Sensor dan Tranduser

A. Pengertian Sensor dan tranduser

1. Pengertian Sensor

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah

variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam

lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai

mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya

(Petruzella, 2001).

2. Pengertian Transduser

Transduser berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti mengubah.

Sehingga 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. Kita mengenal ada enam macam energi, yaitu : radiasi, mekanik, panas,

listrik, dan kimia.

B. Klasifikasi sensor dan transduser

1. Klasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3

bagian yaitu:

a. Sensor Thermal (Panas/Suhu)

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, , infrared pyrometer, hygrometer,dsb.

1

1) Bimetalic Thermostat

Bimetalic Thermostat adalah sensor suhu yang umumnya terbuat dari 2 buah

lempeng logam yang berbeda kefisien muainya (α) seperti nickel, copper, tungsten

dan aluminium. Bila sebuah bimetal dipanaskan maka logam yang memiliki

koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang dari logam yang

berkoefisien muai rendah. Hal ini menyebabkan bimetal akan melengkukng kearah

logam yang keofisien muainya rendah. Pada aplikasinya Sifat Bimetal ini

manfaatkan menjadi sebuah salar dengan kondisi normally closed (NC) dan

normaly open (NO).

Prinsip Kerja Sensor Bimetal

2) Thermistor

Thermistor adalah resistor yang

peka terhadap panas yang biasanya

mempunyai koefisien suhu negatif.

Karena suhu meningkat, tahanan

menurun dan sebaliknya.

Thermistor sangat peka (perubahan

tahanan sebesar 5 % per 1°C) oleh

karena itu mampu mendeteksi

perubahan kecil di dalam suhu.

Thermistor terbuat dari campuran oksida logam yang di endapkan seperti :

mangan (Mn), nikel (Ni), colbat (Co), tembaga (Cu), besi (Fe), dan uranium (U),.

2

Tahananya bervariasi dari 5 Ω sampai 75 Ω.dan tersedia dalam bentuk manik-

manik (beads) , piringan (disk), dan cincin (washer).

3) Thermocouple

Thermocouple terdiri dari dua jenis metal yang berbeda yang terhubung pada

salah satu ujungnya. Ketika ujung yang terhubung tersebut dipanaskan atau

didinginkan menghasilkan beda potensial (voltase) yang dijadikan indikator suhu.

Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar

yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup

besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

4) Resistance Temperature Detector (RTD)

RTD (resistance temperature detector) adalah sensor temperatur yang prinsip

utamanya mengubungkan perubahan tahanan(R) terhadap temperatur. Dengan

memberi arus konstan pada RTD dan melakukan pengukuran tegangan yang

terjadi pada RTD, perubahan tahanan dapat di hitung dan perubahan suhu dapat

di temukan. Bahan yang sering digunakan RTD adalah platina karena kelinearan,

stabilitas dan reproduksibilitas.

3

5) Temperature-transducer IC

Sensor temperatur semikonduktor yang

diproduksi dalam benduk IC. Ketika dua buah

transistor identik dijalankan pada rasio kepadatan

arus yang konstan, perbadaan voltage pada base-

emitter adalah sebanding dengan temperatur

absolut.

Penggunaan temperatur IC sensor terbatas

pada suhu –55°C sampai 150°C. Jangkauan

pengukuranya memang kecil dibandingkan

termokopel dan RTD tetapi memmpunyai kelebihan bentuknya

b. 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.

1) Sensor Tekanan

Prinsip kerja dari sensor tekanan ini

adalah mengubah tegangan mekanis

menjadi sinyal listrik. Ukuran ketegangan

didasarkan pada prinsip bahwa tahanan

pengantar berubah dengan panjang dan

luas penampang. Daya yang diberikan

pada kawat menyebabkan kawat bengkok

sehingga menyebabkan ukuran kawat

berubah dan mengubah tahanannya.

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.

2) Sensor proximity

4

Sensor Tekanan

Sensor proximity merupakan

sensor atau saklar yang dapat

mendeteksi adanya target jenis logam

dengan tanpa adanya kontak fisik.

Biasanya sensor ini tediri dari alat

elektronis solid-state yang terbungkus

rapat untuk melindungi dari pengaruh

getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang

berlebihan. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan

pada objek yang dianggap terlalu kecil atau lunak untuk menggerakkan suatu

mekanis saklar.

3) Sensor Ultasonik

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.

4) Sensor Kecepatan

Sensor kecepatan menggunakan

prinsip kebalikan dari proses suatu

motor,dimana suatu poros/object yang

berputar pada suatui 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.

Aplikasi banyak digunakan pada kendaraan sepeda motor.

5

Sensor Proximity

Gambar Sensor Ultrasonik

Sensor Kecepatan

5) Sensor Encoder

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

c. 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.

1) Fotovoltaic atau sel solar

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. Sel

fotovoltaic adalah jenis tranduser sinar/cahaya.

2) Fotokonduktif

Energi yang jatuh pada

sel fotokonduktif akan

menyebabkan perubahan

6

Sensor Encoder

tahanan sel. Apabila permukaan alat ini gelap maka tahanan alat menjadi tinggi.

Ketika menyala dengan terang tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.

3) Fotolistrik

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.

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

a. 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.

b. 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.

Parameter listrik dan kelas transduser

Prinsip kerja dan sifat alat Pemakaian alat

Transduser Pasif (Daya dari luar)

PotensiometerPerubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser

Tekanan, pergeseran/posisi

Strain gagePerubahan 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 Pergeseran, ketebalan

7

Gambar Fotolistrik

kumparan akibat perubahan jarak plat

Transduser Aktif (Daya dari dalam)

Sel fotoemisifEmisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif

Cahaya dan radiasi

PhotomultiplierEmisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya

Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya

TermokopelPembangkitan 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

PiezoelektrikPembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar

Suara, getaran, percepatan, tekanan

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

Cahaya matahari

Termometer tahanan (RTD)

Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur

Temperatur, panas

Hygrometer tahananTahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air

Kelembaban relatif

Termistor (NTC)Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur

Temperatur

Mikropon kapasitorTekanan 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

8

9