Apa Sih Sensor Itu? - Repository | UNHAS

Apa Sih Sensor Itu? Apa Hubungannya Dengan
Tranduser?
Pada suatu sistem kendali salah satu komponen terpentingnya adalah sensor.
Sensor adalah peranti (device) yang berfungsi untuk mengindra (to sense)
besaran fisik. Beberapa besaran yang termasuk besaran fisik antara lain posisi
dan turunannya (kecepatan dan percepatan) baik translasi maupun rotasi,
temperatur, tegangan, regangan, tekanan, kecepatan alir/debit aliran,
gelombang suara/ultrasonik, dan intensitas cahaya (tampak maupun tak
tampak).
Mengindra dapat dikonotasikan sebagai mendeteksi atau mengukur. Hasil dari
mendeteksi dapat berupa dua atau lebih kemungkinan keadaan, sedangkan
hasil dari mengukur adalah berupa nilai besaran tersebut. Sebagai ilustrasi
adalah termostat dan termometer. Keduanya mengindra temperatur, namun
memiliki perbedaan. Termostat, yang sering digunakan di lemari pendingin,
memberikan informasi temperatur dalam dua keadaan yaitu dingin atau tidak
dingin. Pada saat termostat memberikan informasi dingin maka sistem
refrigerasi pada lemari pendingin akan tidak aktif sedangkan pada saat tidak
dingin maka lemari pendingin akan aktif. Termometer dapat memberikan hasil
berupa nilai, misalnya 25 C.

Secara umum sensor dapat diibaratkan sebagai indra pada manusia. Manusia
dianugerahi mata untuk mengindra cahaya, telinga untuk mengindra gelombang
suara, lidah untuk mengindra pengecapan, hidung untuk mengindra aroma, serta
kulit untuk mengindra kekasaran dan temperatur.

Output dari sensor dapat digunakan untuk berbagai keperluan, yaitu :

Ditampilkan (kepada manusia)

Disimpan, untuk digunakan pada waktu lain.

Diproses lebih lanjut menggunakan metode statistik atau teknik data mining

Digunakan sebagai umpan balik (feedback) pada sistem kendali kalang tertutup
(closed loop control system)
Tranduser (transducer) adalah peranti untuk mengkonversi suatu bentuk
besaran menjadi besaran lainnya. Karena prinsip kerja sensor. Karena prinsip
kerja sensor yang mengkonversikan besaran, yaitu dari besaran yang diindra
menjadi sinyal output berupa besaran yang lebih mudah ditampilkan/diproses
maka sensorpun juga dikenal sebagai tranduser. Sebetulnya bukan hanya
sensor yang dapat d
Macam Macam Transduser
Posted: April 11, 2012 in Teknology, Uncategorized
0
A. Transducer temperatur
Terdapat dua kategori transducer temperatur semikonduktor, yaitu transducer yang menghasilkan
tegangan tertentu sesuai dengan perubahan suhu dan transducer yang menghasilkan arus tertentu. sesuai
dengan perubahan suhu.
Contoh sumber tegangan yang sensitif terhadap suhu adalah IC LM 35 produk dari Nasional. Rangkaian
ditunjukkan pada gambar 2.15.
Tegangan yang dihasilkan oleh LM 35 pada berbagai suhu adalah sebagai berikut:
+1500 mV pada suhu 150o C,
+2500 mV pada suhu 250C, dan
-550 mV pada suhu -550 C
R1 =
Tegangan keluaran rangkaian bertambah 10 mV/ 0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (Vs) pada rangkaian, transducer mampu bekerja pada rentang suhu -550 C sampai 1500 C. Tegangan
keluaran dapat diatur 0 volt pada suhu 00 C dan ketelitian dari transducer ini adalah ± 10 C.
B. Transducer Gaya, Beban, dan Torsi
Strain gage adalah salah satu transducer yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya,
beban, torsi, dan tegangan. Prinsip kerjanya adalah mengubah gaya mekanik menjadi besaran resistansi
yang sebanding.
Piranti ini dibuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat tahanan yang biasa digunakan
adalah campuran dari bahan “konstantan” (60% Cu dan 40% Ni) atau logam campuran “479″ terdiri dari
92% Pt dan 8% Wo.
Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage dengan kawat berliku-liku
atau bengkok-bengkok yang dikenal dengan bonded strain gage.
Bentuk kawat yang berliku-liku dimaksudkan untuk memudahkan pendeteksian terhadap gaya tekanan
yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan, karena, tekanan akan menarik kabel sehingga meregang.
Hal ini menyebabkan perubahan resistansi pada kawat.
Selain bonded strain gage juga terdapat tipe yang lain yaitu unhonded strain gage, yaitu strain gage yang
dibentuk oleh kawat yang dilekatkan pada sebuah rangka terpola agar terbentuk strain gage dengan kawat
tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika papan atau rangka mendapat tekanan dari luar, maka
resistansinya akan bertambah sebesar DR dan panjangnya berubah sebesar DL.
Karakteristik sebuah strain gage ditentukan oleh sensitivitas (S) atau gage factor (GF). Sensitivitas
didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan nilai tahanan dan perubahan panjang, ditentukan
dengan rumus berikut:
S = GF =
Keterangan
S
= GF = sensitivitas atau gagefactor
R
= resistansi kawat (awal)
DR
= perubahan nilai resistansi kawat
L
= panjang kawat (awal)
DL
= perubahan panjang kawat.
Perubahan panjang kawat (DL/L) adalah regangan pada kawat tahanan atau dikenal dengan s (sigma),
sehingga persarnaan di atas menjadi:
S=
Perubahan nilai resistansi R dari kawat tahanan yang panjangnya L dapat dihitung dengan menggunakan
rumus:
R=r
Nilai resistansi dari kawat tahanan setelah mengalami tekanan luar yang menyebabkan pertambahan
panjang (DL) dan berkurangnya diameter (Dd) adalah:
R1 =
Persamaan di atas dapat disederhanakan berdasarkan ratio dari Poison (m) yang didefinisikan sebagai
perbandingan antara pengurangan diameter dan pertambahan panjang, yaitu:
m=
Substitusi dari kedua persarnaan di atas, adalah:
Rs =
disederhanakan menjadi:
Rs = R + DR = R [1+(1+2m)DL/L]
Perbandingan pertambahan nilai resistansi DR dengan pertambahan panjang L tersebut adalah merupakan
sensitivitas atau gage factor, yaitu:
S = = 1 +2m
Besarnya ratio (Poisons ratio) bahan logam, umumnya berkisar antara 0,25 – 0,35, sedangkan sensitivitas
(s) atau gage factor berkisar antara 1,50-1,70. Kawat tahanan konstantan mempunyai sensitivitas = 2,
sedangkan logam campuran “Alloy 479″ sensitivitasnya adalah 4.
Strain gage dari bahan semikonduktor silikon dan germanium memiliki sensitivitas yang jauh lebih tinggi,
yaitu antara 50 hingga 200. Kelemahan strain gage ini dalam pemakaiannya harus dilengkapi dengan
kompensator suhu.
Berdasarkan konstruksi fisik, strain gage dikelompokkan ke dalam beberapa tipe. Tipe-tipe tersebut antara
lain: tipe bentangan kawat lurus (unbonded strain gage) dan kawat yang dibengkok (honded strain gage),
dua elemen, tiga elemen, bentuk star atau delta, ditunjukkan pada gambar berikut:
C. Transducer Perubahan Posisi
Jenis transducer yang banyak digunakan untuk mendeteksi perubahaan posisi adalah Linear Paralel
Differential Transformer (LVDT). Transducer ini bekerja berdasarkan prinsip kerja transformator.
LVDT terdiri dari sebuah kumparan primer (P) dan dua buah kumparan sekunder (S1 dan S2), Perhatikan
gambar 2.17.
Bila tegangan AC mengalir pada kumparan primer (P), maka akan muncul tegangan induksi di kedua
kumparan sekunder (S1 dan S2). Dalam rangkaian, kumparan sekunder dihubungkan secara seri
berlawanan fase sehingga tegangan pada kedua kumparan saling berlawanan fase.
Pada posisi normal, inti feromagnetik berada di tengah-tengah antara dua kumparan sekunder. Pada posisi
ini tegangan emf di kedua kumparan sekunder (S1 dan S2). sama tetapi berkebalikan antara satu dengan
yang lain.
Dengan demikian, jumlah tegangan keluarannya sama dengan 0 volt, posisi ini disebut sebagai null
position.
Polaritas tegangan keluaran yang dihasilkan LVDT ditentukan oleh arah gerakan inti. Sebagai contoh,
bila inti pada gambar rangkaian 2.17 bergerak ke bawah, kumparan S2, besar tegangan induksi lebih besar
daripada S1,. Besar tegangan induksi ditentukan oleh seberapa jauh inti bergerak. Langkah perubahan
posisi ini pada umuumnya antara 0,1 mm sampai dengan 75 mm.
Untuk mengubah tegangan keluaran S1 dan S2 pada gambar 2.17 menjadi tegangan DC, gambar
rangkaiannya ditunjukkan dengan gambar 2.18.
D. Transducer Tekanan
Transducer tekanan digunakan untuk mengukur dan mengendalikan tekanan, seperti tekanan cairan atau
gas. Untuk mengubah tekanan menjadi perubahan posisi diperlukan sebuah kantong atau diapragma,
ditunjukkan pada gambar 2.20.
Perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga mengakibatkan
perubahan induksi magnetik pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT (Center
Tap), dengan demikian apabila inti mengalami pergeseran maka induktansi pada salah satu kumparan
bertambah sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang. Signal Converter mengubah
induktansi magnetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.
Salah satu pemanfaatan dari penerapan transducer ini adalah untuk mengukur tinggi suatu cairan. Piranti
ini digunakan untuk mengukur baik tekanan statis ataupun perbedaan tekanan.
Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan menggunakan rumus sebagai
berikut:
P= d. g. h
Keterangan:
P = tekanan statis (pascal)
d = kepadatan cairan (kg/m3)
g = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)
h = tinggi cairan (m)
E. Transducer Kapasitif
Kapasitas sebuah kapasitor dapat ditentukan oleh perubahan jarak antara konduktor, tipe dielektrik atau
luas penampang konduktor. Sebuah transducer kapasitif adalah variabel kapasitor yang kapasitansinya
berubah karena kondisi fisik misalnya tinggi cairan, jenis cairan kimia, tekanan, dan ketebalan atau
vibrasi.
Hubungannya dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.
C=
Keterangan:
A
= luas penampang konduktor (m2)
d
= jarak antarkonduktor (m)
e0
= permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-2 F/m)
k
= konstanta. dielektrikurn
Perubahan salah satu dari 3 faktor tersebut menghasilkan perubahan kapasitansi. Gambar 2.22.
menunjukkan sensor kapasitif di mana kapasitansi sebanding dengan jarak antara alat diafragma dengan
plat statis sebagai akibat tekanan eksternal. Perubahan kapasitansi dapat diukur dengan sebuah rangkaian
jembatan atau rangkaian oscilator.
Bila digunakan pada rangkaian osilator, perubahan kapasitas menghasilkan perabahan frekuensi oscilator
sebanding dengan perubahan tekanan pada alat diafragma.
F. Transducer Kelembaban
Lembap berarti kondisi yang terdiri dari udara dan uap air. Tingkat kelembapan ditentukan oleh
perbandingan antara persentase uap air di udara.
Hygrometer adalah transducer yang menghasilkan sinyal keluaran berdasarkan pada tingkat kelembapan.
Transducer kelembapan umumnya diklasifikasikan sebagai hygrometer atau psychrometer. Tiga tipe
hygrometer yang banyak dipakai adalah

tipe rambut,

resistif dan

optik.
Hygrometer optik mengukur berdasarkan berkurangnya intensitas sinar di atmosfer pada suatu waktu.
tertentu. Gambar 2.24. menunjukkan sebuah contoh hygrometer resistif, terdiri dari elektroda logam yang
terbungkus bahan plastik dan ditutup dengan lithium chloride yang sensitif terhadap kelembapan.
Bila kelembapan udara di sekitar hygrometer bertambah, film lithium chloride menyerap air lebih banyak
menyebabkan resistansi elektrode berkurang. Pada kelembapan relatif 10%, resistansi turun menjadi
sekitar 75 W.
Beberapa proses industri memerlukan tingkat kelembapan udara yang terkendali. Contoh seperti pada
ruang pengeringan, ruang penyimpanan atau ruang proses. Bila kelembapan udara mencapal 100%, untuk
mengurangi prosentase kelembapan dilakukan dengan cara mcnaikkan suhu ruangan. Sebaliknya bila
persentase kelembapan terlalu rendah, dapat dinaikkan dengan cara menurunkan suhu ruangan.
Jenis sensor kelembapan yang lain adalah psychrometer, yaitu piranti yang menggunakan dua buah sensor
suhu dan dua buah “bulb”, ditampilkan pada gambar 2.25.
Prinsip kerjanya berdasarkan perbedaan pembacaan suhu pada kedua sensor. Tegangan keluaran
bervariasi sesuai dengan perbedaan suhu antara dry bulb (tabung kering) dan wet bulb (tabung basah).
G. Transducer Elektromagnet
Piranti sensor Hall Effect (Efek Hall) menghasilkan tegangan keluaran yang ditimbulkan karena medan
magnet. Sensor Hall Effect pertama kali ditemukan pada th. 1879 oleh Edward H. Hall.
Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah magnet diletakkan tegak lurus
terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan
konduktor. Tegangan yang muncul ini disebut tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus
dan kuat medan magnet. Dengan dernikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat medan
magnet.
Transducer Efek Hall menggunakan sebuah keping semikonduktor, ditunjukkan pada gambar 2.26. Bila
arus mengalir melalui bahan semi konduktor, tegangan emf ialah dihasilkan di antara sisi yang lain pada
keping sernikonduktor tersebut
Kernudian jika terdapat hubungan magnet melalui keping sernikonduktor, akan dihasilkan tegangan yang
sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet melewati bahan
semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron bergerak menyebar ke pusat
keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan Hall, umumnya sebesar 10 milivolt.
Penerapan sensor Efek hall di industri biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan putar objek yang
bcrgerak misalnya ‘conveyor belt’. (Gambar 2.27). Permanen magnet dipasang pada bagian yang berputar
sedangkan keping semikonduktor dipasang pada stator.
Setiap kali medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa pada keluaran keping semikonduktor yang
dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putar conveyor belt tersebut.
Transducer Photo
Piranti photolistrik digunakan untuk menghitung, mengukur dan fungsi pengendali lain, yang banyak
diterapkan pada proses industri. Piranti photolistrik ini dikategorikan pada dua golongan, yaitu piranti
yang memancarkan sinar dan piranti yang menerima sinar.
Contoh yang memancarkan sinar seperti LED (Light Emitting Devices) dan yang menerima sinar seperti
photovoltaic cell.
1. Transducer Photovoltaic (Solar Cell Photocell)
Transducerphotovoltaic menghasilkan tegangan keluaran yang besarnya sebanding dengan intensitas
cahaya. Sebuah sell photovoltaic atau photocell, akan menghasilkan emf (tegangan) bila mendapat sinar.
Bahan pembuatan photovoltaik adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide, dan selenium.
Photocell dari bahan silikon mempunyai bentuk yang sangat kecil tetapi mempunyai kepekaan yang
sangat tinggi. Prinsip photocell sama seperti piranti semikonduktor lainnya, bila pasangan lubang elektron
terbentuk maka akan mengalir arus elektron melalui pertemuan pn.
Depletion Layer adalah pertemuan antara substrat tipe P dan substrat tipe N. Bila cahaya jatuh pada
photocell; depletion layer akan berkurang dan elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus
yang mengalir sebanding dengan perpindahan elektron yang ditentukan intensitas cahayanya.
Intensitas sinar diukur dalam foot-candle yang berubah secara logaritmik. Contoh: tegangan yang
dihasilkan photocell pada intensitas cahaya sebesar 10 foot candles sebesar 0, 1 volt, dan pada intensitas
cahaya 100 foot candles tegangan keluarannya ± 0,2 V Karena tegangan keluaran photocell kecil maka
perlu dikuatkan dengan penguat tegangan. Gambar 2.29. menunjukkan rangkaian dasar penguatan
tegangan.
A. Transducer temperatur
Terdapat dua kategori transducer temperatur semikonduktor, yaitu transducer yang menghasilkan
tegangan tertentu sesuai dengan perubahan suhu dan transducer yang menghasilkan arus tertentu. sesuai
dengan perubahan suhu.
Contoh sumber tegangan yang sensitif terhadap suhu adalah IC LM 35 produk dari Nasional. Rangkaian
ditunjukkan pada gambar 2.15.
Tegangan yang dihasilkan oleh LM 35 pada berbagai suhu adalah sebagai berikut:
+1500 mV pada suhu 150o C,
+2500 mV pada suhu 250C, dan
-550 mV pada suhu -550 C
R1 =
Tegangan keluaran rangkaian bertambah 10 mV/ 0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (Vs) pada rangkaian, transducer mampu bekerja pada rentang suhu -550 C sampai 1500 C. Tegangan
keluaran dapat diatur 0 volt pada suhu 00 C dan ketelitian dari transducer ini adalah ± 10 C.
B. Transducer Gaya, Beban, dan Torsi
Strain gage adalah salah satu transducer yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya,
beban, torsi, dan tegangan. Prinsip kerjanya adalah mengubah gaya mekanik menjadi besaran resistansi
yang sebanding.
Piranti ini dibuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat tahanan yang biasa digunakan
adalah campuran dari bahan “konstantan” (60% Cu dan 40% Ni) atau logam campuran “479″ terdiri dari
92% Pt dan 8% Wo.
Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage dengan kawat berliku-liku
atau bengkok-bengkok yang dikenal dengan bonded strain gage.
Bentuk kawat yang berliku-liku dimaksudkan untuk memudahkan pendeteksian terhadap gaya tekanan
yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan, karena, tekanan akan menarik kabel sehingga meregang.
Hal ini menyebabkan perubahan resistansi pada kawat.
Selain bonded strain gage juga terdapat tipe yang lain yaitu unhonded strain gage, yaitu strain gage yang
dibentuk oleh kawat yang dilekatkan pada sebuah rangka terpola agar terbentuk strain gage dengan kawat
tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika papan atau rangka mendapat tekanan dari luar, maka
resistansinya akan bertambah sebesar DR dan panjangnya berubah sebesar DL.
Karakteristik sebuah strain gage ditentukan oleh sensitivitas (S) atau gage factor (GF). Sensitivitas
didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan nilai tahanan dan perubahan panjang, ditentukan
dengan rumus berikut:
S = GF =
Keterangan
S
= GF = sensitivitas atau gagefactor
R
= resistansi kawat (awal)
DR
= perubahan nilai resistansi kawat
L
= panjang kawat (awal)
DL
= perubahan panjang kawat.
Perubahan panjang kawat (DL/L) adalah regangan pada kawat tahanan atau dikenal dengan s (sigma),
sehingga persarnaan di atas menjadi:
S=
Perubahan nilai resistansi R dari kawat tahanan yang panjangnya L dapat dihitung dengan menggunakan
rumus:
R=r
Nilai resistansi dari kawat tahanan setelah mengalami tekanan luar yang menyebabkan pertambahan
panjang (DL) dan berkurangnya diameter (Dd) adalah:
R1 =
Persamaan di atas dapat disederhanakan berdasarkan ratio dari Poison (m) yang didefinisikan sebagai
perbandingan antara pengurangan diameter dan pertambahan panjang, yaitu:
m=
Substitusi dari kedua persarnaan di atas, adalah:
Rs =
disederhanakan menjadi:
Rs = R + DR = R [1+(1+2m)DL/L]
Perbandingan pertambahan nilai resistansi DR dengan pertambahan panjang L tersebut adalah merupakan
sensitivitas atau gage factor, yaitu:
S = = 1 +2m
Besarnya ratio (Poisons ratio) bahan logam, umumnya berkisar antara 0,25 – 0,35, sedangkan sensitivitas
(s) atau gage factor berkisar antara 1,50-1,70. Kawat tahanan konstantan mempunyai sensitivitas = 2,
sedangkan logam campuran “Alloy 479″ sensitivitasnya adalah 4.
Strain gage dari bahan semikonduktor silikon dan germanium memiliki sensitivitas yang jauh lebih tinggi,
yaitu antara 50 hingga 200. Kelemahan strain gage ini dalam pemakaiannya harus dilengkapi dengan
kompensator suhu.
Berdasarkan konstruksi fisik, strain gage dikelompokkan ke dalam beberapa tipe. Tipe-tipe tersebut antara
lain: tipe bentangan kawat lurus (unbonded strain gage) dan kawat yang dibengkok (honded strain gage),
dua elemen, tiga elemen, bentuk star atau delta, ditunjukkan pada gambar berikut:
C. Transducer Perubahan Posisi
Jenis transducer yang banyak digunakan untuk mendeteksi perubahaan posisi adalah Linear Paralel
Differential Transformer (LVDT). Transducer ini bekerja berdasarkan prinsip kerja transformator.
LVDT terdiri dari sebuah kumparan primer (P) dan dua buah kumparan sekunder (S1 dan S2), Perhatikan
gambar 2.17.
Bila tegangan AC mengalir pada kumparan primer (P), maka akan muncul tegangan induksi di kedua
kumparan sekunder (S1 dan S2). Dalam rangkaian, kumparan sekunder dihubungkan secara seri
berlawanan fase sehingga tegangan pada kedua kumparan saling berlawanan fase.
Pada posisi normal, inti feromagnetik berada di tengah-tengah antara dua kumparan sekunder. Pada posisi
ini tegangan emf di kedua kumparan sekunder (S1 dan S2). sama tetapi berkebalikan antara satu dengan
yang lain.
Dengan demikian, jumlah tegangan keluarannya sama dengan 0 volt, posisi ini disebut sebagai null
position.
Polaritas tegangan keluaran yang dihasilkan LVDT ditentukan oleh arah gerakan inti. Sebagai contoh,
bila inti pada gambar rangkaian 2.17 bergerak ke bawah, kumparan S2, besar tegangan induksi lebih besar
daripada S1,. Besar tegangan induksi ditentukan oleh seberapa jauh inti bergerak. Langkah perubahan
posisi ini pada umuumnya antara 0,1 mm sampai dengan 75 mm.
Untuk mengubah tegangan keluaran S1 dan S2 pada gambar 2.17 menjadi tegangan DC, gambar
rangkaiannya ditunjukkan dengan gambar 2.18.
D. Transducer Tekanan
Transducer tekanan digunakan untuk mengukur dan mengendalikan tekanan, seperti tekanan cairan atau
gas. Untuk mengubah tekanan menjadi perubahan posisi diperlukan sebuah kantong atau diapragma,
ditunjukkan pada gambar 2.20.
Perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga mengakibatkan
perubahan induksi magnetik pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT (Center
Tap), dengan demikian apabila inti mengalami pergeseran maka induktansi pada salah satu kumparan
bertambah sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang. Signal Converter mengubah
induktansi magnetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.
Salah satu pemanfaatan dari penerapan transducer ini adalah untuk mengukur tinggi suatu cairan. Piranti
ini digunakan untuk mengukur baik tekanan statis ataupun perbedaan tekanan.
Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan menggunakan rumus sebagai
berikut:
P= d. g. h
Keterangan:
P = tekanan statis (pascal)
d = kepadatan cairan (kg/m3)
g = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)
h = tinggi cairan (m)
E. Transducer Kapasitif
Kapasitas sebuah kapasitor dapat ditentukan oleh perubahan jarak antara konduktor, tipe dielektrik atau
luas penampang konduktor. Sebuah transducer kapasitif adalah variabel kapasitor yang kapasitansinya
berubah karena kondisi fisik misalnya tinggi cairan, jenis cairan kimia, tekanan, dan ketebalan atau
vibrasi.
Hubungannya dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.
C=
Keterangan:
A
= luas penampang konduktor (m2)
d
= jarak antarkonduktor (m)
e0
= permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-2 F/m)
k
= konstanta. dielektrikurn
Perubahan salah satu dari 3 faktor tersebut menghasilkan perubahan kapasitansi. Gambar 2.22.
menunjukkan sensor kapasitif di mana kapasitansi sebanding dengan jarak antara alat diafragma dengan
plat statis sebagai akibat tekanan eksternal. Perubahan kapasitansi dapat diukur dengan sebuah rangkaian
jembatan atau rangkaian oscilator.
Bila digunakan pada rangkaian osilator, perubahan kapasitas menghasilkan perabahan frekuensi oscilator
sebanding dengan perubahan tekanan pada alat diafragma.
F. Transducer Kelembaban
Lembap berarti kondisi yang terdiri dari udara dan uap air. Tingkat kelembapan ditentukan oleh
perbandingan antara persentase uap air di udara.
Hygrometer adalah transducer yang menghasilkan sinyal keluaran berdasarkan pada tingkat kelembapan.
Transducer kelembapan umumnya diklasifikasikan sebagai hygrometer atau psychrometer. Tiga tipe
hygrometer yang banyak dipakai adalah

tipe rambut,

resistif dan

optik.
Hygrometer optik mengukur berdasarkan berkurangnya intensitas sinar di atmosfer pada suatu waktu.
tertentu. Gambar 2.24. menunjukkan sebuah contoh hygrometer resistif, terdiri dari elektroda logam yang
terbungkus bahan plastik dan ditutup dengan lithium chloride yang sensitif terhadap kelembapan.
Bila kelembapan udara di sekitar hygrometer bertambah, film lithium chloride menyerap air lebih banyak
menyebabkan resistansi elektrode berkurang. Pada kelembapan relatif 10%, resistansi turun menjadi
sekitar 75 W.
Beberapa proses industri memerlukan tingkat kelembapan udara yang terkendali. Contoh seperti pada
ruang pengeringan, ruang penyimpanan atau ruang proses. Bila kelembapan udara mencapal 100%, untuk
mengurangi prosentase kelembapan dilakukan dengan cara mcnaikkan suhu ruangan. Sebaliknya bila
persentase kelembapan terlalu rendah, dapat dinaikkan dengan cara menurunkan suhu ruangan.
Jenis sensor kelembapan yang lain adalah psychrometer, yaitu piranti yang menggunakan dua buah sensor
suhu dan dua buah “bulb”, ditampilkan pada gambar 2.25.
Prinsip kerjanya berdasarkan perbedaan pembacaan suhu pada kedua sensor. Tegangan keluaran
bervariasi sesuai dengan perbedaan suhu antara dry bulb (tabung kering) dan wet bulb (tabung basah).
G. Transducer Elektromagnet
Piranti sensor Hall Effect (Efek Hall) menghasilkan tegangan keluaran yang ditimbulkan karena medan
magnet. Sensor Hall Effect pertama kali ditemukan pada th. 1879 oleh Edward H. Hall.
Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah magnet diletakkan tegak lurus
terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan
konduktor. Tegangan yang muncul ini disebut tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus
dan kuat medan magnet. Dengan dernikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat medan
magnet.
Transducer Efek Hall menggunakan sebuah keping semikonduktor, ditunjukkan pada gambar 2.26. Bila
arus mengalir melalui bahan semi konduktor, tegangan emf ialah dihasilkan di antara sisi yang lain pada
keping sernikonduktor tersebut
Kernudian jika terdapat hubungan magnet melalui keping sernikonduktor, akan dihasilkan tegangan yang
sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet melewati bahan
semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron bergerak menyebar ke pusat
keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan Hall, umumnya sebesar 10 milivolt.
Penerapan sensor Efek hall di industri biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan putar objek yang
bcrgerak misalnya ‘conveyor belt’. (Gambar 2.27). Permanen magnet dipasang pada bagian yang berputar
sedangkan keping semikonduktor dipasang pada stator.
Setiap kali medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa pada keluaran keping semikonduktor yang
dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putar conveyor belt tersebut.
Transducer Photo
Piranti photolistrik digunakan untuk menghitung, mengukur dan fungsi pengendali lain, yang banyak
diterapkan pada proses industri. Piranti photolistrik ini dikategorikan pada dua golongan, yaitu piranti
yang memancarkan sinar dan piranti yang menerima sinar.
Contoh yang memancarkan sinar seperti LED (Light Emitting Devices) dan yang menerima sinar seperti
photovoltaic cell.
1. Transducer Photovoltaic (Solar Cell Photocell)
Transducerphotovoltaic menghasilkan tegangan keluaran yang besarnya sebanding dengan intensitas
cahaya. Sebuah sell photovoltaic atau photocell, akan menghasilkan emf (tegangan) bila mendapat sinar.
Bahan pembuatan photovoltaik adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide, dan selenium.
Photocell dari bahan silikon mempunyai bentuk yang sangat kecil tetapi mempunyai kepekaan yang
sangat tinggi. Prinsip photocell sama seperti piranti semikonduktor lainnya, bila pasangan lubang elektron
terbentuk maka akan mengalir arus elektron melalui pertemuan pn.
Depletion Layer adalah pertemuan antara substrat tipe P dan substrat tipe N. Bila cahaya jatuh pada
photocell; depletion layer akan berkurang dan elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus
yang mengalir sebanding dengan perpindahan elektron yang ditentukan intensitas cahayanya.
Intensitas sinar diukur dalam foot-candle yang berubah secara logaritmik. Contoh: tegangan yang
dihasilkan photocell pada intensitas cahaya sebesar 10 foot candles sebesar 0, 1 volt, dan pada intensitas
cahaya 100 foot candles tegangan keluarannya ± 0,2 V Karena tegangan keluaran photocell kecil maka
perlu dikuatkan dengan penguat tegangan. Gambar 2.29. menunjukkan rangkaian dasar penguatan
tegangan.
A. Transducer temperatur
Terdapat dua kategori transducer temperatur semikonduktor, yaitu transducer yang menghasilkan
tegangan tertentu sesuai dengan perubahan suhu dan transducer yang menghasilkan arus tertentu. sesuai
dengan perubahan suhu.
Contoh sumber tegangan yang sensitif terhadap suhu adalah IC LM 35 produk dari Nasional. Rangkaian
ditunjukkan pada gambar 2.15.
Tegangan yang dihasilkan oleh LM 35 pada berbagai suhu adalah sebagai berikut:
+1500 mV pada suhu 150o C,
+2500 mV pada suhu 250C, dan
-550 mV pada suhu -550 C
R1 =
Tegangan keluaran rangkaian bertambah 10 mV/ 0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (Vs) pada rangkaian, transducer mampu bekerja pada rentang suhu -550 C sampai 1500 C. Tegangan
keluaran dapat diatur 0 volt pada suhu 00 C dan ketelitian dari transducer ini adalah ± 10 C.
B. Transducer Gaya, Beban, dan Torsi
Strain gage adalah salah satu transducer yang banyak dipakai untuk mendeteksi dan mengukur gaya,
beban, torsi, dan tegangan. Prinsip kerjanya adalah mengubah gaya mekanik menjadi besaran resistansi
yang sebanding.
Piranti ini dibuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat tahanan yang biasa digunakan
adalah campuran dari bahan “konstantan” (60% Cu dan 40% Ni) atau logam campuran “479″ terdiri dari
92% Pt dan 8% Wo.
Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage dengan kawat berliku-liku
atau bengkok-bengkok yang dikenal dengan bonded strain gage.
Bentuk kawat yang berliku-liku dimaksudkan untuk memudahkan pendeteksian terhadap gaya tekanan
yang tegak lurus dengan arah panjang lipatan, karena, tekanan akan menarik kabel sehingga meregang.
Hal ini menyebabkan perubahan resistansi pada kawat.
Selain bonded strain gage juga terdapat tipe yang lain yaitu unhonded strain gage, yaitu strain gage yang
dibentuk oleh kawat yang dilekatkan pada sebuah rangka terpola agar terbentuk strain gage dengan kawat
tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika papan atau rangka mendapat tekanan dari luar, maka
resistansinya akan bertambah sebesar DR dan panjangnya berubah sebesar DL.
Karakteristik sebuah strain gage ditentukan oleh sensitivitas (S) atau gage factor (GF). Sensitivitas
didefinisikan sebagai perbandingan antara perubahan nilai tahanan dan perubahan panjang, ditentukan
dengan rumus berikut:
S = GF =
Keterangan
S
= GF = sensitivitas atau gagefactor
R
= resistansi kawat (awal)
DR
= perubahan nilai resistansi kawat
L
= panjang kawat (awal)
DL
= perubahan panjang kawat.
Perubahan panjang kawat (DL/L) adalah regangan pada kawat tahanan atau dikenal dengan s (sigma),
sehingga persarnaan di atas menjadi:
S=
Perubahan nilai resistansi R dari kawat tahanan yang panjangnya L dapat dihitung dengan menggunakan
rumus:
R=r
Nilai resistansi dari kawat tahanan setelah mengalami tekanan luar yang menyebabkan pertambahan
panjang (DL) dan berkurangnya diameter (Dd) adalah:
R1 =
Persamaan di atas dapat disederhanakan berdasarkan ratio dari Poison (m) yang didefinisikan sebagai
perbandingan antara pengurangan diameter dan pertambahan panjang, yaitu:
m=
Substitusi dari kedua persarnaan di atas, adalah:
Rs =
disederhanakan menjadi:
Rs = R + DR = R [1+(1+2m)DL/L]
Perbandingan pertambahan nilai resistansi DR dengan pertambahan panjang L tersebut adalah merupakan
sensitivitas atau gage factor, yaitu:
S = = 1 +2m
Besarnya ratio (Poisons ratio) bahan logam, umumnya berkisar antara 0,25 – 0,35, sedangkan sensitivitas
(s) atau gage factor berkisar antara 1,50-1,70. Kawat tahanan konstantan mempunyai sensitivitas = 2,
sedangkan logam campuran “Alloy 479″ sensitivitasnya adalah 4.
Strain gage dari bahan semikonduktor silikon dan germanium memiliki sensitivitas yang jauh lebih tinggi,
yaitu antara 50 hingga 200. Kelemahan strain gage ini dalam pemakaiannya harus dilengkapi dengan
kompensator suhu.
Berdasarkan konstruksi fisik, strain gage dikelompokkan ke dalam beberapa tipe. Tipe-tipe tersebut antara
lain: tipe bentangan kawat lurus (unbonded strain gage) dan kawat yang dibengkok (honded strain gage),
dua elemen, tiga elemen, bentuk star atau delta, ditunjukkan pada gambar berikut:
C. Transducer Perubahan Posisi
Jenis transducer yang banyak digunakan untuk mendeteksi perubahaan posisi adalah Linear Paralel
Differential Transformer (LVDT). Transducer ini bekerja berdasarkan prinsip kerja transformator.
LVDT terdiri dari sebuah kumparan primer (P) dan dua buah kumparan sekunder (S1 dan S2), Perhatikan
gambar 2.17.
Bila tegangan AC mengalir pada kumparan primer (P), maka akan muncul tegangan induksi di kedua
kumparan sekunder (S1 dan S2). Dalam rangkaian, kumparan sekunder dihubungkan secara seri
berlawanan fase sehingga tegangan pada kedua kumparan saling berlawanan fase.
Pada posisi normal, inti feromagnetik berada di tengah-tengah antara dua kumparan sekunder. Pada posisi
ini tegangan emf di kedua kumparan sekunder (S1 dan S2). sama tetapi berkebalikan antara satu dengan
yang lain.
Dengan demikian, jumlah tegangan keluarannya sama dengan 0 volt, posisi ini disebut sebagai null
position.
Polaritas tegangan keluaran yang dihasilkan LVDT ditentukan oleh arah gerakan inti. Sebagai contoh,
bila inti pada gambar rangkaian 2.17 bergerak ke bawah, kumparan S2, besar tegangan induksi lebih besar
daripada S1,. Besar tegangan induksi ditentukan oleh seberapa jauh inti bergerak. Langkah perubahan
posisi ini pada umuumnya antara 0,1 mm sampai dengan 75 mm.
Untuk mengubah tegangan keluaran S1 dan S2 pada gambar 2.17 menjadi tegangan DC, gambar
rangkaiannya ditunjukkan dengan gambar 2.18.
D. Transducer Tekanan
Transducer tekanan digunakan untuk mengukur dan mengendalikan tekanan, seperti tekanan cairan atau
gas. Untuk mengubah tekanan menjadi perubahan posisi diperlukan sebuah kantong atau diapragma,
ditunjukkan pada gambar 2.20.
Perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga mengakibatkan
perubahan induksi magnetik pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT (Center
Tap), dengan demikian apabila inti mengalami pergeseran maka induktansi pada salah satu kumparan
bertambah sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang. Signal Converter mengubah
induktansi magnetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.
Salah satu pemanfaatan dari penerapan transducer ini adalah untuk mengukur tinggi suatu cairan. Piranti
ini digunakan untuk mengukur baik tekanan statis ataupun perbedaan tekanan.
Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan menggunakan rumus sebagai
berikut:
P= d. g. h
Keterangan:
P = tekanan statis (pascal)
d = kepadatan cairan (kg/m3)
g = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)
h = tinggi cairan (m)
E. Transducer Kapasitif
Kapasitas sebuah kapasitor dapat ditentukan oleh perubahan jarak antara konduktor, tipe dielektrik atau
luas penampang konduktor. Sebuah transducer kapasitif adalah variabel kapasitor yang kapasitansinya
berubah karena kondisi fisik misalnya tinggi cairan, jenis cairan kimia, tekanan, dan ketebalan atau
vibrasi.
Hubungannya dapat ditentukan dengan rumus sebagai berikut.
C=
Keterangan:
A
= luas penampang konduktor (m2)
d
= jarak antarkonduktor (m)
e0
= permitivitas ruang hampa (8,85 x 10-2 F/m)
k
= konstanta. dielektrikurn
Perubahan salah satu dari 3 faktor tersebut menghasilkan perubahan kapasitansi. Gambar 2.22.
menunjukkan sensor kapasitif di mana kapasitansi sebanding dengan jarak antara alat diafragma dengan
plat statis sebagai akibat tekanan eksternal. Perubahan kapasitansi dapat diukur dengan sebuah rangkaian
jembatan atau rangkaian oscilator.
Bila digunakan pada rangkaian osilator, perubahan kapasitas menghasilkan perabahan frekuensi oscilator
sebanding dengan perubahan tekanan pada alat diafragma.
F. Transducer Kelembaban
Lembap berarti kondisi yang terdiri dari udara dan uap air. Tingkat kelembapan ditentukan oleh
perbandingan antara persentase uap air di udara.
Hygrometer adalah transducer yang menghasilkan sinyal keluaran berdasarkan pada tingkat kelembapan.
Transducer kelembapan umumnya diklasifikasikan sebagai hygrometer atau psychrometer. Tiga tipe
hygrometer yang banyak dipakai adalah

tipe rambut,

resistif dan

optik.
Hygrometer optik mengukur berdasarkan berkurangnya intensitas sinar di atmosfer pada suatu waktu.
tertentu. Gambar 2.24. menunjukkan sebuah contoh hygrometer resistif, terdiri dari elektroda logam yang
terbungkus bahan plastik dan ditutup dengan lithium chloride yang sensitif terhadap kelembapan.
Bila kelembapan udara di sekitar hygrometer bertambah, film lithium chloride menyerap air lebih banyak
menyebabkan resistansi elektrode berkurang. Pada kelembapan relatif 10%, resistansi turun menjadi
sekitar 75 W.
Beberapa proses industri memerlukan tingkat kelembapan udara yang terkendali. Contoh seperti pada
ruang pengeringan, ruang penyimpanan atau ruang proses. Bila kelembapan udara mencapal 100%, untuk
mengurangi prosentase kelembapan dilakukan dengan cara mcnaikkan suhu ruangan. Sebaliknya bila
persentase kelembapan terlalu rendah, dapat dinaikkan dengan cara menurunkan suhu ruangan.
Jenis sensor kelembapan yang lain adalah psychrometer, yaitu piranti yang menggunakan dua buah sensor
suhu dan dua buah “bulb”, ditampilkan pada gambar 2.25.
Prinsip kerjanya berdasarkan perbedaan pembacaan suhu pada kedua sensor. Tegangan keluaran
bervariasi sesuai dengan perbedaan suhu antara dry bulb (tabung kering) dan wet bulb (tabung basah).
G. Transducer Elektromagnet
Piranti sensor Hall Effect (Efek Hall) menghasilkan tegangan keluaran yang ditimbulkan karena medan
magnet. Sensor Hall Effect pertama kali ditemukan pada th. 1879 oleh Edward H. Hall.
Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah magnet diletakkan tegak lurus
terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan
konduktor. Tegangan yang muncul ini disebut tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus
dan kuat medan magnet. Dengan dernikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat medan
magnet.
Transducer Efek Hall menggunakan sebuah keping semikonduktor, ditunjukkan pada gambar 2.26. Bila
arus mengalir melalui bahan semi konduktor, tegangan emf ialah dihasilkan di antara sisi yang lain pada
keping sernikonduktor tersebut
Kernudian jika terdapat hubungan magnet melalui keping sernikonduktor, akan dihasilkan tegangan yang
sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet melewati bahan
semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron bergerak menyebar ke pusat
keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan Hall, umumnya sebesar 10 milivolt.
Penerapan sensor Efek hall di industri biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan putar objek yang
bcrgerak misalnya ‘conveyor belt’. (Gambar 2.27). Permanen magnet dipasang pada bagian yang berputar
sedangkan keping semikonduktor dipasang pada stator.
Setiap kali medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa pada keluaran keping semikonduktor yang
dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putar conveyor belt tersebut.
Transducer Photo
Piranti photolistrik digunakan untuk menghitung, mengukur dan fungsi pengendali lain, yang banyak
diterapkan pada proses industri. Piranti photolistrik ini dikategorikan pada dua golongan, yaitu piranti
yang memancarkan sinar dan piranti yang menerima sinar.
Contoh yang memancarkan sinar seperti LED (Light Emitting Devices) dan yang menerima sinar seperti
photovoltaic cell.
1. Transducer Photovoltaic (Solar Cell Photocell)
Transducerphotovoltaic menghasilkan tegangan keluaran yang besarnya sebanding dengan intensitas
cahaya. Sebuah sell photovoltaic atau photocell, akan menghasilkan emf (tegangan) bila mendapat sinar.
Bahan pembuatan photovoltaik adalah silicon, cadmium sullphide, gallium arsenide, dan selenium.
Photocell dari bahan silikon mempunyai bentuk yang sangat kecil tetapi mempunyai kepekaan yang
sangat tinggi. Prinsip photocell sama seperti piranti semikonduktor lainnya, bila pasangan lubang elektron
terbentuk maka akan mengalir arus elektron melalui pertemuan pn.
Depletion Layer adalah pertemuan antara substrat tipe P dan substrat tipe N. Bila cahaya jatuh pada
photocell; depletion layer akan berkurang dan elektron berpindah melalui hubungan “pn”. Besarnya arus
yang mengalir sebanding dengan perpindahan elektron yang ditentukan intensitas cahayanya.
Intensitas sinar diukur dalam foot-candle yang berubah secara logaritmik. Contoh: tegangan yang
dihasilkan photocell pada intensitas cahaya sebesar 10 foot candles sebesar 0, 1 volt, dan pada intensitas
cahaya 100 foot candles tegangan keluarannya ± 0,2 V Karena tegangan keluaran photocell kecil maka
perlu dikuatkan dengan penguat tegangan. Gambar 2.29. menunjukkan rangkaian dasar penguatan
tegangan.
isebut sebagai tranduser karena aktuatorpun merupakan tranduser.
Perbedaannya sensor adalah tranduser input, sedangkan aktuator adalah
tranduser output. Meski demikian asosiasi kita jika hanya disebut tranduser
memang
merujuk
pada
sensor.
Sinyal output dari sensor dapat berupa besaran mekanik ataupun elektrik.
Besaran mekanik sebagai output sensor untuk ditampilkan adalah posisi
translasi ataupun rotasi. Termometer air raksa mengkonversi perubahan
besaran temperatur menjadi perubahan posisi sehingga dapat kita baca
temperatur yang terukur. Contoh berikutnya adalah tachometer yang
menampilkan
informasi
kecepatan
dalam
bentuk
posisi
rotasi.
Tranduser elektrik mengkonversikan besaran fisik menjadi besaran elektrik.
Terdapat 5 besaran elektrik yang menjadi output sensor, yaitu