bab 2 diktat instrumentasi industri

DIKTAT INSTRUMENTASI INDUSTRI PTEL 659

BAB 2TransduserI. Topik : Klasifikasi, keuntungan, kekurangan dan karakteristik transduser

II. Tujuan : Setelah melakukan kegiatan pembelajaran diharapkan mahasiswa

dapat :

2.1. Menjelaskan pengertian transduser

2.2. Menyebutkan klasifikasi transduser listrik

2.3. Menyebutkan keuntungan-keuntungan dan kekurangan-kekurangan

transduser listrik.

2.4. Menjelaskan karakteristik transduser listrik

III. Pendahuluan

Kegiatan pembelajaran untuk topik transduser membahas tentang: pengertian

tranduser, klafikasi transduser listrik, keuntungan-keuntungan dan kekurangan-

kekurangan menggunakan transduser listrik dan karakterteristik dasar transduser

listrik.

IV. Materi

4.1. Pengertian transduser

Transducer adalah suatu peralatan / alat yang dapat mengubah suatu besaran ke

besaran lain, seperti besaran listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal

(panas).

4.2. Klasifikasi transduser listrik

Transduser listrik dapat dibagi dalam dua katagori yaitu transduser pasif dan

transduser aktif. Transduser pasif bekerja berdasarkan prinsip pengontrolan energi,

transduser ini bekerjanya atas dasar perubahan parameter listrik (resistansi, induktansi

atau kapasitansi), oleh karena itu supaya dapat bekerja diperlukan penggerak atau

sumber dari luar yang berbentuk energi listrik sekunder. Contoh: pemakaian strain

21


gauge digerakkan sumber listrik arus searah, LVDT (transformator diferensial)

digerakkan oleh sinyal gelombang pembawa, Contoh lain: RTD (resistance thermal

detector), Potensiometer dan NTC.

Transduser aktif adalah devais yang dapat membangkitkan sendiri, bekerja menurut

hukum kekekalan energi. Tranduser aktif dapat membangkitkan sinyal output listrik

yang ekuivalen tanpa adanya sumber energi dari luar. Contoh: piezo electric,

termocouple, photovoltatic dan termistor.

Tabel 2.1. menampilkan prinsip kerja, sifat dan pemakaian alat dari kelas tranduser

berdasarkan klasifikasi dan kelas transduser.

Tabel 2.1. Klasifikasi transduser listrik

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 dan posisi

Transformator selisih (LVDT)

Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo

Tekanan, gaya, dan pergeseran

Gage arus pusar Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat

Pergeseran dan ketebalan

Transduser Aktif

Gage kerutan magnetik(magnetostriction gage)

Sifat‐sifat magnetik diubah olehtekanan geser (stress)

Gaya, tekanan,bunyi (suara)

Pengukuran efek Hall Beda potensial Fluksi magnet, arus

22


dibangkitkan pada sebuah plat semikonduktor(germanium) bila fluksi magnetberinteraksi dengan arus yangdimasukkan.

Sel fotoemisif Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif

Cahaya dan radiasi

Kamar ionisasi (ionisasion chamber)

Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.

Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.

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 dan radiasi

Generator kumparan putar (tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan

Kecepatan dan 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

Temperatur, panas

23


temperatur

Hygrometer tahanan Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air

Kelembaban relatif

Termistor (NTC) Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur

Temperatur

Mikropon kapasitor Tekanan suara mengubah nnilai kapasitansi dua buah plat

Suara, musik,derau

Gage‐tekanan, kapasitansiBerubah

Jarak antara dua plat paraleldiubah oleh sebuah gaya yangdiberikan dari luar.

Pergeseran, tekananSuara, musik, derau

Ukuran dielektrik Variasi kapasitansi melaluiperubahan dielektrik.

ketebalan

Transducer rangkaianMagnetik

Induktansi diri atau induktansi bersama dari kumparan yang dieksitasi oleh AC diubah dngperubahan‐perubahan di dalam rangkaian magnetik.

Tekanan,pergeseran

Pengukuran reluktansi Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan

Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

4.3. Keuntungan-keuntungan dan kekurangan-kekurangan transduser listrik

Transduser listrik berfungsi untuk mengubah besaran fisika, mekanik atau optik

untuk ditransformasikan langsung dan diubah menjadi besaran listrik yang berupa

tegangan atau arus yang sebanding dengan besaran yang diukur. Parameter penting

24


untuk menilai kemampuan transduser yaitu: linieritas, sifat pengulangan, resolusi

(ketajaman) dan kehandalan.

(1) Keuntungan transduser listrik meliputi:

a. Output listrik dapat diperkuat menurut keperluan.

b. Output dapat dilihat dan direkam secara jarak jauh, selain dapat dibaca atau

dilihat untuk beberapa transduser dapat diproses bersama-sama.

c. Output dapat diubah tergantung keperluan pemeragaan atau mengontrol alat

lain. Besarnya sinyal dapat dinyatakan dengan tegangan atau arus. Informasi

frekuensi atau pulsa. Output yang sama dapat diubah menjadi format digital,

pemeragaan digital, pencetakan (print out) atau penghitungan dalam proses

(on-line computation). Karena output dapat dimodifiksi atau diperkuat maka

sinyal output tersebut dapat direkam pada osilograp perekam multi channel

misalnya, pada transduser listrik yang digunakan secara bersamaan.

d. Sinyal dapat dikondisikan atau dicampur untuk mendapatkan kombinasi

output dan transduser sejenis, seperti contohnya pada komputer on line, atau

pada sistem kontrol adaptif.

e. Ukuran dan bentuk transduser dapat disesuaikan dengan rancangan alat untuk

mendapatkan berat serta volume optimum.

f. Dimensi dan bentuk desain dapat dipilih agar tidak mengganggu sifat yang

diukur seperti misalnya pada pengukuran turbulensi arus, ukuran transduser

dapat dibuat kecil sekali, ini akan menaikkan frekuensi natural dan menjadi

lebih baik. Contohnya pada transduser piezo elektrik miniatur yang

digunakan untuk mengukur getaran.

(2) Kekurangan transduser listrik ialah :

Kekurangan-kekurangan transduser listrik, yaitu:

a. Kurang baik pada pengukuran presisi.

25


b. Alat kurang andal dibanding dengan jenis mekanik karena umur dan drift

komponen aktif yang digunakan dapat mempengaruhi besaran listrik.

c. Elemen sensor dan pengkondisi sinyal-sinyal relative mahal

d. Ketelitian dan resolusi tidak setinggi alat mekanik yang dapat mempunyai

ketelitian hingga 0,01%.

Tetapi sekarang dengan peningkatan teknologi rangkaian terintegrasi, ketelitian dan

stabilitasnya dapat ditingkatkan. Teknik spesial, seperti dengan feedback pada sistem

dimana indikasi nol diterapkan dalam pemrosesan, maka terdapat perbaikan ketelitian

tetapi menambah kekomplekan sistem sehingga ukurannya lebih besar dan

menurunkan frekuensi naturalnya dan harganya lebih mahal.

2.4. Karakteristik dasar transduser

Transduser dirancang untuk meraba besaran ukur yang spesifik atau hanya tanggap

terhadap besaran ukur tertentu saja. Pemilihan karakteristik transduser listrik dan

mekanik sangat penting, untuk pemakain tertentu dalam instrumen suatu penelitian

perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut:

a. Kokoh (ruggedness) kemampuan untuk bertahan pada beban lebih, dengan

pengaman proteksi beban lebih yang dapat mencegah pemakaian beban

lebih.

b. Linieritas, Kemampuan menghasilkan karakteristik input-output yang

simetris dan linier.

c. Kemampuan ulang, kemampuan menghasilkan sinyal output yang tepat sama

bila mengukur besaran ukur sama secara berulang dalam kondisi lingkungan

sama pula.

d. Instrumentasi memuaskan, memberikan sinyal output analog yang tinggi

dengan perbandingan sinyal terhadap noise yang besar; dalam banyak hal

lebih disukai besaran digital.

e. Stabilitas dan keandalan tinggi, kesalahan pengukuran minimum, tidak

terpengaruh temperatur, getaran dan variasi keadaan lingkungan.

26


f. Tanggapan dinamis (dynamic response) baik: Output dapat dipercaya

terhadap input bila diambil sebagai fungsi waktu. Efek ini dianalisa sebagai

tanggapan frekuensi.

g. Karakteristik mekanik yang baik dapat mempengaruhi unjuk kerja statis

kuasistatis dan keadaan dinamis. Efek utamanya adalah :

(1) Histerisis mekanik, mengakibatkan tanggapan elemen sensor yang tidak

sempurna, yang terjadi pada dimensi transduser strain. Sifat ini

bergantung pada bahan yang dipakai.

(2) Kental atau merayap (creep): disebabkan karena adanya aliran kental

bahan elemen sensor. Besarnya semakin naik bila beban naik dan

temperatur naik. Bahan yang mempunyai titik leleh rendah

memperlihatkan harga sifat merayap/mengalir yang besar.

(3) Sifat elastis yang tertinggal (after effect): Perubahan bentuk yang masih

berlanjut bila beban diberikan dengan konstan dan kalau beban dilepas

maka bentuk secara perlahan-lahan akan kembali keasalnya, dan hilang

sisa perubahan bentuknya.

h. Minimumkan noise yang bersatu dengan devais integrated, minimumkan

asimitri dan kerusakan lain.

V. Pendalaman materi

1. Jelaskan dan beri contoh apa yang dimaksud dengan tranduser:

a. Pasif

b. Aktif

2. Sebutkan keuntungan apa saja yang diperoleh jika menggunakan tranduser

listrik

3. Sebutkan kerugian apa saja yang terjadi jika menggunakan tranduser listrik

4. Sebutkan karakteristik apa saja yang yang harus dimiliki oleh tranduser listrik

agar dapat dipakai sebagai instrumen pedeteksi.

27

bab 2 diktat instrumentasi industri

Documents