Pengertian dan macam- macam sensor
Sensor merupakan alat yang dapat digunakan untuk mendeteksi sesuatu (seperti: suhu, kecepatan, jarak dll) dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude (besaran) sesuatu. Sensor adalah jenis transduser (mengubah daya menjadi daya yang lain) seperti mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung lidah dan menjadi otak mikroprosesor dari sistem otomatisasi industri. Jadi sensor sangatlah penting dalam pembuatan alat-alat otomasi misalnya seperti dalam bidang industri, dan lain-lain.
Sensor dalam
teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik berfungsi mengubah tegangan
fisika (misalnya: temperatur, cahaya, gaya, kecepatan putaran) menjadi besaran
listrik yang proposional. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan ini
harus memnuhi persyaratan-persyaratan kualitas yakni :
a.
Linieritas
Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus
linier.
b.
Tidak tergantung temperatur
Keluaran inverter tidak boleh tergantung pada temperatur disekelilingnya,
kecuali sensor suhu.
c.
Kepekaan
Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-nilai masukan
yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.
d.
Waktu tanggapan
Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan keluaran sensor untuk
mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak.
Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor
tersebut berubah.
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan
menjadi 3 bagian yaitu:
a)
sensor thermal (panas)
b)
sensor mekanis
c)
sensor optik (cahaya)
Sensor thermal
adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan
panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.
Contohnya; bimetal,
termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier,
photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.
Sensor mekanis
adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau
pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dsb.
Contoh; strain
gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity,
potensiometer, load cell, bourdon tube,
dsb.
Sensor optic
atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber
cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan.
Contoh; photo
cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer
optic, dsb.
Macam-macam
Sensor
Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara
lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.
Jenis sensor
secara garis besar bisa dibagi menjadi 2 jenis yaitu :
1.
Sensor Fisika
2.
Sensor Kimia
Sensor fisika adalah sensor
yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hokum-hukum fisika. Yang termasuk
kedalam jenis sensor fisika yaitu:
-
Sensor cahaya
-
Sensor suara
-
Sensor suhu
-
Sensor gaya
-
Sensor percepatan
Sensor kimia adalah sensor yang
mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan cara mengubah besaran kimi menjadi
besaran listrik. Biasanya ini melibatkan beberapa reaksi kimia. Yang termasuk
kedalam jenis sensor kimia yaitu :
-
Sensor PH
-
Sensor Gas
-
Sensor oksigen
-
Sensor Ledakan
-
dll
1. Sensor cahaya
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 selselnya, semakin tinggi
intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai 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.
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.
Simbol Solar Cell:
Bahan pembuat solar cell adalah silicon, cadmium sullphide, gallium
arsenide danselenium.
Gambar
penampang solar cell :
Depletion layer adalah pertemuan
antara substrat tipe P dan subtrat tipe N.
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:
a.
LDR (Light Dependent Resistor)
Berfungsi untuk
mengubah itensitas cahaya menjadi hambatan listrik. Semakin banyak cahaya yang
mengenai permukaan LDR hambatan listrik semakin besar.
Simbol LDR :
b.
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”.
Simbol Fotodiode :
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.
c.
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”.
Simbol Fototransistor :
2. Sensor Tekanan
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.
3. Sensor Proximity
Sensor Proximity
Sensor proximity
merupakan sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target jenis logam
dengan tanpa adanya kontak fisik. Biasanya sensor ini tediri dari alat
elektronis solidstate yang terbungkus rapat untuk melindungi dari pengaruh
getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor proximity dapat
diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil
atau lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar.
4. Sensor Ultrasonik
Sensor Ultrasonik
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.
5.
Sensor Kecepatan (RPM)
Sensor Kecepatan (RPM)
Proses
penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor,
dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan
suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar
sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis
(induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.
6. Sensor Magnet
sensor
magnet
Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh
medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti
layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet
di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan
bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.
7. Sensor Penyandi (Encoder)
Sensor Penyandi (Encoder)
Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi
sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat.
Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama,
Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk
masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang
diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk
masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian,
lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga
membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.
8. Sensor Suhu
sensor suhu
Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple
(T/C)- lihat gambar 1.6, 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.
1. Thermokopel
Berfungsi sebagai sensor suhu rendah
dan tinggi, yaitu suhu serendah 3000F sampai dengan suhu tinggi yang digunakan
pada proses industri baja, gelas dan keramik yang lebih dari 30000F.
Thermokopel dibentuk dari dua buah penghantar yang berbeda jenisnya (besi dan
konstantan) dan dililit bersama.
Prinsip Kerja :
Jika salah satu bagian pangkal
lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung penghantar yang lain akan muncul beda
potensial (emf). Thermokopel ditemukan oleh Thomas Johan Seebeck tahun 1820 dan
dikenal dengan Efek Seebeck.
Efek Seebeck:
Sebuah rangkaian termokopel sederhana
dibentuk oleh 2 buah penghantar yang berbeda jenis (besi dan konstantan),
dililit bersama-sama. Salah satu ujung T merupakan measuring junction dan ujung
yang lain sebagai reference junction. Reference junction dijaga pada suhu
konstan 320F (00C atau 680F (200C). Bila ujung T dipanasi hingga terjadi
perbedaan suhu terhadap ujung Tr, maka pada kedua ujung penghantar besi dan
konstantan pada pangkal Tr terbangkit beda potensial (electro motive force/emf)
sehingga mengalir arus listrik pada rangkaian tersebut.
Kombinasi jenis logam penghantar yang
digunakan menentukan karakteristik linier suhu terhadap tegangan.
Tipe-tipe kombinasi logam penghantar
thermokopel:
a.
Tipe E (kromel-konstantan)
b. Tipe J (besi-konstantan)
c. Tipe K (kromel-alumel)
d. Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)
e. Tipe T (tembaga-konstantan)
Tegangan keluaran emf (elektro motive
force) thermokopel masih sangat rendah, hanya beberapa milivolt. Thermokopel
bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran. Oleh karena itu jika ukntuk mengukur
suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus diketahui tegangan Vc pada suhu
referensi (reference temperature). Bila thermokopel digunakan untuk mengukur
suhu yang tinggi makaa akan muncul tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya
adalah selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage (Vnet).
Besarnya Vnet ditentukan dengan
rumus:
Vnet = Vh - Vc Keterangan :
Vnet = tegangan keluaran thermokopel
Vh = tegangan yang diukur pada suhu
tinggi
Vc = tegangan referensi
Gambar grafik tegangan terhadap suhu
pada thermokopel tipe E, J, K dan R :
Gambar di bawah ini menunjukkan
beberapa thermokopel yang dihubungkan secara seri membentuk thermopile.
Thermopile ini diletakkan di titik tengah pyrometer radiasi dan lensa yang
digunakan untuk memfokuskan radiasi (pancaran panas) agar jatuh pada
thermopile.
Gambar Thermopile:
Gambar Pyrometer Radiasi:
Untuk masa sekarang thermokopel sudah
dibuat dengan kemasan yang mempunyai unjuk kerja yang lebih peka yang disebut
thermopile yang digunakan sebagai pyrometer radiasi.
Grafik hubungan suhu terhadap arus
keluaran:
2. Thermistor (Thermal Resistor/Thermal Sensitive Resistor)
Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi
resistansi/hambatan listrik yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu.
Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.
Simbol Thermistor :
Konstruksi Thermistor tipe GM102 :
Thermistor dibentuk dari bahan oksida
logam campuran, kromium, kobalt, tembaga, besi atau nikel.
Bentuk Thermistor :
a. Butiran
Digunakan pada suhu > 7000C dan
memiliki nilai resistansi 100 Ω hingga 1 MΩ. b. Keping
Digunakan dengan cara direkatkan
langsung pada benda yang diukur panasnya. c. Batang
Digunakan untuk memantau perubahan
panas pada peralatan elektronik, mempunyai resistansi tinggi dan disipasi
dayanya sedang. Thermistor dibuat sekecil-kecilnya agar mencapai kecepatan
tanggapan (respon time) yang baik.
Pemakaian thermistor didasarkan pada
tiga karakteristik dasar, yaitu:
a.
Karakteristik R (resistansi)
terhadap T (suhu)
b. Karakteristik R (resistansi) terhadap
t (waktu)
c. Karakteristik V (tegangan) terhadap I
(arus)
Grafik hubungan antara resistansi
terhadap suhu thermistor :
3. RTD (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.
Konstruksi RTD bahan platinum:
RTD terpasang pada permukaan logam:
Hubungan antara resistansi dan suhu
penghantar logam merupakan perbandingan linear. Resistansi bertambah sebanding
dengan perubahan suhu padanya. Besar resistansinya dapat ditentukan berdasarkan
rumus :
Besar resistansi pada suhu tertentu
dapat diketahui dengan rumus :
Keterangan :
R1 = resistansi pada suhu awal
R2 = resistansi pada suhu tertentu
Untuk menghasilkan tegangan keluaran
dapat diperoleh dengan mengalirkan arus konstan melalui RTD atau dengan
memasangnya pada salah satu lengan jembatan wheatstone.
Gambar
rangkaian jembatan wheatstone dengan RTD
SUMBER :
Komentar
Posting Komentar