Sensor dan Robotika

Tutorial 2

Disusun Oleh:

Luthfi Yusuf

211 341 015

3AEA

TEKNIK OTOMASI MANUFAKTUR DAN MEKATRONIKA

POLITEKNIK MANUFAKTUR NEGERI BANDUNG

Maret, 20141. Linearity

Linearity adalah hubungan antara output dan input dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus.

Linearity sangat diinginkan karena segala perhitungan dapat dilakukan dengan mudah jika sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus.

Ada banyak sensor yang menghasilkan sinnyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu.

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 berup grafik.

2. Mechanical Sensor

Mechanical sensor adalah Sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level.

i. Pressure sensor/ sensor tekananSensor Tekanandiciptakan untuk mengukur tekanan suatu zat yang memiliki tekanan sangat kecil sehingga sulit untuk diukur apabila menggunakan alat pengukur biasa. Dalam pelajaran Science, kita mengenal adanya alat pengukur untuk suatu benda. Seperti contoh thermometer sebagai alat untuk mengukur suhu, anemometer untuk mengukur kecepatan angin dan speedometer untuk mengukur kecepatan suatu benda. Tekanan yang dilambangkan dalam huruf (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya, yang dilamabangkan dengan (F) persatuan luas, yang dilambangkan dengan (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan atau tekanan dari unsur zat yaitu berupa cairan dan gas. Fungsi darisensor tekanansebenarnya adalah untuk mengubah tekanan menjadi induktasi.

Gambar Sensor Tekanan

Sensortekanan mempunyai prinsip kerja yang sedikit rumit. Pertama, perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga menyebabkan perubahan induksi magnetic pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT ( center tap). Dengan demikian, apabla inti mengalami pergeseran, maka induktasi pada salah satu kumparan bertambah, namun menyebabkan kumparan yang lain berkurang. Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan rumus (P = d.g.h). Untuk keterangannya, (p) adalah tekanan statis (pascal) sementara (D) adalah kepadatan cairan (km/m3), lalu (G) adalah konstanta gravitasi ( 9,81 m/s2) dan (H) adalah tinggi cairan (M).

Prinsip kerja dari sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik menjadi listrik. Kurang ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah ketahananya. Ada beberapa fungsi lain dari sensor tekanan. Applikasi sensor tekanan adalah sebagai pemantau cuaca yang sering berubah-ubah. Digunakan dipesawat terbang untuk mengukur tekanan angina yang berada didalam band pesawat terbang, lalu yang terakhir adalah pengukur tekanan udara pada ruangan tertutup. Tiga fungsi ini adalah fungsi umum dari sensor tekanan yang sering ditemui oleh masyarakat namun masyarakat belum mengetahui cara kerja dari pengukur tekanan tersebut.ii. Force sensor/ sensor gaya (Flexiforce)

Berbagai macam sensor saat ini telah banyak berkembang, yang mana seiring perkembangan tersebut sensor menjadi suatu komponen penting dalam bidang elektronika. Pun tidak hanya elektonika, sensor juga berkembang di bidang lainnya sesuai dengan kebutuhan dan keinginan masyarakat. Salah satu sensor yang sedang berkembang saat ini adalah sensor gaya, dan lebih spesifiknya adalah flexiforce.

Prinsip kerja dari sensor ini tentu sesuai dengan namanya, yaitu untuk deteksi adanya gaya yang ditimbulkan oleh suatu rangsangan yang masuk dalam suatu alat. Gaya itu sendiri menyebabkan terjadinya tegangan yang nantinya akan menimbulkan suatu sinyal tertentu. Berikut adalah grafik terjadinya sinyal karena gaya tertentu :

Sensor flexiforce sebagai sensor gaya sebagaimana telah disebutkan di atas berbentuk printed circuit yang sangat tipis dan fleksibel. Sensor flexiforce sangat mudah diimplementasikan untuk mengukur gaya tekan antara 2 permukaan dalam berbagai aplikasi. Sensor flexiforce bersifat resistif dan nilai konduktansinya berbanding lurus dengan gaya/beban yang diterimanya. Semakin besar beban yang diterima sensor flexiforce maka nilai hambatan output-nya akan semakin menurun. Pada keadaan tanpa beban, resistansi sensor ini sebesar kurang lebih 20M ohm. Ketika diberi beban maksimum, resistansi sensor akan turun hingga kurang lebih 20K ohm.

Salah satu sifat dari flexiforce adalah resistif pada, sehingga nilai resistansinya (perubahan resistansi) sebanding dengan perubahan strain dengan rumus sebagai berikut :

F adalah Gauge factor

Perubahan resistansi yang ditimbulkan oleh flexiforce tersebut akan menyebabkan munculnya sinyal seperti yang telah disebutkan di atas. Untuk memonitor perubahan resistansi tersebut digunakan jembatan wheatstone yang ditunjukkan pada gambar berikut :

Jembatan wheatstoneRangkaian tersebut akan setimbang jika :

biasanya R1=R2=R3=R4

Sistem keseimbangan tersebut akan dikombinasikan dengan berat sebagai aplikasi gaya suatu flexiforce yang diaplikasikan untuk sebuah timbangan. Bentuk sederhana dari kombinasi tersebut adalah sebagai berikut :

Gambar sederhana flexiforce sebagai timbanganPada penjelasan sebelumnya telah disebutkan jika gaya yang timbul dari flexiforce akan menyebabkan terjadinya perubahan stress-strain, dimana pengukuran gaya dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut :Dengan : K =konstanta simpangan

Y = besarnya simpangan pada titik karakteristikBerikut adalah daftar besarnya nilai K dan y untuk beberapa benda yang menggunakan sensor gaya

iii. Torque sensor

Sebuah sensor torsi atau torquemeter adalah alat untuk mengukur dan merekam torsi pada sistem berputar, seperti mesin, crankshaft, gearbox, transmisi, rotor , engkol sepeda atau Cap Torque Tester. Torsi statis relatif mudah diukur. Torsi dinamis, di sisi lain, tidak mudah untuk mengukur, karena biasanya membutuhkan transfer beberapa efek ( listrik atau magnet ) dari poros yang diukur dengan sistem statis.

Sensor torsi

Umumnya , sensor torsi menggunakan pengukur regangan diterapkan pada poros berputar atau poros . Dengan metode ini , diperlukan alat untuk menyalakan jembatan strain gauge , serta sebagai sarana untuk menerima sinyal dari poros berputar . Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan slip ring , telemetri nirkabel , atau transformer rotary . Jenis baru dari transduser torsi menambah pendingin elektronik dan A / D converter ke poros berputar . Elektronik Stator kemudian membaca sinyal digital dan mengubah sinyal tersebut ke tingkat tinggi sinyal keluaran analog , seperti + / - 10VDC .iv. Strain Gauge (Weight)

Strain gauge adalah sensor yang digunakan untuk mengukur berat atau beban dari suatu benda dalam ukuran besar. Sensor strain gauge adalah grid metal-foil yang tipis yang dilekatkan pada permukaan dari struktur. Apabila komponen atau struktur dibebani, terjadi strain dan ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding dengan strain induksi beban.

Prinisip kerjanya ketika terjadi regangan pada suatu benda uji (specimen) yang telah di pasangi strain gauge, maka regangan itu terhantarkan melalui alas gauge (isolatif) pada foil atau penghantar resistif di dalam gauge tersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini berbanding lurus terhadap besarnya regangan

Sensor strain gauge pada umumnya adalah tipe metal-foil, dimana konfigurasi grid dibentuk oleh proses photoeching. Karena prosesnya sederhana, maka dapat dibuat bermacam macam ukuran gauge dan bentuk grid. Untuk macam gauge yang terpendek yang tersedia adalah 0,20 mm; yang terpanjang adalah 102 mm. Tahanan gauge standard adalah 120 mm dan 350 ohm, selain itu ada gauge untuk tujuan khusus tersedia dengan tahanan 500, 1000, dan 1000 ohm.

Sensor strain gauge ini sering diaplikasikan pada jembatan timbang mobil atau alat ukur berat dalam skala besar.

v. Twisting sensor

Sensor putaranini berfungsi untuk membaca banyaknya putaran suatu roda cacah dalam periode tertentu.Rangkaiansensorputarandibuat dengan optocoupler dengan celah ditengah (bentuk U) yang pada celah tersebut diletakan roda cacah.Sensor putaranpadaartikelini dulu saya gunakan untuk menghitung putaran roda mobil melalui kabel argometer meter.Sensor Putaran Dari Opto Coupler Model Uini berfungsi untuk menghitung jarak yang ditempuh (putaran roda) menggunakan roda cacah (piringan berlubang).

Sensor putaran dengan opto couplerini menghasilkan pulsa dari putaran roda cacah yang berputar, pulsa ini yang akan digunakan sebagai masukan pada mikrokontroler AT89C51 untuk dihitung berapa pulsa yang diterima pada satuan waktu tertentu.Sensor putaran dengan opto couplerini disusun menggunakan opto copler jenis U dengan tipe SG-23FI yang diberikan bias tegangan 5 Vdc melalui resistor. Opto copler SG-23FI yang digunakan padasensor putaranini pada dasarnya terdiri dari sebuah dioda led infra merah sebagaitransmittercahaya infra merah dan sebuah photo transistor sebagaireceivercahaya infra merah.

GambarRangkaian Sensor Putaran Dari Opto Coupler Model U

Pulsa yang terkirim pada mikrokontroler AT89C51 tergantung dariopto coupler, jikaopto couplerterhalang oleh roda cacah maka data berupa logika tinggi (1) akan dikirimkan ke T0 pin 14 (P3.4) pada mikrokontroler AT89C51 dan sebaliknya.Sensor putarandengan optocouplerini berdasarkan bekerja berdasarkan prinsip kerjarangkaianoptocoupler, bila sensor (photo transistor) terhalang oleh sesuatu dan tidak mendapatkan pancaran sinar infra merah dari dioda led maka otuput dari optocoupler tersebut akan berlogika 1 (TINGGI) atau menghasilkan tegangan 5 volt dan jika sensor pada posisi normal atau cahaya infra merah dari dioda led ke photo transistor tidak terhalan maka optocoupler terbut akan memberikan logika 0 (RENDAH) atau memberikan tegangan 0 volt pada pin outputnya.

Sebuah contoh dari sebuahoptical incremental rotary encoderditunjukkan dalam gambar 2. Pada gambar tersebut, instrumen ini terdiri dari sebuah sumber cahaya yaitu biasanya adalah LED, sebuah disc encoder (rotating disc), sebuahfixed disc, danphoto-detector. Letak posisi antara LED dan photo-detector disusun dengan sejajar, sehingga cahaya dari LED dapat masuk ke detector tersebut secara tegak lurus.

Gambar 2 Optical Incremental Shaft Encoder [1]

Disc yang ditunjukkan dalam gambar 3 adalah elemen kunci dari encoder dan secara umum terbuat dari bahan kaca dan diberi cap yang terbuat dari bahan logam sehingga membentuk slot-slot jendela yang mengelilingi bagian tepi dari disc encoder tersebut. Slot-slot ini bersifat tembus cahaya. Jumlah slot tersebut adalah sama dengan jumlah dari pulsa per satu revolusi. Sebagai contoh, sebuah disc kaca yang dicap dengan 1000 slot, bila disc tersebut telah bergerak 180 derajat jika dan hanya jika encoder tersebut telah mengeluarkan 500 pulsa.

Gambar 3 Susunan Jendela dalam Incremental Rotary Encoder[1]

Selama disc berotasi, LED secara konstan diaktifkan dan cahaya dari LED tidak secara terus-menerus mencapaiphoto-detector, tetapi hanya saat cahaya tersebut melewati slot-slot yang berada pada disc encoder tersebut. Saat cahaya masuk kephoto-detector,detector tersebut menghasilkan pulsa-pulsa keluaran berupa gelombangsquare.

Kebanyakan dariincremental rotary encodermenyediakan sebuah tanda tunggal pada disc, disebut channel Z ataumarker. Pulsa dari channel ini menyediakan sebuah referensi yang menandakan per satu revolusi.

Contoh :

Rotary Encoder : 1. Absolute rotary encoder

2. Incremental rotary encoder

vi. Flow sensor

Sensor aliran Orifice Plate merupakan salah satu jenis sensor yang digunakan untuk mengukur aliran fluida dengan konsep pengukuran perbedaan tekanan. Alat ukur dengan Sensor Aliran Orifice Plate terdiri dari pipa dimana dibagian dalamnya diberi pelat berlubang lebih kecil dari ukuran diameter pipa. Sensor tekanan diletakan disisi pelat bagian inlet (P1) dan satu lagi dibagian sisi pelat bagian outlet (P2). Jika terjadi aliran dari inlet ke outlet, maka tekanan P1 akan lebih besar dari tekanan outlet P2.

gambar sensor aliranDari gambar sensor aliran fluida dengan orifice plate diatas maka jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu (m3/dt) dapat dirumuskan sebagai berikut :

di mana :

Q = jumlah fluida yang mengalir ( m3/dt)

K = konstanta pipa A2 = luas penampang pipa sempit

P = tekanan fluida pada pipa 1 dan 2

= masa jenis fluida

g = gravitasi bumi

Orifice Plate merupakan salah satu sensor tekanan yang digunakan untuk mengukur aliran fluida berdasarkan hukum kontinuitas.3. Thermal Sensor

Sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas / temperature / suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Heat (Sensor LM35)

Merubah besaran panas menjadi besaran listrik

Prinsip kerja : setiap perubahan suhu 1C akan menunjukkan tegangan 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan, akan tetapi suhunya aka sedikit berkurang sekitar 0,01C karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya.

Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertiundak sebagai suatu antena penerima dan simpangan di dalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan menggunakan metode by pass kapasitor dari Vin untuk ditanahkan.

Maka dapat disimpulkan prinsip kerja sensor LM35 sebagai berikut :

Suhu lingkungan di deteksi menggunakan bagian IC yang peka terhadap suhu

Suhu lingkungan diubah menjadi tegangan listrik oleh rangkaian di dalam IC, dimana perubahan suhu berbanding lurus dengan perubahan tegangan output

Pada seri LM35, Vout = 10 mV/C. Tiap perubahan 1C akan menghasilkan perubahan tegangan output sebesar 10 mV

Contoh :

Thermistor

Nama termistor berasal dari Thermally Sensitive Resistor. Termistor ini merupakan gabungan antara kata termo (suhu) dan resistor (alat pengukur tahanan). Termistor (Inggris: thermistor) adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk mengukur suhu.Prinsipnya adalah memberikan perubahan resistansi yang sebanding dengan perubahan suhu. Perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi. Thermocouple

Termokopel adalah perangkat yang terdiri dari dua konduktor yang berbeda, biasanya termokopel berbentuk paduan-paduan logam (metal alloys), yang menghasilkan tegangan yang berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara kedua ujung pasangan konduktor. Termokopel adalah jenis sensor suhu yang banyak digunakan untuk pengukuran dan kontrol, dan juga dapat digunakan untuk mengubah gradien panas menjadi listrik. Termokopel itu murah, mudah dipertukarkan, dapat dipasok dengan konektor standar, dan dapat mengukur selang suhu yang lebar. Berbeda dengan kebanyakan metode pengukuran suhu yang lain, termokopel itu self powered (swa tenaga) dan tidak memerlukan bentuk eksitasi eksternal.

Keterbatasan utama dengan termokopel adalah akurasi dan kesalahan sistem kurang dari satu derajat Celsius (C) bisa sulit untuk mencapai.

Termokopel banyak digunakan dalam ilmu pengetahuan dan industri; aplikasi termasuk pengukuran suhu untuk kiln, turbin gas buang, mesin diesel, dan proses industri lainnya.4. Electromagnetic Sensor

Prinsip kerja sensor elektromagnetik adalah berdasarkan Hukum Faraday dimana apabila sebuah penghantar memotong suatu medan magnet maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menimbulkan GGL atau Emf. Besaran Emf tersebut adalah tergantung kepada kuat medan magnet dan kecepatan pemotongan.i. Voltage (Voltmeter)

Fungsi:

Merubah besaran tegangan menjadi besaran listrik

Gambar voltmeter

Prinsip kerja : Prinsip Kerja Voltmeter hampir sama dengan Amperemeter karena desainnya juga terdiri dari galvanometer dan hambatan seri atau multiplier. Galvanometer menggunakan prinsip hukum Lorentz, dimana interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetic. Gaya magnetik inilah yang menggerakan jarum penunjuk sehingga menyimpang saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan. Fungsi dari multiplier adalah menahan arus agar tegangan yang terjadi pada galvanometer tidak melebihi kapasitas maksimumnya, sehingga bagian tegangan akan berkumpul pada multiplier. Dengan demikian kemampuan mengukurnya menjadi lebih besar.Jika kemampuannya ingin ditingkatkan menjadi n kali maka dapat ditentukan berapa besar hambatan multiplier yang diperlukan.

ii. Current

a) Sensor magnetic fluxgate

Dengan menggunakan sensor magnetik, arus dapat diukur tanpa harus mengganggu aliran arus, karena yang diukur hanya kuat medan magnet yang dihasilkan oleh arus yang akan diukur. Dalam tulisan ini akan ditunjukkan penggunaan sensor magnetik fluxgate untuk mengukur kuat arus. Dari hasil penelitian terlihat bahwa sensor magnetik fluxgate yang digunakan dapat mengukur kuat arus dalam daerah pengukuran yang cukup lebar dan dengan ketelitian 2 %.Ada cukup banyak metode yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus listrik, beberapa diantaranya adalah metode shunt resistif, transformator arus, dan sensor magnetik. Metode shunt resistif bekerja berdasarkan hukum Ohm yang menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan arus yang melalui resistor shunt, yaitu resistor yang dihubungkan secara seri dengan beban yang hendak diukur arusnya. Cara ini menawarkan ketelitian yang bagus dan offset yang rendah, tetapi tanpa isolasi elektris. Selain itu drift termalnya tinggi. Hal ini memungkinkan terjadinya transient spikes yang dapat merusak sensor dan berpotensi menyebabkan peralatan elektronik mengalami kelebihan beban.Transformator arus terdiri dari kumparan primer dan kumparan sekunder yang dililitkan pada suatu inti magnetik. Arus yang hendak dideteksi dialirkan ke kumparan primer. Arus ini menghasilkan suatu medan magnet yang mengimbas ke kumparan sekunder. Inti magnetik pada transformator berfungsi untuk membuat agar fluks magnetik yang dihasilkan kumparan primer sebanyak mungkin menembus kumparan sekunder. Perubahan fluks yang dihasilkan arus primer menyebabkan timbulnya tegangan listrik induksi pada kumparan sekunder. Arus yang dibangkitkan pada kumparan sekunder sebanding dengan arus primer, dan nisbah kedua arus ini ditentukan oleh nisbah jumlah lilitan masing-masing kumparan. Transformator arus memang menawarkan isolasi elektris, tetapi alat ini hanya bekerja untuk aplikasi arus bolak-balik (AC). Selain itu, transformator umumnya berukuran relatif besar sehingga memerlukan tempat yang besar pula.Sensor magnetik dapat digunakan untuk mengatasi keterbatasan pada kedua metode pengukuran arus di atas. Sensor magnetik fluxgate menawarkan solusi berupa sensitivitas yang tinggi, ukuran yang kecil, dan reliable. Selain itu piranti ini dapat digunakan untuk penginderaan arus tanpa kontak. Jadi dengan menggunakan sensor ini pengukuran dapat dilakukan tanpa harus merusak rangkaian elektrisnya. Metode ini memungkinkan untuk pengisolasian sistem elektris serta memproteksi sensor dan rangkaian elektronik pendukungnya.Sensor magnetik fluxgate bekerja berdasarkan prinsip diferensial. Dengan cara ini maka gangguan/nois yang berasal dari lingkungan seperti temperatur atau pengaruh lingkungan lainnya akan saling menghilangkan dan sensor dapat mengukur medan magnet yang sangat lemah. Untuk mengatasi gangguan sinyal frekuensi tinggi, pada sensor dipasang filter lolos rendah orde dua.

b) Sensor efek hall atau hall effect sensorUntuk mengukur daya listrik lampu pijar, yang paling penting adalah pengukuran arusnya. Salah satu sensor arus yang dapat digunakan adalah sensor efek hall. Untuk mengukur arus bisa digunakan trafo arus atau sensor efek hall. Sensor efek hall dapat digunakan untuk menyensor arus karena sensor efek hall merespon medan magnet, sedangkan medan magnet yang ditimbulkan arus selalu sebanding dengan besar arusnya. Ini membuat sensor efek hall baik digunakan sebagai sensor arus.

Sensor arus AC-nya adalah sensor efek hall yang dapat mengukur medan magnet disekitar kawat berarus. Agar medan magnetnya cukup kuat dan bisa terukur sensor efek hall, maka dibuat lilitan dengan inti ferit yang medan magnetnya dibuat menembus sensor. Arus yang dilewatkan ke lilitan adalah arus yang telah disearahan terlebih dahulu. Jumlah lilitan dan inti ferit sangat mempengaruhi besar penguatan medannya.

Isyarat dari sensor efek hall menunjukkan medan nol pada tegangan 2,5 V. Tegangannya akan berubah jika terjadi perubahan medan magnet. Isyarat ini diperkuat, dan kemudian difilter sehingga outputnya berupa tegangan DC yang berbanding lurus terhadap perubahan arusnya.Sensor arus dengan prinsip efek hall dapat mengukur arus dengan sangat tepat. Di samping itu sensor medan magnet ini dapat dimanfaatkan dalam banyak keperluan, karena medan magnet dapat direspon dalam range frekuensi yang cukup besar. Semuanya tergantung dari kualitas penguatan sinyalnya.Hall effect sensor yang diaplikasikan untuk mengukur arus listrik. Ampere meter saat ini penggunaannya dipasang secara seri dengan memutuskan kabel yang ada pada rangkaian atau menggunakan tang Ampere. Oleh karena itu dilakukan penelitian untuk mengukur arus listrik menggunakan hall effect sensor dengan metode mendeteksi besarnya medan magnet pada suatu kabel yang dialiri arus listrik. Jadi untuk mengukur arus, hall effect sensor hanya didekatkan pada kabel yang akan diukur.

Dalam pembuatan ampere meter ini menggunakan sebuah mikrokontroler tipe AVR ATMega 8. AVR ATMega 8 memiliki fitur tambahan seperti ADC internal dan internal clock osscilator. Pada alat ukur arus ini AVR berfungsi sebagai pengatur dari komponen seperti LCD (Liquid Crystal Display) dan sebagai pengolah data. Output dari sensor diolah terlebih dahulu oleh rangkaian amplifier baru kemudian data analog yang ada diubah oleh AVR menjadi data digital dan ditampilkan hasilnya melalui LCD. c) Digital clamp ampere meterAmpere meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter.

Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk arus yang besar ditambhan dengan hambatan shunt.Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.Pengukuran arus menggunakan metode lama kini sudah mulai digantikan dengan sistem clamp. Sistem clamp menggunakan prinsip hukum Faraday yang mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang akan mengalir pada kumparan itu. Pada tahap awal dipergunakan kumparan yang dibuat sendiri, tetapi karena hasilnya kurang memuaskan, dipergunakan kumparan dari clamp bekas. Sistem dibatasi untuk mengukur arus AC dengan range 1mA sampai dengan 1,999A. Ampere meter ini harus mudah dibawa (portable), sehingga sumber tegangannya dari baterai. Hasil pengukuran ditampilkan ke 3 7-segment yang merupakan keluaran dari ICL7107.

Secara umum, Faraday mengatakan bahwa perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan arus yang mengalir pada kumparan. Apabila jumlah lilitan semakin besar, maka semakin besar pula tegangan yang dapat diukur di kedua ujung kumparan itu. Tegangan yang terukur di kumparan itu biasanya dalam orde mili volt. Arus AC yang mengalir pada sebuah kabel akan memberikan perubahan fluks, sehingga besarnya arus tersebut dapat diukur dengan menggunakan sistem clamp.ICL 7107 adalah sebuah ADC yang keluarannya dapat langsung ditampilkan ke 3 7-segment. IC ini menerima input tegangan maksimal 2V. Penggunaan komponen yang minimal membuat pengguna dapat secara langsung merangkainya dengan mudah.iii. Frequency Phase

Gelombang ultrasonik adalah gelombang dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara yaitu lebih dari 20 KHz. Seperti telah disebutkan bahwa sensor ultrasonik terdiri dari rangkaian pemancar ultrasonik yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonik yang disebut receiver. Sinyal ultrasonik yang dibangkitkan akan dipancarkan dari transmitter ultrasonik. Ketika sinyal mengenai benda penghalang, maka sinyal ini dipantulkan, dan diterima oleh receiver ultrasonik. Sinyal yang diterima oleh rangkaian receiver dikirimkan ke rangkaian mikrokontroler untuk selanjutnya diolah untuk menghitung jarak terhadap benda di depannya (bidang pantul).

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik dapat ditunjukkan dalam gambar dibawah ini :

Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik

Prinsip kerja dari sensor ultrasonik adalah sebagai berikut :

1. Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz, biasanya yang digunakan untuk mengukur jarak benda adalah 40kHz. Sinyal tersebut di bangkitkan oleh rangkaian pemancar ultrasonik.

2. Sinyal yang dipancarkan tersebut kemudian akan merambat sebagai sinyal / gelombang bunyi dengan kecepatan bunyi yang berkisar 340 m/s. Sinyal tersebut kemudian akan dipantulkan dan akan diterima kembali oleh bagian penerima Ultrasonik.

3. Setelah sinyal tersebut sampai di penerima ultrasonik, kemudian sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jaraknya. Jarak dihitung berdasarkan rumus :

S = 340.t/2

dimana S adalah jarak antara sensor ultrasonik dengan bidang pantul, dan t adalah selisih waktu antara pemancaran gelombang ultrasonik sampai diterima kembali oleh bagian penerima ultrasonik.

a) Pemancar Ultrasonik (Transmitter)Pemancar Ultrasonik ini berupa rangkaian yang memancarkan sinyal sinusoidal berfrekuensi di atas 20 KHz menggunakan sebuah transducer transmitter ultrasonic

Rangkaian Pemancar Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adlah sebagai berikut :

1. Sinyal 40 kHz dibangkitkan melalui mikrokontroler.

2. Sinyal tersebut dilewatkan pada sebuah resistor sebesar 3kOhm untuk pengaman ketika sinyal tersebut membias maju rangkaian dioda dan transistor.

3. Kemudian sinyal tersebut dimasukkan ke rangkaian penguat arus yang merupakan kombinasi dari 2 buah dioda dan 2 buah transistor.

4. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (+5V) maka arus akan melewati dioda D1 (D1 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T1, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T1 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

5. Ketika sinyal dari masukan berlogika tinggi (0V) maka arus akan melewati dioda D2 (D2 on), kemudian arus tersebut akan membias transistor T2, sehingga arus yang akan mengalir pada kolektotr T2 akan besar sesuai dari penguatan dari transistor.

6. Resistor R4 dan R6 berfungsi untuk membagi tengangan menjadi 2,5 V. Sehingga pemancar ultrasonik akan menerima tegangan bolak balik dengan Vpeak-peak adalah 5V (+2,5 V s.d -2,5 V).

b) Penerima Ultrasonik (Receiver)Penerima Ultrasonik ini akan menerima sinyal ultrasonik yang dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan karakteristik frekuensi yang sesuai. Sinyal yang diterima tersebut akan melalui proses filterisasi frekuensi dengan menggunakan rangkaian band pass filter (penyaring pelewat pita), dengan nilai frekuensi yang dilewatkan telah ditentukan. Kemudian sinyal keluarannya akan dikuatkan dan dilewatkan ke rangkaian komparator (pembanding) dengan tegangan referensi ditentukan berdasarkan tegangan keluaran penguat pada saat jarak antara sensor kendaraan mini dengan sekat/dinding pembatas mencapai jarak minimum untuk berbelok arah. Dapat dianggap keluaran komparator pada kondisi ini adalah high (logika 1) sedangkan jarak yang lebih jauh adalah low (logika0). Logika-logika biner ini kemudian diteruskan ke rangkaian pengendali (mikrokontroler).

Rangkaian Penerima Gelombang Ultrasonik

Prinsip kerja dari rangkaian pemancar gelombang ultrasonik tersebut adalah sebagai berikut:

1. Pertama tama sinyal yang diterima akan dikuatkan terlebih dahulu oleh rangkaian transistor penguat Q2.

2. Kemudian sinyal tersebut akan di filter menggunakan High pass filter pada frekuensi > 40kHz oleh rangkaian transistor Q1.

3. Setelah sinyal tersebut dikuatkan dan di filter, kemudian sinyal tersebut akan disearahkan oleh rangkaian dioda D1 dan D2.

4. Kemudian sinyal tersebut melalui rangkaian filter low pass filter pada frekuensi < 40kHz melalui rangkaian filter C4 dan R4.

5. Setelah itu sinyal akan melalui komparator Op-Amp pada U3.

6. Jadi ketika ada sinyal ultrasonik yang masuk ke rangkaian, maka pada komparator akan mengeluarkan logika rendah (0V) yang kemudian akan diproses oleh mikrokontroler untuk menghitung jaraknya.

iv. Magnitism

Prinsip kerja sensor atau tranducer yang menggunakan elektromagnetik adalah berdasarkan Hukum Faraday dimana apabila sebuah penghantar memotong suatu medan magnet maka pada kedua ujung penghantar tersebut akan menimbulkan Gaya Gerak Listrik (GGL)) atau Electromagnetic Force (Emf). Besaran Emf tersebut adalah tergantung kepada kuat medan magnet dan kecepatan pemotongan. Contoh Sensor yang menggunakan Prinsip Kerja Electrromagnetic ini adalah Speed Detector/Tacho Generator, Sensor Vibrasi, dan Microphone/Sensor Suara.

Konstruksi dari sebuah tacho generator tidak jauh berbeda dengan motor tipe biasa dimana statornya adalah magnet tetap dan rotornya terdiri dari gulungan kawat yang digulung sedemikian rupa. Besarnya emf yang dibangkitkan adalah sebanding dengan kecepatan putar rotornya dan Prinsip Kerja Sensor Elektromagnetic seperti ini juga dipakai untuk Flow Meter yang menggunakan Sensor/Transducer Electromagnetic.

Sedangkan Prinsip Kerja sensor Vibrasi adalah terdiri dari sebuah batang magnet yang berbentuk silinder dimana pada sisi kanan-kirinya masing-masing dipegang dan ditahan oleh Spring. Dari Sisi luar Batang Magnet tersebut terdapat Gulungan Kawat tetapi gulungan kawat ini tidak bersentuhan dengan batang magnet. Apabila Tranducer ataupun Sensor tersebut menerima getaran maka batang magnet tersebut akan ikut bergetar dan medan magnet tersebut akan terpotong-potong oleh gulungan kawat sehingga kedua ujung gulungan kawat tersebut akan menimbulkan tegangan.

Gambar. Sensor vibrasi

Sedangkan Untuk Sensor Suara atau Microphone menggunakan prinsip kerja yang berkebalikan dengan Prinsip Kerja sensor vibrasi Tersebut.Contoh :

Hall effectsensoratausensor medan magnet adalah sensor yang berfungsi untuk mendeteksi medan magnet.Hall Effect sensormemberikan output berupa tegangan yang proporsional dengan kekuatanmedan magnetyang diterima oleh sensor tersebut.Sensor hall effectini diangun dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Pada saat tanpa ada pengaruh dari medan magnet maka beda potensial antar kedua elektroda tersebut 0 Volt karena arus listrik mengalir ditengah kedua elektroda. Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir akan berbelok mendekati/menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Hal ini menghasilkan beda potensial diantara kedua elektroda darihall effect sensor, dimana beda potensial tersebut sebanding dengan kuat medan magnet yang diterima olehhall effect sensorini.

Prinsip KerjaHalf Effect Sensor

Hall Effect Sensor TipeUGN3503U

Salah satu contohhall effect sensoradalahsensor UGN3503U. SensorUGN3503Uini akan menghasilkan tegangan yang proporsional dengankekuatan medan magnetyang dideteksi olehsensor UGN3503U. Sensor UGN3503 ini mempunyai 3 pin yaitu :

Pin 1 : VCC, pin tegangan suplai

Pin 2 : GND, pin ground

Pin 3 : Vout, pin tegangan output.

Diagram Blok Hall Effect SensorUGN3503U

Di dalam sensor ini sudah dibangun sebuah penguat yang memperkuat sinyal darirangkaiansensor dan menghasilkan tegangan output ditengah-tengah tegangan suplai. Pada sensor ini jika mendapat pengaruh medan magnet dengan polaritas kutub utara maka akan menghasilkan pengurangan pada tegangan output sebaliknya jika terdapat pengaruh medan magnet dengan polaritas kutub selatan maka akan menghasilkan peningkatan tegangan pada outputnya. Sensor ini dapat merespon perubahankekuatan medan magnetmulaikekuatan medan magnetyang statis maupunkekuatan medan magnetyang berubah-ubah dengan frekuensi sampai 20KHz.

Sensor hall effect UGN3503ini dapat disuplai dengan tegangan mulai 4.5V sampai 6V dengan kepekaan perubahan kekuatan medan magnet sampai frekuensi 23KHz. Inti dari sistem ini adalahsensor UGN3503U. Sensor ini akan menghasilkan tegangan output 3V jika tidak ada pengaruh medan magnet pada sensornya. Tegangan output yang dihasilkan oleh sensor UGN3502U belum cukup kuat sehingga masih diperlukan sebuah op amp yang digunakan untuk memperkuat perubahan sinyal padaoutput sensor UGN3503Utersebut.5. Chemical sensor i. Ph valuePada prinsipnya pengukuran suatu pH adalah didasarkan pada potensial elektro kimia yang terjadi antara larutan yang terdapat di dalam elektroda gelas yang telah diketahui dengan larutan yang terdapat di luar elektroda gelas yang tidak diketahui. Hal ini dikarenakan lapisan tipis dari gelembung kaca akan berinteraksi dengan ion hidrogen yang ukurannya relatif kecil dan aktif. Elektroda gelas tersebut akan mengukur potensial elektrokimia dari ion hidrogen atau diistilahkan dengan potential of hidrogen. Untuk melengkapi sirkuit elektrik dibutuhkan suatu elektroda pembanding. Sebagai catatan, alat tersebut tidak mengukur arus tetapi hanya mengukur tegangan. Skema elektroda pH meter akan mengukur potensial listrik antara Merkuri Klorid (HgCl) pada elektroda pembanding dan potassium chloride (KCl) yang merupakan larutan di dalam gelas elektroda serta petensial antara larutan dan elektroda perak. Tetapi potensial antara sampel yang tidak diketahui dengan elektroda gelas dapat berubah tergantung sampelnya. Oleh karena itu, perlu dilakukan kalibrasi dengan menggunakan larutan yang equivalent yang lainnya untuk menetapkan nilai pH.

Elektroda pembanding calomel terdiri dari tabung gelas yang berisi potassium kloride (KCl) yang merupakan elektrolit yang berinteraksi dengan HgCl diujung larutan KCl. Tabung gelas ini mudah pecah sehingga untuk menghubungkannya digunakan keramik berpori atau bahan sejenisnya. Elektroda semacam ini tidak mudah terkontaminasi oleh logam dan unsure natrium. Elektroda gelas terdiri dari tabung kaca yang kokoh dan tersambung dengan gelembung kaca yang tipis. Di dalamnnya terdapat larutan KCl yang buffer ph 7. Elektroda perak yang ujungnya merupakan perak kloride (AgCl2) dihubungkan ke dalam larutan tersebut. Untuk meminimalisir pengaruh elektrik yang tidak diinginkan, alat tersebut dilindungi oleh suatu lapisan kertas pelindung yang biasanya terdapat di bagian dalam elektroda gelas. Pada kebanyakan pH meter modern sudah dilengkapi dengan thermistor temperature, yakni suatu alat untuk mengkoreksi pengaruh temperature. Antara elektroda pembanding dengan elektroda gelas sudah disusun dalam satu kesatuan.

ii. HumiditySuatu alat ukur yang digunakan untuk membantu dalam proses pengukuran atau pendifinisian yang suatu kelembaban uap air yang terkandung dalam udara.Jenissensor kelembaban : CapacitiveSensors

Electrical ConductivitySensors

Thermal ConductivitySensors

Optical Hygrometer

Oscillating Hygrometera. CapasitifsensorSebuah kapasitor air-filled/terisi-udara dibuat sebagai suatusensor kelembabanrelative karena uap dalamatmosfermerubah permivitas elektrik udara.

Prinsip kerja Memanfaatkan perubahan kapasitif

perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping

pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan langsung

Perubahan jarak antara kedua keping

ContohsensorSensor Relative Humidity HS-15P

Aplikasi di duniaindustri

Sistem Pengendalian Suhu Dan Kelembaban Pada Mesin Pengering KertasPada prinsipnya cara kerjasensor ini adalah mendeteksi besarnya kelembabanrelatifudara di sekitarsensortersebut. HS15P yang mendeteksi kelembaban di sekitarnya akan merubah frekuensi oscilator dan akan mengirimkan data kemikrokontrolerslave. Dari mikro slave akan dilanjutkan ke mikro master. Selanjutnya mikro akan menganalisa data, mikro melakukan dengan cara membandingkan antara data yang dikirim dan data masukan. Apabila dalam membandingkan tersebut diatas kelambaban yang ditentukan dibawah atau diatas dari data yang dikirimsensormaka alat akan bekerja untuk menyesuaikan kelembaban menjdi sesuai dengan yang diharapkan.KarakteristiksensorHS15P1. Bekerja pada rating temperatur 0C sampai dengan 50C2. Bekerja pada rating kelembaban 20 % sampai dengan 100 % RH3. Tegangan kerja adalah tegangan AC 1 Vrms4. Frekuensi kerja adalah 50 Hz sampai dengan 1 KHz5. Konsumsi daya adalah 0,3 mW6. Dengan perubahan temperatur dengan kenaikan 5C maka kurva karakteristik Relative Humidity akan bergeser berbanding terbalik (logarimatik) dengan perubahan impedansi.

b. Electrical ConductivitySensorssensor kelembabankonduktivitas adalah disebut dengan Pope element, yang terdiri daripolystyreneyangdilakukan/diperlakukan dengan asam sulfur untuk memperoleh karakteristik surface-resistivitas yang diinginkan.

ContohSensorSensor ABS-300

Aplikasi dalamindustry Indikator pengering pada mesin cuci

Prinsip kerja Terdiri dari film tipis polimer / oksida logam antara dua elektroda konduktif.

Permukaan penginderaan /sensordilapisi dengan logam berpori elektroda untuk melindunginya kontaminasi. bahan kaca, keramik, atau silikon.

Perubahan dalam konstanta dielektriksensorkelembaban kapasitif hampir berbanding lurus dengan kelembabanrelatiflingkungan sekitarnya

KarakteristiksensorPerubahan kapasitansi 0,2-0,5 pF untuk RH 1%Kapasitansi antara 100 dan 500 pF sebesar 50% RH pada 25 C.Rentang waktu respon antara 30 hingga 60 s untuk perubahan RH 63%.

c. Thermal ConductivitySensorsPenggunaan konduktivitas thermal dari gas untuk mengukur kelembapan dapat di ukur oleh sebuahsensorthermistor.

contohsensor Sensor TCG-3880

Aplikasi

Vacuumsensorpadaindustrimisalnya untuk mesin pengeringan

Prinsip kerja Terdiri dari dua ruang masing-masing dengan sebuahsensoridentik konduktivitas termal. Satu ruang yang ditutup dan diisi dengan gas referensi, dan yang lainnya menerima gas sampel.

Perbedaan konduktivitas termal dari sampel gas referensi dan diterjemahkan ke dalam angka konsentrasi oleh sirkuit mikroprosesor dalam unit elektronik.Gaya /beban --> stress --> strain --> perubahan resistansi --> sinyal

F=Ky

LM35