BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Suatu sistem kontrol adalah suatu sistem yang dirancang untuk dapat bertindak sebagai

penghubung yang menjamin terjadinya suatu kelakuan sesuai dengan yang diinginkan dari suatu

proses yang dikontrol. Kontrol berarti mengukur nilai dari variabel sistem atau proses yang

dikontrol dan menerapkan variabel yang dimanipulasi ke sistem untuk mengoreksi atau

membatasi penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang dikehendaki.

Untuk merancang suatu sistem kontrol dalam industri. Salah satu hal yang penting untuk

dipelajari diantaranya adalah jenis-jenis sensor yang ada..Memahami jenis-jenis sensor adalah

syarat utama jika kita ingin mendesain pengontrol dari sebuah sistem.

1.2 Tujuan Penulisan

a. Mahasiswa diharapkan dapat memahami jenis-jenis sensor

b. Mahasiswa dapat mengetahui contoh sensor yang ada di pasaran.

1

BAB II

PEMBAHASAN JENIS-JENIS SENSOR

2.1. Pembahasan Sensor

Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan lingkungan

fisik atau kimia. Selanjutnya perubahan fisik yang dideteksi diubah menjadi besaran lain atau

diubah menjadi perubahan sinyal atau besaran diantaranya perubahan arus, tegangan ataupun

resistansi. Sensor dikelompokkan menjadi beberapa jenis diantaranya sensor posisi, sensor suhu,

sensor cahaya, sensor aliran, sensor tekanan, sensor jarak,dan sensor kelembaban. Berikut

merupakan pembahasan lebih lanjut dari jenis-jenis sensor.

1. Sensor suhu

Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple (T/C),

resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor.Thermocouple pada intinya

terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama,

dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi

yang berfungsi sebagai pembanding.Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip

dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan

variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian

tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan,

stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang

biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun

atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu

mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Sedangkan IC Sensor adalah sensor suhu dengan

rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai

konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.

a. Thermocoule

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.

2

Gambar 2.1 Thermocouple

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 :

Tipe E (kromel-konstantan)

Tipe J (besi-konstantan)

Tipe K (kromel-alumel)

Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)

Tipe T (tembaga-konstantan)

3

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

b. Thermistor

Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding

terbalik dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.

Gambar 2.2 Rangkaian Thermistor

4

Gambar 2.3 Jenis-jenis thermistor

c. Resistance Temperature Detectors

Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang sebanding

dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya semakin besar. RTD terbuat dari

sebuah kumparan kawat platinum pada papan pembentuk dari bahan isolator. RTD dapat

digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C

diatas 10000C.

Gambar 2.4 Sensor RTD

d. IC Temperature Sensor

Misalnya IC jenis ini adalah LM35. Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi tegangan

tertentu yang sesuai dengan perubahan suhu. Tegangan keluaran rangkaian bertambah 10

mV/0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (-Vs) pada rangkaian, sesor ini mampu

5

bekerja pada rentang suhu -550C – 1500C. Tegangan keluaran dapat diatur 0 V pada suhu 00C

dan ketelitian sensor ini adalah ± 10C.

Gambar 2.5 IC LM35

2. Sensor Cahaya

Gambar 2.6 Sensor cahaya

Sensor cahaya terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang

mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan

menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan

Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-

selnya, semakin tinggi intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai

6

tahanannya. Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan

karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun target

pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima.

Berikut merupakan jenis-jenis dari sensor cahaya :

a. Fotovoltaic (Solar Cell/Fotocell)

Berfungsi untuk mengubah sinar matahari menjadi arus listrik DC. Tegangan yang

dihasilkan sebanding dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaan solar cell. Semakin

kuat sinar matahari tegangan dan arus listrik Dc yang dihasilkan semakin besar.Bahan pembuat

solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide danselenium.

Prinsip kerja: Bila cahaya jatuh pada solar cell, depletion layer akan berkurang dan

elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus yang mengalir sebanding dengan

perpindahan elektron yang ditentukan intensitas cahayanya.

b. Fotoconductiv

Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi perubahan konduktivitas.

Kebanyakan komponen ini erbuat dari bahan cadmium selenoide atau cadmium sulfide.

Tipe-tipe Fotoconductiv:

LDR (Light Dependent Resistor)

Berfungsi untuk mengubah itensitas cahaya menjadi hambatan listrik. Semakin banyak

cahaya yang mengenai permukaan LDR hambatan listrik semakin besar.

Fotodiode

Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas dioda. Fotodiode

sejenis dengan dioda pada umummya, perbedaannya pada fotodiode ini adalah dipasangnya

sebuah lensa pemfokus sinar untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”.

Prinsip kerja : Energi pancaran cahaya yang jatuh pada pertemuan “pn” menyebabkan

sebuah elektron berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi. Elektron berpindah ke luar dari

valensi band meninggalkan hole sehingga membangkitkan pasangan elektron bebas dan hole.

Fototransistor

Berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas transistor. Fototransistor

sejenis dengan transistor pada umummya. Bedaannya, pada fototransistor dipasang sebuah lensa

pemfokus sinar pada kaki basis untuk memfokuskan sinar jatuh pada pertemuan ”pn”.

7

c. Fotolistrik

Sensor PIR (Passive Infra Red) adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya

pancaran sinar infra merah. Sensor PIR bersifat pasif, artinya sensor ini tidak memancarkan sinar

infra merah tetapi hanya menerima radiasi sinar infra merah dari luar.

Gambar 2.7 sensor PIR

Sensor ini biasanya digunakan dalam perancangan detektor gerakan berbasis PIR. Karena

semua benda memancarkan energi radiasi, sebuah gerakan akan terdeteksi ketika sumber infra

merah dengan suhu tertentu (misal: manusia) melewati sumber infra merah yang lain dengan

suhu yang berbeda (misal: dinding), maka sensor akan membandingkan pancaran infra merah

yang diterima setiap satuan waktu, sehingga jika ada pergerakan maka akan terjadi perubahan

pembacaan pada sensor.

Sensor PIR terdiri dari beberapa bagian yaitu :

Lensa Fresnel

Penyaring Infra Merah

Sensor Pyroelektrik

Penguat Amplifier

Komparator

8

Gambar 2.8 bagian penyusun sensor PIR

Cara kerja pembacaan sensor PIR

Pancaran infra merah masuk melalui lensa Fresnel dan mengenai sensor pyroelektrik,

karena sinar infra merah mengandung energi panas maka sensor pyroelektrik akan menghasilkan

arus listrik. Sensor pyroelektrik terbuat dari bahan galium nitrida (GaN), cesium nitrat (CsNo3)

dan litium tantalate (LiTaO3). Arus listrik inilah yang akan menimbulkan tegangan dan dibaca

secara analog oleh sensor. Kemudian sinyal ini akan dikuatkan oleh penguat dan dibandingkan

oleh komparator dengan tegangan referensi tertentu (keluaran berupa sinyal 1-bit). Jadi sensor

PIR hanya akan mengeluarkan logika 0 dan 1, 0 saat sensor tidak mendeteksi adanya pancaran

infra merah dan 1 saat sensor mendeteksi infra merah. Sensor PIR didesain dan dirancang hanya

mendeteksi pancaran infra merah dengan panjang gelombang 8-14 mikrometer. Diluar panjang

gelombang tersebut sensor tidak akan mendeteksinya. Untuk manusia sendiri memiliki suhu

badan yang dapat menghasilkan pancaran infra merah dengan panjang gelombang antara 9-10

mikrometer (nilai standar 9,4 mikrometer), panjang gelombang tersebut dapat terdeteksi oleh

sensor PIR. (Secara umum sensor PIR memang dirancang untuk mendeteksi manusia).

Sensor PIR memiliki jangkauan jarak yang bervariasi, tergantung karakteristik sensor.

Proses penginderaan sensor PIR dapat digambarkan sebagai berikut:

9

Gambar 2.9 Jangkauan sensor PIR

3. Sensor aliran

Gambar 2.10 Orifice Plate

Orifice Plate adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur laju kecepatan aliran

fluida di dalam saluran yang tertutup (pipa) berdasarkan prinsip beda tekanan, yaitu prinsip

Bernoulli yang menyatakan bahwa ada hubungan antara tekanan fluida dan kecepatan fluida.

Ketika meningkatkan kecepatan, tekanan berkurang dan sebaliknya.

10

Prinsip Kerja Orifice

Gambar 2.11 Prinsip kerja Orifice Plate

Orifice Plate merupakan suatu pelat tipis dengan lubang ditengahnya. Biasanya dipasang

di pipa dimana ada aliran fluidanya. Ketika fluida mencapai pelat Orifice, fluida akan dipaksa

untuk masuk melalui lubang kecil di pelat orificenya. Dengan begitu, kecepatan dan tekanan dan

aliran berubah. Dapat digunakan pada fluida yang bersih dan gas. Tidak biasa digunakan pada

fluida yang mengandung kotoran/solid.

Vena contracta, adalah suatu titik pada aliran fluida, dimana diameter alirannya adalah

yang paling terkecil, tekanannya minimum dan kecepatannya maksimum. Setelah melewati vena

contracta itu, diameter fluida melebar, kecepatan dan tekananya pun berubah kembali. Dengan

menghitung perbedaan tekanan pada saat di keadaan biasa dan pada saat vena contracta, maka

besarnya laju kecepatan aliran fluida dapat kita cari dengan persamaan Bernoulli.

Berikut adalah pemasangan Orifice Plate

Gambar 2.12 Pemasangan Orifice Plate

11

Jenis-Jenis Orifice Plate :

a. Concentratic Orifice Plate

Merupakan jenis orifice plate yang umum digunakan. Letak lubang penghalang

konsentris dengan penampang pipa. Digunakan untuk mengukur volume gas, liquid dan

steam dalam jumlah yang besar.

Gambar 2.13 Concentric Orifice Plate

b. Eccentric Orifce Plate

Titik pusat lubang penghalang tidak satu garis pusat dengan pusat penampang pipa.

Pemasangan lubang yang tidak konsentris ini dimaksud untuk mengurangi masalah jika

fluida yang diukur membawa berbagai benda padat (solid)

Gambar 2.13 Eccentric Orifice Plate

c. Segmental Orifice Plate

Segmental orifice plates digunakan terutama pada service yang sama dengan

eccentric orifices, sehingga kelebihan dan kekurangan adalah kurang lebih sama.

12

Gambar 2.14 Segmental Orifice Plate

Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Orifice Plate

Keuntungan dari penggunaan orifice plate adalah sebagai berikut:

1. Konstruksi sederhana

2. Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan.

3. Harga pembuatan alat cukup murah

4. Output cukup besar

5. Mudah dalam pemasangan

6. Mudah dalam penggantian

Sedangkan kerugian dari penggunaan orifice plate adalah sebagai berikut:

1. Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul

pada bagian pelat disisi inlet.

2. Jangkauan pengukuran sangat rendah

3. Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi

besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer.

4. Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah

Orifice Plate biasanya dipasang pada pipa yang butuh diukur aliranairnya secara berkala.

Biasa juga dipasang di beberapa sungai kecil untuk mengukur laju aliran air pada lokasi dimana

sungai tersebut masuk kesaluran air. Akan tetapi hanya sungai tertentu saja, karena aliran air

yang melewati orifice plate harus tetap penuh dan tidak ada kotoran yang masuk

Orifice plate juga digunakan untuk mengukur aliran air pada perusahaan air minum.

Orifice plate tidak bisa digunakan untuk air yang kotor sehingga air yang stelir seperti air minum

bisa diukur alirannya menggunakan orifive palte.

Berikut adalah beberapa vendor dari orifice plate, yaitu sebagai berikut :(datasheet terlampir.)

13

1. Rosemount

2. Wika

3. Samson

4. Fuji Electric

Rumus yang digunakan dalam perhitungan laju aliran pada orifice plate adalah sebagai

berikut:

Q=C A2 √ 2(P1−P2)

ρ(1−β4)

Dimana

Q = lajualiran volumetric, m³/s

C = koefisienaliran orifice

A2 = luasdarilubang orifice, m²

P1 = tekanan pada pipasebelummasuk orifice, N/m2

P2 = tekananpadapipasetelahmasuk orifice, N/m2

ρ = beratjenis, kg/m³

β = perbandingan diameter lubang orifice dengan pipa

4. Sensor tekanan

Gambar 2.15 Sensor Tekanan

Sensor tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana

mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan

tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.

14

5. Sensor Jarak

Salah satu sensor jenis ini yaitu sensor ultrasonic. Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan

prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang

kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya.

Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang

suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya.

Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil.

Gambar 2.16 Sensor Ultrasonik

6. Sensor Kelembaban

Jenis – jenis sensor kelembaban (humidity sensor) :

a. Capacitive Sensors

b. Electrical Conductivity Sensors

c. Thermal Conductivity Sensors

Berikut merupakan penjelasan lebih lanjut mengenai jenis-jenis sensor kelembaban :

a. Capasitive Sensors (sensor kapasitif)

Sebuah kapasitor air-filled/terisi-udara dibuat sebagai suatu sensor kelembaban relative karena uap dalam atmosfer merubah permivitas elektrik udara menurut persamaam di bawah ini: 

Dimana :

T  =  ketentuan suhu (dalam K)                  

P  =  adalah tekanan udara basah (dalam mHg)                 

15

Ps =  adalah tekanan saturasi uap air ditemperatur T  (dalam mHg)                 

H =  adalah kelembaban relative (dalam %)

Rumus tersebut menunjukan konstanta dielektrik dari udara basah, dan untuk itu kapasitansi adalah sebanding dengan kelembaban relative.

Jarak atau ruang antara plat kapasitor dapat diisi dengan suatu isolator yang tepat yang memiliki konstanta dielektrik yang berubah secara signifikan suatu waktu tergantung kelembaban. Sensor kapasitif dapat dibentuk dari film polimer hygroscopic dengan lapisan metal elektroda pada bagian yang berlawanan. Kapasitansi suatu sensor kira-kira proporsional/sebanding dengan kelembaban relative H 

Dimana Co adalah kapasitansinya pada H = 0

Gambar 2.17 Capacitive Moisture sensing system

Pada gambar 2.17 menunjukkan sebuah block diagram system pengukuran kapasitif, dimana konstanta dielektrik dari contoh/sample material tersebut merubah frekuensi osilator. Metode tersebut memiliki beberapa keterbatasan ; sebagai contohnya,keakuratannya kurang ketika pengukuran kelembaban dibawah 0,5%, material yang dijadikan contoh tersebut harus bersih dari parikel asing yang memiliki konstanta dielektrik relative yang tinggi (contohnya: benda metal dan plastic), dan suatu penentuan contoh pengukuran harus dipertahankan.

Gambar 2.18 Capacitive thin-film humidity sensor

16

Sebuah sensor kelembaban film tipis dapat terbuat padasebuah substrat silicon. Sebuah lapisan dari SiO2 3000 Å thick ditempatkan pada suatu substrat n-Si (gbr. 13.4 B) Dua metal elektroda ditempatkan pada lapisan SiO2 tersebut Metal-metal tersebut terbuat dari aluminium, chromium, atau phosphor yang didoping polysilikon (LPCVD)2. Kerapatan elektroda berkisar 2000-5000 Å. Elektroda tersebut terbentuk dalam pola integritas yang ditunjukkan pada gbr.2.18.

Sensor yang paling baik dilapisi dengan sebuah lapisan dielektrik. Untuk lapisan ini, beberapa material dapat digunakan seperti vapor deposited SiO2 atau phosphorosilicate glass (CVDPSG).Kerapatan dari lapisan berkisar antara 30-4000 Å.

b. Electrical Conductivity Sensors (Sensor Konduktivitas Elektrik)

Resistansi dari banyak konduktor nonmetal secara umum tergantung pada kandungan air konduktor tersebut, yang merupakan suatu dasar dari sensor kelembaban resistif atau hygrostator

Gambar 2.19 Composition of a conductive humidity sensor

Sensor tersebut berisi suatu material yang secara relative resistivitasnya rendah yang berubah secara signifikan dibawah perubahan kondisi kelembaban.Contoh lainnya dari sensor kelembaban konduktivitas adalah disebut dengan “Pope element”, yang terdiri dari polystyrene yang dilakukan/diperlakukan dengan asam sulfur untuk memperoleh karakteristik surface-resistivitas yang diinginkan. Material lainnya yang menjanjikan untuk pembuatansuatu film dalam sensor konduktivitas adalah solidpolyelectrolytes karena konduktivita elektrik dari bahan itu bervariasi/berubah terhadap kelembaban.

Sensor kelembaban solid-state dapat dibuat dengan substrat silicon. Silikon tersebut harus berkonduktansi tinggi, yang menyediakan garis edar elektrik dari elektroda aluminium hampa udara/vacuum yang ditempatkan pada permukaan sensor. Suatu lapisan oksida yang dibentuk pada bagian atas lapisan aluminium konduktiv, dan pada bagian atas itu, alektroda lainnya dibentuk. Lapisan aluminium tersebut dianodized dalam suatu cara untuk membentuk permukaan oksida berpori.

17

Elektroda bagian paling atas/diatasnya terbuat dari suatu bentuk emas berpori yang dapat ditembus gas, dan diwaktu yang sama dapat menyediakan kontak elektric.

Oksida aluminium (Al2O3), seperti banyak material-material lainnya, yang dengan siap mengabsorbsi air ketika terkontak/terhubung dengan campuran gas yang mengandung air dalam keadaan beruap air.

c. Thermal Conductivity Sensors (Sensor Konduktivitas Thermal)

Penggunaan konduktivitas thermal dari gas untuk mengukur kelembapan dapat di ukur oleh sebuah sensor thermistor / dasar (gambar 2.20).Dua thermistor kecil (Rt1 dan Rt2) didukung dengan kawat-kawat tipis untuk memperkecil rugi konduktivitas thermal. Thermistor pada sebelah kiri dibuka agar gas yang berada di luar masuk melalui lubang, dan thermistor sebelah kanan tertutup dengan rapat dalam udara kering. Thermistor tersebut memperkuat / menghasilkan self- heating pada penerimaan arus rangkaian.

Gambar 2.20 Absolute humiditysensor with self-heating thermistor

Awalnya, jembatan diseimbangi dalam udara kering untuk menentukan suatu nilai referensi nol. Keluaran dari sensor ini bertambah secara berangsur-angsur seperti kenaikan kelembapan absolute dari nol.

7. Sensor posisi

Sensor posisi merupakan suatu sensor yang dapat mendeteksi orientasi posisi dari suatu objek. Berikut merupakan beberapa jenis sensor posisi.

a. LiDAR Sensor ( Light Detection and Ranging )

LiDAR Sensor adalah sebuah sensor yang berfungsi sebagai pemancar sinar laser ke

object dan merekam kembali gelombang pantulannya setelah mengenai objek target. Sinar laser

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) merupakan suatu mekanisme

pemancaran radiasi elektromagnetik dalam bentuk cahaya tunggal dan koheren pada spectrum

18

dan frekuensi tertentu. Sehingga pancarannya memiliki sudut pancaran yang kecil dan memiliki

intensitas yang tinggi untuk dapat mencapai jarak yang jauh dan terarah dengan tepat pada suatu

perangkat.

Jenis dari gelombang yang dipancarkan oleh sensor laser ialah gelombang hijau dan

gelombang Near infrared (NIR) atau infrared. Gelombang infrared memiliki panjang gelombang

± 1500 nm yang berfungsi untuk mengukur suatu daratan topografi di permukaan bumi bukan

untuk perairan. Karena air akan menyerap gelombang NIR sehingga pantulan yang diterima

sensor akan sedikit bahkan tidak ada sama sekali. Sedangkan, gelombang hijau memiliki panjang

gelombang 500-550 nm berperan sebagai gelombang penetrasi jika suatu sinar laser mengenai

daerah perairan. Biasanya gelombang hijau digunakan untuk Hydrography LiDAR yaitu untuk

pengukuran batimetri atau kedalaman laut yang relative dangkal.

Sensor laser memiliki beberapa karakteristik yang dapat dibedakan dari kekuatan sinar

laser yang dipancarkan, cakupan dari pancaran sinar gelombang laser dan jumlah sinar laser yang

dihasilkan per detik. Selain itu salah satu karakteristik sensor LiDAR yang menjadi kelebihan

alat LiDAR disbanding yang lainnya ialah kemampuan gelombang tersebut untuk melakukan

multiple returns, yakni sensor LiDAR dapat merekam beberapa kali gelombang pantul dari objek

yang ada di permukaan bumi untuk setiap gelombang yang dipancarkan. Multiple Returns

digunakan untuk menentukN bentuk dari objek atau vegetasi yang menutupi permukaan tanah.

Ilustrasi Multiple Returns ditunjukan oleh gambar X.X. Terlihat pada gambar, gelombang yang

dipancarkan dan dipantulkan tidak hanya mengenai permukaan tanah tetapi juga mengenai objek

–objek yang ada di atas tanah.

Gambar 2.21 Multiple Returns pada LiDAR

19

Ketika pulsa laser tersebut dipancarkan, permukaan objek yang pertama kali

memantulkan pulsa tersebut akan menjadi gelombang pantul pertama (First Return), gelombang

pantul ini biasa digunakan untuk membuat Digital Surface Model (DSM). Kemudian objek yang

kedua kalinya memantulkan pulsa tersebut akan menjadi Second Return dan seterusnya hingga

gelombang pantul terakhir. Kemampuan sensor saat ini dapat merekam hingga 5 kali pantulan.

Pada akuisisi data, pada sensor LiDAR dilengkapi juga dengan alat pengukur waktu

untuk menghitung selang waktu antara setiap kali sinar dipancarkan dan diterima kembali oleh

sensor. Maka dari itu, sensor LiDAR dapat mengukur jarak antara sensor pada wahana pesawat

terbang dengan titik objek yang ada di permukaan bumi yang ingin diketahui kordinatnya.

Sensor laser yang digunakan pada sistem LiDAR memancarkan pulsa laser dengan

frekuensi tertentu kemudian akan menerima kembali pantulannya pada selang waktu tertentu.

Ketika sensor tersebut memancarkan laser, jarak antara sensor transmitter di dalam pesawat dan

suatu objek di permukaan tanah(berupa titik, gedung, atau pohon) dapat segera ditentukan

dengan akurat. Jarak antara transmitter dan target tersebut ditentukkan berdasarkan time of travel

terdapat di gambar X.X

Gambar 2.22 Ilustrasi time of travel

Persamaan yang digunakan untuk mengukur jarak sensor LiDAR yaitu menggunakan

rumus (1) :

D = (V x T)/2 (1)

Dimana :

D = jarak antara laser dan objek dipermukaan tanah

T = jumlah waktu yang dibutuhkan sinar laser dari awal dipancarkan sampai

kembali ke sensor

V = kecepatan cahaya

Untuk membuat sistem LiDAR yang utuh dibutuhkan sensor pendukung lainnya yaitu :

a. Sensor IMU

b. GPS

20

c. Kamera Digital

Jika sensor LiDAR diintegrasikan dengan 3 komponen di atas maka ilustrasinya

ditunjukan gambar X.X

Gambar 2.23 Ilustrasi komponen LiDAR

Salah satu jenis sensor LiDAR yaitu Velodyne HDL-32E yang memiliki akurasi

pemetaan sampai 2 cm dan jangkauan pemetaan radiusnya mencapai 70 meter. Untuk info lebih

lengkapnya dapat dengan membuka link : http://velodynelidar.com/lidar/.

Gambar 2.24 Katalog online sensor LiDAR HDL-32

21

b. Throttle Position Sensor

Posisi throttle sensor (TPS) adalah sensor yang digunakan untuk memonitor posisi

throttle dalam mesin pembakaran internal. Sensor ini biasanya terletak di poros kupu-kupu

sehingga langsung dapat memantau posisi katup throttle kupu-kupu. 

Sensor ini biasanya potensiometer, dan oleh karena itu memberikan perlawanan variabel

tergantung pada posisi katup (dan maka posisi throttle).Sensor Linear Variable Differential

Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial

dengan gandengan variabel antara gandengan variabel antara kumpar an primer dan kumparan

sekunder.

Bentuk yang lebih maju dari sensor juga digunakan, misalnya sensor posisi throttle ekstra

tertutup (CTPS) dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa throttle benar-benar

tertutup. Beberapa ECU juga mengontrol posisi throttle dan jika yang dilakukan sensor posisi

digunakan dalam sebuah loop umpan balik untuk mengaktifkan kontrol tersebut. 

Terkait dengan TPS pedal gas sensor, yang sering termasuk wide open throttle (WOT)

sensor. accelerator pedal sensor yang digunakan dalam "drive by wire" sistem, dan penggunaan

paling umum dari sensor throttle terbuka lebar digunakan untuk fungsi-down tendangan pada

transmisi otomatis

Gambar 2.25 TPS tampak dari atas

22

Gambar 2.26 TPS tampak dari depan kedalam

c. Inertial Measurement Unit (IMU)

Perangkat Pengukur Inersia suatu benda atau sering disebut dengan IMU, adalah suatu

perangkat elektronik yang mampu mengukur dan memberikan informasi berupa data kecepatan

suatu benda, misal pesawat, orientasi pesawat terhadap kerangka inersia pesawat atau terhadap

kerangka bumi, dan gaya gravitasi, semua data tersebut diperoleh dengan mengkombinasikan

beberapa peralatan sensor, misalnya akselerometer dan gyroscope.

IMU adalah komponen utama dari sistem navigasi inersia yang dipakai pada pesawat

udara, pesawat luar angkasa, underwater vehicle, peluru kendali atau rudal. Dengan

kapasitasnya, data yang diperoleh dari IMU memungkin sistem komputer atau mikroprosesor

mengestimasi posisi dan orientasi dari pesawat, banyak metode yang bisa digunakan, misalnya

Kalman Filter dan pengembangannya (EKF,UKF), dan Direction Cosine Matrix.

Perangkat IMU bekerja dengan mendeteksi sinyal yang proporsional dengan gaya

gravitasi atau gaya ekternal, dengan derajad kebebasan satu atau lebih, dan mendeteksi sinyal

yang proporsional dengan laju perubahan sudut (angular rate) yang berasal dari sensor

gyroscope, dengan menggunakan satu atau lebih derajad kebebasan.

Gambar 2.27. IMU

23

Gambar 2.28. Linear Accelerometer

Gambar 2.29. Gyroscope

Cara Kerja dari Inertial Measurement Unit adalah sebagai berikut :

Prinsip Kerja Inertial Measurement Unit (IMU) adalah gabungan dari beberapa sensor

accelerometer, gyroscope, dan ada juga yang memakai magneto meter. Sebuah unit pengukuran

inersia bekerja dengan mendeteksi tingkat akselerasi menggunakan satu atau lebih

accelerometer, dan mendeteksi perubahan atribut rotasi seperti pitch, roll dan yaw menggunakan

24

satu atau lebih gyroscope. Dan beberapa juga mencakup magnetometer, terutama untuk

membantu mengkalibrasi terhadap orientasi drift.

Accelerometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan suatu objek.

Accelometer mengukur percepatan dynamic dan static. Pengukuran dynamic adalah pengukuran

percepatan pada objek bergerak, sedangkan pengukuran static adalah pengukuran terhadap

gravitasi bumi. Untuk mengukur sudut kemiringan (tilt).

Sensor accelerometer merupakan salah satu jenis sensor IMU (Inertial Measure Unit)

yang digunakan untuk mengukur percepatan linier dari suatu objek yang bergerak sepanjang

sumbu axis tertentu. Prisip kerja accelerometer pada umumnya berdasarkan gerakan mekanik

sebuah massa sesuai dengan Hukum Newton kedua. Percepatan diperoleh dari perubahan posisi

dari massa terhadap referensi. Piezoresistive, piezoelectric, dan differential capacitive

accelerometer merupakan jenis accelerometer yang umum ada di pasaran.

Secara konseptual, sebuah accelerometer berlaku seperti beban yang teredam pada spiral.

Jika suatu accelerometer mengalami gaya dari luar seperti gravitasi maka beban akan berpindah

hingga gaya dari luar tersebut dapat distabilkan oleh gaya dari spiral. Perpindahan ini kemudian

diterjemahkan menjadi sebuah akselerasi/percepatan. Ada dua jenis accelerometer yaitu

accelerometer 2 axis dan accelerometer 3 axis. Dengan semakin banyaknya sumbu yang

direpresentasikan maka semakin banyak pula aplikasi yang dapat dilakukan.

Gambar 2.30 Pergerakan dalam tiga derajat kebebasan

Gyroscope adalah berupa sensor gyro untuk menentukan orientasi gerak dengan

bertumpu pada roda atau cakram yang berotasi dengan cepat pada sumbu. Jadi bagaimana

dengan Giro sensor? Gyro sensor bisa mendeteksi gerakan sesuai gravitasi, atau dengan kata lain

mendeteksi gerakan pengguna. Kita bisa membayangkan sebuah game pertempuran, sebelum ini

bila kita ingin melihat situasi sekeliling, kita akan menyapu layar searah terus menerus untuk

berputar, dengan gyro sensor ini kita cukup berputar sesuai gravitasi seperti benar-benar melihat

25

sekeliling. Atau bila melihat sebuah obyek 3D kita cukup berputar untuk melihat setiap sudut

obyek tersebut. Tentu ini adalah sebuah metode yang menghasilkan pengalaman seolah nyata.

Gyroscope biasa digunakan untuk mengukur sumbu rotasi roket. Sebelum digunakan,

sensor gyroscope terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan menggunakan bandul. Proses

kalibrasi tersebut berfungsi untuk memperoleh nilai faktor kalibrasi. Gyroscope memiliki

keluaran berupa kecepatan sudut dari arah 3 sumbu yaitu: sumbu x yang nantinya akan menjadi

sudut phi (kana dan kiri) dari sumbu y nantinya menjadi sudut theta (atas dan bawah), dan

sumbu z nantinya menjadi sudut psi (depan dan belakang).

Sistem navigasi mengandung IMU yang memiliki accelerometers sudut dan linier (untuk

perubahan posisi), beberapa IMU memasukkan elemen gyroscope (untuk menjaga referensi

sudut absolut).

Sebuah komputer terus menghitung posisi kendaraan saat ini. Pertama, untuk masing-

masing dari enam derajat kebebasan (x, y, z dan θx, θy dan θz), hal tersebut terintegrasi dari

waktu ke waktu percepatan merasakan, bersama dengan perkiraan gravitasi, untuk menghitung

kecepatan arus. Kemudian mengintegrasikan kecepatan untuk menghitung posisi saat ini.

Bimbingan Inertial ini akan sulit tanpa komputer. Keinginan untuk menggunakan

panduan inersia di Minuteman rudal dan Proyek Apollo melaju upaya awal untuk miniaturirasi

komputer.

Sistem bimbingan Inertial sekarang biasanya dikombinasikan dengan sistem navigasi

satelit melalui sistem penyaringan digital. Sistem inersia menyediakan data jangka pendek,

sedangkan sistem satelit mengoreksi kesalahan akumulasi dari sistem inersia.

Sebuah sistem bimbingan inersia yang akan beroperasi di dekat permukaan bumi harus

memasukkan Schuler tuning sehingga platform akan terus menunjuk ke arah pusat bumi sebagai

kendaraan bergerak dari satu tempat ke tempat lain.

Karakteristik dari IMU adalah sebagai berikut :

- Akselerometer dalam IMU modern memiliki prinsip kerja yang terdiri dari lengan – lengan

pada suatu massa yang dapat bergerak dan lengan yang tidak dapat bergerak. Seperti gambar

diatas, akan tetapi ia memakai beda kapasitansi

- Gyroscope dalam IMU modern sama seperti akselerometer, akan tetapi yang dideteksi

adalah gaya coriolis. Gaya coriolis adalah penambahana kecepatan tangensial yang

disebabkan oleh perubahan kecepatan sudut.

26

- Dengan adanya tambahan Gyroscope, maka kelemahan dari akselerometer dapat tertutupi

yaitu noise berupa getaran. Gyroscope tahan terhadap getaran.

- Dengan penggabungan 2 sensor inilah, IMU dapat menentukandata sudut orientasi dan data

percepatan.

Fungsi dan Kegunaan IMU adalah sebagai berikut :

Fungsi Memberi Data Sudut Orientasi :

A. Menjamin kehandalan dari kendali Quadrotor

B. Mengukur Manuver yang dilakukan pada pesawat terbang

C. Memberikan data sudut manuver suatu benda (pitch, yaw, role)

D. Membantu navigasi kemiringan pada pesawat dari proses terhadap ground

E. Instrumentasi Avionic Artificial Horizon

Fungsi Memberi Data Percepatan :

A. Mengukur Percepatan pada suatu benda

B. Melacak Posisi Pesawat dengan Metode Dead Reckoning

C. Untuk membantu Sistem Navigasi Pesawat

Aplikasi Secara Nyata dari sensor IMU adalah sebagai berikut

Gambar 2.31 Aplikasi IMU dalam Pesawat Terbang

27

Gambar 2.32 Aplikasi IMU dalam UAV helicopter

Gambar 2.33 Aplikasi IMU dalam Satellite Luar Angkasa

8. Sensor api (Flame Detector)

Sensor pendeteksi api adalah suatu system yang memberikan isyarat/tanda saat adanya

indikasi terjadinya kebakaran yang dideteksi oleh sensor sebagai input dan suara / lampu sebagai

peringatan keluaran (output warning), yang semuanya di control oleh sebuah PLC

(Programable Logic Controller), sensor yang berfungsi untuk mendeteksi api yaitu sensor api,

asap , dan asap kemudian sinyal / logika tersebut dikirm ke PLC dan kemudian di salurkan ke

output berupa alarem, sirine dan lain-lain.

Berikut ini adalah gambar diagram blok sederhana sensor pendeteksi api :

28

Gambar 2.34 Diagram blok sensor pendeteksi api

Mana yang sesuai untuk diaplikasikan, tergantung pada kebutuhan dan kondisi di

lapangan. Ketiganya termasuk alat untuk mendeteksi kebakaran secara dini. Kejadian kebakaran

karena terpenuhinya 3 unsur (  fire chain )

Sensor pendeteksi api (fire detector) Terdiri dari beberapa macam yaitu :

1. Detektor nyala api (Flame Detector) 

Flame Detector adalah alat yang sensitif terhadap radiasi sinar ultraviolet yang ditimbulkan

oleh nyala api. Tetapi detector ini tidak bereaksi pada lampu ruangan, infra merah atau sumber

cahaya lain yang tidak ada hubungannya dengan nyala api (flame).

2. Detektor Panas (Heat Detector)

Alat yang merespon terhadap perubahan suhu ruang. Biasanya, jika suhu lingkungan naik di

atas yang telah ditetapkan, ambang sinyal alarm akan terpicu.

3. Detektor asap (Smoke Detector)

Smoke Detector mendeteksi asap yang masuk ke dalamnya. Asap memiliki partikel-

partikel yang kian lama semakin memenuhi ruangan smoke (smoke chamber) seiring dengan

meningkatnya intensitas kebakaran. Jika kepadatan asap ini (smoke density) telah melewati

ambang batas (threshold), maka rangkaian elektronik di dalamnya akan aktif.

29

Gambar 2.35 Blok diagram sistem

Di bagian pengirim sensor api (flame detector ) yang terdiri dari 3 bagian yaitu Detektor

Nyala Api ( Flame Detector ), Detektor Panas ( Heat Detector), Smoke Detector mendeteksi

terjadinya kebakaran . Selanjutnya, sensor tersebut akan mengirimkan sinyal logika ke

mikrokontroler Apabila sensor api mendeteksi panas dari munculnya nyala api di area pengirim,

maka sensor tersebut akan mengirimkan sinyal logika ”1” atau high ke mikrokontroller untuk

mengarahkan dimana letak nyala api bersamaan dengan menggunakan motor servo.

Setelah mendeteksi adanya nyala api, mikrokontroller akan mengaktivkan wipper melalui

rangkaian IC ULN2003 yang difungsikan sebagai driver motor dengan memberikan kondisi

keadaan high guna menyemprotkan air ke area yang terindikasi adanya bahaya kebakaran.

Kemudian di bagian penerima, mikrokontroller akan menerima sinyal dari

mikrokontroller di bagian pemancar untuk mengirimkan pesan logika terhadap buzzer atau alarm

agar berbunyi, serta menampilkan pesan tulisan tanda bahaya ”Kebakaran” melalui LCD.

Setelah itu apabila api terdeteksi padam maka sensor akan mengirimkan kembali sinyal

ke mikrokontroller logika ”0” atau ”low” untuk memberhentikan sistem kerja dari wipper di area

pengirim, serta mikrokontroller dibagian penerima akan mematikan alarm dan menampilkan

pesan tulisan ”Aman” serta ”Awas!! Lantai basah” melalui LCD, guna mengetahui kondisi yang

ada di dalam prototype ruangan tersebut.

30

Karakteristik dari beberapa jenis Flame Detector

a. Detektor Nyala Api ( Flame Detector )

Flame Detector ini menunjukkan performa yang sangat bagus. Respon detector terbilang

cepat saat korek api dinyalakan dalam jarak 3 - 4m. Oleh sebab itu, pemasangan di pusat

keramaian dan area publik harus sedikit dicermati. Jangan sampai orang yang hanya menyalakan

pemantik api (lighter) di bawah detector dianggap sebagai kebakaran. Bisa juga dipasang di

ruang bebas merokok (No Smoking Area) asalkan bunyi alarm-nya hanya terjadi di ruangan itu

saja sebagai peringatan bagi orang yang "membandel".

Sensor UV-Tron akan mengeluarkan logika high (1) jika ia mendeteksi keberadaan api

dan sebaliknya sensor UV-Tron akan mengeluarkan logika low (0) jika ia tidak mendeteksi api,

anda bisa mengecek keluarannya dengan multimeter analog. Perlu diketahui, output yang

dikeluarkan adalah sinyal kotak dengan frekuensi yang bergantung pada kapasitor yang

digunakan pada driver. Pemilihan kapasitor driver harus disesuaikan dengan kebutuhan, jika kita

ingin mendapatkan output dengan sampling yang lebih cepat maka gunakan kapasitor dengan

kapasitansi yang lebih kecil (biasanya 0.01 µF), sebaliknya jika ingin sampling yang lebih

lambat gunakan kapasitansi kapasitor yang lebih besar (misal 1 µF). Biasanya nilai kapasitansi

0.01 µF memiliki periode sampling 0.01s begitupun untuk 1 µF memiliki periode sampling 1s.

Bentuk fisik Detektor nyala api dapat di lihat pada Gambar di bawah ini :

Gambar 2.36 Detektor Nyala Api ( Flame Detector )

b. Detektor Panas ( Heat Detector)

Detektor panas adalah alat deteksi kebakaran bahwa rasa panas yang dihasilkan oleh

pembakaran. Mereka dapat memicu alarm bila kenaikan suhu-cepat terdeteksi, atau suhu preset

31

tercapai.Produk yang dirancang untuk langit-langit mounting mungkin sesuai dengan pedoman

dari National Fire Protection Association (NFPA), sebuah lembaga nirlaba yang menerbitkan

kode pencegahan kebakaran dan standar. Menurut National Fire Alarm Code (NFPA 72), panas

detektor pada langit-langit halus harus berjarak 50 sq ft atau kaki persegi 2500 terpisah. Jika

tidak, jarak untuk detektor panas tergantung pada faktor-faktor seperti tinggi langit-langit dan

gerakan udara. detektor panas Kebanyakan perangkat mekanik dengan rangkaian tunggal atau

ganda.

Beberapa berisi sensor suhu-suhu tetap. Lain memiliki kombinasi fixed-suhu / rate-of-

bangkit sensor termal. Kedua jenis detektor panas dirancang untuk mengirim sinyal listrik ke

panel kontrol untuk memicu alarm. Tingkat-detektor panas-bangkit dengan deteksi panas tetap

mungkin berisi thermistor-dual, panas-sensing sirkuit yang memicu alarm pada suhu untuk

merespon kenaikan temperatur derajat-per-menit. Dalam detektor panas non-programmable,

suhu ditetapkan adalah baik 135 F (57 C) atau 194 F (90 C). Biasanya, peningkatan suhu yang

memicu alarm adalah 15 F per menit. Memilih detektor panas yang membutuhkan analisis

spesifikasi produk. Parameter Kinerja meliputi operasi tegangan atau alarm ini, siaga saat ini,

sensitivitas, berat, ukuran, bahan konstruksi, suhu operasi, rentang kelembaban, udara rating

kecepatan, dan spasi. Parameter untuk dasar mounting termasuk tipe loop (2-wire atau 4-kawat),

jenis alarm kontak, tegangan nominal, dan menarik arus alarm.

Beberapa detektor panas termasuk braket mounting reversibel untuk dipasang pada 3,5

masuk atau 4 masuk segi delapan, geng tunggal, atau kotak persegi. Kabel koneksi dapat dibuat

dengan sekrup SEM dan 14-22 kawat AWG. Biasanya, detektor panas mengandung tanda

alfanumerik di rumah mereka yang menggambarkan penilaian suhu dan metode aktivasi.

detektor panas dapat terdaftar oleh Underwriters Laboratories (UL) dan disetujui oleh lain

laboratorium pengujian independen atau perusahaan asuransi komersial. Sebagai contoh, FM

Persetujuan dari Global FM dapat diberikan kepada deteksi kebakaran, sinyal dan Peralatan

listrik lainnya. PERSETUJUAN FM salah satu dari sejumlah relatif kecil laboratorium yang

mengesahkan detektor api, percikan detektor, detektor panas dan peralatan pemadaman

kebakaran.

Bentuk fisik detektor panas dapat di lihat pada Gambar di bawah ini :

32

Gambar 2.37 Fisik Heat Detector

Detektor panas ( Heat detector ) ada dua macam yaitu ROR Detector dan Fixed  Heat

Detector.

ROR (rate of rise) akan bekerja berdasarkan suatu kontak mekanik ( switch ),yang

dikontrol oleh dua jenis logam ( bimetal ) yang dibentuk sedemikian rupa,sehingga switch selalu

dalam keadaan OFF bila kondisi normal. Apabila detektor menerima panas sampai titik yang

telah ditentukan maka bimetal akan memuai,sehingga switch akan ON dan ini berarti detektor

sedang mendeteksi panas. Selaincara kerja seperti diatas detektor ini juga akan langsung

aktif ON bila kenaikan lebihdari 10 derajat selsius per menit tanpa menunggu temperatur

mencapai titik yang telahditentukan (rate of rise). Untuk ruangan yang sudah cukup panas ROR

tidak cocok digunakan karena mudah terjadi false alarm.

Detektor panas tetap (fixed Heat detector) bekerja berdasarkan kontak mekanik (switch),

dimana suatu penahan yang diletakkan dengan bahan perekat khusus, akan membuat switch

selalu dalam keadaan OFF bila kondisi normal.Apabila detektor menerima panas pada titik yang

telah ditentukan maka bahan perekattersebut akan mencair yang mengakibatkan penahan

otomatis lepas sehinggamembuat switch berubah ke posisi ON, dan ini berarti detektor

mendeteksi panas.Perubahan switch dari posisi OFF ke posisi ON akan segera diteruskan ke

panelsebagai indikasi fire. Jenis bahan perekat yang dipakai akan menentukan

33

padatemperatur/suhu berapa detektor akan mulai aktif, jadi titik temperatur kerjanya,selalu tetapi

tidak dipengaruhi oleh kecepatan kenaikan temperatur/suhu.

c. Smoke Detector

Sensor asap AF-30 mempunyai tingkat sensitifitas yang tinggi terhadap dua jenis gas

tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut diudara dengan tingkat

konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap rokok di udara. Ketika sensor

mendeteksi keberadaan gas-gas tersbut maka resistansi elektrik sensor akan turun seperti yang

telah dibahas pada artikel lalu. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari sensor asap AF-30 ini,

kandungan gas-gas tersebut dapat diukur.

 

Gambar 2.38 Grafik Sensifitas Smoke Detector

Gambar atas ialah  grafik tingkat sensitifitas sensor asap AF-30 terhadap kedua gas tersebut.

Dari grafik pada gambar diatas dapat dilihat bahwa dengan mengukur perbandingan

antara resistansi sensor pada saat terdapat gas dan resistansi sensor pada udara bersih atau tidak

mengandung gas tersebut (Rgas/Rair), dapat diketahui kadar gas tersebut. Sebagai contoh jika

resistansi sensor (RS) pada saat terdapat gas Hydrogen adalah 1KW dan resistansi sensor (RS)

pada saat udara bersih adalah 10KW 

34

Menurut grafik pada gambar 1, jika Rgas/Rair=0.1 maka konsentrasi gas Hydrogen pada

udara adalah sekitar 100ppm. Untuk mengetahui besarnya resistansi sensor (RS) saat udara

bersih dapat dihitung menggunakan rumus:

 

Sebagai contoh jika Vout pada saat udara bersih adalah 2,8V dan RL yang digunakan

adalah 10KW maka dengan rumus diatas diperoleh RS saat udara bersih (Rair) adalah

7857,14W atau 7857W. Dari hasil perhitungan diatas diperoleh  RL=10KW, RS saat udara

bersih (Rair)=7857W, dengan Vout  saat udara bersih = 2,8V.

Dengan melihat grafik gambar 1 dan hasil perhitungan diatas, maka nilai Vout untuk tiap-

tiap nilai perbandingan Rgas/Rair dapat diketahui sehingga tingkat konsentrasi dari gas tersebut

juga diketahui pula. Misalnya untuk gas Hydrogen dengan tingkat konsentrasi 10ppm, dari grafik

gambar 1 Rgas/Rair @ 0,29 maka

Rgas/Rair @ 0,29

Rair = 7857W

Rgas  = Rair x (Rgas/Rair)

          = 7857W x 0,29

          = 2279W

Dari hasil perhitungan diatas diperoleh nilai Rgas pada saat konsentrasi gas Hydrogen

10ppm. Karena Rgas adalah sama dengan resistansi sensor (RS), maka berdasarkan nilai Rgas

yang diperoleh tersebut, maka dari rumus mencari nilai RS, nilai Vout pada saat konsentrasi

Hydrogen 10ppm dapat diperoleh:

Rgas  = 2279W

Vc     = 5V

RL     = 10KW

    2279W =    Vout = 4,072V

Jadi nilai Vout pada saat sensor mendeteksi nilai konsentrasi Hydrogen 10ppm adalah

sebesar 4,072V. Dengan cara yang sama dapat diperoleh nilai-nilai Vout untuk tiap-tiap tingkat

konsentrasi gas Hydrogen dan Ethanol sesuai dengan grafik gambar 1. Dari nilai-nilai Vout

tersebut didapatkan tabel perubahan nilai Vout.

Bentuk fisik detektor asap dapat di lihat pada Gambar di bawah ini :

35

Gambar 2.39 Fisik Smoke Detektor

Smoke Detector mendeteksi asap yang masuk ke dalamnya. Asap memiliki partikel-

partikel yang kian lama semakin memenuhi ruangan smoke (smoke chamber) seiring dengan

meningkatnya intensitas kebakaran. Jika kepadatan asap ini (smoke density) telah melewati

ambang batas (threshold), maka rangkaian elektronik di dalamnya akan aktif. Oleh karena berisi

rangkaian elektronik, maka Smoke memerlukan tegangan. Pada tipe 2-Wire tegangan ini

disupply dari panel Fire bersamaan dengan sinyal, sehingga hanya menggunakan 2 kabel saja.

Sedangkan pada tipe 4-Wire (12VDC), maka tegangan plus minus 12VDC-nya disupply dari

panel alarm biasa sementara sinyalnya disalurkan pada dua kabel sisanya. Area proteksinya

mencapai 150m2 untuk ketinggian plafon 4m. 

Pertanyaan yang sering diajukan adalah di area mana kita menempatkan Smoke dan di

area mana kita menempatkan Heat. Apabila titik-titiknya sudah ditetapkan secara detail oleh

Konsultan Proyek, maka kita harus mengikuti gambar titik yang diberikan.

Jika diperkirakan di area tersebut saat awal terjadi kebakaran lebih didominasi hembusan

panas ketimbang kepulan asap, maka tempatkanlah Heat Detector. Contoh: ruang filing cabinet,

gudang spare parts dari logam (tanpa kardus), bengkel kerja mekanik dan sejenisnya.  Sebaliknya

jika didominasi asap, sebaiknya memasang Smoke. Contoh: ruangan no smoking area yang

beralas karpet (kecuali kamar hotel), gudang kertas, gudang kapas, gudang ban, gudang

makanan-minuman (mamin) dan sejenisnya. 

Jenis Smoke Detector: 

a. Ionisation Smoke Detector yang bekerjanya berdasarkan tumbukan partikel asap dengan

unsur radioaktif yang berada di dalam ruang detector (smoke chamber). 

36

b. Photoelectric Type Smoke Detector (Optical) yang bekerjanya berdasarkan pembiasan

cahaya lampu LED di dalam ruang detector oleh adanya asap yang masuk dengan

kepadatan tertentu.

Smoke Ionisasi cocok untuk mendeteksi asap dari kobaran api yang cepat (fast flaming

fires), tetapi jenis ini lebih mudah terkena false alarm, karena sensitivitasnya yang tinggi. Oleh

karenanya lebih cocok untuk ruang keluarga dan ruangan tidur.

Smoke Optical (Photoelectric) lebih baik untuk mendeteksi asap dari kobaran api kecil,

sehingga cocok untuk di hallway(lorong) dan tempat-tempat rata. Jenis ini lebih tahan terhadap

false alarm dan karenanya boleh diletakkan di dekat dapur.

37

BAB III

PENUTUP

3.1. Kesimpulan

1. Sensor dapat dikategorikan ke beberapa jenis yaitu :

a) sensor posisi

b) sensor suhu

c) sensor cahaya

d) sensor aliran

e) sensor tekanan

f) sensor jarak

g) sensor kelembaban

2. Untuk lebih memahami karakteristik masing-masing sensor pembaca dapat

mengaplikasikan masing-masing sensor ke dalam plant nyata.

3. Pengkategorian sensor didasarkan pada input ke sensor dan perubahan yang terjadi di

dalam sensor akibat perubahan gejala fisik.

4. Salah satu pengkondisi sinyal yang banyak dijumpai pada sensor diantaranya jembatan

wheastone dan Operasional Amplifier untuk mengubah sinyal ke kondisi tertentu.

38