Teori Sensor & Tranduser

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.

Klasifikasi Sensor Dan Transduser

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:

1. Prinsip Fotovoltaik besaran yang diindera adalah cahaya. Cahaya yang diubah menjadi tegangan antara dua bahan berbeda susunannya.
2. Prinsip Piezoelektris besaran yang diindera menyebabkan perubahan tegangan V dan muatan Q yang ditimbulkan oleh sejenis kristal.
3. Prinsip Elektromagnetik besaran yang diindera mengubah fluks magnetis yang kemudian mengibas suatu tegangan.
4. Prinsip Kapasitif perubahan besaran yang diindera menyebabkan perubahan kapasitas.
5. Prinsip Induktif perubahan besaran yang diindera menyebabkan perubahan induktif.
6. Prinsip Fotokonduktif besaran yang diindera mengubah hantaran (conductive) atau rambatan (resistace) bahan semi penghantar melalui perubahan cahaya yang mengenai bahan tersebut.
7. 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.
8. Prinsip Potensiometer besaran yang diindera diubah menjadi perubahan menjadi perubahan kedudukan kontak geser pada suatu elemen hambatan.
9. Prinsip Resistif perubahan besaran yang diindera diubah menjadai perubahan hambatan suatu elemen.
10. Prinsip Ukur Regangan besaran yang diindera diubah menjdai perubahan hambatan sebagai akibat adanya regangan, biasanya pada dua atau empat cabang suatu jembatan wheatstone.
11. 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 (panas)
• sensor mekanis
•  sensor optik (cahaya)

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 (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.

• 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.

Pengertian Dan Jenis Sensor Mekanik (Mechanics Sensor)

Sensor Mekanik (Mechanics Sensor) merupakan sensor atau transduser yang digunakan untuk mengetahui, mengukur atau mendeteksi nilai perubahan atau gerakan mekanis dari suatu objek. Pada artikel “Pengertian Dan Jenis Sensor Mekanik (Mechanics Sensor)” ini akan diuraikan tentang pengertian dari jenis-jenis Sensor Mekanik (Mechanics Sensor) yang dapat ditemui dalam dunia industri dan kegiatan sehari-hari.

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.

Pengertian Dan Jenis Sensor Mekanik (Mechanics Sensor)

Sensor Posisi

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 ).

Sensor Kecepatan (Motion Sensor)

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.

Sensor Tekanan (Presure Sensor)

• Transduser tekanan dan gaya (load cell)

1. terdiri dari bahan elastis dan sensor perpindahan (displacement)
2. besaran ukur (i) strain atau (ii) displacement
3. pengelompokan: tipe absolute gauge dan diferensial

• Sensor tekanan dengan diafragma reliable, sukar dibuat, reproducible

1. besaran ukur strain dengan strain gauge atau displacement dengan kapasitansi
2. pengukuran dengan kapasitansi dalam rangkaian jembatan sangat sensitif dan mahal
3. Penempatan dan rangkaian sensor

• Rangkaian jembatan untuk kompensasi temperatur
• Resistor sensitif temperatur baik dalam jembatan maupun pada regulator tegangan

Sensor Aliran Fluida (Flow Sensor)

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.

Sensor Level

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.