sdt week 2
TRANSCRIPT
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
Sensor dan TransduserSensor dan Transduser
MINGGU 2
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
MINGGU 2
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Overview :
� Kebanyakan sensor / transducer mengkonversi besaran non listrik menjadi listrik
� Konversi memerlukan beberapa tahapan
� Konversi tersebut melibatkan perubahan energi dimana tahap akhirnya harus menghasilkan sebuah sinyal elektris dalam bentuk yang diinginkan.
� Sensor dikategorikan menjadi dua, yaitu : direct dan complex.
� Prinsip-prinsip fisika digunakan dalam direct sensor dan transducer
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Objek Pembelajaran :
1. Muatan,Medan dan Potensial Listrik
2. Kapasitansi
3. Magnetik
4. Piezoelektrik
5. Suhu
6. Cahaya
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Muatan, Medan dan Potensial Listrik
• Pertama kali diselidiki oleh Benjamin Franklin
• Dikenal dengan triboelectric effect (gesekan listrik)
• Perpindahan atau perubahan distribusi elektron dan hole pada sebuah material
• Contoh: Gaya tarik menarik kaca dan kain sutra
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Muatan sejenis akan saling tolak, tidak sejenis saling tarik
• Gaya f akan timbul saat sebuah muatan atau lebih berada pada medan muatan referensi (flux/E)
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Kombinasi muatan tak sejenis dengan jarak tertentu disebut dipole listrik
• Biasanya terdapat pada materi kristal seperti pada piezoelektrik sensor
• Dipole yang berada dalam medan listrik akan berotasi, dapat berubah jika ada usaha dari luar yang tersimpan dalam bentuk potensial listrik
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Kapasitansi• Kombinasi plat induktor yang dapat
menyimpan muatan listrik disebut
kapasitor
• Muatan test yang berada diantara
dua plat akan mengalami interaksi berupa gaya, magnitutnya tergantung
jenis dan jarak muatan tersebut
• Kapasitansi dipengaruhi besar
muatan dan beda potensial diantara
plat
d
A
Vab
qC 0
ε==
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Fenomena ini digunakan sebagai capasitive diplacement sensor
• C= (2πε0 [lnb/a]-1)L
• (2πε0 [lnb/a]-1) disebut faktor geometris
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Penambahan bahan
dielektrik memperbesar
kapasitansi
• G tergantung bentuk dan
jarak
• Nilai konsanta beberapa
bahan dielektrik
dipengaruhi frekuensi dan
suhu
GC κε0
=
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Sensor ketinggian air kapasitif dan responnya• Sensor direndam dalam tanki air. Saat level air meninggi, bagian
tengan plat akan ikut terendam dan menjadi dielektrik. Hal ini akan mengubah nilai kapasitansinya.
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Magnetik
• Hampir sama dengan muatan, yang sejenis saling tolak, tidak sejenis saling tarik
• Berbeda dengan muatan, magnet selalu memiliki pasangan (utara dan selatan)
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Oersted : Fenomena magnet juga dapat diperoleh dari arus listrik, contohnya aliran arus tinggi pada kawat, Toroid, Solenoid.
• Faraday, juga membuktikan bahwa fenomena magnet dapat menghasilkan arus listrik Contoh : Induksi listrik
• Magnet permanen dapat digunakan sebagai sensor pendeteksi gerakan, posisi, Hall Effect sensor, dll
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Piezoelectric
• Dalam bentuk kristal• Digunakan dalam sensor tekan• Saat gaya diberikan dalam posisi x, maka muatan positif terjadi
pada bagian atas, dan negatif dibagian bawah• Saat gaya diberikan dalam posisi y, maka muatan negatif terjadi
pada bagian atas, dan positif dibagian bawah
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Temperatur/Suhu• Merupakan energi kinetik dari partikel
yang bergetar. Semakin besar
gerakannya, semakin besar pula suhu dan GEM yang dihasilkan.
• Atom dan molekul suatu materi tidak bergerak dengan intensitas yang
sama. Gerakan ini memiliki hubungan
dengan tekanan, gaya yang terjadi dan perpindahan molekul dalam satu
area.
A
FP =
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Semua benda padat dapat berubah dimensinya oleh perubahan suhu. Perubahan dimensi linier (panjang, lebar dan tinggi) dinamakan linier expansion.
l2 = panjang akhirl1 = panjang mula-mula
T2 = suhu akhir
T1 = suhu mula-mula
α α α α = koefisien muai
Permukaan yang saling
menempel mengendalikan
panjang plat x sekaligus memaksa plat y untuk
berekspansi melebihi
koefisien muai yang diperlukannya.
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Sifat-sifat panas :1. Tidak dapat diketahui besar
spesifiknya, sekali dihasilkan tidak dapat diketahui nilai awalnya
2. Tidak dapat disimpan, mangalir dari bagian hangat ke bagian yang dingin.
Energi panas dapat mengalir dengan
tiga cara:Induksi; memerlukan kontak fisik dua
benda
Konveksi; memerlukan benda ketiga sebagai perantara
Radiasi; tidak memerlukan kontak fisik
Interaksi radiasi panas
antara objek dengan sensor radiasi panas
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
Cahaya
• Pembahasan mengenai cahaya dapat dilihat cari dua aspek, sebagai gelombang dan sebagai materi.
• Kecepatan cahaya (light velocity) dalam ruang hampa,c0, tidak tergantung pada wavelength. (cahaya sebagai sebuah besaran)
• Frekuensi gelombang cahaya dalam ruang hampa atau media lain, tergantung pada wavelength cahaya, dimana cahaya sebagai magnetude/nilai (light speed)
• h = konstanta Planc
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Ultraviolet dan cahaya yang tampak memiliki energi yang relatif besar dan mudah dideteksi. Akan tetapi menjadi susah dideteksi jika wavelength meningkat ke sisi infrared. Hal ini akan membangkitkan energi yang rendah.
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER
• Sebagai gelombang, cahaya dapat dianggap gelombang electromagnetik yang memiliki arah tertentu (plane polarization), artinya masing-masing medan (listrik dan magnet), paralel dengan yang lain.
• Bidang (plane) yang ditentukan oleh arah propagasi dan arah polarisasi dinamakan plane of vibration
• Kebanyakan sensor, hanya mengolah sinyal dalam bentuk medan listrik saja.
• Untuk cahaya yang tidak terpolarisasi, seperti cahaya matahari, dan sebagainya, maka diperlukan filter cahaya yang yang melewatkan cahaya ke satu arah saja (polaroid)