. Tahanan
listrik yang dihasilkan dapat diubah menjadi tegangan dengan cara menggunakan
jembatan Wheatstone.
6. Fotovoltaic atau sel solar adalah sensor cahaya mengubah energi cahaya langsung
menjadi energi listrik
7. Fotolistrik dapat mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik dalam orde mikro
ampere.
c. Tugas 2
Cari spesifikasi dan cara kerja berbagai sensor yang ada dipasaran!
Rt = Resistansi Total
....(2.15)
36
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
D. Tes Formatif 2
1. Jelaskan cara memilih sensor yang baik? (Untuk SMK dan PTE)
2. Jelaskan perbedaan prinsip kerja dari sensor fotovoltaic dan sensor
fotolistrik! (Untuk SMK dan PTE)
3. Jelaskan perbedaan prinsip kerja dari sensor termokopel, RTD, dan
thermistor! (Untuk SMK dan PTE)
4. Jelaskan cara kerja Strain gage secara singkat dan bagaimana cara mengolah
perubahan tahanan itu menjadi tegangan listrik, berikan gambar rangkaiannya!
(Untuk PTE)
E. Kunci Jawaban Tesformatif 2
1. Syarat umum pemilihan sensor adalah memenuhi kriteria sebagai berikut :
Linieritas, sensitivitas, tanggapan waktu, dan jangkauan. Ditambah syarat yang
spesifik yakni :
1) Besaran fisis apa yang akan diindera?
2) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk
mengindera besaran ini?
3) Berapa ketelitian yang diinginkan pada peninderaan ini?
4) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?
5) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.
6) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat
yang diperlukan?
2. Fotovoltaic mengubah intensitas cahaya menjadi tegangan listrik, fotolistrik
mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik.
3. Termokopel mengubah besaran panas menjadi tegangan listrik, RTD mengubah
besaran panas menjadi perubahan tahanan. Termokopel dan RTD dapat bekerja
pada jangkauan pengimderaan 150oC sampai 700oC. Thermistor mengubah
besaran panas menjadi perubahan tahanan. Thermistor mempunyai jangkauan
penginderaan antara -35oC sampai 150oC.
4. Strain gage mengubah besaran tekanan, mekanik dari suatu bahan menjadi
perubahan tahanan dimana tekanan dapat mengubah panjang dan luas permukaan
dari bahan yang dikenai tekanan tersebut yang pada akhirnya dapat mengubah
37
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
tahanan. Tahanan listrik yang dihasilkan dapat diubah menjadi tegangan dengan
cara menggunakan jembatan Wheatstone seperti gambar di bawah ini:
Gambar 36. Jembatan Wheatstone
F. Umpan Balik 2
Setelah anda menyelesaikan jawaban dari tes formatif dan membandingkan
dengan kunci jawaban, jika jawaban anda sudah benar maka dapat melanjutkan ke
modul berikutnya tetapi jika jawaban anda masih banyak yang salah maka dianjurkan
untuk mengulang mempelajari modul ini.
Vout
R1
R2
R3
R0
38
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
PENGUKURAN DAN PENYETELAN
(Pengolahan Sinyal Keluaran)
a. Tujuan Pembelajaran 3
Setelah mempelajari modul ini saudara diharapkan memiliki kemampuan :
1. Dapat melakukan pengukuran besaran masukan dan keluaran transduser.
2. Dapat mendemonstrasikan cara kerja sensor.
3. Dapat melakukan penyetelan pengolahan rangkaian yang mengandung sensor.
4. Dapat menganalisis pengolahan sinyal keluaran sensor..(Untuk PTE)
b. Uraian materi 3
Pengukuran Besaran Masukan Dan Keluaran Transduser
Untuk melakukan pengukuran besaran masukan dan keluaran dari sebuah
trasduser diperlukan antara lain:
a. Transduser
b. Rangkaian pengolah sinyal
c. Besaran – besaran input yang akan dideteksi
d. Alat ukur
Untuk melaksanakan pengukuran tersebut diperlukan petunjuk pelaksanaan
pengukuran.
Contoh:
1. Pengukuran panas dengan memanfaatkan transduser termokopel
Perlatan yang diperlukan antar lain:
a. Transduser termokopel
b. Penguat instrumentasi sebagai pengolah sinyal karena keluaran yang
dihasilkan termokopel tegangan mengambang dan dalam orde milivolt
c. Alat ukur: thermometer, volt meter.
d. Sumber panas
e. Zat yang dipanaskan
PEMBELAJARAN 3
39
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Secara lengkap dan terperinci, peralatan yang diperlukan adalah sebagai berikut:
Alat dan Bahan:
1. Catu daya 12 volt kembar (+ 12 V, 0, - 12 V) ......... 1 buah
2. Pemanas air listrik................................... ................. 1 buah
3. Multimeter............................................... ................ 1 buah
4. Thermometer alkohol 110oC..................... .............. 1 buah
5. Termokopel ............................................. ................ 1 buah
6. IC LM 741 .............................................. ................ 3 buah
7. Resistor 10 k Ohm ................................. ................. 1 buah
8. Resistor 1 k Ohm .................................... ................ 4 buah
9. Resistor variabel 1 k Ohm ....................... ............... 1 buah
10. Potensiometer 20 k Ohm ............. .......... ................ 1 buah
11. Kabel penghubung .................................. ................ secukupnya
12. Es dengan tempatnya............................... ................ secukupnya
Kesehatan dan Keselamatan Kerja:
1. Pastikan tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.
2. Dalam menyusun rangkaian, perhatikan letak kaki-kaki IC.
3. Sebelumcatu daya dihidupkan, hubungi guru untuk mengecek kebenaran
pemasangan rangkaian.
4. Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan
ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar. Bila simpangan terlalu kecil dan
masih di bawah batas ukur yang lebih rendah, turunkan batas ukur.
40
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Rangkaian Pengukuran:
Gambar 37. Rangkaian Pengukuran Panas menggunakakn Termokopel Langkah Kerja
1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 37.
2. Letakkan termokopel pada es yang mencair. Ukurlah suhu es dengan
termometer! Bila suhu air es tepat 0o C, amatilah dan catatlah tegangan
keluaran V0!
3. Naikkan suhu air es dengan pemanas air listrik! Amatilah V0
4. untuk setiap kenaikan 10o C dan catatlah!
5. Ulangi langkah 4 sampai air mendidih (suhunya 100o C)!
6. Buatlah grafik hubungan antara suhu air dengan tegangan V0!
7. Apakah grafiknya merupakan fungsi linier?
Untuk PTE analisa dari tangkaian penguat dari instrumentasi di atas adalah
sebagai berikut:
Penguat instrumentasi
Penguat instrumentasi adalah suatu penguat loop tertutup (closed loop) dengan
masukan difrensial, dan penguatannya dapat diatur tanpa mempengaruhi nisbah
penolakan modus bersama (Common Mode Rejection Ratio –CMRR). Fungsi utama
penguat instrumentasi adalah untuk memperkuat tegangan yang tepat berasal dari suatu
sensor atau transducer secara akurat. Rangkaian ekuivalen penguat instrumentasi
adalah seperti gambar
41
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Gambar 38. Rangkaian ekuivalen suatu penguat instrumentasi
Besaran RicM adalah hambatan atau impedansi atau impedansi masukan
diferensial . eoo adalah tegangan keluaran tanpa beban (terbuka) dan Ro adalah
hambatan atau impedansi keluaran. Karena penguat instrumentasi adalah penguat loop
terbuka. Maka tak perlu dipasang rangkaian umpan balik untuk menggunakannya
seperti halnya penguat operasioanal (op-amp). Penguat instrumentasi yang bermutu
tinggi dibuat dalam bentuk hybrid yaitu campuran IC dan komponen diskrit. Satu
contoh penguat instrumentasi adalah penguat Burr-Brown 3620. spesifikasi penguat ini
adalah sebagai berikut ;
Drift rendah : cv/ 25
Bising rendah : 1 Vpp
CMRR tinggi 100 dB
Impedansi masukan tinggi : 300 M (difrensial) dan 1 G CM(common mode)
Kisaran penguatan : 1 hingga 10.000 .
Penguat instrumentasi dapat dibuat dengan menggunakan op-amp. Mutu penguat
ini bergantung pada mutu op-amp yang digunakan yang menyangkut offset masukan.,
impedansi masukan, drift pada tegangan keluaran, CMRR, PSRR dan sebagainya.
Disamping itu CMRR dan ketepatan penguatan op-amp amat bergantung kepada
presisi dari komponen pasif yang digunakan. marilah kita bahas dua rangkaian penguat
instrumentasi menggunakan op-amp.
Rangkaian yang lazim digunakan orang untuk membuat panguat instrumentasi
dengan op-amp adalah seperti pada gambar 30.
42
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Arduino Sensor Shield V4.0
We can build electronics projects
just as easy as piling bricks. Arduino
and community have made the
programming much easier than ever
before. How about some elixir on
hardware part? Maybe it is not yet
convenient to make complex
interfaces, but we can at least start
from the most commonly used
modules.
By using electronic bricks, you may
connect Arduino compatible boards
easily with various digital, analog
and I2C/Uart interfaces. These the
breadboard-less firm connection are
prepared to extensive modules like
poteniometers, sensors, relays,
servos...even buttons, just plug and
play.
Each terminal module has buckled
port with VCC, GND and Output,
which has corresponding port on
the sensing board, with a plain
2.54mm dual-female cable you may
start playing already. Buckled brick
cables are like cement for bricks,
make the connections easier, secure
and more professional looking.
Gambar 39. Suatu penguat instrumentasi
Kita dapat bagi rangkaian diatas menjadi dua bagian
yaitu bagian terdiri dari OA1 dan OA2 dan bagian II terdiri
dari OA3 marialh kita bahas bagian II lebih dahulu bagian
kita lukiskan lagi pada gambar 8.3
Gambar 40. Rangkaian penguat diferensial menggunakan op-amp
Oleh karena hambatan masukan difrensial dari op-
amp amat tinggi maka dapat dianggap I3=I4 =0 sehingga :
Ia =I a’ dan Ib =Ib’
43
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Dengan menggunakan hukum Kirchoff kita peroleh :
− = ( + )
− 0 = ( + )
Selanjutnya kita gunakan suatu sifat op-amp yang lain yaitu bahwa masukan
inverting dan non inverting ada dalam keadaan hubung singkat virtual oleh sebab ini:
= − +
dari ketiga persamaan ini kita peroleh ;
= − + =
− ( − )
= 1 +
−
Agar tegangan Vo sebanding dengan selisih tegangan isyarat masukan maka hasrus
dibuat agar :
=
atau
=
sebaiknya digunakan R5 =R2 dan R7 = R6 maka :
= 1 +
+
−
= −
( − )
jadi
, =
− = −
Penguatan common mode dapat kita peroleh bila kita gunakan
= =
seperti gambar 40.
Gambar 41. Penguat difrensial dengan menggunakan common mode.
....(3.1)
....(3.2)
....(3.3)
....(3.4)
....(3.5)
....(3.6)
....(3.7)
44
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Persamaan menjadi
= 1 +
−
…………(3.8)
seperti telah digunakan diatas jika digunakan R7=R6 dan R5=R2 kita peroleh penguat
difrensial akan tetapi dalam prakteknya tidak mungkin membuat dua hambatan tepat
sama. Resistor yang dijual ditoko mempunyai toelransi minimum 1 %.
Misalkan
−
= ∆≪ 1
= 1 + ∆
Maka
, =
= 1 −
∆
dari persamaan diatas kita peroleh Common Mode Rejection Ratio.
=,
,=
∆
=
∆
Tampak bila ∆= 1% = 0.01dan = maka CMRR =60=30 dB
Jadi agar diperoleh CMRR yang tinggi diperlukan komponen dengan presisi yang
tinggi pula . Marilah kita kembali kepada gambar 30. dan kita lukiskan bagian I
Gambar 42. Bagian I rangkaian pada gambar 30.
....(3.9)
....(3.10)
45
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Humidity Temperature Sensor DHT11 This DHT11 Temperature & Humidity
Sensor features a temperature &
humidity sensor complex with a
calibrated digital signal output. By
using the exclusive digital-signal-
acquisition technique and
temperature & humidity sensing
technology, it ensures high
reliability and excellent long-term
stability. This sensor includes a
resistive-type humidity
measurement component and an
NTC temperature measurement
component, and connects to a
high-performance 8-bit
microcontroller, offering excellent
quality, fast response, anti-
interference ability and cost-
effectiveness
Oleh karena masukan inverting dan non
inverting pada op-amp ada pada keadaan hubung
singkat virtual, maka tegangan pada titik A = ea dan
pada titik B = eb. disamping itu karena hambatan
masukan difrensial pada op-amp mempunyai harga
sangat besar maka arus I 1= I2 = 0 akibatnya:
= − = ( + + )
akan tetapi − = − =
sehingga =
sehingga = 1 +
( − ) Persamaan 3.11
menyatakan bahwa bila ea= eb= eCM maka VPQ=0
sehingga Av,CM=0, yang berarti bahwa pada
rangkaian Gambar 30 penurunan CMRR disebabkan
oleh bagian II saja. Ini berarti bahwa dipandang dari
segi CMRR hanya R2,R6, R5 dan R7 yang harus
mempunyai nilai yang presisi.
Penguatan dari seluruh rangkaian gambar 30
dapat diperoleh dengan menggabungkan persamaan
3.8 dan 3.11 yaitu :
, = 1 +
Pengukuran tranduser pergeseran
Mengukur putaran yang akan diubah menjadi besaran tegangan listrik.
Alat dan Bahan
1. Busur derajat.......................................... ...................... 1 buah
2. Voltmeter ............................................... ...................... 1 buah
3. Catu daya arus searah 5 volt ................... ..................... 1 buah
4. Kabel penghubung ................................. ..................... secukupnya
5. Potensiometer linier................................. ..................... 1 buah
6. Potensiometer logaritmik ......................... .................... 1 buah
....(3.12)
46
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Kesehatan dan Keselamatan Kerja
1. Pastikanlah tegangan keluaran catu daya sesuai yang
dibutuhkan
2. Sebelum catu daya dihidupkan, hubungilah instruktur untuk mengecek
kebenaran pemasangan rangkaian.
3. Dalam menggunakan meter kumparan putar, mulailah dari batas ukur
yang besar. Bila simpangan terlalu kecil dan masih di bawah batas ukur
yang lebih rendah, turunkan batas ukur.
Langkah Kerja
1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 15. berikut ini. 2.
5 V 10 k, Linier
V
Gambar 43. Rangkaian Potensiometer
3. Putarlah potensiometer ke kiri penuh, catatlah penunjukan voltmeter!
4. Putarlah ke kanan potensiometer 20o, catatlah penunjukan voltmeter!
5. Ulangilah langkah nomor 3 untuk setiap kenaikan 20o sampai maksimal!
Sudut maksimal = …… o Tegangan maksimal = …… V
Kepekaan potensiometer = …… V/ o
6. Dari sudut maksimal, putarlah potensiometer ke kiri pada sudut satu
langkah sebelum maksimal kanan dan catatlah nilai voltmeter.
7. Ulangilah nomor 5 untuk setiap penurunan 20o sampai kembali ke
0o.
8. Catatlah hasil pengukuran pada Tabel 1. berikut ini.
47
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Photoelectric Sensor with Grooved Design - Eliminates Optical Axis Adjustment Groove-type Sensor with groove width of 25 mm. Models are available with one or two light axes. Models are available with M8 pre-wired connector or e-CON pre-wired
connectors.
Tabel 1. Pengukuran Tegangan Potensiometer No Sudut Vo No Sudut Vo
1 0 18 maksimum 2 20 19 300
3 40 20 280 4 60 21 260 5 80 22 240
6 100 23 220 7 120 24 200
8 140 25 180 9 160 26 160
10 180 27 140 11 200 28 120 12 220 29 100
13 240 30 80 14 260 31 60
15 280 32 40 16 300 33 20
17 maksimum 34 0
9. Buatlah kurva hubungan masukan-keluaran dari tabel diatas!
10. Ulangilah percobaan diatas untuk potensiometer logaritmik!
11. Bandingkan hasil pengukuran untuk potensiometer linier dan potensio-meter
logaritmik! Manakah yang linier?
48
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
c. Rangkuman 3
Melakukan penyetelan, pengukuran dan penggunaan transduser diperlukan:
1) Peralatan dan bahan
2) K3
3) Petunjuk pelaksanaan
4) Pencatatan hasil
5) Analisa
1. Transduser yang menghasilkan tegangan / arus listrik yang sangat kecil
memerlukan penguat instrumentasi.
2. Transduser yang keluarannya berbentuk perubahan listrik yang kecil daspat diolah
dengan bantuan jembatar Wheatstone untuk mendapat keluaran berbentuk
rangkaian listrik.
d. Tugas 3
Rancang salahsatu rangkaian menggunakan transduser yang belum dijelaskan pada
modul ini!
e. Latihan
1. Mengapa thermocouple perlu dipasang lagi penguat? (Untuk SMK dan PTE)
2. Dari hasil grafik yang dibuat, bagaimana bentuk perbandingan antara tegangan
output dengan suhu pada thermocouple? (Untuk SMK dan PTE)
3. Jelaskan sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi pergeseran puteran
kemudian jelaskan prinsip kerjanya sehingga mengeluarkan perubahan tegangan
listrik! (Untuk SMK dan PTE)
4. Sebutkan ciri – ciri penguat instrumentasi, rencanakan sebuah penguat
instrumentasi menggunakan 3 buah op – amp dan berpenguat diferensial 100 kali.
(Untuk PTE)
f. Umpan Balik 3
Modul pada materi 3 adalah bersifat psikomotor yang berkaitan dengan praktek.
Jika anda sudash dapat melakukan pengukuran dan penyetelan sensor / transduser
dengan baik maka dapat ditafsirkan kompetensi anda dalam modul ini sudah terlampaui,
jika belum dapat melaksanakan pengukuran dan penyetelan sensor / transduser dengan
baik anda harus membaca ulang modul dan meminta petunjuk pada instruktur atau guru.
49
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
A. PERTANYAAN
1 . Sebutkan persyaratan umum dalam pemilihan transduser!
2 . Apa yang dimaksud dengan transduser bersifat linier? (Untuk SMK dan PTE)
3 . Pilihlah suatu transduser yang mempunyai sifat linier dan sanggup untuk
mengindera panas dari -550C sampai +1500C! Berikan Alasannya! (Untuk SMK
dan PTE)
4 . Rancanglah suatu detektor suhu sederhana dengan menggunakan
fotokonduktif, sebuah transistor sebagai saklar, relay kecil dan suatu lampu
indikator! (Untuk SMK dan PTE)
5 . Jelaskan secara singkat cara untuk mendapatkan sinyal keluaran akibat keluaran
transduser yang bersifat resistif dengan harga perubahan yang sangat kecil!
Berikan rangkaian pengolalhsinyalnya! (Untuk PTE)
B. KUNCI JAWABAN LEMBAR EVALUASI
1. Syarat umum pemilihan sensor adalah memenuhi kriteria sebagai berikut :
Linieritas, sensitivitas, tanggapan waktu, dan jangkauan. Ditambah syarat yang
spesifik yakni :
1) Besaran fisis apa yang akan diindera?
2) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk mengindera
besaran ini?
3) Berapa ketelitian yang diinginkan pada peninderaan ini?
4) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?
5) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.
6) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang
diperlukan?
2. Linieritas pada transduser adalah jika hibungan besaran masukkan dan besaran
keluaran dari sebuah sensor digambarkan dalam bentuk grafik akan membentuk
garis lurus (linier).
3. Transduser yang cocok untuk mengindera panas dari -550C sampai +1500C dan
mempunyai sifat linier dengan perbandingan 100C/1mV adalah IC LM35.
LEMBAR EVALUASI
50
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
4. Perhatikan gambar di bawah ini
a) Tentukan tipe relay yang tepat untuk beban lampu.
b) Untuk tegangan catu dipilih 9 volt, dan spesifikasi relay di atas
diketahui, dipilih tipe transistor Q1 yang sesuai (disipasi daya sesuai, hFE
cukup besar misalkan 100)
c) Tentukan titik ambang yang dikehendaki, kemudian atur R untuk
mendapatkan tegangan pulsa pemicu yang sesuai
Rangkaiannya seperti gambar dibawah ini :
5. Transduser dipasang pada jembatan Wheatstone
Perubahan R pada transduser dapat menghasilkan perubahan tegangan keluraran yakni
sebagai berikut:
=
+ −
+
LDR
51
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
C. KRITERIA KELULUSAN
Teori
No Tipe Pertanyaan Jumlah Soal Skor SMK PTE
1 Uraian 3 4 100
Praktek
No Uraian Bobot
1 Ketepatan alat/bahan 1 2 3 4
2 Kebenaran hasil praktek 1 2 3 4
3 Keselamatan kerja 1 2 3 4
4 Prosedur kerja 1 2 3 4
5 Interpretasi hasil 1 2 3 4
6 Waktu 1 2 3 4
Jumlah
=
Nilai Akhir = 0,3 Nilai Teori + 0.7 Nilai Praktik Jika skor nilai akhir telah mencapai
70 maka peserta diklat dinyatakan lulus
52
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Peserta yang telah mencapai syarat kelulusan minimal dapat melanjutkan
mempelajari kompetensi lanjutannya. Sebaliknya, apabila dinyatakan tidak lulus,
maka peserta harus mengulang modul ini dan tidak diperkenankan untuk
mempelajari kompetensi lanjutannya.
Jika telah lulus menempuh modul, maka saudara berhak memperoleh sertifikat
kompetensi.
PENUTUP
53
MODUL SENSOR DAN TRANDUSER
Bolton, Mechatronics, Longman Scientific and Technical.
CS Rangaan et. al. , 1990, Instrumentation: Devices and Systems, Tata
McGraw-Hill Publishing Company Ltd., New Delhi
Kustija Jaja. 2008. Sistem Instrumentasi Elektronika, Modul Kuliah Universitas
Mercubuana.
Robert Boylestad and Louis Nashelsky, 1994, Electronic Devices And Circuit
Theory, Fifth Ed., Eighth Printing, Prentice-Hall of India Private Ltd, New
Delhi
Wasito S., 1986, Vademekum Elektronika, cet. ketiga, PT Gramedia, Jakarta
Willian D. De Cover, 1988, Electronic Measurement Systems, Prentice Hall
International (UK) Ltd.
DAFTAR PUSTAKA
top related