TRANSDUCER & SENSOR...SILABUS 1. Definisi, jenis dan klasifikasi sensor dan transduser 2. Definisi akuisisi data 3. Konsep Fisis Sensor 4. Karakteristik Statis Sensor 5. Karakteristik

TRANSDUCER

& SENSOR TE6210603

By :

Risa Farrid Christianti, ST.MT.

S1-Teknik Elektro

Institut Teknologi Telkom

Purwokerto

SILABUS

1. Definisi, jenis dan klasifikasi sensor dan transduser

2. Definisi akuisisi data

3. Konsep Fisis Sensor

4. Karakteristik Statis Sensor

5. Karakteristik Dinamis Sensor

6. Perancangan Sistem Akuisisi Data

7. Teknik Pengkondisi Sinyal

INFORMASI

Jadwal :

Selasa, pk. 14.30 – 17.10 WIB

Prosentase Nilai :

UTS = 25%

UAS = 25%

Tugas = 30%

Quis = 20%

REFERENSI

1. Pallas-Areny, R., Webster, John G., 1991, Sensors and Signal

Conditioning, John Wiley & Sons, Inc., New York.

2. W. Jon., 2005, Sensor Technologi Handbook, 1/ed, Elsevier, USA.

3. Helfrick, Albert D., Cooper, William D., 1990, Modern Electronis

Instrumentation and Measurement Techniques, Prentice-Hall, Inc.,

Englewood Cliffs, New Jersey.

KONTRAK PERKULIAHAN

Total Kehadiran mahasiswa minimal 75%.

Mahasiswa harus berpakaian sesuai aturan seragam institusi

(baju berkerah, rapi, sopan, dan bersepatu).

Mahasiswa terlambat maksimal 15 menit, dan bagi yang

terlambat melebihi batas toleransi tidak diperkenankan mengisi

daftar absensi.

Mahasiswa yang tidak bisa atau berhalangan hadir mengikuti

ujian, harus ijin sebelum pelaksanaan ujian kepada dosen

pengampu, dan konfirmasi mengikuti ujian susulan maksimal 3

hari setelah ujian.

Selama perkuliahan berlangsung HP harus di “silent” dan

dilarang membuka Laptop dan Gadget lainnya selama

perkuliahan (kecuali diminta Dosen).

Menjaga kesopanan dalam berkomunikasi dengan dosen dan

teman baik secara langsung maupun lewat SMS/Telepon.

KONTRAK PERKULIAHAN

Mahasiswa diperkenankan membawa minuman ke dalam

ruang kelas atan tetapi dilarang meninggalkan bekas

makanan dan atau minuman di dalam ruang kuliah.

Mahasiswa yang diperbolehkan izin:

Sakit yang dibuktikan dengan surat keterangan sakit dari dokter

yang diberikan maksimal pada perkuliahan selanjutnya.

Dispensasi dengan surat dari institusi

Orang tua/keluaraga inti meninggal/sakit keras

Keluarga inti menikah.

Konfirmasi ijin ke dosen pengampu maksimal pada saat

pelaksanaan perkuliahan berikutnya.

Hal-hal yang tidak diatur dalam tata tertib ini dilimpahkan

wewenangnya kepada dosen pengampu.

Definisi, Jenis dan Klasifikasi

Sensor dan Transduser BAB I

Definisi Sensor

Sensor adalah suatu alat/perangkat yang mengubah

fenomena fisik menjadi sinyal elektrik.

Dengan demikian, sensor mewakili bagian antarmuka antara

dunia fisik dan dunia perangkat elektrik, seperti komputer.

Bagian lain dari antarmuka ini diwakili oleh aktuator, yang

mengubah sinyal elekrik menjadi fenomena fisik.

Contoh :

Definisi Sensor

Sensor menggunakan beberapa bentuk energi untuk

mendapatkan informasi.

Contoh : pengukuran jarak dengan ultrasonik.

Definisi Sensor

Satu bentuk energi dapat digunakan untuk pengukuran

jumlah yang berbeda.

Contoh : Aplikasi sensor-sensor induktif

Definisi Transducer

Transducer berasal dari bahasa Latin “tranducere”, yang

artinya mengubah.

Masukan transducer adalah sensor.

Keluaran transducer adalah aktuator.

Klasifikasi Transducer

Tipe-tipe bentuk energi :

Klasifikasi Transducer

Modulasi dan transducer pembangkit sendiri

Pemodulasian transducer membutuhkan sumber energi bantu

(strain gauge, resistor termal, liquid crystal display (LCD)

Transducer pembangkitan sendiri tidak membutuhkan sumber

energi bantu. (solar cell, thermocouple, elemen piezoelektrik)

Klasifikasi Transducer

Indeks Miller = vektor dimensi tiga

[x y z] [energi masukan, energi keluaran, energi termodulasi]

Deskripsi Kedudukan Transducer

Deskripsi kedudukan mantap (steady state) –

mengungkapkan karakteristik-karakteristik transducer.

Catat : tidak ada transducer yang sensitif hanya terhadap 1

energi fisik.

Anggaplah ada sebuah volume kecil dV dimana transducer

ditempatkan.

Energi berisi dW dalam volume tersebut berisi jumlah dari semua

energi yang mungkin.

𝑑𝑊 = 𝐼𝑖𝑒𝑖 = 𝜎. 𝑑𝑙 + 𝑃𝜕𝜌

𝜌+ 𝑉. 𝑑𝑞 + 𝐸. 𝑑𝐷 + 𝐻. 𝑑𝐵 + 𝑇. 𝑑𝑆 + 𝑤𝑟

Karakteristik Statik

Karakteristik Sistematik

Range : nilai maksimal minimal dari variabel input dan output.

Contoh : range input 100 – 2500C atau range output 4 – 20mA

Span : variasi maksimum input atau output.

Contoh : 1500C atau 16mA

Linearitas : nilai-nilai input I dan nilai-nilai output O yang

terletak pada garis lurus.

𝑂𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝐾𝐼 + 𝑎 𝐾 =𝑂𝑚𝑎𝑥 − 𝑂𝑚𝑖𝑛

𝐼𝑚𝑎𝑥 − 𝐼𝑚𝑖𝑛

Nonlinearitas

𝑁 𝐼 = 𝑂 𝐼 − (𝐾𝐼 + 𝑎)

Karakteristik Dinamik

Fungsi-Fungsi Transfer

Elemen-elemen orde satu

Contoh : sensor suhu dideskripsikan oleh persamaan

keseimbangan panas.

𝜏𝑑𝑇

𝑑𝑡+ 𝑇 = 𝑇𝐹 → 𝐺 𝑠 =

1

1 + 𝜏𝑠

Dimana : 𝜏 = konstanta waktu

T = suhu sensor

TF = suhu ambang

Karakteristik Dinamik

Fungsi-Fungsi Transfer

Elemen-elemen orde dua

Contoh : accelerometer

1

𝜔𝑛

𝑑2𝑥

𝑑𝑡2+

2𝜉

𝜔𝑛

𝑑𝑥

𝑑𝑡+ 𝑥 =

1

𝑘𝐹 𝐺 𝑠 =

11

𝜔2𝑛𝑆2+

2𝜉

𝜔𝑛𝑠+1

Dimana :

𝜔𝑛 =𝑘

𝑚 rad/sec = frekuensi alami tidak teredam

𝜉 =𝜆

2 𝑘𝑚 = rasio redaman

Parameter-Parameter Transducer

Deskripsi Kedudukan - contoh

Kesalahan Statik – Teknik

Mengurangi Kesalahan

Mengkompensasi elemen non-linier Umpan balik negatif penguat tinggi

Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi

Kompensasi dinamik loop terbuka

𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺𝑢()𝐺𝑐()𝐹𝑖𝑛 ()

Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi

Umpan balik negatif penguatan tinggi

𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺 𝐺𝐴 𝜔

1+𝐺 𝐺𝐴 𝜔 𝐺𝐹 𝜔𝐹𝑖𝑛

1

𝐺𝐹()𝐹𝑖𝑛() untuk 𝜔𝑚𝑖𝑛 < 𝜔 < 𝜔𝑚𝑎𝑥

Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi

Umpan balik negatif penguatan tinggi

𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺 𝐺𝐴 𝜔

1+𝐺 𝐺𝐴 𝜔 𝐺𝐹 𝜔𝐹𝑖𝑛

1

𝐺𝐹()𝐹𝑖𝑛() untuk 𝜔𝑚𝑖𝑛 < 𝜔 < 𝜔𝑚𝑎𝑥

Definisi & Terminologi

Biophotonics : aplikasi teknologi fotonik dalam produk-produk medis atau bioteknologi.

Biosensor : sensor untuk pengukuran dari konsentrasi-konsentrasi ion dalam sistem hidup atau senyawa-senyawa organik.

Mechatronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan komponen-komponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar.

Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat2 (alat2) mekanik yang amat sangat kecil.

Optoelectronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan optik atau fotonik dan elektronika dalam satu alat.

Smart sensor : unit fungsional chip tunggal yang mengkombinasikan fungsi-fungsi sensing dan processing.

Definisi & Terminologi

Biophotonics : aplikasi teknologi fotonik dalam produk-produk medis atau bioteknologi.

Biosensor : sensor untuk pengukuran dari konsentrasi-konsentrasi ion dalam sistem hidup atau senyawa-senyawa organik.

Mechatronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan komponen-komponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar.

Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat2 (alat2) mekanik yang amat sangat kecil.

Optoelectronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan optik atau fotonik dan elektronika dalam satu alat.

Smart sensor : unit fungsional chip tunggal yang mengkombinasikan fungsi-fungsi sensing dan processing.

Efek-Efek Transducer dalam Materi Silikon

dan Materi Kompatibel Lainnya

Efek-efek transducer dalam silikon merupakan efek dari elektron-elektron

yang menjadi pembawa informasi (information carrier).

Pertanyaan-Pertanyaan Review

Jelaskan perbedaan antara transducer termodulasi dengan pembangkitan

sendiri!

Definisikan jenis dan indeks Miller untuk :

1. Termistor

2. Layar TV

3. Pengeras suara

Berikan contoh sensor pembangkitan sendiri untuk energi thermal

Berikan contoh sensor termdulasi untuk energi magnetik

Turunkan fungsi transfer dari sensor suhu

Turunkan fungsi transfer dari accelerometer

Jelaskan prinsip kompensasi menggunakan koreksi loop terbuka

Jelaskan prinsip kompensasi menggunakan umpan balik negatif gain tinggi,

untuk karakteristik statik dan karakteristik dinamik

Lanjut ke bab berikutnya.