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  atau  merasakan  dan  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.       Fotovoltaic atau sel solar atau surya sell

Fotovoltaic atau 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 pada Fotovoltaic

Gambar 2. Cahaya pada sel fotovoltaic menghasilkan 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 foto  

2.      Sensor SuhuAda 5 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan :

a.       ThermocoupleThermocouple ditemukan 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. Thermocouple berfungsi  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  disebut net voltage (Vnet).

Thermocouple sangat 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 500°C dan 0,1 °C diatas 1000°C.

 

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 di line fuel gas (pipa berbahanbakar gas). Hal ini ni diperlukan pengontrolan (pengendalian) temperatur agar suhu yang ada pada pipa tersebut selalu dalam keadaan stabil.

c.       Thermistor

Thermistor 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 untuk over 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 panasnya mulai memanas. Kontak-kontak saklarnya berada diujung dari lempengan thermostat itu menjadi panas dan logam-logamnya memuai dengan kecepatan yang berbeda maka salah satu logam akan melengkung sehingga akan membuka saklar kontak. Akibatnya rangkaian listriknya menjadi terbuka dan setrikannya mulai dingin. Saaat setrika menjadi dingin lempengan itu kembali ke posisi yang normal. Logam-logammnya akan kembali ke posisisnya yang normal dengan demikian akan menutup saklar sehingga rangkaian akan tertutup kembali. Proses membuka dan menutup ini akan berlangsung secara terus menerus selama setrika ini dipakai.

Gambar 8. Cara kerja bimetal pada thermostat

Perbandingan sensor thermocouple, RTD, thermistor dan IC

Gambar 9. Tabel perbandingan sensor suhu

3.      Sensor TekananPrinsip kerja dari sensor tekanan ini adalah mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal

listrik.  Ukuran ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya.

Pressure  Switch atau sensor tekanan berfungsi untuk mendeteksi tekanan pada suatu bidang  atau tekanan dalam pipa  atau tabung, Pressure   Switch  terdapat  beberapa  jenis  sesuai  dengan  media  yang  hendak diukur,  ada Pressure switch  air,  udara,  oli, dan steam atau uap panas, gambar diatas  adalah  Pressure  switch  udara.  Cara kerja  Pressure  switch 

yaitu  ketika lubang  masukan mendapat  tekanan  hingga  melebihi  batas  pengaturan atau setting  maka Pressure switch  akan bekerja  dan kontak didalamnya  akan bekerja dari  on ke off. Salah  satu pemakaiannya  yang sering  kita  jumpai  adalah  pada mesin pompa air dirumah kita untuk menghidupkan dan mematikan pompa, atau pada mesin kompresor yang terdapat pada tukang tambal ban apabila udara dari kompresor sudah penuh maka kompresor akan mati dengan sendirinya.

a.       Tabung BourdonPerubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga

mengakibatkan perubahan induksi magnetik pada kumparan. Kumparan yang digunakan  adalah kumparan CT  (center tap), dengan demikian apabila inti mengalami pergeseran maka induktansi pada salah  satu  kumparan bertambah  sementara  induktansi  pada kumparan yang lain berkurang. Kemudian pengubah sinyal berfungsi untuk mengubah induktansi magnetik yang timbul pada kumparan menjadi tegangan yang sebanding.

Gambar 10. Konstruksi Tabung Bourdon

b.      LVDT (Linear Variabel differential Transformer)Selain  digunakan  sebagai  sensor tekanan  LVDT  juga  bisa  diaplikasikan untuk sensor

perubahan posisi dan untuk mengubah induksi magnetik LVDT menjadi listrik

Gambar 11. Konstruksi LVDT

Apabila  tekanan dalam  tabung bertambah, maka tabung akan bergerak menyusut dan bila tekanan pada tabung berkurang, maka tabung akan bergerak mengembang. Pergerakan tabung tersebut  akan membuat inti LVDT akan tertekan dan tertarik ujung tabung sehingga LVDT akan menghasilkan nilai induktansi magnetik.

4.      Sensor Gayaa.       Bonded Strain Gauge

Gambar 12. Konstruksi Bonded Strain GaugeSusunan kawat tahanan  di dalamnya  berliku-liku sehingga  memudahkan pendeteksian  

terhadap  gaya  tekanan  yang  tegak  lurus   dengan  arah panjang lipatan kawat, karena tekanan akan menarik kabel sehingga meregang.  Akibatanya kawat tahanan akan mengalami perubahan fisik yang panjang dan diameternya menjadi berubah. Dengan  meregangnya  strain   gauge,  maka  terjadi   perubahan resistansi kawat.

Berdasarkan prinsip kerja maka strain gauge banyak digunakan padaa.       Detektor ban berjalanb.      Detektor berat pada proses industric.       Pengukuran regangan jembatand.      Pengukuran regangan belt conveyor

5.      Sensor Ultrasonik (sensor jarak tipe DT-sense usirr)Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor

ini  menghasilkan  gelombang  suara  yang  kemudian  menangkapnya  kembali  dengan perbedaan waktu sebagai  dasar  penginderaannya.  Perbedaan waktu antara  gelombang suara  dipancarkan  dengan  ditangkapnya  kembali  gelombang  suara  tersebut  adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil.

.

Gambar 13. Sensor Ultrasonik

Gambar 14. Sistem kerja Sensor Ultrasonik6.      Proximity Switch

Merupakan sensor yang mendeteksi keberadaan dari suatu objek tanpa melakukan kontak fisik. Sensor proximity adalah sensor untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu obyek. Cara kerja sensor ini adalah pada saat bagian depan sensor tersebut terkena benda logam contohnya besi dengan jarak tertentu sesuai  dengan tipe dari  sensor tersebut maka sensor akan bekerja  dan kontak yang ada didalamya akan hubung. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi  penginderaan  pada  objek  yang  dianggap  terlalu  kecil  atau  lunak  untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Dalam dunia robotika, sensor proximity seringkali digunakan untuk mendeteksi ada atau tidaknya suatu garis pembimbing gerak robot atau lebiah dikenal dengan istilah Line Follower Robot, juga biasa digunakan untuk mendeteksi penghalang berupa dinding atau penghalang lain pada robot.

Jenis sensor proximity switch terdapat 2 macam, yaitu Inductive Proximity Sensor dan Capacitive Proximity Sensor. Inductive Proximity Sensor adalah peralatan sensor yang diaktifkan oleh objek logam. Capacitive Proximity Sensor adalah sensor yang diaktifkan oleh material konduktif ataupun non konduktif, seperti kayu, plastik, cairan, gula, tepung, ataupun gandum.

Gambar 15. Sensor proximity7.      Photo Sensor

Photo Sensor atau sensor cahaya yang berfungsi  untuk mendeteksi benda padat yang melintas didepanya baik itu kayu, logam, karet dll. Cara kerja sensor  ini amatlah sederhana, ketika sensor tertutup cahayanya oleh suatu benda padat maka sensor tersebut akan bekerja sehingga kontak yang ada padanya  akan  terhubung.  Sensor ini  umumnya   digunakan  untuk  mendeteksi material masuk atau keluar pada suatu mesin tertentu.

Gambar 16. Photo Sensor

8.      Sensor Magnet/Reed SwitchSensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan

magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Cara kerja dari sensor  ini adalah ketika ada medan magnet mengenai bagian depan sensor, maka sensor akan bekerja sehingga menghubungkan kontaknya, medan magnet ini terdapat dari bagian dalam cylinder sebelah atas dan bawah kemudian posisi  sensor nempel  dengan badan cylinder  pada saat cylinder  bergerak naik atau turun maka akan ada medan magnet yang mengenai reed switch.

Gambar 17. Sensor Magnet

9.      Sensor Putaran/Velocity (RPM Sensor)Sensor ini dikenal dengan nama Tachometer. Tachometer biasanya merupakan magnet

permanen DC generator kecil. Jika generator berotasi, akan menghasilkan tegangan DC yang proporsional langsung terhadap kecepatan. Tachometer seringkali dipasang ke motor untuk mengindikasikan putaran sebagai masukan pengendali  (Controller).

Dewasa ini dikembangkan pengukur kecepatan sistem digital menggunakan piringan bercelah  yang disambung para poros motor. Putaran cel ah yang disensor menggunakan sensor cahaya akan menghasilkan pulsa yang dapat diproses lebih lanjut oleh pengolah digital.