KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang berjudul Piezo-electric Device.Penulisan makalah merupakan salah satu tugas dan persyaratan untuk menyelesaikan tugas mata kuliah Instrumen dan kontrol jurusan Tekhnologi Hasil Pertanian Fakultas Pertanian Universitas Syiah Kuala.Penulis berharap agar penulisan makalah ini dapat menjadi pengetahuan lebih bagi pembacanya. Dalam Penulisan makalah ini penulis merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi, mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan makalah ini.

Banda Aceh , Maret 2015

Penulis

BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar belakangKemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-mechanic (semi otomatis) dan sekarang sudah menggunakan robotic (full automatic).Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.. William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas). Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.Alat ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi(William, 1993). Contoh alat alat ukur adalah voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik; tachometer, speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya.1.2 Tujuan PenulisanMakalah yang disusun bertujuan untuk memenuhi tugas individu mata kuliah Instrumen dan kontrol. Selain itu, makalah ini juga disusun untuk menambah wawasan dan ilmu pengetahuan tentang pemahaman alat sensor seperti perangkat piezoelektrik.

BAB IIISI2.1 SensorSensor adalah alat yang berfungsi merubah besaran analog menjadi besaran listrik. Dalam definisi yang lain sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Sebagai contoh dari sensor adalah sensor tekanan. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisis menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu (Lapanporo,2011). Pengumpulan data dalam penginderaan jauh dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan sensor( Hartono, 2007).2.2 Sejarah PiezoelektrikPiezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 100 pico coloumb/Newton (Sucipto,2011)Kata piezoelektrik berasal bahasa Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan piezo yang bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada tahun 1880an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.Sejak ditemukannya efek-efek piezoelektrik pada bahan PVDF Film oleh Fraden (2003), material ini telah banyak digunakan dalam bermacam-macam aplikasi, khususnya sebagai sensor dan aktuator . Suatu bahan piezoelektrik dapat mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara dan sebaliknya dapat mengubah medan listrik yang dikenakan padanya menjadi deformasi mekanik yang setara (Gautschi, G., 2002).2.3 Efek piezoelektrikTekanan yang mengenai piezoelektrik kemudian menimbulkan medan listrik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipol yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi. Fenomena tersebut dikenal dengan electrostriction (efek piezoelektrik).Efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Penyesuaian molekulakan mengakibatkan material berubah dimensi. Gambar efek piezoelektrik dapat dilihat pada lampiran 2.2.4 Bahan PiezoelektrikSejak ditemukannya efek-efek piezoelektrik pada bahan PVDF Film oleh Kawai (Kawai H., 1969), material ini telah banyak digunakan dalam bermacam-macam aplikasi, khususnya sebagai sensor dan aktuator (Boleslaw et al, 2001). Suatu bahan piezoelektrik dapat mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara dan sebaliknya dapat mengubah medan listrik yang dikenakan padanya menjadi deformasi mekanik yang setara (Gautschi, G., 2002). PVDF film mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan, di antaranya adalah: fleksibel, ringan, mampu bekerja pada pita frekuensi yang sangat lebar, dan juga tersedia dalam berbagai bentuk ketebalan dan luasan. Di samping itu, film PVDF dapat ditempelkan secara langsung pada material lain (misalnya karet, baja) dengan menggunakan bahan perekat, tanpa mengakibatkan kerusakan pada material maupun PVDF filmnya. Apabila PVDF film terdeformasi secara mekanik, maka partikel penyusunnya menjadi terpolarisasi sehingga menimbulkan konsentrasi muatan listrik pada masing-masing permukaannya. Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini dapat dinyatakan dalam dua mode persamaan, yaitu charge mode dan voltage mode (Ehag, 1999).Untuk charge mode berlaku: (i = 1,2, atau 3) (1)Dimana ; Q : muatan listrik yang dihasilkan i : tekanan mekanik pada arah yang relevan d31 : konstata piezoelektric (PVDF Film) A : area aktif dari PVDF film

Sedangkan untuk voltage mode berlaku:Vo = g31it (2)Dimana : Vo : tegangan open loop i : tekanan mekanik pada arah yang relevan g31 : konstata piezoelektric (film PVDF) t : tebal film PVDF 2.5 Pemanfaatan bahan piezolistrik1. Penghasil listrik tegangan tinggiBahan piezoelektrik dapat menghasilkan beda potensial hingga ribuan volt sehingga banyak digunakan sebagai sumber tegangan tinggi. Salah alat yang bekerja dengan prinsip ini adalah pemantik elektrik( Vlack, 2001)2. Transduser Transduser adalah alat yang mengubah suatu bentuk energi kedalam bentuk energi yang lain. Transduser ultrasonic mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dalam bentuk suara dan sebaliknya. Transduser akan mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz. Transduser ultrasonik 40 kHz akan membangkitkan gelombang dengan frekuensi 40 kHz, transduser akan aktif jika diberi sinyal dengan frekuensi dengan 40 kHz. Transduser ultrasonik terdiri atas dua macam yaitu pengirim (transmitter) Tx dan penerima (receiver) Rx. Transduser ultrasonik terbuat dari material piezoeletrik, yaitu terbuat dari material quartz (SiO3) atau barium titanat (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan listrik pada saat material berubah bentuk atau dimensinya sebagai akibat gaya mekanik.2.6 Prinsip Kerja sensor piezoelektrikSensor ini memiliki cara kerja yang sebanding dengan inputnya atau sebanding dengan seberapa besar sensor ini terdeformasi, cara kerja sensor ini dapat pada lampiran 1. Semakin besar tekanan atau deformasi yang diterima sensor tersebut, dapat menghasilkan output tegangan yang berubah-ubah, namun sayangnya output sensor ini sangat kecil sehingga sulit untuk dibaca apabila ingin kita jadikan input ke suatu sistem tertentu. Gambar prinsip kerja piezo listrik dapat dilihat pada lampiran 1.2.7 Pemenfaatan sensor piezolistrikPendeteksian jenis-jenis tekanan dalam bentuk Suara adalah bentuk dasar dari aplikasisensor misalnya, Piezoelektrik mikropon (gelombang suara akan membengkokkan materi piezoelektrik, kemudian membuat perubahan tegangan listrik) dan Piezoelektrik pickup yang digunakan pada Gitar Listrik. Piezosensordiletakan pada bagian intrumen yangdikenal sebagai kontak mikropon. Gambar piezolistrik pada gitar dapat dilihat pada lampiran 2.Untuk beberapa tekniksensor,sensordapat bertindak sebagaisensordan juga sebagai aktuator, seringkali istilah transducer lebih disukai ketika alat itu memiliki dua kemampuan, namun kebanyakan alat piezoelektrik memiliki dua kemampuan tersebut baik digunakan atau tidak. Ultrasonik transducer contohnya, ia dapat memasukkan gelombang ultra pada dirinya dan juga menerima hasil dari gelombang itu dan mengubahnya menjadi sinyal elektrik. kebanyakansensorsuara ultrasonik pada alat kesehatan adalah piezoelektrik. Selain yang disebutkandiatas, jenis aplikasisensorjuga termasuk Piezoelektrik elemen yang juga digunakan untuk mendeteksi dan pembangkit gelombang sonar. Piezoelektrik mikrobalance digunakan sebagaisensorbilolog dan kimia yang sangat sensitif. Piezoelektrik terkadang digunakan pada meteran tegangan.

BAB IIIPENUTUP1.1 KesimpulanPiezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.pada prinsipnya, piezolistrik ini menimbulkan muatan listrik dengan adanya benturan / gaya. Pemanfaatan piezo listrik dalam kehidupan sehari-hari adalah pada pematik korek api yang kita gunakan sehari hari.

DAFTAR PUSTAKAEhag, (1999), Piezofilm Sensor Technical Manual. Measurement Specialist Inc., USA.Fraden, J. 2003. Handbook of modern sensors physics design andapplication. Springer New York.Gautschi, G., (2002), Piezoelectric sensoric, Springer, Germany.Hartono, 2007. Geografi: Jelajah Bumi dan Alam Semesta. Penerbit Citra Praya, Jakarta.Lapanporo, B.P. 2011.Prototipe Sistem TelemetriBerbasis Sensor Suhu dan SensorAsap untuk Pemantau Kebakaran Lahan.Universitas Tanjungpura, Pontianak.Santoso,D.R., Nadhir, A., Legowo, R.T., (2005), Studi Aplikasi Film PVDF untuk Traffic Load Sensor.Sharon, D.1982. Principles of Analysis Chemistry. Harcourt ,New York.Sucipto, M.A. 2011. Sensor Dan Transduser Sensor Piezoelektrik. Teknik Komputer Politeknik Negeri Sriwijaya.Vlack, H. L.2001.Elemen-elemen Ilmu dan rekayasa material. Erlangga, Jakarta.Willian D. C. 1993. Electronic Measurement Systems. Prentice Hall International (UK) Ltd.

LAMPIRAN 1

Gambar 1. Cara Kerja Sensor Piezoelektrik

Gambar 2. Piezoelektrik pada gitar

Gambar 3. Efek piezoelektrik: Jika material piezoelektrik diberi aliran listrik akan bergetar, bila ditekan akan menghasilkan listrik

3