Sensor Dan Transduser [PDF]

Citation preview

SENSOR DAN TRANSDUSER 











Istilah atau pengertian sensor dan transduser seringkali interchangeable Sensor : perangkat yang berfungsi mengubah besaran fisik menjadi besaran fisik lain Transduser : bisa terdiri lebih dari satu sensor yang digabungkan dengan komponen lain sehingga dapat berfungsi sebagai suatu instrumen



KLASIFIKASI SENSOR 







Sensor aktif : tidak membutuhkan sumber daya untuk dapat berfungsi Sensor pasif : membutuhkan sumber daya agar berfungsi



APLIKASI SENSOR   







Sensor Sensor Sensor Sensor



thermis tekanan



flow optis



SENSOR THERMIS   



Thermocouples Resistance temperature device (RTD) Semiconductor device (NTC)



THERMOCOUPLES 



 







Terdiri dari dua konduktor yang berbeda jenis, yang disambungkan pada kedua ujungnya Ujung-ujung dari thermocouple disebut junctions Bila terjadi perbedaan temperatur dikedua junctions maka akan ada arus listrik yang mengalir atau tegangan emf, e (nilai tipikal e 0.001-0.004mV/K ) Besar tegangan emf e sebanding dengan beda temperatur dikedua juntions



Thermocouple



Bahan Thermocouple :



Bismuth, Constantan, Alumel (Nikel), Platimum, Alumunium, Rhodium, Copper Gold, Iron, Chromel, SIlicon



CAKUPAN TEMPERATUR THERMOCOUPLES Type



Materials



Temperature F



Temperature C



J



iron vs. copper nickel



-50 to +1400



-40 to +760



-100 to +2250



-80 to +240



-200 to 660



-130 to +350



-200 to +1250



-130 to +350



0 to +3200



-20 to +1760



0 to +3200



-20 to +1760



+500 to +3200



+260 to +1760



0 to +4200



-20 to +2320



K



Nickel-Chromium vs. Nickel-Aluminium



T



Copper vs. Copper-Nickel



E



R



Nickel-Chromium vs. Copper-Nickel



Platinum vs. Platinum-13% Rhodium



S



Platinum vs. Platinum-10% Rhodium



B



Platinum-6% Rhodium vs. Platinum-10% Rhodium



C



Tungsten-5% Rhenium vs. Tungsten-26% Rhenium



RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD) DETECTOR INI TERBUAT DARI BAHAN LOGAM ATAU PADUAN LOGAM  RESISTANSI DARI RTD BERUBAH TERHADAP PERUBAHAN TEMPERATURE  KOEFISIEN PERUBAHAN RESISTANSI POSITIP (PTC)  NILAI RESISTANSI RTD UMUMNYA 100OHM, TETAPI ADA JUGA RTD DENGAN RESISTANSI 50OHM DAN 1000OHM  COCOK DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR TEMPERATUR DALAM PIPA



RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD) RELASI ANTARA PERUBAHAN RESISTANSI RTD TERHADAP TEMPERATUR : RT = Ro (1 + A1T + A2T2 + . . . ) DI MANA Ro ADALAH RESISTANSI PADA 0OK RT ADALAH RESISTANSI PADA T OK A1 DAN A2 KONSTANTA YANG NILAI NYA BERGANTUNG PADA JENIS BAHAN RTD



RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD) RENTANG TEMPERATUR YANG DAPAT DIUKUR BERGANTUNG PADA BAHAN PEMBUAT RTD MATERIAL PLATINUM NICKEL COPPER NICKEL/IRON



RENTANG TEMPERATUR oF - 450 - + 1200 - 150 - + 600 - 100 - + 300 - 32 - + 400



THERMISTOR (NTC) 



 



TERBUAT DARI BAHAN SEMIKONDUKTOR MEMPUNYAI KOEFISIEN TEMPERATUR NEGATIF PERUBAHAN RESISTANSI TERHADAP TEMPERATUR TIDAK LINIER RT = RO EXP (B(1/T – 1/TO)



DI MANA RT RESISTANSI PADA T0K, RO RESISTANSI PADA 0OK DAN B KONSTANTA



THERMISTOR (NTC) PERBANDINGAN ANTARA RTD DAN NTC 











RTD KURANG SENSITIF DIBANDINGKAN DENGAN NTC PERUBAHAN RESISTANSI RTD JAUH LEBIH KECIL DARI NTC NTC COCOK DIGUNAKAN UNTUK PENGUKURAN TEMPERATUR YANG RELATIF RENDAH



Perbandingan Karakteristik Thermocouple, RTD dan Thermistor



SENSOR MEKANIK DIGUNAKAN UNTUK MENGUKUR BESARAN FISIKA SEPERTI SIMPANGAN (DISPLACEMENT), GAYA ATAU TEKANAN, LAJU ALIRAN (FLOW) DAN LEVEL



SENSOR RESISTIF RESISTANSI SUATU BAHAN : R =  L/A DI MANA R ADALAH RESISTANSI,  RESISTANSI JENIS, L PANJANG BAHAN DAN A LUAS PERMUKAAN BAHAN



POTENSIOMETER 



POTENSIOMETER PERUBAHAN RESISTANSI SEBANDING DENGAN SIMPANGAN LINIER ATAU ANGULAR



STRAIN GAUGE STRAIN GAUGE TERBUAT DARI KONDUKTOR LOGAM ATAU SEMIKONDUKTOR YANG DIFABRIKASI SEDEMIKIAN RUPA SEHINGGA NILAI RESISTANSI NYA BERUBAH BILA MENGALAMI PERUBAHAN PANJANG



SENSOR KAPASITIF DAPAT BERBENTUK DUA PELAT LOGAM YANG SEJAJAR ATAU DUA BUAH TABUNG YANG KONSENTRIS DENGAN DIAMETER YANG BERBEDA NILAI KAPASITANSI SUATU KAPASITOR ADALAH : C =  A/D



SENSOR INDUKTIF DARI SENSOR INDUKTIF YANG PALING BANYAK DIGUNAKAN ADALAH LVDT (LINEAR VARIABLE DIFFERENTIAL TRANSFORMER) LVDT DIBENTUK DARI DUA BUAH KUMPARAN YAITU SEBUAH KUMPARAN PRIMER DAN DUA BUAH KUMPARAN SEKUNDER, DIMANA KE DUA KUMPARAN SEKUNDER DIHUBUNGKAN SECARA DIFFERENTIAL PERUBAHAN POSISI INTI LVDT SEBANDING DENGAN DENGAN PERUBAHAN TEGANGAN YANG KELUAR DARI KE DUA KUMPARAN SEKUNDER



PENGUKURAN LEVEL ADA TIGA METODA YANG DAPAT DIGUNAKAN DALAM PENGUKURAN LEVEL, YAITU :  MEKANIKAL  ELEKTRIKAL  ULTRASONIK



PENGUKURAN LEVEL MEKANIKAL MENGGUNAKAN PELAMPUNG, SEBAGAI SENSOR PERTAMA, YANG DIHUBUNGKAN DENGAN LVDT ATAU POTENSIOMETER, SEBAGAI SENSOR KE DUA, UNTUK MENDAPATKAN KELUARAN BERUPA TEGANGAN ELEKTRIK 



PENGUKURAN LEVEL ELEKTRIKAL MENGGUNAKAN SENSOR KAPASITIF  ULTRASONIK MEMANFAATKAN WAKTU PANTUL GELOMBANG ULTRASONIK 



PENGUKURAN TEKANAN METODA PENGUKURAN TEKANAN DILAKUKAN SECARA TIDAK LANGSUNG YAITU MELALUI SIMPANGAN ATAU DEFLEKSI DARI ELEMEN MEKANIK TERDAPAT DUA SENSOR YANG MEMBENTUK TRANSDUSER INI, YAITU  ELEMEN MEKANIK UNTUK MENDAPATKAN PERUBAHAN SIMPANGAN ATAU DEFLEKSI



PENGUKURAN TEKANAN 



SENSOR LVDT UNTUK MENGUBAH BESARAN SIMPANGAN MENJADI BESARAN ELEKTRIK



PENGUKURAN TEKANAN ELEMEN MEKANIK YANG UMUM DIGUNAKAN ADALAH :  BELLOWS  DIAPHRAGMA  TABUNG BOURDON  PISTON



PENGUKURAN FLOW BESARAN UKUR DAPAT BERUPA : KECEPATAN ATAU LAJU ALIRAN, LAJU VOLUMETRIK DAN LAJU ALIRAN MASSA LAJU ALIRAN VOLUME DAPAT DIHITUNG DARI LAJU ALIRAN, LUAS PENAMPANG DAN JENIS ALIRAN



PENGUKURAN FLOW UNTUK MENGUKUR ALIRAN MASSA DARI LAJU ALIRAN VOLUME MEMERLUKAN BESARAN TAMBAHAN SEPERTI TEMPERATUR DAN RAPAT JENIS FLUIDA



PENGUKURAN FLOW LAJU ALIRAN DAPAT DIUKUR BAIK SECARA KONTAK LANGSUNG ATAUPUN MELALUI PENGUKURAN BEDA TEKANAN



PENGUKURAN FLOW METODA UMUM DALAM PENGUKURAN LAJU ALIRAN FLUIDA ATAU FLOW ADALAH DENGAN MEMASANG RESITRIKSI ATAU PENGHALANG DALAM PIPA DAN MENGUKUR PERBEDAAN TEKANAN YANG TERJADI Q = KP



PENGUKURAN FLOW CARA LAIN DALAM MENGUKUR LAJU ALIRAN FLUIDA ADALAH DENGAN MEMASANG PELAMPUNG KE DALAM PIPA (ROTAMETER) ATAU MEMASUKAN TURBIN KECIL







Metoda pengukuran : 1. Pengukuran langsung, pada metoda ini pengukuran dilakukan secara langsung pada objek (measurand) dan dibandingkan dengan standar yang sesuai, misal mengukur panjang sebuah benda.



2. Pengukuran tidak langsung, metoda ini merupakan yang paling banyak digunakan pada bidang rekayasa. Alat ukur umumnya dilengkapi dengan elemen transduser yang berguna untuk mengkonversi kuantitas yang akan diukur



kebentuk lain seperti bentuk analog.







Jenis-jenis Instrumen 1. Mekanik, respon lambat khususnya untuk pengukuran



dinamis dan transien, berukuran relatif besar dan berat. 2. Elektrik, respon lebih cepat tetapi masih terbatas penggunaanya dalam industri modern. 3. Elektronik, respon sangat cepat dan saat ini menjadi instrumen standar dalam dunia industri modern dan



bidang-bidang rekayasa lainnya.



KARAKTERISTIK SISTEM INSTRUMENTASI TERDAPAT DUA JENIS KARAKTERISTIK  KARAKTERISTIK STATIK CONTOH : AKURASI,LINIERITAS,RESOLUSI,PRESISI,HYS TERESIS,SENSITIVITAS DAN SPAN  KARAKTERISTIK DINAMIK RESPONSE IMPULSE,RESPONSE STEP DAN RESPONSE FREKUENSI



KARAKTERISTIK STATIK 















AKURASI (KETELITIAN) : HARGA TERDEKAT DARI PENUNJUKAN SUATU INSTRUMEN PADA NILAI SEBENARNYA PRESISI : SUATU UKURAN KEMEMPUAN DARI SUATU INSTRUMEN DIMANA HASIL PENGUKURANNYA SERUPA LINIERITAS : MENYATAKAN SEBERAPA BESAR PENYIMPANGAN PENUNJUKAN SUATU ISTRUMEN DARI KURVA KALIBRASI DENGAN KONDISI TANPA BEBAN DAN SKALA PENUH RESOLUSI : NILAI TERKECIL DARI PERUBAHAN BESARAN UKUR YANG MASIH DAPAT DIBACA OLEH SUATU INSTRUMEN DENGAN BENAR



KARAKTERISTIK STATIK 



SENSITIVITAS :







PERUBAHAN BESARAN UKUR TERKECIL YANG MASIH TERDETEKSI OLEH SUATU INSTRUMEN SPAN : BATAS VARIABEL YANG DIRANCANG DAPAT DIUKUR OLEH SUATU INSTRUMEN



KARAKTERISTIK DINAMIK 



KARAKTERISTIK DINAMIK SUATU INSTRUMEN BERGANTUNG PADA ORDE DARI SISTEM INSTRUMEN SISTEM ORDE NOL SISTEM ORDE NOL DAPAT DINYATAKAN OLEH PERSAMAAN BERIKUT INI :



ay(t) = bx(t) (1) DI MANA x = INPUT y = OUTPUT a DAN b KONSTANTA SEMBARANG y = b/a x = k x k = SENSITIVITAS ATAU GAIN DC



KARAKTERISTIK DINAMIK 



SISTEM ORDE PERTAMA : PERSAMAAN DI BAWAH INI MENYATAKAN SISTEM ORDE PERTAMA a1 dy(t)/dt +a0 y(t) = b x(t)



(2)



DI MANA a0,a1 DAN b ADALAH KONSTANTA PERSAMAAN (2) DAPAT DITULISKAN MENJADI  dy(t)/dt + y(t) = k x(t)



DI MANA  KONSTANTA WAKTU DAN k GAIN DC MERUPAKAN PARAMETER PARAMETER SISTEM



KARAKTERISTIK DINAMIK 



SISTEM ORDE KE DUA PERSAMAAN DI BAWAH INI MENYATAKAN SISTEM ORDE KE DUA a2d2y(t)/dt2 + a1dy(t)/dt + a0y(t) = bx(t)



(3)



a2, a1, a0 dan b konstanta PERSAMAAN (2) DI ATAS DAPAT DITULISKAN MENJADI d2y(t)/dt2 + 2n dy(t)/dt + n2 y(t) = kn2 x(t)



KARAKTERISTIK DINAMIK DI MANA n = a1/a2 FREKUENSI NATURAL (RAD/DET)  = a1/2a0a2 DAMPING RASIO k = GAIN DC MERUPAKAN PARAMETER PARAMETER SISTEM ORDE KE DUA



KARAKTERISTIK DINAMIK SISTEM/INSTRUMEN BERGANTUNG PADA PARAMETER PARAMETER SISTEM DI ATAS