Sensor Dan Aplikasinya

Click here to load reader

  • date post

    27-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    261
  • download

    5

Embed Size (px)

Transcript of Sensor Dan Aplikasinya

A.Pengertian SensorSensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.Sensor merupakan komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi untuk melakukan sensing ataumerasakandan menangkap adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transducer, sehingga perubahan kapasitas energy yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transducer untuk dirubah menjadi energi listrik. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

B.Jenis Sensor1.Sensor Cahayaa.Fotovoltaicatau sel solar atau surya sellFotovoltaicatau sel solar atau surya sell adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar silikon yang modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, jadi menghasilkan tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh. Sel fotovoltaic adalah jenis tranduser sinar.

Gambar 1. Pembangkitan tegangan padaFotovoltaic

Gambar 2. Cahayapadaselfotovoltaicmenghasilkan tegangan

b.FotokonduktifSensor jenis foto konduktif bekerja atas dasar perubahan nilai resistansi akibat intensitas cahaya matahari. Sel-sel fotokonduktif (photoconductive cell), juga disebut tahanan cahaya (photo resistor) atau tahanan yang bergantung cahaya yang bisa dikenal dgn LDR (light dependent resistor), dipakai luas dalam industri dan penerapan pengontrloan di laboratorium. Energi yang jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan tahanan sel. Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan alat ini kurang (gelap) maka tahanan/nilai resistansi alat menjadi tinggi. Ketika permukaan terkena intensitas tinggi (terang) maka nilai tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.

c.Fotodiode/Dioda foto dan Photo Transistor Fotodiode merupakan sambungan P-N yang dirancang untuk beroperasi bola dibiaskan dalam arah terbalik. Ketika energy cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada sambungan fotodiode,maka arus akan mengalir di dalam sirkit eksternal. Komponen ini dapat diidentikkan sebagai pembangkit arus, nyang arusnya sebannding dengan intensitas cahaya.Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkaian. Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip Transistor sebagai penguat arus Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto2.Sensor SuhuAda 5 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan :a.ThermocoupleThermocoupleditemukan oleh Thomas Johan Seebeck tahun 1820. Tegangan keluaran emf (elektro motive force) thermokopel masih sangat rendah, hanya beberapa milivolt Thermocouple terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda jenisnya disambungkan dan dilebur bersama membentuk sambungan, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Ujung sambungan merupakan ujung yang digunakan untuk pengukuran dan ujung yang satunya merupakan ujung yang dijadikan sambungan referensi. Apabila ujung yang dipersatukan tersebut dipanaskan maka pada kedua ujung yang terbuka akan terdapat beda potensial, yang besarnya sebanding dengan besarnya suhu pada ujung yang dipersatukan. Perbedaan suhu antara sambungan pengukuran dengan sambungan referensi harus muncul agar thermocouple dapat bekerja sesuai fungsinya.Thermocoupleberfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yang digunakan pada proses industri baja, gelas dan keramik yang lebih dari 30000 F.

Gambar 3. Konstruksi Termocouple

Prinsip kerja dari thermocouple adalah jika salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung penghantar yang lain akan muncul beda potensial (emf). Thermokopel bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran. Oleh karena itu jika untuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus diketahui tegangan pada suhu referensi (reference temperature). Bila thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi maka akan muncul tegangan (suhu pengukuran). Tegangan sesungguhnya adalah selisih antara suhu referensi dan suhu pengukuran yang disebutnet voltage(Vnet).Thermocouplesangat cocok digunakan dalam sistem deteksi dan sebagai alat ukur yang bekerja pada suhu yang relative tinggi seperti pada ketel uap, pengecoran logam,dll.

b.Detektor Suhu Tahanan /Resistant Temperature Detector(RTD)Konsep utama dari yang mendasari pengukuran suhu dengan detektor suhu tahanan adalah tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan perubahan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dan dapat diulang lagi sehingga memungkinkan pengukuran suhu yang konsisten melalui pendeteksian tahanan. Semakin tinggi suhu, resistansinya semakin besar. Bahan yang sering digunakan RTD adalah platina karena kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 C dibawah 500C dan 0,1 C diatas 1000C.

Gambar 4. Konstruksi RTDPrinsip Kerja dari sensor ini adalah Bila RTD berada pada suhu kamar maka beda potensial jembatan adalah 0 Volt. Keadaan ini disebut keadaan setimbang. Bila suhu RTD berubah maka resistansinya juga berubah sehingga jembatan tidak dalam kondisi setimbang. Hal ini menyebabkan adanya beda potensial antara titik A dan B. Begitu juga yang berlaku pada keluaran penguat diferensial.RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:1.Tidak diperlukan suhu referensi2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.3.Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel4.Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena noise tidak jadi masalah5.Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah.Aplikasi penggunaan sensor RTD dalam kegiatan indsutri adalah untuk pengontrolan temperatur diline fuel gas(pipa berbahanbakar gas). Hal ini ni diperlukan pengontrolan (pengendalian) temperatur agar suhu yang ada pada pipa tersebut selalu dalam keadaan stabil.c.ThermistorThermistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif. Karena suhu meningkat, tahanan menurun dan sebaliknya. Thermistor sangat peka (perubahan tahanan sebesar 5 % per C) oleh karena itu mampu mendeteksi perubahan kecil di dalam suhu.Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi. Thermistor dibentuk dari bahan oksida logam campuran, kromium, kobalt, tembaga, besi atau nikel.

Gambar 5. Konstruksi Thermistor1)Positive Temperature Coeffisient(PTC)Positive Temperature Coeffisient(PTC) disebut juga Thermistor, dan namanya bisa diartikan Koefisien Temperatur Positif jadi bergantung pada temperatur positif. PTC ini termasuk dalam kelompok Resistansi yang variabel. Signal output yang dihasilkan oleh PTC ini adalah resistansi atau tahanan. Nilai tahanan besar bila koefisien temperatur naik/semakin panas dan nilai tahanan kecil bila koefisien temperatur turun. Kegunaan dari PTC thermistor ini sebagai contoh adalaha untukover current protection.2)Negative Temperature Coeffisient(NTC)Negative Temperature Coeffisient(NTC) disebut juga thermistor. Akan berubah nilai resistansinya apabila terjadi perubahan temperature untuk perubahan temperatur sama seperti PTC namun jika NTC perubahannya panasnya ke arah kecilnya resistansi. Nilai tahanan kecil bila koefisien temperatur naik/semakin panas dan nilai tahanan besar bila koefisien temperatur turun. Fungsi dari Thermistor adalah pelindung rangkaian dari lonjakan arus yang tiba-tiba tinggi. Fungsi utama dari NTC thermistor ini khususnya untuk melindungi komponen dioda jembatan dan capasitor

Gambar 6. Komponen PTC dan NTC

d.Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silikon untuk elemen yang merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi output tegangan dan arus. Meskipun terbatas dalam rentang suhu (dibawah 200 C), tetapi menghasilkan output yang sangat linear di atas rentang kerja.IC yang sering digunakan adalah IC LM35. IC ini berfungsi untuk mengubah suhu menjadi tegangan tertentu yang sesuai dengan perubahan suhu.

Gambar 7. Konstruksi LM35Prinsip Kerja IC LM35 adalah tegangan keluaran rangkaian bertambah 10 mV/0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (-Vs) pada rangkaian, sesor ini mampu bekerja pada rentang suhu -550C 1500C. Tegangan keluaran dapat diatur 0 V pada suhu 00C dan ketelitian sensor ini adalah 10C.

e.ThermostatThermostat terbuat dari sebuah jalur bimetal, yaitu 2 buah logam yang berlaian dan mempunyai koeefisien panas yang berbeda serta diletakkan menjadi satu jalur. Pada ujung-ujung dari logam tersebut teradapat sebuah kontak dengan fungsi untuk membuka dan menutup jalannya arus yang mengalir pada rangkaian.Penggunaan thermostat ini aplikasinya adalah pada setrika. Thermostat akan mengatur panas pada setrika dengan cara apabila elemen tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan, maka elemen