KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang atas
rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah yang
berjudul Piezo-electric Device.Penulisan makalah merupakan salah
satu tugas dan persyaratan untuk menyelesaikan tugas mata kuliah
Instrumen dan kontrol jurusan Tekhnologi Hasil Pertanian Fakultas
Pertanian Universitas Syiah Kuala.Penulis berharap agar penulisan
makalah ini dapat menjadi pengetahuan lebih bagi pembacanya. Dalam
Penulisan makalah ini penulis merasa masih banyak
kekurangan-kekurangan baik pada teknis penulisan maupun materi,
mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik
dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi
penyempurnaan pembuatan makalah ini.
Banda Aceh , Maret 2015
Penulis
BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar belakangKemajuan 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).Sensor dan transduser merupakan peralatan
atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem
pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah
sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara
otomatis. 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.. 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.Alat ukur adalah sesuatu
alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu
dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu
energi(William, 1993). Contoh alat alat ukur adalah voltmeter,
ampermeter untuk sinyal listrik; tachometer, speedometer untuk
kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan
sebagainya.1.2 Tujuan PenulisanMakalah yang disusun bertujuan untuk
memenuhi tugas individu mata kuliah Instrumen dan kontrol. Selain
itu, makalah ini juga disusun untuk menambah wawasan dan ilmu
pengetahuan tentang pemahaman alat sensor seperti perangkat
piezoelektrik.
BAB IIISI2.1 SensorSensor adalah alat yang berfungsi merubah
besaran analog menjadi besaran listrik. Dalam definisi yang lain
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. Sebagai contoh dari sensor
adalah sensor tekanan. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk
merubah suatu besaran fisis menjadi besaran listrik sehingga dapat
dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu (Lapanporo,2011).
Pengumpulan data dalam penginderaan jauh dilakukan dari jarak jauh
dengan menggunakan sensor( Hartono, 2007).2.2 Sejarah
PiezoelektrikPiezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah
gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan
listrik pada permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh
adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal. Nilai
koefisien muatan piezoelektrik berada pada rentang 1 100 pico
coloumb/Newton (Sucipto,2011)Kata piezoelektrik berasal bahasa
Latin, piezein yang berarti diperas atau ditekan dan piezo yang
bermakna didorong. Bahan piezoelektrik ditemukan pertama kali pada
tahun 1880an oleh Jacques dan Pierre Curie. Kata piezo berarti
tekanan, sehingga efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik
tebentuk ketika material dikenai tekanan mekanik.Sejak ditemukannya
efek-efek piezoelektrik pada bahan PVDF Film oleh Fraden (2003),
material ini telah banyak digunakan dalam bermacam-macam aplikasi,
khususnya sebagai sensor dan aktuator . Suatu bahan piezoelektrik
dapat mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara
dan sebaliknya dapat mengubah medan listrik yang dikenakan padanya
menjadi deformasi mekanik yang setara (Gautschi, G., 2002).2.3 Efek
piezoelektrikTekanan yang mengenai piezoelektrik kemudian
menimbulkan medan listrik. Pada saat medan listrik melewati
material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan
listrik, dihasilkan dipol yang terinduksi dengan molekul atau
struktur kristal materi. Penyesuaian molekul akan mengakibatkan
material berubah dimensi. Fenomena tersebut dikenal dengan
electrostriction (efek piezoelektrik).Efek piezoelektrik terjadi
jika medan listrik tebentuk ketika material dikenai tekanan
mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang
terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan
dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi.
Penyesuaian molekulakan mengakibatkan material berubah dimensi.
Gambar efek piezoelektrik dapat dilihat pada lampiran 2.2.4 Bahan
PiezoelektrikSejak ditemukannya efek-efek piezoelektrik pada bahan
PVDF Film oleh Kawai (Kawai H., 1969), material ini telah banyak
digunakan dalam bermacam-macam aplikasi, khususnya sebagai sensor
dan aktuator (Boleslaw et al, 2001). Suatu bahan piezoelektrik
dapat mengubah deformasi mekanik menjadi medan listrik yang setara
dan sebaliknya dapat mengubah medan listrik yang dikenakan padanya
menjadi deformasi mekanik yang setara (Gautschi, G., 2002). PVDF
film mempunyai beberapa sifat yang menguntungkan, di antaranya
adalah: fleksibel, ringan, mampu bekerja pada pita frekuensi yang
sangat lebar, dan juga tersedia dalam berbagai bentuk ketebalan dan
luasan. Di samping itu, film PVDF dapat ditempelkan secara langsung
pada material lain (misalnya karet, baja) dengan menggunakan bahan
perekat, tanpa mengakibatkan kerusakan pada material maupun PVDF
filmnya. Apabila PVDF film terdeformasi secara mekanik, maka
partikel penyusunnya menjadi terpolarisasi sehingga menimbulkan
konsentrasi muatan listrik pada masing-masing permukaannya.
Besarnya konsentrasi muatan listrik yang terbentuk ini dapat
dinyatakan dalam dua mode persamaan, yaitu charge mode dan voltage
mode (Ehag, 1999).Untuk charge mode berlaku: (i = 1,2, atau 3)
(1)Dimana ; Q : muatan listrik yang dihasilkan i : tekanan mekanik
pada arah yang relevan d31 : konstata piezoelektric (PVDF Film) A :
area aktif dari PVDF film
Sedangkan untuk voltage mode berlaku:Vo = g31it (2)Dimana : Vo :
tegangan open loop i : tekanan mekanik pada arah yang relevan g31 :
konstata piezoelektric (film PVDF) t : tebal film PVDF 2.5
Pemanfaatan bahan piezolistrik1. Penghasil listrik tegangan
tinggiBahan piezoelektrik dapat menghasilkan beda potensial hingga
ribuan volt sehingga banyak digunakan sebagai sumber tegangan
tinggi. Salah alat yang bekerja dengan prinsip ini adalah pemantik
elektrik( Vlack, 2001)2. Transduser Transduser adalah alat yang
mengubah suatu bentuk energi kedalam bentuk energi yang lain.
Transduser ultrasonic mengubah energi listrik menjadi energi
mekanik, dalam bentuk suara dan sebaliknya. Transduser akan
mengeluarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi di atas 20 kHz.
Transduser ultrasonik 40 kHz akan membangkitkan gelombang dengan
frekuensi 40 kHz, transduser akan aktif jika diberi sinyal dengan
frekuensi dengan 40 kHz. Transduser ultrasonik terdiri atas dua
macam yaitu pengirim (transmitter) Tx dan penerima (receiver) Rx.
Transduser ultrasonik terbuat dari material piezoeletrik, yaitu
terbuat dari material quartz (SiO3) atau barium titanat (BaTiO3)
yang akan menghasilkan medan listrik pada saat material berubah
bentuk atau dimensinya sebagai akibat gaya mekanik.2.6 Prinsip
Kerja sensor piezoelektrikSensor ini memiliki cara kerja yang
sebanding dengan inputnya atau sebanding dengan seberapa besar
sensor ini terdeformasi, cara kerja sensor ini dapat pada lampiran
1. Semakin besar tekanan atau deformasi yang diterima sensor
tersebut, dapat menghasilkan output tegangan yang berubah-ubah,
namun sayangnya output sensor ini sangat kecil sehingga sulit untuk
dibaca apabila ingin kita jadikan input ke suatu sistem tertentu.
Gambar prinsip kerja piezo listrik dapat dilihat pada lampiran
1.2.7 Pemenfaatan sensor piezolistrikPendeteksian jenis-jenis
tekanan dalam bentuk Suara adalah bentuk dasar dari aplikasisensor
misalnya, Piezoelektrik mikropon (gelombang suara akan
membengkokkan materi piezoelektrik, kemudian membuat perubahan
tegangan listrik) dan Piezoelektrik pickup yang digunakan pada
Gitar Listrik. Piezosensordiletakan pada bagian intrumen
yangdikenal sebagai kontak mikropon. Gambar piezolistrik pada gitar
dapat dilihat pada lampiran 2.Untuk beberapa
tekniksensor,sensordapat bertindak sebagaisensordan juga sebagai
aktuator, seringkali istilah transducer lebih disukai ketika alat
itu memiliki dua kemampuan, namun kebanyakan alat piezoelektrik
memiliki dua kemampuan tersebut baik digunakan atau tidak.
Ultrasonik transducer contohnya, ia dapat memasukkan gelombang
ultra pada dirinya dan juga menerima hasil dari gelombang itu dan
mengubahnya menjadi sinyal elektrik. kebanyakansensorsuara
ultrasonik pada alat kesehatan adalah piezoelektrik. Selain yang
disebutkandiatas, jenis aplikasisensorjuga termasuk Piezoelektrik
elemen yang juga digunakan untuk mendeteksi dan pembangkit
gelombang sonar. Piezoelektrik mikrobalance digunakan
sebagaisensorbilolog dan kimia yang sangat sensitif. Piezoelektrik
terkadang digunakan pada meteran tegangan.
BAB IIIPENUTUP1.1 KesimpulanPiezoelektrisitas adalah sebuah
fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan
menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen bahan tersebut
yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan listrik pada sel sel
kristal. Efek piezoelektrik terjadi jika medan listrik tebentuk
ketika material dikenai tekanan mekanik.pada prinsipnya,
piezolistrik ini menimbulkan muatan listrik dengan adanya benturan
/ gaya. Pemanfaatan piezo listrik dalam kehidupan sehari-hari
adalah pada pematik korek api yang kita gunakan sehari hari.
DAFTAR PUSTAKAEhag, (1999), Piezofilm Sensor Technical Manual.
Measurement Specialist Inc., USA.Fraden, J. 2003. Handbook of
modern sensors physics design andapplication. Springer New
York.Gautschi, G., (2002), Piezoelectric sensoric, Springer,
Germany.Hartono, 2007. Geografi: Jelajah Bumi dan Alam Semesta.
Penerbit Citra Praya, Jakarta.Lapanporo, B.P. 2011.Prototipe Sistem
TelemetriBerbasis Sensor Suhu dan SensorAsap untuk Pemantau
Kebakaran Lahan.Universitas Tanjungpura, Pontianak.Santoso,D.R.,
Nadhir, A., Legowo, R.T., (2005), Studi Aplikasi Film PVDF untuk
Traffic Load Sensor.Sharon, D.1982. Principles of Analysis
Chemistry. Harcourt ,New York.Sucipto, M.A. 2011. Sensor Dan
Transduser Sensor Piezoelektrik. Teknik Komputer Politeknik Negeri
Sriwijaya.Vlack, H. L.2001.Elemen-elemen Ilmu dan rekayasa
material. Erlangga, Jakarta.Willian D. C. 1993. Electronic
Measurement Systems. Prentice Hall International (UK) Ltd.
LAMPIRAN 1
Gambar 1. Cara Kerja Sensor Piezoelektrik
Gambar 2. Piezoelektrik pada gitar
Gambar 3. Efek piezoelektrik: Jika material piezoelektrik diberi
aliran listrik akan bergetar, bila ditekan akan menghasilkan
listrik
3