Top Banner

of 32

Karakteristik Statik Dan Dinamic

Jul 06, 2015

ReportDownload

Documents

huflepuff.multiply.com

BAB II DASAR TEORI 2.1 Sensor D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya.. Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya. Menurut William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas). Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya. Sedangkan pengertian sensor secara umum. Sensor adalah suatu alat yang dapat mengubah suatu besaran fisis menjadi sinyal besaran fisis yang lain yang dapat diukur. Sensor juga bisa digunakan sebagai indera suatu alat (instrument). Sensor merupakan elemen pertama yang bersentuhan langsung dengan obyek yang diukur. Sinyal dari sensor akan diteruskan ke unit proses selanjutnya untuk diolah sehingga menghasilkan output sesuai keinginan. Contoh Besaran yang paling banyak diukur : posisi, force, kecepatan, percepatan, tekanan, level, flow, dan temperature. Dalam dunia industry sensor digunakan sebagai monitoring, controlling dan proteksi. Tranduser merupakan gabungan dari sensor dan signal conditioning. Di dalam tranduserlah sistem, proses atau variabl mlwati komponen komponen didalamnya misalnya sensor,

55

huflepuff.multiply.com

transmitter dan amplifier. Keluaran atau outputnya siap untuk masuk bagian ketiga dari sistem pengukuran yaitu prossesing data element. Transmitter adalah bagian dalam sinyal conditioning di sistem penukuran. Transmitter mempunyai fungsi sebagai pembangkit sinyal tanpa harus merubah sistem, proses atau variabl yang akan diukur ke dalam bentuk eneri yang lain. Adapun sensor dapat dibagi menjadi 3 macam yaitu sensor optik, sensor mekanik, dan sensor thermal. Suatu sensor yang baik mempunyai kriteria sebagai berikut: 1. Sensitif terhadap besaran yang diukur. 2. Tidak sensitive terhadap besaran lain yang berada disekitarnya. 3. Tidak mempengaruhi sifat obyek yang diukur. 2.1.1 Tipe sensor : 1. Mekanik. Contoh: panjang, luas, mass low, gaya, Torque, tekanan, kecepatan, percepatan, panjang gelombang akustik. 2. Suhu. Contoh : temperature, panas, entropy, heat flow. 3. Elektrik. Contoh : tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi. 4. Magnetik. Contoh : intensitas medan,fluk density 5. Radian. Contoh : intensitas, panjang gelombang, polarisasi. 6. Kimia. Contoh : komposisi, konsentrasi, PH, kecepatan reaksi. 7. Isyarat input

Gambar 2.1 Diagram Blok Sensor 2.1.2 Karakteristik statis sensor

6

Sensor memiliki karakteristik statik yang terbagi dalam penjelasan sebagai berikut: 2.1.2.1 Accuracy Accuracy akan menunjukkan range/bound kemungkinan dari nilai sebenarnya. Istilah ini digunakan untuk menentukan error keseluruhan maksimum yang diharapkan dari suatu alat dalam pengukuran. Accuracy biasanya diekspresikan dalam inaccuracy. Beberapa jenis accuracy terhadap : 1. Variabel yang diukur. Misal : akurasi dalam pengukuran suhu ialah 2oC, berarti ada ketidak akuratan (uncertainty) sebesar 2oC pada setiap nilai suhu yang dikur. 2. Prosentase dari pembacaan Full Scale instrumen. Misal : akurasi sebesar 0.5% FS pada meter dengan 5 V Full Scale, berarti ketidakakuratan pada sebesar 0.025 volt. 3. Prosentase span (range kemampuan pengukuran instrumen). Misal : jika sebuah alat mengukur 3% dari span untuk pengukuran tekanan dengan range 20-50 psi, maka akurasinya menjadi sebesar ( 0.03) (50 20) = 0.9 psi. 2.1.2.2 Sensitivity Sensitivity merupakan perubahan pada output insrtumen untuk setiap perubahan input terkecil. Sensitivitas yang tinggi sangat diinginkan karena jika perubahan output yang besar terjadi saat dikenai input yang kecil, maka pengukuran akan semakin mudah dilakukan. Misalnya, jika sensitivitas sensor temperatur sebesar 5mV/oC berarti setiap perubahan input 1oC akan muncul output sebesar 5 mV. 2.1.2.3 Repeatibility

7

Repeatibility adalah pengukuran terhadap seberapa baik output yang dihasilkan ketika diberikan input yang sama beberapa kali. Repeatibility dapat dicari dengan menggunakan persamaan

repeatibility =

max min x % 100 pers fullscale 1

2.1.2.4 Hysteresis Hysteresis adalah perbedaan output yang terjadi antara pemberian input menaik dan pemberian input menurun dengan besar nilai input sama. 2.1.2.5 Linearity Linearity adalah hubungan antara output dan input dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus. Linearitas sangat diinginkan karena segala perhitungan dapat dilakukan dengan mudah jika sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus. 2.1.2.6 Tanggapan Waktu Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah termometer merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi merkuri. Misalkan perubahan temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan kontinyu terhadap waktu, 2.1.3 Karakteristik Dinamis Menunjukkan seberapa baik respon sensor terhadap perubahan pada inputnya secara kontinyu dan teratur. Dilakukan dengan memberikan input step dan sinusoidal. Jika sensor berorde satu, parameter yang diamati : rise time, time constant, dan dead time. o Rise Time : waktu yang diperlukan agar output

8

mencapai 10 90% dari respon penuh saat diberikan input step. o Time Constant : waktu yang diperlukan output untuk mencapai 63.2% dari nilai maksimal yang mungkin. o Dead time : waktu yang diperlukan output untuk mulai berubah. Jika sensor berorde dua, parameter yang diamati : damping coefficient, resonant frequency, settling time, dan percent overshoot. o Damping coeffecient dan resonant frequency menentukan bentuk dan waktu respon sensor. o Settling time adalah waktu yang diperlukan sampai terbentuk output yang diinginkan. o Percent Overshoot adalah besarnya lonjakan respons output dibanding kondisi stabil. 2.1.4 Beberapa jenis sensor berdasarkan besaran yang diukur 1. Sensor optik atau cahaya Sensor optik atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan. Prinsip kerja dari sensor ini adalah mengubah energy dari foton menjadi electron. Contoh : LDR ( Light Dependent Resistor )

Gambar 2.2 LDR LDR adalah salah satu sensor cahaya yang terbuat dari

9

semikonduktor dengan resistansi tinggi. LDR memiliki karakteristik nilai tahanan bergantung dengan jumlah cahaya yang diterima. Semakin besar intensitas cahaya yang diterima maka resistansinya akan berkurang. Sebaliknya jika LDR menerima intensitas cahaya yang sedikit maka resistansinya akan bertambah. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. Jadi LDR memiliki karakteristik nilai tahanan bergantung dengan intensitas cahaya yang di terimanya. LED Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (lightemitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Ada beberapa karakteristik LED yang perlu diketahui antara lain: Merubah arus menjadi cahaya Prinsip kerja kebalikan dari photodiode Warna (panjang gelombang) ditentukan oleh band-gap Intensitas cahaya hasil berbanding lurus dengan arus Non linieritas tampak pada arus rendah dan tinggi

10

Pemanasan sendiri (self heating) menurunkan efisiensi pada arus tinggi

Gambar 2.3 Polaritas dan simbol LED Photodioda

Gambar 2.4 Photodioda Seperti halnya LDR, photodioda juga bereaksi jika diberi intensitas cahaya. Hanya saja output yang dihasilkan oleh photodiode berupa arus. Berbeda dengan LDR yang menghasilkan outputan berupa hambatan ( resistan ). Besarnya arus yang dihasilkan bisa berbanding lurus atau berbanding terbalik terhadap intensitas cahaya yang diterima. Ada beberapa karakteristik photodioda yang perlu diketahui antara lain: Arus bergantung linier pada intensitas cahaya

11

Respons frekuensi bergantung pada bahan (Si 900nm, GaAs 1500nm, Ge 2000nm) Digunakan sebagai sumber arus junction capacitance turun menurut tegangan bias mundurnya Junction capacitance menentukan respons frekuensi arus yang diperoleh Fotosemikonduktor Device ini memanfaatkan efek kuantum pada junction, energi yang diterima oleh elektron memungkinkannya untuk terpindah. Bila semikonduktor jenis N disinari cahaya maka elektron yang tidak terikat pada struktur kristal akan mudah lepas. Jika dihubungkan dengan jenis P akan terjadi beda potensial. Beda potensial pada bahan silikon umumnya sekitar 0,6-0,8 V. Fotovoltaic atau sel solar Sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN deng