modul sensor dan tranduser - · pdf filepenjelasan prinsip kerjanya dan contoh-contoh bentuk...

0

MODUL SENSOR DAN TRANDUSER

Modul ini menjelaskan tentang sensor dan tranduser, lengkap dengan cara menggunakan modul, test formatif serta disajikan dengan begitu mudah simple dan dengan bahasa yang mudah untuk dipelajari oleh orang yang belum faham mengenai sensor dan tranduser.

2012

Dr. Drs. Jaja Kustija,M.Sc Dosen dan Peneliti bidang Elektro

8/13/2012

i

Modul ini dapat digunakan oleh mahasiswa teknik elektro dan pembaca

secara umum, tetapi secara khusus modul ini diperuntukan untuk calon guru

teknologi dan kejuruan, karena didalamnya memuat kompetensi untuk sekolah

menengah kejuruan dan pendalamannya untuk calon sarjana teknik elektro.

Modul ini belum memuat secara lengkap tentang materi sensor dan

tranduser, tetapi hanya sebagiannya saja, dan hal ini baru berupa model hipotetik

yang akan dikembangkan secara lebih lanjut menggunakan research and

development.

Segala masukan yang bersifat membangun, akan jadi pertimbangan

pengembangan modul selanjutnya.

KATA PENGANTAR


Halaman

DAFTAR ISI ........................................................................................................................................................ ii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................................................... iv

DAFTAR TABEL ............................................................................................................................................... vi

PERISTILAHAN /GLOSSARY ....................................................................................................................... 1

PENDAHULUAN ............................................................................................................................................... 2

A. DESKRIPSI JUDUL ................................................................................................................................... 2

B. PRASYARAT .............................................................................................................................................. 2

C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL .................................................................................................. 2

D. TUJUAN AKHIR ........................................................................................................................................ 3

E. KOMPETENSI............................................................................................................................................ 3

PEMBELAJARAN 1

PENGERTIAN DAN IDENTIFIKASI SENSOR.................................................................................. 4

A. Tujuan Pembelajaran 1 ....................................................................................................... 4

B. Uraian materi 1 ...................................................................................................................... 4

C. Rangkuman 1 .......................................................................................................................... 9

D. Tugas 1 ...................................................................................................................................... 9

E. Tes Formatif 1...................................................................................................................... 10

F. Jawaban Tes Formatif 1 ................................................................................................... 11

G. Umpan Balik 1 ..................................................................................................................... 12

PEMBELAJARAN 2

MENJELASKAN CARA KERJA SENSOR ......................................................................................... 13

A. Tujuan Pembelajaran 2 ....................................................................................................... 13

B. Uraian materi 2 ...................................................................................................................... 13

C. Rangkuman 2 .......................................................................................................................... 36

D. Tes Formatif 2 ........................................................................................................................ 37

E. Kunci Jawaban Tesformatif 2 ........................................................................................... 37

DAFTAR ISI

vii

1


F. Umpan Balik 2 ........................................................................................................................ 38

PEMBELAJARAN 3

PENGUKURAN DAN PENYETELAN (Pengolahan Sinyal Keluaran) ................................. 39

A. Tujuan Pembelajaran 3 .................................................................................................... 39

B. Uraian materi 3 ................................................................................................................... 39

C. Rangkuman 3 ....................................................................................................................... 49

D. Tugas 3 ................................................................................................................................... 49

E. Latihan .................................................................................................................................... 49

F. Umpan Balik 3 ..................................................................................................................... 49

LEMBAR EVALUASI ..................................................................................................................................... 50

PENUTUP ...................................................................................................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................................................... 54

III


Gambar 1. Masukan dan Keluaran Transduser ................................................................................... 4

Gambar 2. Kapasitor Tabung sebagai Sensor ....................................................................................... 7

Gambar 3. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993) ............................................................ 8

Gambar 4. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982), ......................................... 14

Gambar 5. Grafik tanggapan waktu dari berbagai transduser .................................................... 15

Gambar 6. Rangkaian Dasar Termokopel ........................................................................................... 16

Gambar 7. Beda potensial pada Termokopel ..................................................................................... 17

Gambar 8. Tegangan Keluaran Termokopel ...................................................................................... 18

Gambar 9. Konstruksi ................................................................................................................................. 18

Gambar 10. Resistansi versus Temperatur untuk variasi RTD metal ...................................... 20

Gambar 11. Jenis RTD: (a) Wire (b) Ceramic Tube (c) Thin Film ............................................. 20

Gambar 12. Konfigurasi Thermistor: (a) coated-bead (b) disk (c) dioda case dan (d)

thin-film .................................................................................................................................... 21

Gambar 14. Rangkaian uji termistor sebagai pembagi tegangan .............................................. 22

Gambar 15. Termistor jenis PTC: (a) linier (b) switching ........................................................... 22

Gambar 16. Pengubah Resistansi Menjadi Tegangan Listrik ...................................................... 23

Gambar 17. Grafik temperature terhadap .......................................................................................... 24

Gambar 18. Sensor Suhu dengan IC ...................................................................................................... 24

Gambar 19. (a) Konstruksi (b) Rangkaian Uji ................................................................................... 26

Gambar 20. Kurva Karakteristik ............................................................................................................. 26

Gambar 21. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik ................................................................ 27

Gambar 22. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan dan

(c) Rangakain penguat tegangan. .................................................................................... 28

Gambar 23. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan ............................................ 28

Gambar 24. Sifat fotodioda ....................................................................................................................... 29

Gambar 27. Simbol fotosel ........................................................................................................................ 30

Gambar 28. Grafik resistansi fotosel terjadap intensitas cahaya. .............................................. 31

Gambar 30. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat ............................. 32

Gambar 31. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan ........................................................................... 33

DAFTAR GAMBAR

IV


Gambar 32. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseran

berputar, (c) pergeseran jarak plat ................................................................................ 33

Gambar 33. Pemakaian sensor posisi pada rangkaian elektronik: ........................................... 34

kapasitansi menjadi frekuensi, (b) kapasitansi menjadi pulsa .................................................. 34

Gambar 34. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993) ...................................................... 35

Gambar 35. Sensor Perpindahan ............................................................................................................ 35

Gambar 36. Jembatan Wheatstone ........................................................................................................ 38

Gambar 37. Rangkaian Pengukuran Panas menggunakakn Termokopel .............................. 41

Gambar 38. Rangkaian ekuivalen suatu penguat instrumentasi ............................................... 42

Gambar 39. Suatu penguat instrumentasi .......................................................................................... 43

Gambar 40. Rangkaian penguat diferensial menggunakan op-amp ......................................... 43

Gambar 41. Penguat difrensial dengan menggunakan common mode. .................................. 44

Gambar 42. Bagian I rangkaian pada gambar 30. ........................................................................... 45

Gambar 43. Rangkaian Potensiometer ................................................................................................. 47

V


Tabel 1. Kelompok Transduser (William D.C, 1993) ......................................................................... 6

Tabel 2. Klasifikasi Sensor Suhu beserta karakteristik, kelemahan, dan kekuatannya .... 25

DAFTAR TABEL

VI


Istilah Pengertian

Transduser Suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi keenergi yang lain

Transduser pasif Transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan

dari luar

Transduser aktif (Self Generating Type)

Transduser yang menhasilkan suatu tegangan atau arus analog bila

dirangasang dengan bentuk fisis energy yang diubahnya dan tidak

memerlukan daya dari luar

Sensor Jenis transduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis,

magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus

listrik

Thermocouple Jenis tranduser aktif yang dapat mengubah besaran panas menjadi

tegangan listrik dengan memanfaatkan efek Seebeck

RTD Resistant Temperature Detector

Termistor Thermally Sensitive Resistor adalah alat semikonduktor yang

berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien negatif terhadap

temperature

Foto Listrik Transduser yang mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik

Fotovoltaic atau Sel Solar

Transduser yang terbuat dari semi konduktor yang dapat mengubah

intensitas cahaya menjadi tegangan listrik

Strain Gage Transduser yang mengubah besaran tekanan menjadi perubahan

tahanan listrik, tekanan yang diberikan pada bahan mengakibatkan

perubahan panjang sehingga menyebabkan perubahan tahanan

listrik

PERISTILAHAN /GLOSSARY

VII


A. DESKRIPSI JUDUL

SENSOR DAN TRANSDUSER merupakan modul yang memiliki

ruang lingkup meliputi berbagai komponen sensor dan komponen transduser serta

penjelasan prinsip kerjanya dan contoh-contoh bentuk dari sensor dan transduser.

Pada modul ini memuat standar kompetensi untuk siswa SMK dan diperdalam

untuk dapat dipergunakan oleh para mahasiswa calon guru Teknologi dan Kejuruan

(FPTK Program Studi Pendidikan Teknik Elektro). Cetakan berwarna hitam digunakan

untuk kompetensi SMK dan calon guru, sedangkan pengembangannya untuk dicetak

berwarna biru.

Setelah mempelajari modul ini saudara diharapkan dapat mengetahui,

mengaplikasikan dan mempergunakan berbagai macam sensor dan transduser dengan

baik.

B. PRASYARAT

Untuk mempelajari modul SENSOR DAN TRANSDUSER memerlukan

kemampuan awal yang harus dimiliki antara lain:

1. Telah mengetahui dan menguasai komponen elektronika.

2. Telah mengetahui dan menguasai alat ukur elektronik.

3. Telah memahami gambar rangkaian elektronika.

4. Telah mengenal berbagai alat ukur seperti multimeter, dan mengoperasikan

osciloscope.

C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

1. Petunjuk bagi Peserta

Langkah-langkah dalam mempelajari modul ini :

a. Bacalah modul dengan seksama sampai selesai satu pembahasan (kegiatan

belajar).

b. Kerjakan soal-soal yang ada dalam lembar latihan setiap kegiatan belajar.

PENDAHULUAN

1


c. Bandingkan jawaban anda dengan kunci jawaban yang

tersedia, jika jawaban anda belum seluruhnya benar

maka pelajari ulang modul tersebut, dan jika

jawabannya sudah benar anda dapat melanjutkan

kegiatan belajar pada modul berikutnya.

d. Untuk kegitan praktikum lakukanlah hal – hal sebagai

berikut:

1) Persiapkan dan periksalah kondisi alat dan

bahan yang akan digunakan dalam setiap

kegiatan belajar!

2) Bacalah petunjuk praktikum pada setiap kegiatan

belajar dengan seksama sebelum mengerjakan

lembar kerja yang ada dalam modul!

3) Lakukan langkah kerja sesuai dengan urutan yang

telah ditentukan!

4) Konsultasikan rangkaian yang akan diuji kepada

instruktur sebelum dihubungkan ke sumber

tegangan!

5) Isilah data – data hasil praktikum dan analisa sampai

mendapat kesimpulan yang diperlukan.

2. Petunjuk bagi Guru

a. Membantu siswa dalam merencanakan proses belajar

b. Membimbing siswa melalui tugas-tugas pelatihan yang dijelaskan dalam

tahap belajar

c. Membantu siswa dalam memahami konsep, praktik baru, dan menjawab

pertanyaan siswa mengenai proses belajar siswa

d. Membantu siswa untuk menentukan dan mengakses sumber

tambahan lain yang diperlukan untuk belajar

e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan

f. Merencanakan seorang ahli/pendamping guru dari tempat kerja untuk membantu

jika diperlukan.

2


D. TUJUAN AKHIR

Setelah menyelesaikan modul ini, diharapkan dapat mempergunakan sensor dan

transduser sesuai dengan jenis dan fungsinya.

E. KOMPETENSI

Modul ini merupakan standar kompetensi menggunakan sensor yang terdiri dari

empat kompetensi dasar untuk peserta siswa SMK dan lima konpetensi untuk

mahasiswa Pendidikan Teknik Eelektro, yakni:

1. Mengidentifikasi tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)

2. Menjelaskan cara kerja tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)

3. Melakukan penyetelan tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)

4. Mendemonstrasikan fungsi tranduser / sensor (untuk SMK dan PTE)

5. Menganalisa dan memanfaatkan tranduser / sensor (untuk PTE)

Kompe-tensi /

Subkom-petensi

Kriteria Unjuk Kerja

Lingkup Belajar

Materi Pokok Pembelajaran

Sikap Pengetahuan Ketrampilan

B.1.5.

Menguasai

Jenis-Jenis

Sensor dan

Transduser

Sensor dan

transduser

dapat

dipergunakan

sesuai jenis

dan fungsinya

Pengeta-

huan sensor

dan

transduser

Sensor dan

transduser

1. Pengujian

sensor suhu,

cahaya,

optik,

mekanik,

tekanan

2. Pengujian

transduser

3


PENGERTIAN DAN IDENTIFIKASI SENSOR

A. Tujuan Pembelajaran 1

Setelah membaca modul ini saudara diharapkan:

1. Dapat menyebutkan pengertian sensor

2. Dapat mengklasifikasi jenis - jenis sensor dan penggunaannya

B. Uraian materi 1

1. Pengertian dan Identifikasi Transduser dan Sensor

Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah

suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari transduser disebut

“sensor”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan

mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain.

Gambar 1. Masukan dan Keluaran Transduser

2. Klasifikasi Sensor

Transduser dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa hal antara lain:

a. Pemakaiannya / penggunaannya

b. Motode Pengubahan energi

c. Sifat – sifat dasar dari sinyal keluaran

Semua pengelompokkan ini biasanya memperlihatkan daerah yang saling

melengkapi, sangat sulit untuk membedakan secara tajam klasifikasi berdasarkan hal di

atas.

PANAS

PERUBAHAN TAHANAN KIMIA

ARUS LISTRIK

OPTIK

TRANSDUSE

BEDA POTENSIAL

SENSOR

PERUBAHAN KAPASITANSI

DLL DLL

PEMBELAJARAN 1

4


DHT11 adalah modul sensor suhu

dan kelembaban udara relatif

dalam satu paket. Modul ini

memerlukan konsumsi daya yang

rendah sehingga cocok digunakan

untuk aplikasi data logger dengan

catu daya batere. Modul ini

memiliki stabilitas yang dijamin

dalam jangka waktu yang lama

serta output yang terkalibrasi,

sehingga cocok digunakan sebagai

sensor untuk data logger suhu

dan kelembaban udara

a. Klasifikasi Sensor Berdasarkan pemakaian atau

penggunaannya

Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor

dapat dikelompokkan menjadi tiga bagian, antara lain:

1. Sensor Thermal (suhu)

2. Sensor Mekanis

3. Sensor Optik (cahaya)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk

mendeteksi gejala perubahan panas / suhu / temperatur pada

suatu dimensi benda padat, cair atau gas. Contohnya seperti

thermocouple, RTD, thermistor, bimetal, IC sensor LM35.

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi

perubahan gerak mekanis seperti perpindahan atau

pergeseran, posisi gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran,

level, dan sebagainya. Contoh sraingage, LVDT (Linear

Variabel Diferensial Transformer), proksimiti, potensiometer,

Loadcel, Bourdon Tube, Piezo Elektrik dan sebagainya.

Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang

mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya, ataupun bias cahaya

yang mengenai benda atau ruangan.Contoh Fotodioda, LDR, Fotofoltaic, Cell Foto

Emisive, Foto Multypier, Foto Transistor.

b. Klasifikasi Sensor Berdasarkan Metoda Pengubahan Energinya

Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat

diklasifikasikan menjadi dua jenis (William D.C, 1993), yakni:

1. Jenis transduser jenis pembangkit sendiri (Self Generating Type) yang

menghasilkan tegangan atau arus analog bila dirangsang dengan suatu bentuk

fisis energi, transduser jenis ini tidak memerlukan daya dari luar untuk

mendapatkan atus atau tegangan analog tersebut. Contoh Thermocouple,

Fotofoltaic.

2. Transduser yang memerlukan daya dari luar untuk mendapatkan tegangan dan

arus keluaran disebut transduser pasif. Contoh thermistor, RTD, LVDT,

straingage.

5


Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser dan metoda

pengubahan energinya

Tabel 1. Kelompok Transduser (William D.C, 1993)

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, posisi

Transformator

selisih (LVDT)

Tegangan selisih dua kumparan primer

akibat pergeseran inti trafo

Tekanan, gaya, pergeseran

Gage arus pusar Perubahan induktansi kumparan akibat

perubahan jarak plat

Pergeseran, ketebalan

Transduser Aktif

Sel fotoemisif Emisi elektron akibat radiasi yang masuk

pada permukaan fotemisif

Cahaya dan radiasi

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,

radiasi

Generator

kumparan putar

(tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di dalam

medan magnit yang membangkitkan

tegangan

Kecepatan, 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 temperature

Temperatur, panas

Hygrometer

tahanan

Tahanan sebuah strip konduktif berubah

terhadap kandungan uap air

Kelembaban relatif

Termistor (NTC) Penurunan nilai tahanan logam akibat

kenaikan temperature

Temperatur

Mikropon

kapasitor

Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi

dua buah plat

Suara, musik,derau

Pengukuran

reluktansi

Reluktansi rangkaian magnetik diubah

dengan mengubah posisi inti besi sebuah

kumparan

Tekanan, pergeseran,

getaran, posisi

6


Resistance Temperature Detectors

Operating on the principle that resistance of any given metal changes with temperature, Thermo Electric RTD's are the sensors of choice in applications where accuracy, stability and repeatability are critical. To maximize linearity and temperature ranges, Thermo Electric specializes in the use of high-purity platinum elements. In addition, a special high temperature platinum RTD'S delivers high stability and durability at 650°C (1202°F). Thermo Electric RTD's are available in diverse configurations with two-,three- and fourwire construction ranging from -200°C to 650°C (-328°F to 1202°F). Tolerances meet the standards of ASTM E1137 Grade A or B and IEC 751 Class A or B. depending on your needs

c. Klasifikasi Sensor Berdasarkan Sifat – Sifat Dasar

Keluaran

Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan

sensor dapat diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni:

1. Perubahan resistansi

Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan

resistansi pada keluarannya, contohnya:

a. RTD (Resistance Thermal Detector). Prinsip kerja dari

RTD ini adalah mengubah besaran temperature menjadi

perubahan tahanan listrik

b. Strain gage. Prinsip kerja dari Strain gage ini adalah

mengubah besaran tekanan menjadi perubahan tahanan

listrik

c. Thermistor. Prinsip kerja dari Thermistor ini adalah

mengubah besaran temperature menjadi perubahan

tahanan listrik

2. Perubahan Kapasitansi

Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan

kapasitansi pada keluarannya, contohnya adalah Transduser

yang digunakan untuk mendeteksi perubahan kelembaban

relatif. Prinsip kerja dari transduser ini berdasar pada perubahan

kelembaban akan mengakibatkan perubahan konstanta

dielektrik medium dan perbahan konstanta dielektrik medium

akan mengakibatkan perubahan kapasitansi.

Gambar 2. Kapasitor Tabung sebagai Sensor

1

2

0

ln

.2

R

R

LKeC

(PTE

)

Persamaan (1.1)

7


Dari persamaan di atas dapat dianalisasebagai berikut, sebuah kapasitor harga

kapasitansinya dipengaruhi oleh medium yakni suatu medium akan mempengaruhi harga

konstanta dielektrik (Ke) salah satu kondisi fisis yang dapat mempengaruhi keadaan

medium adalah kelembaban relatif, kelembaban relatif tersebut akanmempengaruhi

konstanta dielektrik dan pada akhirnya akan mempengaruhi kapasitansi dari sebuah

kapasitor yang dirancang khusus kontak dengan medium, dengan demikian transduser

kapasitor dapat mendeteksi kelembaban medium disekitarnya. (untuk PTE)

3. Perubahan Induktansi

Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan induktansi pada

keluarannya, contohnya adalah Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan

gaya. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah induktansi dari sepasang

kumparan atau dengan mengubah induktansi kumparan tunggal. Dengan mengubah

jangkar feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan diukur, dengan mengubah

fermeabilitas medium.

=

Gambar 3. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993)

Dari persamaan dan gambar di atas sebuah induktor dapat digunakan untuk

mendeteksi pergeseran benda, benda yang digeser – geser akan mempengaruhi konstanta

permeabilitas dari induktor tersebut, menggeser benda sama artinya dengan mengubah

sehingga harga induktansi akan berubah (untuk PTE).

4. Menghasilkan Arus Listrik

Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan arus pada

keluarannya, contohnya Fotolistrik. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan

mengubah intensitas listrik menjadi arus listrik.

...(1.2)

8


Carbon Dioxide CO2 Sensor

Excellent performance CO2 Sensor, for use in a wide range of applications, including air quality monitoring, smoke alarms, mine and tunnel warning systems, greenhouses, etc. The sensor is easy to use and can be easily incorporated in a small portable unit.

5. Menghasilkan Tegangan Listrik

Besaran-besaran yang diindera manghasilkan perubahan tegangan pada

keluarannya, contohnya:

a. Thermokopel. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah

temperatur menjadi tegangan listrik.

b. Tacho Generator. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah

kecepatan putaran menjadi tegangan listrik.

C. Rangkuman 1

Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat

mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain.

1. Transduser dapat dikelompokkan berdasarkan beberapa hal antara lain:

pemakaiannya / penggunaannya, motode pengubahan energi, dan sifat – sifat

dasar dari sinyal keluaran

2. Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor dapat dikelompokkan

menjadi tiga bagian, antara lain: sensor thermal (suhu), sensor mekanis, dan

sensor optik (cahaya)

3. Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat

diklasifikasikan menjadi dua yakni transduser jenis pembangkit sendiri (Self

Generating Type) dan transduser yang memerlukan daya dari luar

(transduser pasif).

4. Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan sensor dapat

diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni: perubahan resistansi, perubahan

kapasitansi, perubahan induktansi, menghasilkan arus listrik, dan

menghasilkan tegangan listrik.

D. Tugas 1

Cari spesifikasi dan cara kerja berbagai transduser yang ada dipasaran beserta gambar

transduser!

9


E. Tes Formatif 1

a. Pilihan Ganda (Untuk SMK dan PTE)

Pilihlah jawaban yang paling tepat dari soal-soal pilihan ganda di bawah ini !

1. Apa yang dimaksud dengan sensor?

a. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah arus menjadi tegangan

b. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi menjadi bentuk

energi yang lain

c. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah tahanan menjadi tegangan listrik

d. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah energy mekanik menjadi listrik

2. Sensor yang dapat mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik adalah ?

a. RTD

b. Thermistor

c. Strain gage

d. Foto Listrik

3. Sensor yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi tegangan listrik

adalah?

a. Strain gage

b. LDR

c. Termokopel

d. Piezoelektrik

4. Sensor yang dapat menghasilkan energi listrik sendiri adalah sebagai berikut kecuali?

a. Termokopel

b. Fotofoltaic

c. Tacho generator

d. LVDT

5. Sensor yang dapat menghasilkan perubahan resistansi akibat perubahan besaran yang

diindera adalah?

a. Strain gage

b. Tacho generator

c. Fotofoltaic

d. Termokopel

b. Essay

1. Apa yang dimaksud dengan transduser? (Untuk SMK dan PTE)

2. Sebutkan klasifikasi sensor berdasarkan :

a. Pemakaiannya / penggunaannya

b. Motode Pengubahan energi

c. Sifat – sifat dasar dari sinyal keluaran (Untuk SMK dan PTE)

3. Berikan contoh-contoh dan penjelasannya dari sensor resistansi, sensor kapasitansi,

sensor induktansi, sensor yang menghasilkan arus listrik, dan sensor yang

menghasilkan tegangan listrik. (Untuk PTE).

10


F. Jawaban Tes Formatif 1

a. Pilihan Ganda

1. B

2. D

3. C

4. D

5. A

b. Essay

1. Transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah

suatu energi ke bentuk energi yang lain.

2. Klasifikasi sensor :

a. Berdasarkan pemakaian atau penggunaannya, sensor dapat dikelompokkan

menjadi tiga bagian, antara lain: sensor thermal (suhu), sensor mekanis, dan

sensor optik (cahaya).

b. Berdasarkan metoda pengubahan energinya, transduser dan sensor dapat

diklasifikasikan menjadi dua yakni transduser jenis pembangkit sendiri (Self

Generating Type) dan transduser yang memerlukan daya dari luar (transduser

pasif).

c. Berdasarkan sifat – sifat dasar keluaran transduser dan sensor dapat

diklasifikasikan menjadi lima jenis, yakni: perubahan resistansi, perubahan

kapasitansi, perubahan induktansi, menghasilkan arus listrik, dan

menghasilkan tegangan listrik.

3. Berikut adalah contoh-contoh sensor:

a) Contoh sensor resistansi yaitu :

RTD (Resistance Thermal Detector). Prinsip kerja dari RTD ini adalah

mengubah besaran temperature menjadi perubahan tahanan listrik.

b) Contoh sensor kapasitansi yaitu :

Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan kelembaban relatif.

Prinsip kerja dari transduser ini berdasar pada perubahan kelembaban akan

mengakibatkan perubahan konstanta dielektrik medium dan perbahan

konstanta dielektrik medium akan mengakibatkan perubahan kapasitansi.

c) Contoh sensor induktansi yaitu :

Transduser yang digunakan untuk mendeteksi perubahan gaya. Prinsip kerja

dari transduser ini adalah dengan mengubah induktansi dari sepasang

kumparan atau dengan mengubah induktansi kumparan tunggal. Dengan

11


mengubah jangkar feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan diukur,

dengan mengubah fermeabilitas medium.

d) Contoh sensor yang menghasilkan arus listrik yaitu :

Fotolistrik. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah intensitas

listrik menjadi arus listrik.

e) Contoh sensor yang menghasilkan tegangan listrik yaitu :

Thermokopel. Prinsip kerja dari transduser ini adalah dengan mengubah

temperatur menjadi tegangan listrik. (untuk PTE)

G. Umpan Balik 1

Setelah anda menyelesaikan jawaban dari tes formatif dan membandingkan

dengan kunci jawaban, jika jawaban anda sudah benar maka dapat melanjutkan ke

modul berikutnya tetapi jika jawaban anda masih banyak yang salah maka dianjurkan

untuk mengulang mempelajari modul ini.

PIR SENSOR

Kita pasti sering dengar tentang sensor. Sensor biasa digunakan untuk mendeteksi suatu benda atau berbagai kegunaan yang lain. Salah satu jenis sensor adalah PIR (Passive Infrared Receiver), sensor ini merupakan sensor berbasis infrared namun tidak sama dengan IR LED dan fototransistor. Perbedaan dengan IR LED adalah sensor PIR tidak memancarkan apapun, namun sensor ini merespon energi dari pancaran infrared pasif yang dimiliki oleh setiap benda yang terdeteksi olehnya. Salah satu benda yag memiliki pancaran infrared pasif adalah tubuh manusia. Energi panas yang dipancarkan oleh benda dengan suhu diatas nol mutlak akan dapat ditangkap oleh Sensor tersebut.

Bagian-bagian dari PIR adalah Fresnel Lens, IR Filter, Pyroelectric sensor, amplifier, dan comparator

12


MENJELASKAN CARA KERJA SENSOR

A. Tujuan Pembelajaran 2

Setelah menbaca modul ini diharapkan :

1. Dapat menyebutkan persyaratan umum dalam memilih sensor dan transduser

(untk SMK dan PTE)

2. Dapat menjelaskan cara kerja sensor sesuai dengan besaran energi yang diubah

(untk SMK dan PTE)

3. Dapat menganalisis prinsip kerja sensor. (Untuk PTE)

B. Uraian materi 2

1. Peryaratan Umum Sensor dan Transduser

Sensor atau transduser dapat digukanan sebagai bagian dari sistem instrumentasi

(Pengukuran) dan dapat pula digunakan untuk kepentingan pengendalian (kontrol).

Maka dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan

sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini

: (D Sharon, dkk, 1982)

a. Linearitas

Linier dalam hal ini dimaksudkan hubungan antara besaran input yang dideteksi

menghasilkan besaran output dengan hubungan berbanding lurus dan dapat

digambarkan secara gravik membentuk garis lurus. Ada banyak sensor yang

menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap

masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat

menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti

ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan

dengan masukannya berupa sebuah grafik.

Gambar 3 memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda.

Garis lurus pada gambar 3(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan pada

gambar 3(b). adalah tanggapan non-linier.

PEMBELAJARAN 2

13


Sensor, baik CCD maupun CMOS, adalah komponen utama dari sebuah kamera digital, yaitu berupa sekeping cip silikon yang tersusun atas jutaan piksel yang peka cahaya. Pada saat gambar yang datang dari lensa mengenai sensor maka tiap-tiap piksel tersebut akan menangkap energi cahaya yang datang dan merubahnya menjadi besaran sinyal tegangan. Seberapa sensitif sensor mampu menangkap cahaya inilah yang dinyatakan oleh besaran ISO. Setiap sensor memiliki nilai ISO dasar/ISO normal yaitu nilai sensitivitas terendah dari sensor yang umumnya ekuivalen dengan ISO50 hingga ISO200 (tergantung jenis dan merk kamera). Pada nilai ISO normal ini kepekaan sensor terhadap cahaya berada pada level terendah sehingga dibutuhkan cukup banyak cahaya untuk mendapatkan foto dengan exposure yang tepat. Oleh karena itu umumnya ISO normal hanya dipakai saat pemotretan outdoor di siang hari

Pada gambar 3 a. terlihat setiap perubahan T

diikuti oleh peruhahan v dan dapat dinyatakan dalam

persamaan garis lurus yang kontinyu sedang pada

gambar 3 b. perubahan T diikuti dengan perubahan v

tetapi tidak membentuk hubungan sebagai persamaan

garis lurus.

b. Sensitivitas

Perbandingan antara sinyal keluaran atau respon

transduser terhadap perubahan masukan atau variable

yang diukur. Sensitivitas akan menunjukan seberapa

jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur.

Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang

dinyatakan dengan “volt per 0C”, yang berarti

perubahan temperature satu derajat pada masukan akan

menghasilkan perubahan beda potensial beberapa volt

atau mv pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat

saja memiliki kepekaan. Apabila tanggapannya linier,

maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan

pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan pada

gambar 3(b) akan lebih peka pada temperatur yang

tinggi dari pada temperatur yang rendah.

T

Tega

nga

n (

kelu

aran

)

v

T

Tega

nga

n (

kelu

aran

)

v

0 0

Temperatur (masukan)

(a) Tangapan linier (b) Tangapan non linier

Gambar 4. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982),

Temperatur (masukan)

14


c. Tanggapan Waktu

Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap

perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan masukkan step input. Pada

gambar 4 grafik 1 menunjukkan respon yang paling cepat dibanding dengan dua grafik

lainnya, sedangkan grafik 3 menunjukkan respon yang paling lambat dibandingakan

dengan grafik yang lainnya.

Gambar 5. Grafik tanggapan waktu dari berbagai transduser

d. Jangkauan

Salah satu kriteria untuk memilih sensor adalah kesanggupan mengindera sesuai

dengan yang diperlukan. Misalnya sebuah alat ukur akan digunakan untuk pengukuran

suhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC dilihat dari jangkauan ukurnya

dapat dipilih sensor NTC, PTC, transistor, dioda dan IC hibrid.

William D.C, (1993), mengatakan hal yang perlu diperhatikan dalam memilih

sensor yang tepat adalah dengan mengajukan beberapa pertanyaan berikut ini:

a) Besaran fisis apa yang akan diindera?

b) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk mengindera

besaran ini?

c) Berapa ketelitian yang diinginkan pada penginderaan ini?

d) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?

e) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.

t

1,0 Step Input

15


AVR ATMega8535 DS1621 merupakan salah satu sensor suhu yang menggunakan komunikasi I2C

dalam pembacaannya. sensor produksi Dallas Semiconductor ini cukup bagus

karena bisa membaca antara range -55 sampai 125 C. Resolusi yang digunakan

dalam project ini sebesar 0,5 C. Sensor ini kebanyakan digunakan untuk

pengukuran suhu permukaan object, misalkan suhu heatsink dan sebagainy

f) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang

diperlukan?

2. Cara Kerja Sensor

Sensor Suhu/ Thermal

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan

panas / suhu / temperatur pada suatu dimensi benda padat, cair atau gas. Beberapa sensor

suhu antara lain: thermocouple, RTD, thermistor, IC sensor LM35.

a. Termokopel

Termokopel adalah sensor yang dapat mengubah besaran panas dengan keluaran

berbentuk beda potensial. Susunan sensor termokopel terdiri dari sepasang kawat logam

yang tidak sama dihubungkan bersama-sama pada satu ujung yang akan mengindera

panas dan berakhir pada ujung lain yang dipertahankan pada suatu temperature konstan

yang diketahui (temperature referensi). Susunan bahan termokopel secara bagan dapat

dilihat pada gambar 5. di bawah ini.

= +

+

Dimana: t = temperatur titik indera; A,B, dan C = konstanta-konstanta bahan termokopel

Gambar 6. Rangkaian Dasar Termokopel

e

Titik Referensi

Alat Ukur

Atau Pencatat Titik

Indera t

...(2.1)

16


The 1109 can be rotated 300 degrees and outputs a number between 0 and 1000 based on the shaft position. The maximum resistance of the potentiometer is 10K ohm. This sensor is designed to be 3.3V compatible and can interface with other products as an alternative. For example, the Java based Sentilla Perk includes side ports that are compatible with 3.3V Phidget sensors without any modifications.

Prinsip Kerja

Kerapatan elektron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis

logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan,

maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke

batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan

tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan.

Besarnya termolistrik atau beda potensial yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821)

yang menemukan hubungan perbedaan panas (T1 dan T2) dengan gaya gerak listrik yang

dihasilkan E, Peltir (1834), menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang

diserap pada titik hot-juction dan cold-junction, dan Sir William Thomson,

menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, sehingga

ketiganya menghasilkan rumus sbb:

E = C1(T1-T2) + C2(T12 – T2

2) (…)

Efek Peltier Efek Thomson

atau E = 37,5(T1_T2) – 0,045(T12-T2

2) ( ...)

Dimana 37,5 dan 0,045 merupakan dua konstanta C1 dan C2 untuk termokopel

tembaga/konstanta.

Gambar 7. Beda potensial pada Termokopel

Bila ujung logam yang tidak dipanaskan dihubung singkat,

perambatan panas dari ujung panas ke ujung dingin akan semakin

cepat. Sebaliknya bila suatu termokopel diberi tegangan listrik DC,

maka diujung sambungan terjadi panas atau menjadi dingin

tergantung polaritas bahan (deret Volta) dan polaritas tegangan

....(2.2)

17


Kabel keluaran

Kumparan

kawat platina

Inti dari Quartz

Terminal

sambungan

Gambar 9. Konstruksi RTD

sumber. Dari prinsip ini memungkinkan membuat termokopel menjadi pendingin.

Tegangan keluaran termokopel sebagai fungsi temperatur untuk berbagai bahan

termokopel dapat ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Gambar 8. Tegangan Keluaran Termokopel

Terlihat dari gambar diatas terdapat jenis sensor dari termokopel yang dapat

mengindera temperature yang cukup tinggi. Untuk mendapatkan informasi yang lebih

detail dapat dilihat di datasheet masing-masing tipe dari termokopel.

b. RTD (Resistance Thermal Detector)

RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan.

RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan

keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga,

dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai

1500o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih

murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.

18


Resistance Temperatur Detectors

(RTD), seperti namanya, adalah

sensor yang mengubah mengubah

data pembacaan suhu menjadi

hambatan atau resistansi. Sebagian

besar terdiri dari unsur RTD panjang

kawat halus melingkar melilit sebuah

keramik atau gelas inti. Unsur ini

biasanya cukup rapuh, sehingga

sering ditempatkan di dalam probe

berselubung untuk melindunginya.

RTD adalah salah satu sensor suhu

yang paling akurat. Tidak hanya

memberikan akurasi yang baik, tapi

juga memberikan stabilitas yang

sangat baik . RTDs juga relatif kebal

terhadap gangguan listrik sehingga

cocok untuk pengukuran suhu di

lingkungan industri, terutama di

sekitar motor, generator dan

peralatan tegangan tinggi

lainnya.Jenis-jenis RTD:1. RTD

elemen RTD elemen adalah bentuk

sederhana dari RTD. Ini terdiri dari

sepotong kawat dibungkus di sekitar

inti keramik atau kaca. Karena

ukuran kompak, elemen RTD

biasanya digunakan bila ruang

sangat terbatas.

RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:

1. Tidak diperlukan suhu referensi

2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat

dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat

yang digunakan dan memperbesar tegangan

eksitasi.

3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih

besar dari termokopel

4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih

panjang karena noise tidak jadi masalah

5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian

elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan

murah.

Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan

tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi

koefisien lebih rendah dari thermistor dan model

matematis linier adalah:

= (1+α∆)

Dimana : Ro = tahanan konduktor pada temperature awal (

biasanya 0oC)

RT = tahanan konduktor pada temperatur toC

α = koefisien temperatur tahanan

Δt = selisih antara temperatur kerja dengan temperatur

awal

Sedangkan model matematis nonliner kuadratik adalah:

....(2.3)

....(2.4)

19


Gambar 10. Resistansi versus Temperatur untuk variasi RTD metal

Bentuk lain dari Konstruksi RTD

Gambar 11. Jenis RTD: (a) Wire (b) Ceramic Tube (c) Thin Film

c. Thermistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan

sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya

negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk

setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan

temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan

kompensasi temperatur secara presisi.

Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti:

mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U).

Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 sampai 75 dan tersedia dalam berbagai

bentuk dan ukuran. Ukuran paling kecil berbentuk mani-manik (beads) dengan diameter

20


Termistor memiliki sifat yang mirip

dengan rtd yaitu mampu mendeteksi

perubahan suhu menjadi perubahan

hambatan (resistansi).

Termistor ditemukan oleh samuel

ruben pada tahun 1930. Ada dua

macam termistor secara umum:

Posistor atau PTC (Positive

Temperature Coefficient),

dan NTC(Negative Temperature

Coefficient). Nilai tahanan pada PTC

akan naik jika perubahan suhunya

naik, sementara sifat NTC justru

kebalikannya.

0,15 mm sampai 1,25 mm, bentuk piringan (disk) atau

cincin (washer) dengan ukuran 2,5 mm sampai 25 mm.

Cincin-cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara

seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.

Dalam operasinya termistor memanfaatkan

perubahan resistansi terhadap temperatur, dan umumnya

nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara

eksponensial untuk jenis NTC ( Negative Thermal

Coeffisien)

=

Gambar 12. Konfigurasi Thermistor: (a) coated-bead (b) disk (c) dioda case dan (d) thin-film

Teknik Kompensasi Termistor:

Karkateristik termistor berikut memperlihatkan hubungan antara temperatur dan

resistansi seperti tampak pada gambar 12.

Gambar 13. Grafik Termistor resistansi vs temperatuer: (a) logaritmik (b) skala linier

(2.5)

21


Untuk pengontrolan perlu mengubah tahanan menjadi tegangan, berikut

rangkaian dasar untuk mengubah resistansi menjadi tegangan.

Gambar 14. Rangkaian uji termistor sebagai pembagi tegangan

Thermistor dengan koefisien positif (PTC, tidak baku)

Gambar 15. Termistor jenis PTC: (a) linier (b) switching

Cara lain untuk mengubah resistansi menjadi tegangan adalah dengan teknik

linearisasi.

Persamaan (2.6)

Vs RT

22


Gambar 16. Pengubah Resistansi Menjadi Tegangan Listrik

Daerah resistansi mendekati linier

=

1 +

( − )

Untuk teknik kompensasi temperatur menggunakan rangkaian penguat jembatan

lebih baik digunakan untuk jenis sensor resistansi karena rangkaian jembatan dapat

diatur titik kesetimbangannya

Persamaan (2.7)

....(2.8)

RT’

RT

RS + RM

RM = Mean Value of RT

RT’

+Vref

RT

RM

R2 ≥ RT’

- +

- +

R3

(10 kΩ)

+Vzero Zero

R4

R5

V0 R1

VT

RT’

CAPACITOR DISCHARGE INGNITION

Capacitor discharge ignition sistem menyimpan energi di dalam kapasitor

lebih banyak daripada dalam koil. CDI memang masih membutuhkan koil,

namun koil hanya sebatas digunakan untuk transformasi pulsa agar tegangan

meningkat dengan cepatDalam sistem CDI, circuit tenaga utama adalah

sebuah oscilator mini yang mengisi kapasitor hingga 600 volt dan

menunggu kontak pick up dan pulser memicu sistem. Ini disebut Magnetic

Trigering System. Ketika sinyal dipicu, kapasitor akan menghantarkan

energi ke kumparan primer pada koil. Koil bertindak sebagai perubah pulsa

dan meninggikan tegangan dari kapasitor hingga menjadi 40.000 volt yang

dibutuhkan untuk menciptakan loncatan bunga api sejauh kurang dari 1mm

di dalam ruang bakar yang terkompresi

23


Gambar 17. Grafik temperature terhadap

d. Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)

Gambar 18. Sensor Suhu

Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang

merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi outputtegangan dan arus. Meskipun

terbatas dalam rentang suhu dari -550C sampai 1500C, tetapi menghasilkan output yang

sangat linear 1 0 m V / 0 C .

Overview

The DHT-22 is a low cost humidity and temperature sensor with a single wire digital interface.

The sensor is calibrated and doesn't require extra components so you can get right to measuring

relative humidity and temperature.

Fitur

3.3-6V Input

1-1.5mA measuring current

40-50 uA standby current

Humidity from 0-100% RH

-40 - 80 degrees C temperature range

+-2% RH accuracy

+-0.5 degrees C

24


Ta

hana

n

Tahanan

Ta

hanan

Te

gan

gan

ata

u

arus

Tabel 2 Klasifikasi Sensor Suhu beserta karakteristik, kelemahan, dan kekuatannya

Thermocouple RTD Thermistor IC Sensor

Sim

bol

T

Ka

rakte

rist

ik R

T

Temperatur

R

T Temperatur

R

T Temperatur

V atau I

T

Temperatur

Keku

ata

n

Self powered

Sederhana

Murah

Banyak

macamnya

Range suhu

luas

Paling stabil

Paling akurat

Lebih linear

daripada

thermocouple

Output tinggi

Cepat

Mengukur

Ohms dua

kawat

Paling linear

Output paling

tinggi

Murah

Kele

mahan

Tidak linear

Tegangan

rendah

Memerlukan

referensi

Kurang stabil

Kurang

sensitive

Mahal

Memerlukan

suply daya

D R kecil

Tahanan

absolut

rendah

Self heating

Tidak linear

Range suhu

terbatas

Rentan

Memerlukan

suply daya

Self heating

T < 200° C

Memerlukan

suply daya

Lambat

Self heating

Konfigura

si terbatas

Sensor Optik / Cahaya

Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari

sumber cahaya, pantulan cahaya, ataupun bias cahaya yang mengenai benda atau

ruangan.Beberapa sensor cahaya diantaranya: Foto Listrik, Fotofoltaic, Fotodioda, LDR.

25


a. Foto Listrik

Anoda

Katoda

a. Kontruksi

CahayaA

V

b. Rangkaian uji

Gambar 19. (a) Konstruksi (b) Rangkaian Uji

Dapat digambarkan karakteristik dari fotolistrik sebagai berikut:

0,8

0,6

0,4

0,25

10

15

20

Fluks =1 lumen

80 v 160 v

Arus anoda

A

Tegangan anoda

Gambar 20. Kurva Karakteristik

Perhatikan bahwa untuk tegangan diatas 20 volt arus keluaran hampir tidak

bergantung pada tegangan yang diberikan tetapi tergantung dari intensitas cahaya yang masuk

melalui tabung, arus keluaran biasanya dalam orde mikrometer dengan demikian tabung

cahaya dihubungkan ke penguat arus guna menghasilkan suatu kel uaran yang bermanfaat,

transduser ini dapat mengubahintensitas cahaya menjadi arus listrik. Arus listrik yang terjadi

berbanding lurus dengan intensitas cahaya yang masuk.

b. Fotovoltaic atau sel solar

26


Fotovoltaic adalah alat sensor sinar yang mengubah

energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar

silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan

PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya

pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan

elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan

tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada

sinar matahari penuh.

Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik

adalah sebanding dengan frekuensi gelombang cahaya

(sesuai konstanta Plank E = h.f). Semakin kearah warna

cahaya biru, makin tinggi tegangan yang dihasilkan.

Tingginya intensitas listrik akan berpengaruh terhadap arus

listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat

dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang

mengenai permukaan semikonduktor.

Gambar 21. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik

Berikut karakteristik dari foto voltaik berdasarkan

hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan

tegangan yang dihasilkan.

+ -

Katoda dari Anoda dari Sinar datang

Electron keluar

dari permukaan Tabung

Hampa Tegangan keluaran

Fotovoltaik (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar Matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini. Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV.

27


Gambar 22. (a) & (b) Karakteristik Intensitas vs Arus dan Tegangan dan (c) Rangakain penguat tegangan.

Gambar 23. Cahaya pada sel fotovoltaik menghasilkan tegangan

c. Fotodioda

Salah satu transduser yang dapat dihunakan untuk mendeteksi intensitas cahaya

dan mempunyai sifat yang linier adalah fotodioda. Disebut fotodioda karena ada dua

kaki (dioda) dan arus mengalir padanya dengan mudah dalam satu arah dan sulit dalam

arah yang lain. Kedua aliran arus pada arah yang sulit dapat berubah dengan adanya

perubahan intensitas cahaya.

Short Circuit

5 10

5

10

15

- +

R0

V0

Intensity, mV / cm2 Intensity, mW / cm2

Vout , mV Iout , µA

Open Circuit

5 10

0,2

0,4

0,6

+

_

0

10-4 10-2 1

(a) (b)

(c)

28


gelap terang

Fotodioda

Fotodioda adalah jenis dioda

yang berfungsi mendeteksi

cahaya. Fotodioda merupakan

sensor cahaya semikonduktor

yang dapat mengubah besaran

cahaya menjadi besaran listrik.

Fotodioda merupakan sebuah

dioda dengan sambungan pn yang

dipengaruhi cahaya dalam

kerjanya. Cahaya yang dapat

dideteksi oleh fotodioda ini mulai

dari cahaya infra merah, cahaya

tampak, ultra ungu sampai

dengan sinar-X. Aplikasi

fotodioda mulai dari penghitung

kendaraan di jalan umum secara

otomatis, pengukur cahaya pada

kamera serta beberapa peralatan

di bidang medis.

Simbol untuk dioda, arah aliran arus yang mudah (bias maju) dan arah alran sukar

(bias mundur) diperlihatkan pada gambar 23.

Gambar 24. Sifat fotodioda

Hal yang penting untuk diperhatikan ketika Photodioda

dibias terbalik arus berbanding lurus dengan intensitas cahaya

apabila beda potensial ditahan konstan, karakteristik seperti

ini sangat penting untuk diperhatikan. Karakteristiknya dapat

ditunjukkan seperti pada gambar 24.

Gambar 25 Karakteristik Photodioda.

Arus bias terbalik sangatlah kecil dan berubah sesuai

dengan tingkat pencahayaan, dari sekitar 1 nanoamp di

tempat gelap (nA atau 10-9A) sampai sekitar 1 miliamp (mA

atau 10-3A) di tempat terang.

arus balik

intensitas cahaya

tegangan konstan

Anoda (a) Katoda (k)

mudah lewat

Sukar lewat

29


Penguat Khusus untuk Photodioda

Gambar 26. Penguat Photodioda

Tegangan keluaran Vout = I x R

I adalah arus bias mundur fotodioda

R nilai resistor umpan balik

d. LDR

LDR kepanjangan dari Light Dependen Resistor, sebuah transduser yang

resistansinya dipengaruhi oleh cahaya, di tempat yang gelap resistansinya tinggi dalam

orde mega ohm atau lebih, ditempat yang terang resistansinya menurun hingga kurang

dari 1000 Ω (k Ω). Istilah lain dari LDR adalah fotosel, symbol dan karakteristiknya

dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini:

Gambar 27. Simbol fotosel

kawat terminal

6

arus balik

R

I

k

a

D1 Vout

0 V

- V

Op-

2

3

30


Sensor gyroscope yang saya gunakan ini adalah sebuah modul yang terdiri

dari sensor Gyroscope LISY300AL dan ADC serial ADC101S021 yang

dikeluarkan oleh PARALLAX Inc. Pada modul ini pun telah dilengkapi dengan

regulator tegangan 3.3 V sebagai supply nya. Modul Sensor Gyroscope

LISY300AL dapat mendeteksi kecepatan sudut (angular rate) satu axis, yaitu

sumbu Z (yaw). Dan mampu membaca sampai ± 300°/s full scale.

Gambar 28. Grafik resistansi fotosel terjadap intensitas cahaya.

Untuk mengolah sinyal keluaran dari LDR ini dapat menggunakan pembagi

tegangan atau jembatan wheatstone.

Gambar 29. Pengolah sinyal keluaran LDR dengan pembagi tegangan

Dari gambar di atas, tegangan di basis pada resistor adalah:

Sensor mekanis

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis seperti

perpindahan atau pergeseran, posisi gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level, dan

sebagainya. Contoh sraingage, sensor kapasitif (mengubah pergeseran menjadi

perubahan kapasitansi),sensor induktif, proksimiti dan sebagainya.

resistansi

Intensitas cahaya

LDR

....(2.9)

31


a. Sensor Tekanan

Starin Gage

Prinsip kerja starain gage adalah mengubah tegangan mekanis menjadi

sinyal listrik. Besanya tegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan

pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang.

Tekanan yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok sehingga

menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya, seperti terlihat

pada gambar 29.

Gambar 30. Penggunaan Sensor Tekan pada Pengukur Regangan Kawat

Sensitifitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang

dijelaskan dengan factor gage,k, didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi

dengan perubahan satuan panjang karena setiap tekanan yang diberikan kepada bahan

akan mempengaruhi panjang bahan, luas permukaan bahan, dan perubahan tahanan.

k = faktor gage R = tahanan gage nominal ΔR = Perubahan tahanan gage

L = Panjang Normal ΔL = Perubahan Panjang

Gaya diberikan

untuikmenguku

(a)Jenis kawat (b) Jenis foil (c)Jembatan pengukuran

rangkaian Ukuran regangan

Gaya

(d) Aplikasi umum-pengukuran tekanan balok

....(2.10)

32


Gambar 31. Contoh Penggunaan Sensor Tekanan (di ambil dari http://www.chinawholesalegift.com )

b. Transduser Kapasitif

Memanfaatkan perubahan kapasitansi:

1. Akibat perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping

2. Akibat pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan

langsung

3. Akibat penambahan jarak antara kedua keping

Gambar 32. Sensor posisi kapasitif: (a) pergeseran media mendatar, (b) pergeseran berputar, (c) pergeseran jarak plat

4. Nilai kapasitansi berbanding lurus dengan area dan berbanding terbaik

dengan jarak

=

5. Cukup sensitif tetapi linieritas buruk

6. Rangkaian jembatan seperti pada sensor induktif dapat digunakan dengan

kapasitor dihubungkan paralel dengan resistansi (tinggi) untuk memberi jalur DC

untuk input op amp

....(2.11)

33


Deskripsi

Produk ini merupakan sensor yang mampu mendeteksi getaran, yang kemudian sinyal getaran ini diteruskan ke output digital. Digunakan sebagai saklar digital. Penggunaannya sangat mudah, cukup hubungkan dengan pin digital Arduino Anda melalui I/O Expansion Shield.

7. Alternatif kedua mengubah perubahan kapasitansi menjadi perubahan frekuensi

osilator.

=,

()

Gambar 33. Pemakaian sensor Humidity pada rangkaian elektronik: kapasitansi menjadi frekuensi

8. Solusi rangkaian murah dengan osilator relaksasi dual inverter CMOS

c. Transduser untuk Mendeteksi Pergeseran

Akibat Gaya

Transduser yang digunakan untuk mendeteksi

perubahan gaya. Prinsip kerja dari transduser ini

adalah dengan mengubPah induktansi dari sepasang

kumparan atau dengan mengubah induktansi

kumparan tunggal. Dengan mengubah jangkar

feromagnetik yang digeser oleh gaya yang akan

diukur, dengan mengubah fermeabilitas medium.

....(2.12)

Vcc Rv

Sensor

34


=

Gambar 34. Induktor Kumparan Dobel (William D.C, 1993)

Dari persamaan dan gambar di atas sebuah induktor dapat digunakan untuk

mendeteksi pergeseran benda gaya, benda yang digeser – geser karena perubahan gaya

akan mempengaruhi konstanta permeabilitas dari induktor tersebut, menggeser benda

sama artinya dengan mengubah sehingga harga induktansi akan berubah (untik PTE).

Kesimpulannya bahwa sensor ini dapat mendeteksi perubahan gaya yang dibaca sebagai

perubahan induktasi.

d. Transducer perpindahan menggunakan resistansi terubah

Gambar 35. Sensor Perpindahan

m)(bahan tanRe

)(m Luas A

(m) Panjang

)(Resistansi

2

sisis

R

AR

Harga resistansi berbanding lurus dengan l sehingga jika panjang resistor perubah

maka resistansinya berubah. Denganmemberi sumber dari luar maka akan didapatkan

perpindahan berbanding lurus dengan tegangan keluaran.

....(2.13)

....(2.14)

35


aldan terminsapu antara Resistansi Rw

masukkan teganganE

keluaran

.E

i

O

teganganE

ERt

Rw

O

i

C. Rangkuman 2

Syarat umum sebuah sensor adalah linieritas, sensitivitas tanggapan waktu, dan

jangkauan.

1. Untuk mendeteksi panas antara lain dapat menggunakan sensor : thermocouple, RTD,

thermistor, bimetal, IC sensor LM35.

2. Untuk mendeteksi intensitas cahaya dapat menggunakan sensor : Fotolistrik.

Fotodioda, LDR, Fotofoltaic, Cell Foto Emisive, Foto Multypier, Foto Transistor.

3. PenggunaanLM35 mempunyai linieritas yang bagus dan jangkauan pengukuran antara

-550C sampai dengan 1550C.

4. Thermocouple pada prinsipnya menggunakan perbedaan suhu antarsambungan

penghantar menyebabkan terbangkitnya tegangan DC yang kecil.

5. Strain gage mengubah tegangan mekanis menjadi perubahan tahanan listrik. Tahanan

listrik yang dihasilkan dapat diubah menjadi tegangan dengan cara menggunakan

jembatan Wheatstone.

6. Fotovoltaic atau sel solar adalah sensor cahaya mengubah energi cahaya langsung

menjadi energi listrik

7. Fotolistrik dapat mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik dalam orde mikro

ampere.

c. Tugas 2

Cari spesifikasi dan cara kerja berbagai sensor yang ada dipasaran!

Rt = Resistansi Total

....(2.15)

36


D. Tes Formatif 2

1. Jelaskan cara memilih sensor yang baik? (Untuk SMK dan PTE)

2. Jelaskan perbedaan prinsip kerja dari sensor fotovoltaic dan sensor

fotolistrik! (Untuk SMK dan PTE)

3. Jelaskan perbedaan prinsip kerja dari sensor termokopel, RTD, dan

thermistor! (Untuk SMK dan PTE)

4. Jelaskan cara kerja Strain gage secara singkat dan bagaimana cara mengolah

perubahan tahanan itu menjadi tegangan listrik, berikan gambar rangkaiannya!

(Untuk PTE)

E. Kunci Jawaban Tesformatif 2

1. Syarat umum pemilihan sensor adalah memenuhi kriteria sebagai berikut :

Linieritas, sensitivitas, tanggapan waktu, dan jangkauan. Ditambah syarat yang

spesifik yakni :

1) Besaran fisis apa yang akan diindera?

2) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk

mengindera besaran ini?

3) Berapa ketelitian yang diinginkan pada peninderaan ini?

4) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?

5) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.

6) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat

yang diperlukan?

2. Fotovoltaic mengubah intensitas cahaya menjadi tegangan listrik, fotolistrik

mengubah intensitas cahaya menjadi arus listrik.

3. Termokopel mengubah besaran panas menjadi tegangan listrik, RTD mengubah

besaran panas menjadi perubahan tahanan. Termokopel dan RTD dapat bekerja

pada jangkauan pengimderaan 150oC sampai 700oC. Thermistor mengubah

besaran panas menjadi perubahan tahanan. Thermistor mempunyai jangkauan

penginderaan antara -35oC sampai 150oC.

4. Strain gage mengubah besaran tekanan, mekanik dari suatu bahan menjadi

perubahan tahanan dimana tekanan dapat mengubah panjang dan luas permukaan

dari bahan yang dikenai tekanan tersebut yang pada akhirnya dapat mengubah

37


tahanan. Tahanan listrik yang dihasilkan dapat diubah menjadi tegangan dengan

cara menggunakan jembatan Wheatstone seperti gambar di bawah ini:

Gambar 36. Jembatan Wheatstone

F. Umpan Balik 2

Setelah anda menyelesaikan jawaban dari tes formatif dan membandingkan

dengan kunci jawaban, jika jawaban anda sudah benar maka dapat melanjutkan ke

modul berikutnya tetapi jika jawaban anda masih banyak yang salah maka dianjurkan

untuk mengulang mempelajari modul ini.

Vout

R1

R2

R3

R0

38


PENGUKURAN DAN PENYETELAN

(Pengolahan Sinyal Keluaran)

a. Tujuan Pembelajaran 3

Setelah mempelajari modul ini saudara diharapkan memiliki kemampuan :

1. Dapat melakukan pengukuran besaran masukan dan keluaran transduser.

2. Dapat mendemonstrasikan cara kerja sensor.

3. Dapat melakukan penyetelan pengolahan rangkaian yang mengandung sensor.

4. Dapat menganalisis pengolahan sinyal keluaran sensor..(Untuk PTE)

b. Uraian materi 3

Pengukuran Besaran Masukan Dan Keluaran Transduser

Untuk melakukan pengukuran besaran masukan dan keluaran dari sebuah

trasduser diperlukan antara lain:

a. Transduser

b. Rangkaian pengolah sinyal

c. Besaran – besaran input yang akan dideteksi

d. Alat ukur

Untuk melaksanakan pengukuran tersebut diperlukan petunjuk pelaksanaan

pengukuran.

Contoh:

1. Pengukuran panas dengan memanfaatkan transduser termokopel

Perlatan yang diperlukan antar lain:

a. Transduser termokopel

b. Penguat instrumentasi sebagai pengolah sinyal karena keluaran yang

dihasilkan termokopel tegangan mengambang dan dalam orde milivolt

c. Alat ukur: thermometer, volt meter.

d. Sumber panas

e. Zat yang dipanaskan

PEMBELAJARAN 3

39


Secara lengkap dan terperinci, peralatan yang diperlukan adalah sebagai berikut:

Alat dan Bahan:

1. Catu daya 12 volt kembar (+ 12 V, 0, - 12 V) ......... 1 buah

2. Pemanas air listrik................................... ................. 1 buah

3. Multimeter............................................... ................ 1 buah

4. Thermometer alkohol 110oC..................... .............. 1 buah

5. Termokopel ............................................. ................ 1 buah

6. IC LM 741 .............................................. ................ 3 buah

7. Resistor 10 k Ohm ................................. ................. 1 buah

8. Resistor 1 k Ohm .................................... ................ 4 buah

9. Resistor variabel 1 k Ohm ....................... ............... 1 buah

10. Potensiometer 20 k Ohm ............. .......... ................ 1 buah

11. Kabel penghubung .................................. ................ secukupnya

12. Es dengan tempatnya............................... ................ secukupnya

Kesehatan dan Keselamatan Kerja:

1. Pastikan tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.

2. Dalam menyusun rangkaian, perhatikan letak kaki-kaki IC.

3. Sebelumcatu daya dihidupkan, hubungi guru untuk mengecek kebenaran

pemasangan rangkaian.

4. Dalam menggunakan meter kumparan putar (volt meter, amper meter dan

ohm meter), mulailah dari batas ukur yang besar. Bila simpangan terlalu kecil dan

masih di bawah batas ukur yang lebih rendah, turunkan batas ukur.

40


Rangkaian Pengukuran:

Gambar 37. Rangkaian Pengukuran Panas menggunakakn Termokopel Langkah Kerja

1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 37.

2. Letakkan termokopel pada es yang mencair. Ukurlah suhu es dengan

termometer! Bila suhu air es tepat 0o C, amatilah dan catatlah tegangan

keluaran V0!

3. Naikkan suhu air es dengan pemanas air listrik! Amatilah V0

4. untuk setiap kenaikan 10o C dan catatlah!

5. Ulangi langkah 4 sampai air mendidih (suhunya 100o C)!

6. Buatlah grafik hubungan antara suhu air dengan tegangan V0!

7. Apakah grafiknya merupakan fungsi linier?

Untuk PTE analisa dari tangkaian penguat dari instrumentasi di atas adalah

sebagai berikut:

Penguat instrumentasi

Penguat instrumentasi adalah suatu penguat loop tertutup (closed loop) dengan

masukan difrensial, dan penguatannya dapat diatur tanpa mempengaruhi nisbah

penolakan modus bersama (Common Mode Rejection Ratio –CMRR). Fungsi utama

penguat instrumentasi adalah untuk memperkuat tegangan yang tepat berasal dari suatu

sensor atau transducer secara akurat. Rangkaian ekuivalen penguat instrumentasi

adalah seperti gambar

41


Gambar 38. Rangkaian ekuivalen suatu penguat instrumentasi

Besaran RicM adalah hambatan atau impedansi atau impedansi masukan

diferensial . eoo adalah tegangan keluaran tanpa beban (terbuka) dan Ro adalah

hambatan atau impedansi keluaran. Karena penguat instrumentasi adalah penguat loop

terbuka. Maka tak perlu dipasang rangkaian umpan balik untuk menggunakannya

seperti halnya penguat operasioanal (op-amp). Penguat instrumentasi yang bermutu

tinggi dibuat dalam bentuk hybrid yaitu campuran IC dan komponen diskrit. Satu

contoh penguat instrumentasi adalah penguat Burr-Brown 3620. spesifikasi penguat ini

adalah sebagai berikut ;

Drift rendah : cv/ 25

Bising rendah : 1 Vpp

CMRR tinggi 100 dB

Impedansi masukan tinggi : 300 M (difrensial) dan 1 G CM(common mode)

Kisaran penguatan : 1 hingga 10.000 .

Penguat instrumentasi dapat dibuat dengan menggunakan op-amp. Mutu penguat

ini bergantung pada mutu op-amp yang digunakan yang menyangkut offset masukan.,

impedansi masukan, drift pada tegangan keluaran, CMRR, PSRR dan sebagainya.

Disamping itu CMRR dan ketepatan penguatan op-amp amat bergantung kepada

presisi dari komponen pasif yang digunakan. marilah kita bahas dua rangkaian penguat

instrumentasi menggunakan op-amp.

Rangkaian yang lazim digunakan orang untuk membuat panguat instrumentasi

dengan op-amp adalah seperti pada gambar 30.

42


Arduino Sensor Shield V4.0

We can build electronics projects

just as easy as piling bricks. Arduino

and community have made the

programming much easier than ever

before. How about some elixir on

hardware part? Maybe it is not yet

convenient to make complex

interfaces, but we can at least start

from the most commonly used

modules.

By using electronic bricks, you may

connect Arduino compatible boards

easily with various digital, analog

and I2C/Uart interfaces. These the

breadboard-less firm connection are

prepared to extensive modules like

poteniometers, sensors, relays,

servos...even buttons, just plug and

play.

Each terminal module has buckled

port with VCC, GND and Output,

which has corresponding port on

the sensing board, with a plain

2.54mm dual-female cable you may

start playing already. Buckled brick

cables are like cement for bricks,

make the connections easier, secure

and more professional looking.

Gambar 39. Suatu penguat instrumentasi

Kita dapat bagi rangkaian diatas menjadi dua bagian

yaitu bagian terdiri dari OA1 dan OA2 dan bagian II terdiri

dari OA3 marialh kita bahas bagian II lebih dahulu bagian

kita lukiskan lagi pada gambar 8.3

Gambar 40. Rangkaian penguat diferensial menggunakan op-amp

Oleh karena hambatan masukan difrensial dari op-

amp amat tinggi maka dapat dianggap I3=I4 =0 sehingga :

Ia =I a’ dan Ib =Ib’

43


Dengan menggunakan hukum Kirchoff kita peroleh :

− = ( + )

− 0 = ( + )

Selanjutnya kita gunakan suatu sifat op-amp yang lain yaitu bahwa masukan

inverting dan non inverting ada dalam keadaan hubung singkat virtual oleh sebab ini:

= − +

dari ketiga persamaan ini kita peroleh ;

= − + =

− ( − )

= 1 +

−

Agar tegangan Vo sebanding dengan selisih tegangan isyarat masukan maka hasrus

dibuat agar :

=

atau

=

sebaiknya digunakan R5 =R2 dan R7 = R6 maka :

= 1 +

+

−

= −

( − )

jadi

, =

− = −

Penguatan common mode dapat kita peroleh bila kita gunakan

= =

seperti gambar 40.

Gambar 41. Penguat difrensial dengan menggunakan common mode.

....(3.1)

....(3.2)

....(3.3)

....(3.4)

....(3.5)

....(3.6)

....(3.7)

44


Persamaan menjadi

= 1 +

−

…………(3.8)

seperti telah digunakan diatas jika digunakan R7=R6 dan R5=R2 kita peroleh penguat

difrensial akan tetapi dalam prakteknya tidak mungkin membuat dua hambatan tepat

sama. Resistor yang dijual ditoko mempunyai toelransi minimum 1 %.

Misalkan

−

= ∆≪ 1

= 1 + ∆

Maka

, =

= 1 −

∆

dari persamaan diatas kita peroleh Common Mode Rejection Ratio.

=,

,=

∆

=

∆

Tampak bila ∆= 1% = 0.01dan = maka CMRR =60=30 dB

Jadi agar diperoleh CMRR yang tinggi diperlukan komponen dengan presisi yang

tinggi pula . Marilah kita kembali kepada gambar 30. dan kita lukiskan bagian I

Gambar 42. Bagian I rangkaian pada gambar 30.

....(3.9)

....(3.10)

45


Humidity Temperature Sensor DHT11 This DHT11 Temperature & Humidity

Sensor features a temperature &

humidity sensor complex with a

calibrated digital signal output. By

using the exclusive digital-signal-

acquisition technique and

temperature & humidity sensing

technology, it ensures high

reliability and excellent long-term

stability. This sensor includes a

resistive-type humidity

measurement component and an

NTC temperature measurement

component, and connects to a

high-performance 8-bit

microcontroller, offering excellent

quality, fast response, anti-

interference ability and cost-

effectiveness

Oleh karena masukan inverting dan non

inverting pada op-amp ada pada keadaan hubung

singkat virtual, maka tegangan pada titik A = ea dan

pada titik B = eb. disamping itu karena hambatan

masukan difrensial pada op-amp mempunyai harga

sangat besar maka arus I 1= I2 = 0 akibatnya:

= − = ( + + )

akan tetapi − = − =

sehingga =

sehingga = 1 +

( − ) Persamaan 3.11

menyatakan bahwa bila ea= eb= eCM maka VPQ=0

sehingga Av,CM=0, yang berarti bahwa pada

rangkaian Gambar 30 penurunan CMRR disebabkan

oleh bagian II saja. Ini berarti bahwa dipandang dari

segi CMRR hanya R2,R6, R5 dan R7 yang harus

mempunyai nilai yang presisi.

Penguatan dari seluruh rangkaian gambar 30

dapat diperoleh dengan menggabungkan persamaan

3.8 dan 3.11 yaitu :

, = 1 +

Pengukuran tranduser pergeseran

Mengukur putaran yang akan diubah menjadi besaran tegangan listrik.

Alat dan Bahan

1. Busur derajat.......................................... ...................... 1 buah

2. Voltmeter ............................................... ...................... 1 buah

3. Catu daya arus searah 5 volt ................... ..................... 1 buah

4. Kabel penghubung ................................. ..................... secukupnya

5. Potensiometer linier................................. ..................... 1 buah

6. Potensiometer logaritmik ......................... .................... 1 buah

....(3.12)

46


Kesehatan dan Keselamatan Kerja

1. Pastikanlah tegangan keluaran catu daya sesuai yang

dibutuhkan

2. Sebelum catu daya dihidupkan, hubungilah instruktur untuk mengecek

kebenaran pemasangan rangkaian.

3. Dalam menggunakan meter kumparan putar, mulailah dari batas ukur

yang besar. Bila simpangan terlalu kecil dan masih di bawah batas ukur

yang lebih rendah, turunkan batas ukur.

Langkah Kerja

1. Susunlah rangkaian seperti Gambar 15. berikut ini. 2.

5 V 10 k, Linier

V

Gambar 43. Rangkaian Potensiometer

3. Putarlah potensiometer ke kiri penuh, catatlah penunjukan voltmeter!

4. Putarlah ke kanan potensiometer 20o, catatlah penunjukan voltmeter!

5. Ulangilah langkah nomor 3 untuk setiap kenaikan 20o sampai maksimal!

Sudut maksimal = …… o Tegangan maksimal = …… V

Kepekaan potensiometer = …… V/ o

6. Dari sudut maksimal, putarlah potensiometer ke kiri pada sudut satu

langkah sebelum maksimal kanan dan catatlah nilai voltmeter.

7. Ulangilah nomor 5 untuk setiap penurunan 20o sampai kembali ke

0o.

8. Catatlah hasil pengukuran pada Tabel 1. berikut ini.

47


Photoelectric Sensor with Grooved Design - Eliminates Optical Axis Adjustment Groove-type Sensor with groove width of 25 mm. Models are available with one or two light axes. Models are available with M8 pre-wired connector or e-CON pre-wired

connectors.

Tabel 1. Pengukuran Tegangan Potensiometer No Sudut Vo No Sudut Vo

1 0 18 maksimum 2 20 19 300

3 40 20 280 4 60 21 260 5 80 22 240

6 100 23 220 7 120 24 200

8 140 25 180 9 160 26 160

10 180 27 140 11 200 28 120 12 220 29 100

13 240 30 80 14 260 31 60

15 280 32 40 16 300 33 20

17 maksimum 34 0

9. Buatlah kurva hubungan masukan-keluaran dari tabel diatas!

10. Ulangilah percobaan diatas untuk potensiometer logaritmik!

11. Bandingkan hasil pengukuran untuk potensiometer linier dan potensio-meter

logaritmik! Manakah yang linier?

48


c. Rangkuman 3

Melakukan penyetelan, pengukuran dan penggunaan transduser diperlukan:

1) Peralatan dan bahan

2) K3

3) Petunjuk pelaksanaan

4) Pencatatan hasil

5) Analisa

1. Transduser yang menghasilkan tegangan / arus listrik yang sangat kecil

memerlukan penguat instrumentasi.

2. Transduser yang keluarannya berbentuk perubahan listrik yang kecil daspat diolah

dengan bantuan jembatar Wheatstone untuk mendapat keluaran berbentuk

rangkaian listrik.

d. Tugas 3

Rancang salahsatu rangkaian menggunakan transduser yang belum dijelaskan pada

modul ini!

e. Latihan

1. Mengapa thermocouple perlu dipasang lagi penguat? (Untuk SMK dan PTE)

2. Dari hasil grafik yang dibuat, bagaimana bentuk perbandingan antara tegangan

output dengan suhu pada thermocouple? (Untuk SMK dan PTE)

3. Jelaskan sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi pergeseran puteran

kemudian jelaskan prinsip kerjanya sehingga mengeluarkan perubahan tegangan

listrik! (Untuk SMK dan PTE)

4. Sebutkan ciri – ciri penguat instrumentasi, rencanakan sebuah penguat

instrumentasi menggunakan 3 buah op – amp dan berpenguat diferensial 100 kali.

(Untuk PTE)

f. Umpan Balik 3

Modul pada materi 3 adalah bersifat psikomotor yang berkaitan dengan praktek.

Jika anda sudash dapat melakukan pengukuran dan penyetelan sensor / transduser

dengan baik maka dapat ditafsirkan kompetensi anda dalam modul ini sudah terlampaui,

jika belum dapat melaksanakan pengukuran dan penyetelan sensor / transduser dengan

baik anda harus membaca ulang modul dan meminta petunjuk pada instruktur atau guru.

49


A. PERTANYAAN

1 . Sebutkan persyaratan umum dalam pemilihan transduser!

2 . Apa yang dimaksud dengan transduser bersifat linier? (Untuk SMK dan PTE)

3 . Pilihlah suatu transduser yang mempunyai sifat linier dan sanggup untuk

mengindera panas dari -550C sampai +1500C! Berikan Alasannya! (Untuk SMK

dan PTE)

4 . Rancanglah suatu detektor suhu sederhana dengan menggunakan

fotokonduktif, sebuah transistor sebagai saklar, relay kecil dan suatu lampu

indikator! (Untuk SMK dan PTE)

5 . Jelaskan secara singkat cara untuk mendapatkan sinyal keluaran akibat keluaran

transduser yang bersifat resistif dengan harga perubahan yang sangat kecil!

Berikan rangkaian pengolalhsinyalnya! (Untuk PTE)

B. KUNCI JAWABAN LEMBAR EVALUASI

1. Syarat umum pemilihan sensor adalah memenuhi kriteria sebagai berikut :

Linieritas, sensitivitas, tanggapan waktu, dan jangkauan. Ditambah syarat yang

spesifik yakni :

1) Besaran fisis apa yang akan diindera?

2) Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk mengindera

besaran ini?

3) Berapa ketelitian yang diinginkan pada peninderaan ini?

4) Bagiamana kondisi lingkungan : efek temperatur, goncangan, dan getaran?

5) Apakah memenuhi nilai ekonomis?.

6) Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang

diperlukan?

2. Linieritas pada transduser adalah jika hibungan besaran masukkan dan besaran

keluaran dari sebuah sensor digambarkan dalam bentuk grafik akan membentuk

garis lurus (linier).

3. Transduser yang cocok untuk mengindera panas dari -550C sampai +1500C dan

mempunyai sifat linier dengan perbandingan 100C/1mV adalah IC LM35.

LEMBAR EVALUASI

50


4. Perhatikan gambar di bawah ini

a) Tentukan tipe relay yang tepat untuk beban lampu.

b) Untuk tegangan catu dipilih 9 volt, dan spesifikasi relay di atas

diketahui, dipilih tipe transistor Q1 yang sesuai (disipasi daya sesuai, hFE

cukup besar misalkan 100)

c) Tentukan titik ambang yang dikehendaki, kemudian atur R untuk

mendapatkan tegangan pulsa pemicu yang sesuai

Rangkaiannya seperti gambar dibawah ini :

5. Transduser dipasang pada jembatan Wheatstone

Perubahan R pada transduser dapat menghasilkan perubahan tegangan keluraran yakni

sebagai berikut:

=

+ −

+

LDR

51


C. KRITERIA KELULUSAN

Teori

No Tipe Pertanyaan Jumlah Soal Skor SMK PTE

1 Uraian 3 4 100

Praktek

No Uraian Bobot

1 Ketepatan alat/bahan 1 2 3 4

2 Kebenaran hasil praktek 1 2 3 4

3 Keselamatan kerja 1 2 3 4

4 Prosedur kerja 1 2 3 4

5 Interpretasi hasil 1 2 3 4

6 Waktu 1 2 3 4

Jumlah

=

Nilai Akhir = 0,3 Nilai Teori + 0.7 Nilai Praktik Jika skor nilai akhir telah mencapai

70 maka peserta diklat dinyatakan lulus

52


Peserta yang telah mencapai syarat kelulusan minimal dapat melanjutkan

mempelajari kompetensi lanjutannya. Sebaliknya, apabila dinyatakan tidak lulus,

maka peserta harus mengulang modul ini dan tidak diperkenankan untuk

mempelajari kompetensi lanjutannya.

Jika telah lulus menempuh modul, maka saudara berhak memperoleh sertifikat

kompetensi.

PENUTUP

53


Bolton, Mechatronics, Longman Scientific and Technical.

CS Rangaan et. al. , 1990, Instrumentation: Devices and Systems, Tata

McGraw-Hill Publishing Company Ltd., New Delhi

Kustija Jaja. 2008. Sistem Instrumentasi Elektronika, Modul Kuliah Universitas

Mercubuana.

Robert Boylestad and Louis Nashelsky, 1994, Electronic Devices And Circuit

Theory, Fifth Ed., Eighth Printing, Prentice-Hall of India Private Ltd, New

Delhi

Wasito S., 1986, Vademekum Elektronika, cet. ketiga, PT Gramedia, Jakarta

Willian D. De Cover, 1988, Electronic Measurement Systems, Prentice Hall

International (UK) Ltd.

DAFTAR PUSTAKA

modul sensor dan tranduser - · pdf filepenjelasan prinsip kerjanya dan contoh-contoh bentuk...

Documents