Sensor Getaran

SENSOR GETARAN JENIS PIEZOELEKTRIKMEREK HANSFORD SERI HS-420

disusun oleh:Terry Nando Wisnu W (0910630019)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG2011 KATA PENGANTAR

Dewasa ini sensor dan transduser merupakan komponen penting yang umum dijumpai dalam berbagai peralatan embedded modern yang tampaknya semakin mengepung kehidupan manusia. Disadari atau tidak kita sebenarnya hamper setiap hari pasti berhubungan dengan komponen ini.Banyak perkembangan yang telah dicapai pada bidang ini, baik dari segi teknologi maupun dari segi fungsi. Tren perkembangan teknologi sensor dan transduser saat ini miniaturisasi sensor ke dalam bentuk IC (Integrated Circuit) yang dikenal dengan istilah Microelectromechanical Sensor, serta digitalisasi pengolahan output sensor.Dengan melihat perkembangan yang begitu luar biasa pada bidang sensor dan transduser, maka penulisan makalah ini bertujuan untuk mengikuti tren tersebut (walaupun masih jauh dari sempurna) pada umumnya dan untuk memenuhi tugas mata kuliah Teknik Otomasi.Agar pembaca tidak terjebak pada batasan sensor dan transduser yang memang perbedaannya tipis sekali (sehingga seringkali batasan ini menjadi sumber kebingungan), maka penulis tidak secara rinci mendefinisikan apa itu sensor dan transduser. Dalam makalah ini kedua istilah tersebut dapat saling ditukarkan.Terakhir, dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak maupun sumber yang telah membantu terselesaikannya makalah ini.Saran dan kritik dari pembaca demi kesempurnaan makalah ini sangat penulis harapkan.

Penulis

Terry Nando W.W.

BAB IPENDAHULUAN

Kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi dari masa ke masa berkembang cepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri perpabrikan, 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 perpabrikan 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.Sebelum melangkah lebih jauh, ada baiknya kita mengetahui definisi dari sensor dan transduser.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.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.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. Dalam kaitannya dengan sistem elektronis, sensor dan transduser pada dasarnya dapat dipandang sebagai sebuah perangkat yang berfungsi mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian listrik atau sistem digital (lihat gambar 1.1). Dewasa ini hampir seluruh peralatan modern memiliki sensor di dalamnya.

Gambar 1.1 Blok fungsional sensor/transduserDalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini : (D Sharon, dkk, 1982)a. LinearitasAda 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. Dalam kasus seperti ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan dengan masukannya berupa sebuah grafik. Gambar 1.2 memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda. Garis lurus pada gambar 1.2(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan pada gambar 1.2(b). adalah tanggapan non-linier.

100Temperatur (masukan)1100Temperatur (masukan)100Tegangan (keluaran)(a) Tangapan linier(b) Tangapan non linierGambar 1.2 Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982),Tegangan (keluaran)

b. SensitivitasSensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan. Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan satu volt per derajat, yang berarti perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan satu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan dua volt per derajat, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan paga gambar 1.1(b) akan lebih peka pada temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang rendah.c. Tanggapan WaktuTanggapan 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, seperti tampak pada gambar 1.2(a). Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan hertz (Hz). { 1 hertz berarti 1 siklus per detik, 1 kilohertz berarti 1000 siklus per detik]. Pada frekuensi rendah, yaitu pada saat temperatur berubah secara lambat, termometer akan mengikuti perubahan tersebut dengan setia. Tetapi apabila perubahan temperatur sangat cepat lihat gambar 1.2(b) maka tidak diharapkan akan melihat perubahan besar pada termometer merkuri, karena ia bersifat lamban dan hanya akan menunjukan temperatur rata-rata.Rata-rataWaktuTemperatur1 siklus504030504030(a) Perubahan lambat(b) Perubahan cepatGambar 1.2 Temperatur berubah secara kontinyu (D. Sharon, dkk, 1982)

Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah sensor. Misalnya satu milivolt pada 500 hertz. Tanggapan frekuensi dapat pula dinyatakan dengan decibel (db), yaitu untuk membandingkan daya keluaran pada frekuensi tertentu dengan daya keluaran pada frekuensi referensi.Terkait dengan perkembangan teknologi yang begitu luar biasa, pada saat ini banyak sensor telah dipabrikasi dengan ukuran sangat kecil hingga orde nanometer sehingga menjadikan sensor sangat mudah digunakan dan dihemat energinya. Gambar 1.3berikut memperlihatkan salah satu contoh sensor MEMS Gyroscope dalam ukuran satuan nm.

Gambar 1.3 MEMS GyroscopeBerdasarkan variabel yang diinderanya, sensor dikategorikan ke dalam dua jenis yakni sensor fisika dan sensor kimia. Sensor fisika merupakan jenis sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hokum-hukum fisika, yaitu seperti cahaya, suara, gaya, getaran (kecepatan, percepatan), maupun suhu. Sedangkan jenis sensor kimia merupakan sensor yang mendeteksi jumlah suatu zat kimia dengan jalan mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik dimana di dalamnya dilibatkan beberapa reaksi kimia, seperti misalnya pada sensor pH, sensor oksigen sensor ledakan serta sensor gas. Gambar 1.4 dan 1.5 di bawah berturut-turut memperlihatkan salah satu contoh sensor besaran fisika dan sensor besaran kimia.

Gambar 1.4 Rangkaian komponen sensor Thermocouple (Fisika)

Gambar 1.5 Sensor kadar CO2 (Kimia)Sensor digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dimana aplikasinya mencakup berbagai bidang yaitu seperti : automobile, mesin, kedokteran, industri, robot maupun aerospace.Dalam lingkungan sistem control dan robotika, sensor memberi fungsi layaknya mata, telinga, hidung maupun lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.Berikut adalah beberapa jenis sensor yang dapat dijumpai di lapangan.1. Sensor proximity2. Sensor magnet3. Sensor sinar4. Sensor ultrasonic5. Sensor tekanan6. Sensor getaran 7. Sensor kecepatan8. Sensor penyandi9. Sensor suhu10. Sensor efek-hall

BAB IIPEMBAHASAN

2.1 Definisi dan Fungsi Sensor GetaranSensor getaran adalah suatu perangkat atau device yang mengubah besaran fisis berupa getaran menjadi besaran elektrik yang bisa berupa tegangan maupun arus. Pada umumnya getaran ini diubah menjadi arus karena pertimbangan bahwa jarak antara sensor dengan kontroler tidaklah sangat dekat, ada kemungkinan jaraknya jauh. Bila getaran tersebut diubah menjadi arus, maka arus yang dihasilkan sensor dengan arus yang diterima kontroler akan sama besarnya. Hal ini tentunya akan berbeda jika getaran diubah menjadi tegangan. Tegangan yang dihasilkan sensor akan tidak sama dengan tegangan yang diterima kontroler sebagai akibat dari adanya losses.Pada artikel kali ini, sensor getaran yang akan dibahas adalah sensor merk HANSFORD SENSORS seri HS-420. Berikut gambar dari sensor tersebut.

Gambar 2.1 Sensor getaran merek Hansford Sensor seri HS-420

2.2 Spesifikasi SensorSpesifikasi dari sensor di atas adalah sebagai berikut:

1. Performansi Teknis Resonansi mounted base: 5 kHz min Jangkauan kecepatan: 0-10 sampai 0-100 mm/sec RMS 10 Nominal 80 Hz pada suhu 22o C Frekuensi respon: 10 Hz sampai 1 kHz 5% Isolasi : Isolasi basis Range pengukuran: 50 g peak Sensitivitas Transverse: Kurang dari 5% Akurasi: 2%

2. Secara Elektrik Arus keluaran: 4-20 mA sebanding dengan kecepatan RMS (mm/s) Catu tegangan: 15-30 volt DC Settling time: 2 sekon Impedansi output: Resistansi loop 600 maks. Pada 24 V Isolasi wadah: >108 ohm pada 500 volt

3. Daerah Pemasangan Range suhu beroperasi: -25o C sampai 90o C Penyegelan : IP68 Maksimum Shock: 5000 g

4. Secara Mekanik Bahan : Stainless Steel Unsur sensor: PZT (Piezoelectric) Torsi pemasangan: 8 Nm Berat: 140 gram Nom Kabel: Silikon biru Kedalaman : 100 meter maksimal 10 bar

5. DimensiDimensi sensor getaran tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2

Gambar 2.2 Dimensi sensor HS-4202.3 Pemasangan Pada PLCSensor getaran di atas hendaknya dipasang pada permukaan yang datar untuk mendapatkan hasil terbaik dari pembacaan berulang-ulang sensor tersebut. Sedangkan, untuk pemasangannya pada PLC (Programmable Logic Controller) tidak serta merta langsung dihubungkan dengan port input PLC, tetapi sensor ini harus dihubungkan dengan suatu alat atau modul yang disebut pemancar getaran (vibration transmitter). Sensor getaran membaca atau mendeteksi ada atau tidaknya getaran pada obyek yang sedang di-sensing. Kemudian sinyal getaran yang berupa analog dikirimkan ke vibration transmitter. Vibration transmitter ini kemudian mengubah sinyal analog tersebut menjadi arus konstan sebesar 4-20 mA untuk dikirimkan ke PLC. 4 mA merepresentasikan tidak ada getaran, sedangkan 20 mA terdapat getaran dalam skala penuh. Pada vibration transmitter kita dapat mengatur LPF (Low Pass Filter) dan HPF (High Pass Filter). Skema dari proses yang telah dijelaskan dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut ini. PLCSinyal Getar Analog4-20 mA

Gambar 2.3 Proses Menghubungkan Sensor dengan PLC2.4 Kelebihan dan Kekurangan2.5 Aplikasi Sensor Getaran