makalah pengukuran teknik.doc

7/25/2019 makalah pengukuran teknik.doc

1/23


2/23

BAB I

Sensor dan Transduser

Pendahuluan

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat

terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan,

dimana sebelumnya banyak pekerjaan menggunakan tangan manusia, kemudian beralih

menggunakan mesin, berikutnya dengan electro-mechanic(semi otomatis) dan sekarang sudah

menggunakan robotic (full automatic) seperti penggunaan Flexible Manufacturing Systems

(FMS) dan Computerized Integrated Manufacture(CIM) dan sebagainya.Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pemabrikan sangat tergantung

kepada keandalan sistem kendali yang dipakai. Hasil penelitian menunjukan secanggih apapun

sistem kendali yang dipakai akan sangat tergantung kepada sensor maupun transduser yang

digunakan..

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan

penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih

sebuah sensorakan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis.

Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti

besaran isika, kimia, mekanis dan sebagainya. !ntuk memakaikan besaran listrik pada sistem

pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang

bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut

transducer

Sebelum lebih jauh kita mempelajari sensor dan transduser ada sebuah alat lagi yang

selalu melengkapi dan mengiringi keberadaan sensor dan transduser dalam sebuah sistem

pengukuran, atau sistem manipulasi, maupun sistem pengontrolan yaitu yang disebut alat ukur.


3/23

1.1. Definisi-definisi

" Sharon, dkk (#$%&), mengatakan sensoradalah suatu peralatan yang berungsi untuk

mendeteksi gejala'gejala atau sinyal'sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti

energi listrik, energi isika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya..

ontoh amera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai

sensor peraba, *"+ (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.

illiam "., (#$$-), mengatakan transduseradalah 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 berua listrik, mekanik, kimia, oti! "radiasi# atau

thermal "anas#.

ontoh generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor

adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

illiam "., (#$$-), mengatakan alat ukur adalah sesuatu alat yang berungsi

memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala'gejala atau sinyal yang berasal dari

perubahan suatu energi.

ontoh /oltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik tachometer, speedometer untuk kecepatan

gerak mekanik, lu0'meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya.

1.$. Peryaratan %mum Sensor dan Transduser

"alam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem

yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini ("

Sharon, dkk, #$%&)

a. *inearitas

1da banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara

kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai

contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang

dirasakannya. "alam kasus seperti ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana

perubahan keluaran dibandingkan dengan masukannya berupa sebuah graik. 2ambar

#.# memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda. 2aris lurus


4/23

pada gambar #.#(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan pada gambar #.#(b).

adalah tanggapan non'linier.

b. Sensiti/itas

Sensiti/itas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas

yang diukur. Sensiti/itas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan

3perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan4. Beberepa sensor panas

dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan 3satu /olt per derajat4, yang berarti

perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu /olt pada

keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan 3dua /olt per derajat4,

yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. *inieritas sensor

juga mempengaruhi sensiti/itas dari sensor. 1pabila tanggapannya linier, makasensiti/itasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor

dengan tanggapan paga gambar #.#(b) akan lebih peka pada temperatur yang tinggi dari

pada temperatur yang rendah.

c. 5anggapan aktu

#66

5emperatur(masukan

)

#

#66

5emperatur(masukan)

#

66

5egangan (keluaran)

(a) 5angapan linier (b) 5angapan non linier

Gambar 1.1. eluaran dari transduser panas (" Sharon dkk, #$%&),

5egangan (keluaran)


5/23

5anggapan 7aktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap

perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan rekuensi yang jelek

adalah sebuah termometer merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya

adalah posisi merkuri. Misalkan perubahan temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan

kontinyu terhadap 7aktu, seperti tampak pada gambar #.&(a).

8rekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan hert9 (H9).

: # hert9 berarti # siklus per detik, # kilohert9 berarti #666 siklus per detik;. Pada

rekuensi rendah, yaitu pada saat temperatur berubah secara lambat, termometer akan

mengikuti perubahan tersebut dengan 3setia4. 5etapi apabila perubahan temperatur

sangat cepat lihat gambar #.&(b) maka tidak diharapkan akan melihat perubahan besar

pada termometer merkuri, karena ia bersiat lamban dan hanya akan menunjukan

temperatur rata'rata.

1da bermacam cara untuk menyatakan tanggapan rekuensi sebuah sensor. Misalnya

3satu mili/olt pada .B, (#$$%), mengatakan ketentuan lain yang perlu diperhatikan dalam

memilih sensor yang tepat adalah dengan mengajukan beberapa pertanyaan berikut ini

+ata'rata

aktu

5emperatur

# siklus


6/23

a. 1pakah ukuran isik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang

diperlukan@

b. 1pakah ia cukup akurat@

c. 1pakah ia bekerja pada jangkauan yang sesuai@

d. 1pakah ia akan mempengaruhi kuantitas yang sedang diukur@.

Sebagai contoh, bila sebuah sensor panas yang besar dicelupkan kedalam jumlah air air

yang kecil, malah menimbulkan eek memanaskan air tersebut, bukan menyensornya.

e. 1pakah ia tidak mudah rusak dalam pemakaiannya@.

. 1pakah ia dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya@

g. 1pakah biayanya terlalu mahal@

1.&. 'enis Sensor dan Transduser Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi,

semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak jenis sensor yang

digunakan.

+obotik adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang kompleks, disini sensor

yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis sensor yaitu (" Sharon, dkk, #$%&)

a. Internal sensor, yaitu sensor yang dipasang di dalam bodi robot.

Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi berbagai

sambungan mekanik pada robot, dan merupakan bagian dari mekanisme ser/o.

b. $xternal sensor, yaitu sensor yang dipasang diluar bodi robot.

Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu

#) !ntuk keamanan dan

&) !ntuk penuntun.

=ang dimaksud untuk keamanan4 adalah termasuk keamanan robot, yaitu

perlindungan terhadap robot dari kerusakan yang ditimbulkannya sendiri, serta

keamanan untuk peralatan, komponen, dan orang'orang dilingkungan dimana robot

tersebut digunakan. Berikut ini adalah dua contoh sederhana untuk mengilustrasikan

kasus diatas.

ontoh pertama andaikan sebuah robot bergerak keposisinya yang baru dan ia

menemui suatu halangan, yang dapat berupa mesin lain misalnya. 1pabila robot tidak


7/23

memiliki sensor yang mampu mendeteksi halangan tersebut, baik sebelum atau setelah

terjadi kontak, maka akibatnya akan terjadi kerusakan.

ontoh kedua sensor untuk keamanan diilustrasikan dengan problem robot dalam

mengambil sebuah telur. 1pabila pada robot dipasang pencengkram mekanik (gripper),

maka sensor harus dapat mengukur seberapa besar tenaga yang tepat untuk mengambil

telor tersebut. 5enaga yang terlalu besar akan menyebabkan pecahnya telur, sedangkan

apabila terlalu kecil telur akan jatuh terlepas.

Kini bagaimana dengan sensor untuk penuntun atau pemandu@. Katogori ini

sangatlah luas, tetapi contoh berikut akan memberikan pertimbangan.

ontoh pertama komponen yang terletak diatas ban berjalan tiba di depan robot

yang diprogram untuk menyemprotnya. 1pa yang akan terjadi bila sebuah komponen

hilang atau dalam posisi yang salah@. +obot tentunya harus memiliki sensor yang dapat

mendeteksi ada tidaknya komponen, karena bila tidak ia akan menyemprot tempat yang

kosong. Meskipun tidak terjadi kerusakan, tetapi hal ini bukanlah sesuatu yang

diharapkan terjadi pada suatu pabrik.

ontoh kedua sensor untuk penuntun diharapkan cukup canggih dalam pengelasan.

!ntuk melakukan operasi dengan baik, robot haruslah menggerakkan tangkai las

sepanjang garis las yang telah ditentukan, dan juga bergerak dengan kecepatan yang

tetap serta mempertahankan suatu jarak tertentu dengan permukaannya.

Sesuai dengan ungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan meng'inormasikan sinyal

tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan ungsi sensor akan dilanjutkan oleh

transduser. Karena keterkaitan antara sensor dan transduser begitu erat maka pemilihan

transduser yang tepat dan sesuai juga perlu diperhatikan.

1.(. )lasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan ungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan

menjadi - bagian yaitu

a. sensor thermal (panas)

b. sensor mekanis

c. sensor optik (cahaya)


8/23

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan

panasAtemperatureAsuhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

ontohnya bimetal% termistor% termo#opel% &"'% photo transistor% photo dioda% photo multiplier%

photo(oltai#% 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, le/el dsb.

ontoh strain gage, linear (ariable deferential transformer ()*'"),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.

ontoh photo cell% photo transistor% photo diode% photo (oltaic% photo multiplier% pyrometeroptic%dsb.

1.*. )lasifikasi Transduser "illiam "., #$$-)

a. Self generating transduser(transduser pembangkit sendiri)

Self generating transduseradalah transduser yang hanya memerlukan satu sumber

energi.

ontohpiezo electric% termocouple% photo(oltatic% termistor, dsb.

iri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari transduser secara

langsung. "alam hal ini transduser berperan sebagai sumber tegangan.

b. $xternal po+er transduser(transduser daya dari luar)

$xternal po+er transduseradalah transduser yang memerlukan sejumlah energi dari

luar untuk menghasilkan suatu keluaran.

ontoh +5" (resistance thermal detector), Starin gauge, *"5 (linier (ariable

differential transformer), Potensiometer, C5, dsb.

5abel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser berdasarkan siat

kelistrikannya.


9/23

Tabel 1. )elomok Transduser

Parameter listrik

dan kelas transduserPrinsip kerja dan siat alat Pemakaian alat

Transduser Pasif

Potensiometer Perubahan nilai tahanan karenaposisi kontak bergeser

5ekanan,pergeseranAposisi

Strain gage Perubahan nilai tahanan akibatperubahan panjang ka7at oleh

tekanan dari luar

2aya, torsi, posisi

5ransormator

selisih (*"5)

5egangan selisih dua kumparan

primer akibat pergeseran inti

trao

5ekanan, gaya,

pergeseran

2age arus pusar Perubahan induktansi kumparan

akibat perubahan jarak plat

Pergeseran, ketebalan

Transduser Aktif

Sel otoemisi Dmisi elektron akibat radiasiyang masuk pada permukaan

otemisi

ahaya dan radiasi

Photomultiplier Dmisi elektron sekunder akibat

radiasi yang masuk ke katodasensiti cahaya

ahaya, radiasi dan

relay sensiti cahaya

5ermokopel Pembangkitan ggl pada titik

sambung dua logam yang

berbeda akibat dipanasi

5emperatur, aliran

panas, radiasi

2enerator

kumparan putar(tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di

dalam medan magnit yangmembangkitkan tegangan

Kecepatan, getaran

Pie9oelektrik Pembangkitan ggl bahan kristalpie9o akibat gaya dari luar

Suara, getaran,percepatan, tekanan

Sel oto tegangan 5erbangkitnya tegangan pada sel

oto akibat rangsangan energidari luar

ahaya matahari

5ermometertahanan (+5")

Perubahan nilai tahanan ka7atakibat perubahan temperatur

5emperatur, panas

Hygrometertahanan

5ahanan sebuah strip konduktiberubah terhadap kandungan

uap air

Kelembaban relati

5ermistor (C5) Penurunan nilai tahanan logam 5emperatur


10/23

akibat kenaikan temperatur

Mikropon kapasitor 5ekanan suara mengubah nilai

kapasitansi dua buah plat

Suara, musik,derau

Pengukuran

reluktansi

+eluktansi rangkaian magnetik

diubah dengan mengubah posisi

inti besi sebuah kumparan

5ekanan, pergeseran,

getaran, posisi

Sumber illiam "., (#$$-)

BAB II

Sensor Thermal

$.1. Pemilihan 'enis Sensor Suhu

Hal'hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan pemilihan jenis sensor suhu adalah

(=ayan >.B, #$$%)#. *e/el suhu maksimum dan minimum dari suatu substrat yang diukur.

&. Eangkauan (range) maksimum pengukuran

-. Kondukti/itas kalor dari substrat

?. +espon 7aktu perubahan suhu dari substrat


11/23

berlaku seperti semikonduktor. !ntuk suhu antara F


12/23

5ermistor terbuat dari campuran oksida'oksida logam yang diendapkan seperti mangan

(Mn), nikel (Ci), cobalt (o), tembaga (u), besi (8e) dan uranium (!). +angkuman tahanannya

adalah dari 6,< sampai G< dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. !kuran paling

kecil berbentuk mani'manik (beads) dengan diameter 6,#< mm sampai #,&< mm, bentuk piringan

(dis#) atau cincin (+asher) dengan ukuran &,< mm sampai &< mm. incin'cincin dapat

ditumpukan dan di tempatkan secara seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.

"alam operasinya termistor memanaatkan perubahan resisti/itas terhadap temperatur,

dan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara eksponensial untuk jenis C5 (

egati(e "hermal Coeffisien)

Koeisien temperatur L dideinisikan pada temperature tertentu, misalnya &

makalah pengukuran teknik.doc

Documents