Beberapa proses di industeri membutuhkan
system instrumentasi elektronis sebagai masukan ke dalam sebuah proses
pengendalian. Besaran masukan pada system instrumentasi bukan besaran
listrik. Besaran masukan itu dapat besaran mekanik, kima, dan proses
fisis. Untuk menggunakan masukan itu maka diperlukan metoda untuk
mengubah besaran tersebut menjadi besaran listrik. Untuk mengubah
besaran tersebut diperlukan sebuah converter
yaitu berupa transduser dan
sensor.
Pengertian Sensor Dan Transduser
Tranduser dan sensor akan
mengkonversi dari suatu isyarat input berupa isyarat fisis dan isyarat
kimia yang akan diubah ke suatu isyarat ouput berupa tegangan, arus, dan
hambatan. Tranduser adalah suatu peralatan/ alat yang dapat mengubah suatu besaran ke besaran lain. Sebagai contoh,
definisi transduser
yang luas ini mencangkup alat-alat yang mengubah gaya atau perpindahan
mekanis menjadi sinyal listrik. Tranduser dapat dikelompokkan
berdasarkan pemakaiannya, metode pengubahan energy, sifat
dasar dari sinyal keluaran dan lain-lain.
Tranduser dan sensor dibedakan sesuai dengan aktifitas yang didasarkan atas konversi sinyal dari besaran sinyal bukan listrik (
non electric signal value) ke besaran sinyal listrik (
electric signal value) yaitu :
sensor aktif (
active sensor) dan
sensor pasif (
passive sensor).
Sensor dan tranduser pasif merupakan suatu
sensor dan tranduser yang dapat mengubah langsung dari energi dari
energy bukan listrik (seperti : energi mekanis, energi thermis, energi
cahaya atau energi kimia) menjadi energi listrik. Sensor dan tranduser
ini biasanya dikemas dalam satu kemasan yang terdiri dari elemen sebagai
detektor, dan piranti pengubah dari energi dengan besaran bukan listrik
menjadi energi besaran listrik.
Sensor dan tranduser aktif
merupakan suatu sensor dan tranduser yang dapat mengubah langsung dari
energi dari energy bukan listrik (seperti : energi mekanis, energi
thermis, energi cahaya atau energi kimia) menjadi energi listrik bekerja
atas asas pengendalian tenaga. Sensor dan tranduser aktif memerlukan
bantuan tenaga dari luar.
Prinsip Kerja Sensor Dan Transduser
Prinsip kerja suatu sensor ditentukan
oelh bahan sensor utama yang dipakai yang berkaitan erat dengan macam
besaran yang diindera. Prinsip kerja sensor:
- Prinsip Fotovoltaik besaran yang diindera adalah cahaya. Cahaya yang diubah menjadi tegangan antara dua bahan berbeda susunannya.
- Prinsip Piezoelektris besaran yang diindera menyebabkan perubahan tegangan V dan muatan Q yang ditimbulkan oleh sejenis kristal.
- Prinsip Elektromagnetik besaran yang diindera mengubah fluks magnetis yang kemudian mengibas suatu tegangan.
- Prinsip Kapasitif perubahan besaran yang diindera menyebabkan perubahan kapasitas.
- Prinsip Induktif perubahan besaran yang diindera menyebabkan perubahan induktif.
- Prinsip Fotokonduktif besaran yang diindera mengubah hantaran (conductive) atau rambatan (resistace) bahan semi penghantar melalui perubahan cahaya yang mengenai bahan tersebut.
- Prinsip Reluktif besaran yang diindera diubah menjadi perubahan tegangan ac sebagi akibat perubahan lintasan reluxtan diantara dua atau lebih komponen ketika rangsangan ac diterapkan pada sistem kumparan tersebut.
- Prinsip Potensiometer besaran yang diindera diubah menjadi perubahan menjadi perubahan kedudukan kontak geser pada suatu elemen hambatan.
- Prinsip Resistif perubahan besaran yang diindera diubah menjadai perubahan hambatan suatu elemen.
- Prinsip Ukur Regangan besaran yang diindera diubah
menjdai perubahan hambatan sebagai akibat adanya regangan, biasanya pada
dua atau empat cabang suatu jembatan wheatstone.
- Prinsip Termoelektris besaran yang diindera adalah suhu dan tranduser bekerja atas dasar efek Seeback, efek Thomson atau efek Peltier.
Jenis Sensor Dan Transduser
Perkembangan
sensor
dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi, semakin
komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak
jenis sensor yang digunakan. Robotik
adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang kompleks, disini sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua
jenis sensor yaitu: (D Sharon, dkk, 1982).
- Internal sensor, yaitu sensor yang dipasang di dalam bodi robot.
Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi berbagai sambungan mekanik pada robot, dan
merupakan bagian dari mekanisme servo.
- External sensor, yaitu sensor yang dipasang diluar bodi robot.
Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu:
Sensor untuk keamanan,
yang dimaksud “sensor untuk keamanan” adalah termasuk keamanan objek
yang dipasang sensor, yaitu perlindungan terhadap objek yang dipasang
sensor dari kerusakan yang ditimbulkannya sendiri, serta keamanan untuk
peralatan,
komponen, dan orang-orang dilingkungan dimana objek yang dipasang sensor tersebut digunakan.
Sensor untuk penuntun, yang dimaksud “
sensor untuk penuntun”
adalah sensor yang berfungsi untuk mengetahui posisi objek yang
dipasang sensor sehingga objek tersebut dapat menentukan langkah
selanjutnya setelah berada diposisi tersebut.
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.
Klasifikasi Sensor
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:
Sensor thermal adalah
sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan
panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang
tertentu. Contohnya;
bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.
Sensor mekanis adalah
sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau
pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran,
level dsb. Contoh; strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.
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.
Klasifikasi Transduser (William D.C, 1993)
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.
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.
Pengertian Dan Jenis Sensor Mekanik (Mechanics Sensor)
Pergerakkan mekanis adalah
tindakan yang paling banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari,
seperti perpindahan suatu benda dari suatu posisi ke posisi lain,
kecepatan mobil di jalan raya, dongrak mobil yang dapat mengangkat mobil
seberat 10 ton, debit air didalam pipa pesat, tinggi permukaan air
dalam tanki. Semua gerak mekanis tersebut pada intinya hanya terdiri
dari tiga macam,
yaitu
gerak lurus, gerak melingkar dan gerak memuntir. Gerak mekanis
disebabkan oleh adanya gaya aksi yang dapat menimbulkan gaya reaksi.
Banyak cara dilakukan untuk mengetahui atau mengukur gerak mekanis
misalnya mengukur jarak atau posisi dengan 30 meter, mengukur kecepatan
dengan tachometer, mengukur debit air dengan rotameter dsb.
Tetapi jika ditemui gerakan mekanis yang
berada dalam suatu sistem yang kompleks maka diperlukan sebuah sensor
untuk mendeteksi atau mengimformasikan nilai yang akan diukur. Berikut
akan dijabarkan beberapa
jenis sensor mekanis yang sering dijumpai di dalam kehidupan sehari-hari.
Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan
cara analog dan digital. Untuk pergeseran yang tidak terlalu jauh
pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara-cara analog, sedangkan untuk
jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan cara digital.
Hasil sensor posisi atau perpindahan
dapat digunakan untuk mengukur perpindahan linier atau angular. Teknis
perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara terhubung langsung ( kontak
) dan tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ).
Pengukuran kecepatan dapat dilakukan
dengan cara analog dan cara digital. Secara umum pengukuran kecepatan
terbagi dua cara yaitu: cara angular dan cara translasi. Untuk mengukur
kecepatan translasi dapat diturunkan dari cara pengukuran angular. Yang
dimaksud dengan pengukuran angular adalah pengukuran kecepatan rotasi
(berputar), sedangkan pengukuran kecepatan translasi adalah kecepatan
gerak lurus beraturan dan kecepatan gerak lurus tidak beraturan.
- terdiri dari bahan elastis dan sensor perpindahan (displacement)
- besaran ukur (i) strain atau (ii) displacement
- pengelompokan: tipe absolute gauge dan diferensial
- besaran ukur strain dengan strain gauge atau displacement dengan kapasitansi
- pengukuran dengan kapasitansi dalam rangkaian jembatan sangat sensitif dan mahal
- Penempatan dan rangkaian sensor
- Rangkaian jembatan untuk kompensasi temperatur
- Resistor sensitif temperatur baik dalam jembatan maupun pada regulator tegangan
Pengukuran aliran mulai dikenal sejak
tahun 1732 ketika Henry Pitot mengatur jumlah fluida yang mengalir.
Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan besaran dan vektor kecepatan
aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana fluida tersebut
berubah dari titik ke titik.
Pengukuran level dapat dilakukan dengan
bermacam cara antara lain dengan: pelampung atau displacer, gelombang
udara, resistansi, kapasitif, ultra sonic, optic, thermal, tekanan,
sensor permukaan dan radiasi. Pemilihan sensor yang tepat tergantung
pada situasi dan kondisi sistem yang akan di sensor.