MODUL 2

Transduser Dan Sensor
Transduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk kebentuk
yang lain. Transduser dapat dibagi dalam dua kelas; Transduser input dan
Transduser output (gambar 1). Transduser input listrik mengubah energi non listrik,
misalnya suara atau sinar menjadi tenaga listrik. Transduser output listrik bekerja
pada urutan yang sebaliknya. Transduser tersebut mengubah energi listrik pada
bentuk energi non listrik.
Gambar 1. Transduser input listrik dan output listrik
Sensor adalah alat yang digunakan untuk menditeksi dan sering berfungsi
untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yang digunakan
untuk 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, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari
system otomatisasi industri (gambar 2).
1
Gambar 2. Sensor
Sensor Kedekatan ( Proximity )
Sensor atau saklar kedekatan adalah alat pilot yang menditeksi adanya
object (biasanya disebut target) tanpa kontak fisik. Sensor tersebut adalah alat
elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi terhadap pengaruh
getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan yang dijumpai pada lingkungan
industri. Sensor kedekatan digunakan apabila:
1. object yang sedang dideteksi terlalu kecil, terlalu ringan atau terlalu lunak
untuk dapat mengoperasikan mekanis saklar.
2. diperlukan respon yang cepat dan kecepatan penghubungan yang tinggi
seperti pada pemakaian penghitungan pengendali
3. object harus dirasakan melalui rintangan non logam seperti gelas, plastic dan
kertas karton.
2
Sensor kedekatan induktif adalah alat yang merasakan yang diaktifkan dengan
object logam. Suatu pemakaian diperlihatkan pada gambar 3 (c). sensor kedekatan
(A’ dan B’) mendeteksi target A dan B yag bergerak pada arah putarnya; mesin
berbalik lagi ketika B mencapai B’. pada prinsipnya sensor Induktif terdiri dari
kumparan, osilator, rangkaian detector dan output elektronis (gambar 3).
Gambar 3. sensor kedekatan induktif
Anda dapat mengingat bahwa osilator adalah rangkaian elektronis untuk
membangkitkan bentuk gelombang ac dan frekuensi dari sumber energi dc.
Ketika energi diberikan, osilator bekerja membangkitkan medan frekuensi
tinggi. Pada saat itu harus tidak ada bahan konduktif apapun pada medan frekuensi
tinggi. Apabila object medan masuk pada medan frekuensi tinggi arus akan
terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan mengakibakan kerugian energi pada
rangkaian osilator sehingga menyebabkan akan lebih kecilnya amplitude osilasi.
Rangkaian detector merasakan perubahan beban spesifik pada amplitude dan
membangkitkan sinyal yang akan menghidupkan atau mematikan output elektronik.
Apabila output object meninggalkan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi,
membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.
Metode penyambungan dan penguatan sensor kedekatan akan bervariasi
dengan jenis sensor dan pemakaiannya (gambar 4), dengan current-sourcing output
(PNP) beban dihubungkan antara sensor dan tanah (ground). Arus mengalir dari
sensor melalui beban ke tanah (open emitter). Dengan current-sinking output (NPN)
beban dihubungkan antara supply positif dan sensor. Arus mengalir dari beban
melalui sensor menuju tanah (open collector). Ingat sensor yang digunakan untuk
3
alat pilot untuk beban seperti starter, kontaktor, solenoid dan sebagainya. Jangan
pernah mengoperasikan motor langsung dengan sensor proximity.
Gambar 4. sambungan sensor kedekatan
Akibat penghubungan elektronis dari output, arus bocor mengalir melalui
sensor meskipun output sudah dimatikan (off). Sama halnya waktu sensor
dihidupkan (on) akan ada kerugian penurunan tegangan yang kecil diantaranya
terminal outputnya. Untuk mengoperasikan dengan benar, sensor kedekatan harus
diberi daya terus-menerus. Beda antara titik sensor ‘kerja’ dan ‘melepaskan’adalah
yang disebut histeris atau travel diferensial. Sensor induktif dapat diaktifkan dengan
pendekatan aksial atau radial (gambar 5). Perlu untuk mempertahankan celah udara
minimum antara target dan sisi yang merasakan untuk mencegah kerusakan secara
fisik dari sensor.
4
Gambar 5. konsiderasi sensing
Jumlah minimum arus harus terus-menerus mengalir melalui sensor untuk
dapat terus bekerja. Apabila arus beban lebih rendah dari pada minimum, maka
resistor bleeder dihubungkan parallel dengan beban. Lihat gambar 5 (a). untuk
mengoperasikan dengan baik sensor proximity harus diberi tegangan terus-menerus.
By pass dapat ditambahkan antara kontak mekanis untuk mempertahankan sensor
siap selama operasi sesaat. Lihat gambar 5 (b). pada waktu sensor hidup, ada
kerugian tegangan kecil diantara outputnya. Lihat gambar 5 (c).
Histerisis adalah jarak antara titik operasi apabila target mencapai sisi sensor
proximity, dan melepaskan titik apabila target tersebut bergerak menjauh dari sisi
sensor. Ini dinyatakan dalam persentase dari rentang nominal sensor. Histerisis
5
diperlukan untuk mempertahankan sensor kedekatan dari “chattering” ketika dikenai
kejutan dan getaran, gerakan lambat dari target atau gangguan kecil misalnya
gangguan suara listrik dan penyimpangan suhu. Lihat gambar 5 (d).
Sensor kedekatan kapasitif adalah alat yang merasakan object yang
diaktifkan oleh bahan konduktif dan non-konduktif. Kerja sensor kapasitif juga
didasarkan pada prinsip osilator. Meskipun demikian, kumparan sisi aktif dari sensor
kapasitif yang dibentuk oleh dua elektroda logam agak mirip dengan kapasitor
terbuka.
Gambar 6. sensor kedekatan kapasitif
Electrode-elektrode ditempatkan pada loop umpan balik dari osilator
frekuensi tinggi yang tidak aktif dengan “tanpa target”. Pada saat target mencapai
sisi sensor, target memasuki medan elektrostatis yang dibentuk oleh elektrodaelektroda. Ini menyebabkan kenaikan kapasitansi perangkaian, dan rangkaian mulai
berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang
membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output elektronis.
Pemakaian tipikal diperlihatkan pada gambar 6 (b). cairan yang mengisi
tabung gelas atau plastic dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor kedekatan
kapasitif. Dalam beberapa pemakaian, tabung kosong dideteksi dengan sensor
kedua yang mulai mengalirkan cairan. Aliran akan tertutup apabila level mencapai
bagian atas sensor.
Untuk mengaktifkan sensor induktif kita memerlukan bahan konduktif.
Konduktif misalnya kayu, plastic, cairan, gula, tepung dan terigu. Bersama dengan
6
keuntungan sensor kapasitif ini (dibandingkan dengan sensor induktif) muncul
beberapa kelemahan. Misalnya, saklar kedekatan induktif dapat diaktifkan hanya
dengan logam dan tidak peka terhadap kelembaban, debu, kotoraan dan yang
sejenisnya. Saklar kedekatan kapasitif dapat diaktifkan meskipun ada kotoran apa
saja dalam lingkungannya. Untuk pemakaian yang umum saklar proximity kapasitif
tidak sungguh-sungguh pilihan tetapi tambahan untuk saklar kedekatan induktif.
Saklar tersebut adalah tambahan apabila tidak ada logam untuk mengaktifkan
(misalnya, untuk mesin kerja kayu dan untuk penentuan level cairan atau tepung
secara tepat ).
Sensor Sinar
Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi
sinar langsung menjadi energi listrik (gambar 7). Sel solar silicon yang moderen pada
dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada
penyinaran cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron
antara bagian P dan N, jadi menghasilkan tegangan DC yang kecil. Tegangan output
adalah sekitar 0,5 V per sel pada sinar matahari penuh.
Gambar 7. sel fotovoltaic atau sel solar
7
Sel fotokonduktif (juga disebut sel fotoresistif) adalah jenis tranduser sinar
yang lain yang popular (gambar 8).
Energi sinar yang jauh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan
tahanan sel. Jenis lain yang lebih populer adalah sel fotosulfida cadmium. Apabila
permukaan alat ini gelap, maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dengan
terang tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.
Ada dua jenis sensor fotolistrik utama yang digunakan untuk merasakan
posisi. Masing-masing memancarkan sorotan sinar (dapat dilihat, inframerah atau
laser) dan elemen yang memancarkan sinar (gambar 9). Sensor fotolistrik jenis
reflektif digunakan untuk mendeteksi sorotan sinar yang dipantulkan dari target.
Sensor fotolistrik melalui sorotan digunakan untuk mengukur perubahan jumlah sinar
yang disebabkan oleh target yang menyebrang sumbu optik.
Gambar 8. sel fotokonduktif
8
Gambar 9. sensor fotolistrik
Gambar 10. menunjukan aplikasi sensor fotolistrik. Sifat sensor tipe ini:
#
deteksi tanpa kontak. Deteksi tanpa kontak membatasi kerusakan pada target
maupun kepala sensor, memastikan pelayanan yang lebih lama dan operasi
yang bebas perawatan.
#
deteksi target dari setiap bahan yang sebenarnya. Diteksi didasarkan pada
jumlah sinar yang diterima atau perubahan jumlah sinar yang dipantulkan.
Metode ini memungkinkan deteksi target dari material yang berbeda misalnya
kaca, logam, plastik, kayu dan cairan.
#
pendeteksian jarak jauh. Jenis Reflektif
sensor fotolistrik mempunyai jarak
pendeteksian 1m dan jenis melalui-sorot mempunyai jarak pendeteksian 10m.
#
respon kecepatan tinggi. Sensor fotolistrik ini mampu merespon kecepatan
sebesar 50 mikro detik (1/20.000 detik).
#
diskriminasi warna. Sensor ini mempunyai kemampuan memdeteksi sinar dari
listrik,
didasarkan
pada
reflektansi
dan
penyerapan
warnanya,
jadi
memungkinkan pendeteksian dan pendiskriminasian warna.
#
deteksi sangat cermat. Sistem optik yang unik dan rangkaian elektronis yang
presisi memungkinkan penempatan dan pendeteksian yang sangat akurat dari
obyek yang sangat kecil.
9
Misalnya, sensor fotolistrik jenis reflektif digunakan untuk menditeksi ada tidaknya
label diperlihatkan pada gambar 10 (a). Pada gambar 10 (b), head dari sensor
fotolistrik melalui sorotan diletakkan diatas dan dibawah tahanan yang berjalan pada
lin produksi. Variasi pada lin mengubah jumlah sorotan laser, jadi memberikan sinyal
kerusakan.
Gambar 10. penggunaan sensor fotolistrik
Pada kebanyakan sensor fotolistrik, light-emitting diode (LED) adalah sumber
cahaya yang mentransmisikan, dan fototransistor adalah penerima sumber
(gambar11). Pada keadaan operasi, sinar dari LED jatuh pada input fototransistor,
dan jumlah konduksi melalui transistor berubah. Output analog menyediakan output
yang sebanding dengan sinar yang terlihat oleh fotodetektor.
10
Gambar 11. operasi sensor fotolistrik
11