Jenis – Jenis Sensoroleh

KhairuL Wizra Widarta

0905043311

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2011

SENSOR ULTRASONIK

Ultrasonik sering digunakan untuk keperluan mengukur jarak sebuah benda atau

untuk mendeteksi rintangan. Teknik mengukur menggunakan ultrasonik ini meniru cara yang

digunakan kelelawar atau lumba-lumba yang secara alami menggunakan sonar (sound

navigation and ranging) untuk keperluan mengukur jarak dan navigasi.

Dalam dunia elektronika, ultrasonik biasanya dikemas dalam kit sensor ultrasonik

yang di dalamnya terdapat receiver dan transmitter ultrasonik. Transmitter akan mengirimkan

suara, kemudian receiver akan menerima suara tersebut. Jarak sebuah benda dapat diketahui

dengan menghitung selisih antara waktu kirim suara dan waktu terima.

Sensor ultrasonik dibuat dari piezoelektrik yang dapat memancarkan dan menerima

gelombang ultrasonik. Pada dasarnya piezoelektrik dapat diartikan sebagai sesuatu yang

menghasilkan listrik melalui getaran. Sedangkan pada sensor ultrasonik sendiri piezoelektrik

adalah sesuatu yang menghasilkan frekuensi melalui getaran.

Aplikasi sensor ultrasonik misalnya: sensor garasi mobil agar mobil tidak membentur

tembok, sensor pendeteksi halangan pada robot, pengukur ketinggian air untuk menentukan

volume air, dsb.

Sensor ultrasonik memiliki karakteristik sebagai berikut:

1.Selalu terdapat receiver dan transmitter.

2.Rata-rata frekuensi yang dipancarkan bernilai 40 kHz.

3.Dapat mendeteksi jarak maksimum 3 meter (rata-rata).

Sedangkan prinsip kerja dari sensor ultrasonik sendiri adalah sebagai berikut:

1.Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz,

biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz.

Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

2.Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang

bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan

dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan

diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan

rumus : 

S = 340.t/2

S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih

waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian

penerima ultrasonik.

Prinsip kerja rangkaian pemancar ultrasonik diatas tidak ada bedanya dengan

rangkaian astable 555, dimana nilai frekuensi yang dihasilkan ditentukan oleh nilai VR1, R1,

R2 dan C1. Hanya saja dianggap sebagai pemancar gelombang ultrasonic dikarenakan sinyal

frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh rangkaian diubah kedalam bentuk gelombang suara

dengan bantuan loudspeaker dan juga penambahan dua buah transistor pada jalur output

hanya dimaksudkan sebaga driver loudspkear agar output IC555 tidak terbebani oleh

impedansi loudspeaker yang sangat rendah. Sebagai catatan bahwa gelombang suara yang

mempunyai range frekuensi diatas 20 KHz disebut dengan gelombang ultrasonik.

Sedangkan jika sinyal frekuensi tinggi tersebut anda hubungkan dengan batangan logam

maka hantaran gelombang yang dihasilkan disebut dengan gelombang radio.

Pemancar penerima gelombang ultrasonik ini biasanya dimanfaatkan untuk mengukur

jarak suatu benda dengan melakukan perhitungan waktu dari pantulan gelombang ultrasonik

tersebut

Pada rangkaian penerima ultrasonik diatas juga sebenarnya mempunyai cara kerja

yang cukup sederhana. Dimana tidak ada sistem modulasi atau pengiriman data yang

diterapkan, rangkaian penerima ini hanya difungsikan untuk mengaktifkan relay pada saat

adanya pancaran sinyal ultrasonic dari rangkaian pemancar. Beban yang akan anda saklarkan

terserah anda, karena sudah berada diluar sistem rangkaian. Apakah ingin membunyikan

sirine atau menghidupkan lampu semuanya terserah anda. Bahkan untuk beban yang

memakai tegangan PLN 220 volt juga bisa.

kesimpulan dari rangkaian pemancar penerima ultrasonik atau sensor ultrasonik ini

adalah bahwa :

Sinyal listrik dengan frekuensi diatas 20 Khz jika anda hubungkan dengan

loudspeaker maka akan menghasilkan gelombang ultrasonik.

Kecepatan rambat dari gelombang suara jauh lebih kecil dari gelombang

elektromagnetik (radio) sehingga bisa dilakukan perhitungan waktu sebagai dasar

perhitungan jarak suatu benda.

Salah satu pengaplikasian sensor ultrasonic

SENSOR GAS LPG TGS2610

Sensor gas LPG TGS2610 merupakan salah satu sensor utama dalam penelitian ini.

Sensor ini merupakan sebuah sensor kimia atau sensor gas. Sensor ini mempunyai nilai

resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas yang mewakili gas LPS di udara yaitu gas

metana dan ethanol. Sensor LPG TGS2610 mempunyai tingkat sensitifitas yang tinggi

terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas gas tersebut

di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat gas

LPG di udara. Dan ketika sensor mendeteksi keberadaan gas gas tersebut maka resistensi

elektrik sensor tesebut akan menurun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output

sensor akan semakin besar. Selain itu, sensor juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang

digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar agar sensor dapat

bekerja kembali secara efektif .secara umum bentuk dari sensor gas LPG TGS2610 dapat

dilihat dari gambar berikut:

Sensor ini memerlukan dua buah masukan voltase alat pemanas voltase (VH) dan

voltase sirkit (VC). alat pemanas Voltase (VH) diterapkan kepada alat pemanas yang

terintegrasi yang bertujuan memelihara unsur yang merasakan suatu perubahan pada

temperatur agar tetap optimal untuk merasakan.sirkuit Voltase (VC) ditujukan untuk

mengikuti pengukuran voltase (VRL) melewati resistor (RL) yang dihubungkan

di(dalam)rangkaian dengan sensor. Suatu power supply umumnya menyediakan rangkaian

untuk keduaduanya VC dan VH ke fulfil untuk kebutuhan elektrik sensor, Nilai resistor/

beban(RL) harus dipilih untuk mengoptimalkan nilai-ambang alarm, menjaga disipasi daya

(ps) di bawah suatu batas 15 mW. Disipasi daya (ps) haruslah paling tinggi ketika nilai Rs

sama dengan nilai RL pada ekspose untuk memasang gas.

Gambar Rangkaian dasar sensor

Gambar Bentuk dan Ukuran Sensor Gas TGS2610

Prinsip Kerja Sensor TGS 2610

Adapun prinsip kerja dari sensor ini adalah sebagai berikut, Sensor gas TGS 2610

hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi

silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan pada outputnya ketika lapisan silikon

ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa adanya gas LPG yang terdeteksi, arus yang mengalir pada

silikon akan tepat berada ditengah-tengah silikon dan menghasilkan tegangan yang sama

antara elektrode sebelah kiri dan elektrode sebelah kanan, sehingga beda tegangan yang

dihasilkan pada output adalah sebesar 0 volt.

Gambar Prinsip kerja sensor, saat tidak ada gas LPG yang terdeteksi

Ketika terdapat gas LPG yang mempengaruhi sensor ini, arus yang mengalir akan

berbelok mendekati atau menjauhi salah satu sisi silikon.

Gambar Prinsip kerja sensor, saat dikenai gas LPG

Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kiri

maka terjadi ketidakseimbangan tegangan output dan hal ini akan menghasilkan beda

tegangan di outputnya. Begitu pula bila arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati

sisi silikon sebelah kanan.

Semakin besar konsentrasi gas yang mempengaruhi sensor ini, pembelokan arus di

dalam lapisan silikon juga semakin besar, sehingga ketidakseimbangan tegangan antara

kedua sisi lapisan silikon pada sensor semakin besar pula. Semakin besar ketidakseimbangan

tegangan ini, beda tegangan pada output sensor juga semakin besar

SENSOR SUHU

Bimetallic temperature sensor

sensor ini mengubah mampu besaran suhu menjadi gerakan. sensor ini terbuat dari dua buah

logam yang disatukan atau direkatkan menjadi satu. Cara kerja dari sensor ini adalah setiap

logam kan mempunyai koefisien muai yang berbeda-beda maka jika dua buah logam yang

memiliki koefisien muai yang bebeda disatukan maka gabungan kedua logam itu akan

melengkung jika dipanasi. Karena sifatnya yang bisa melengkung jika terkena panas maka

bimetal ini sering dipakai sebagai saklar suhu otomatis atau sebagai alat ukur suhu yang

analog.

salah satu aplikasi dari Bimetallic temperature sensor ini adalah pada setrikaan listrik pada

setrika jika suhu melebihi batas yang telah ditentukan maka setrika akan mati sendiri dan

akan ada bunyi "tik", itu sebenarnya adalah Bimetallic temperature sensor yang sedang

melengkung. Disini bimetal berfungsi sebagai saklar suhu otomatis yang akan memutus

kontak listrik jika suhu setrika melebihi batas yang ditentukan.

SENSOR CAHAYA (LDR)

Resistor jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR akan

berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada

disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang

sebesar 1KΩ atau kurang.

LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini

energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus

listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.

Namun perlu juga diingat bahwa respon dari rangkaian transistor akan sangat

tergantung pada nilai LDR yang digunakan. Lebih tinggi nilai tahanan nya akan lebih cepat

respon rangkaian.

Akan lebih mudah mengatur respon rangkaian bila kita menggunakan Op-Amp

sebagai penguat atau saklar pada rangkaian LDR. Kita bisa gunakan berbagai jenis Op-Amp

yang tersedia. Kalau tersedia jenis CMOS atau yang lain tidak akan mempengaruhi

penampilan LDR pada rangkaian.

Tergantung pada aplikasi rangkaian yang akan kita rakit. Apakah keluaran Op-Amp

akan tinggi saat LDR tidak mendapat cahaya atau Keluaran Op-Amp akan mencapai

tegangan supply pada saat LDR mendapat cahaya. Gunakan rangkaian dasar Op-Amp Inverse

atau Non-inverse.

Dengan sifat LDR yang demikian, maka LDR (Light Dependent Resistor) biasa

digunakan sebagai sensor cahaya. Contoh penggunaannya adalah pada lampu taman dan

lampu di jalan yang bisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis.

Atau bisa juga kita gunakan di kamar kita sendiri.

Rangkaian dasar LDR

Pengaplikasian LDR

Proximity Switch

Proximity switch adalah sensor berbahan logam, gelas atau cairan, prinsip kerjanya

yaitu ketika obyek (besi, baja, gelass atau cairan) dekat dengan permukaan jarak operasinya

maka akan didetaksi. Jarak tersebut akan menghasilkan sinyal listrik dalam rangkaiannya

kemudian dikuatkan untuk mensaturasikan transistor outputnya. Bila terjadi saturasi maka

switch output terjadi

Klasifikasi Proximity Switch

1. Induktif yaitu memakai 2 lempeng dengan 1 bagian lempeng pembuat medan dari sistem

induksi. Bila obyek mendekat maka medan akan dipantulkan dan menghasilkan induktansi

tertensu sesuai jaraknya Obyek yang dideteksi umumnya dari metal dan repon frekuensi

switch umumnya tinggi

2. Capasitif yaitu memakai sistem 2 lempeng dan dialiri suatu frekuensi. Bila obyek

mendekat diantara lempeng tersebut maka akan timbul kapasitansi dengan nilai sesuai jarak

obyek. Obyek yang dapat dideteksi bisa dari metal atau nonmetal seperti cairan, tepung dan

plastic. Respon frekuensi swtch ini rendah tetapi stabilitas switching tinggi. Ketika akan

memasang, faktor lingkungan juga ditentukan. Harga jenis ini lebih mahal dan jarak

sensingnya bisa diatur

3. Magnetik yaitu memakai magnet permanen sebagai pemancar medan magnet. Obyek yang

mendekat akan memantulkan medan magnet ke keping berikutnya. Switch yang digunakan

dalam pneumatic cylinder adalah permanent magnet. Magnet tersebut digunakan untuk

pengukuran posisi tetap dalam cylinder. Harganya sangat mahal dan saklarnya dapat

digunakan dengan range tegangan yang lebar. Outputnya dibuat dari kontak relay

Untuk memasang proximity switch harus memperhatikan faktor dibawah ini

Kondisi operasi, berupa: arah pergerakan yang membutuhkan jarak sensing dan

menimbulkan vibrasi, bentuk obyek yang dideteksi (bulat, kotak dll.), jarak sensor

Kondisi Listrik, berupa : tegangan kerja dan sumber tegangan yang dipakai (AC/DC)

Kondisi lingkungan berupa : temperature atau kelambaban, lingkungan sekitar dan

udara, bahan kimia khusus.

Pengaplikasian Sensor Proximity

omron.co.id

Jarak Deteksi

Jarak deteksi adalah, Jarak dari posisi referensi (permukaan referensi) untuk operasi yang

diukur (reset) ketika obyek standar penginderaan digerakkan oleh metode tertentu.

Atur jarak

Jarak dari permukaan referensi yang memungkinkan penggunaan stabil, termasuk pengaruh

suhu dan tegangan, ke posisi objek (standar) sensing transit. Ini adalah sekitar 70% sampai

80% dari jarak (nilai) normal sensing.

SENSOR SUHU (Thermokopel)

Thermokopel berfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu

serendah 3000F sampai dengan suhu tinggi yang digunakan pada proses industri baja,

gelas dan keramik yang lebih dari 30000F. Thermokopel dibentuk dari dua buah

penghantar yang berbeda jenisnya (besi dan konstantan) dan dililit bersama.

Prinsip Kerja :

Jika salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung penghantar

yang lain akan muncul beda potensial (emf). Thermokopel ditemukan oleh Thomas

Johan Seebeck tahun 1820 dan dikenal dengan Efek Seebeck.

Efek Seebeck:

Sebuah rangkaian termokopel sederhana dibentuk oleh 2 buah penghantar yang

berbeda jenis (besi dan konstantan), dililit bersama-sama. Salah satu ujung T

merupakan measuring junction dan ujung yang lain sebagai reference junction.

Reference junction dijaga pada suhu konstan 320F (00C atau 680F (200C). Bila ujung

T dipanasi hingga terjadi perbedaan suhu terhadap ujung Tr, maka pada kedua ujung

penghantar besi dan konstantan pada pangkal Tr terbangkit beda potensial (electro

motive force/emf) sehingga mengalir arus listrik pada rangkaian tersebut.

Kombinasi jenis logam penghantar yang digunakan menentukan karakteristik linier

suhu terhadap tegangan.

Tipe-tipe kombinasi logam penghantar thermokopel:

a. Tipe E (kromel-konstantan)

b. Tipe J (besi-konstantan)

c. Tipe K (kromel-alumel)

d. Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)

e. Tipe T (tembaga-konstantan)

Tegangan keluaran emf (elektro motive force) thermokopel masih sangat rendah,

hanya beberapa milivolt. Thermokopel bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran.

Oleh karena itu jika ukntuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus

diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference temperature). Bila thermokopel

digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi makaa akan muncul tegangan sebesar

Vh. Tegangan sesungguhnya adalah selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage

(Vnet).

Besarnya Vnet ditentukan dengan rumus:

Vnet = Vh - Vc

Keterangan :

Vnet = tegangan keluaran thermokopel

Vh = tegangan yang diukur pada suhu tinggi

Vc = tegangan referensi

Gambar grafik tegangan terhadap suhu pada thermokopel tipe E, J, K dan R :

Gambar di bawah ini menunjukkan beberapa thermokopel yang dihubungkan secara

seri membentuk thermopile. Thermopile ini diletakkan di titik tengah pyrometer

radiasi dan lensa yang digunakan untuk memfokuskan radiasi (pancaran panas) agar

jatuh pada thermopile.

Gambar Thermopile:

Gambar Pyrometer Radiasi:

Untuk masa sekarang thermokopel sudah dibuat dengan kemasan yang mempunyai

unjuk kerja yang lebih peka yang disebut thermopile yang digunakan sebagai

pyrometer radiasi