SENSOR

SENSORSensorMendeteksi sutau besaran fisis, ( temperature, gaya,tekanan, aliran fluida level fluida, kelembaban, dll.Sensor merupakan perluasan / peningkatan kemampuan untuk memperoleh informasi tentang kuantitas fisik yang tidak bisa diperoleh oleh indra manusia karena keterbatasan dan kekurang telitian yang dimiliki manusia.

TransduserAlat mentransformasikan suatu besaran fisik ke besaran fisik lainnya atau dari energi satu ke energi lainnya yang bersesuaianInput-transduser (phisical/elekctrical signal) dan output transduser (electrical signal/display atau actuator

1KLASIFIKASI SENSORSensorBerdasarkanSinyal outputBerdasarkanMode operasiBerdasarkan HubunganInput-output* dllBerdasarkanKebutuhan power supplySensoraktifSensorpasifSensoranalogSensordigitalDeflectionnulThermistorThermocouplePotensiometerPosition encoderDeflection accelerometerServo accelerometerTRANSDUSERAda enam jenis Sinyal/besaran fisik : Mecahnical Temperature, Magnetic Electrik, Optical Chemical Beberapa keuntungan sistem pengukuran elektronik :Transduser elektrik dapat dirancang untuk berbagai kuantitas non elektrik Berbagai macam IC tersedia untuk pembentukan electric signal conditioning atau untuk modifikasi. Sinyal elektrik memiliki pentransmisian aplikatif.Berdasarkan sinyal outputSensor analog : Sensor dengan output dalam domain waktu. Informasi biasanya diperoleh dari amplitudo.Sensor yang memiliki output dalam bentuk variabel frekuensi disebut quasi-digital

Sensor DigitalKeluaran sensor digital berupa discrete step or state. Sensor digital tidak membutuhkan ADC Outputnya lebih mudah ditransmisikan daripada sensor analog. Output digital lebih berulang ,dapat dipercaya dan bahkan sering lebih akurat. Tetapi banyak kuantitas fisik yang tidak dapat diukur dengan sensor digital.4Berdasarkan mode operasiSensor deflectionkuantitas yang diukur menimbulkan efek fisik yang menyebabkan beberapa bagian pada instrumen memberikan efek perlawanan yang sesuai.Contoh dynamometer untuk mengukur gaya : gaya yang akan diukur membengkokkan (deflects) pegas pada titik dimana gaya tersebut diberikan (ditekan).Sensor tipe-null, Dilakukan usaha mencegah defleksi dari titik null dengan menggunakan efek yang berlawanan dengan yang dihasilkan oleh kuantitas yang diukur. Terdapat detektor ketidak setimbangan dan beberapa peralatan untuk memulihkan kesetimbangan. Pengguna harus meletakkan satu atau beberapa berat pengkalibrasi pada wadah (pan) lain sampai kesetimbangan dicapai, yang diketahui dari posisi pointer.Pengukuran null biasanya lebih akurat, tetapi sayangnya lebih lambat.Klasifikasi TransduserTransduser gayaStrain gaugeForce Transduser, Torque Transduser, Pressure Transduser, Load Cell, tension Transduser.

Transduser pergerakkanShaft EncoderServopotensiometerKapasitif Displacement transduserdll

Transduser TemperaturThermocoupleResistance ThermometerThermistorSemikonduktor Temperature TransduserTransduser CahayaTransduser MagnetikTransduser HumidityDllAPLIKASI SENSOR & TRANSDUSERSISTEM KONTROL

Close loopSISTEM INSTRUMENTASI Besaran masukkan pada kebanyakkan sistem instrumentasi bukan besaran listrik. Untuk menggunakan metoda dan teknik listrik pada pengukuran, manipulasi dan pengontrolan, besaran yang bukan listrik ini diubah menjadi suatu sinyal listrik dengan menggunakan transduser. Proses+inputSensos &TransduseroutputPEMILIHAN TRANSDUSER UNTUK SISTEM PENGUKURANPemilihan suatu transduser didasari oleh tiga pertanyaan :Besaran fisis apa yang akan diukur ?Prinsip transduser yang mana yang paling baik digunakan untuk mengukur besaran ini?Berapa ketelitian yang diinginkan pada pengukuran ini ?

Berbagai faktor mempengaruhi ketelitian diantaranya :Parameter dasar transduser Kondisi fisik Kondisi sekeliling ( efek ketidaklinieraan, respon frekuensi, efek histerisis)Kondisi lingkungan (temperatur, getaran, percepatan)Kesesuaian peralatan yang disertakan ( tahanan isolasi, penyesuaian impedansi)SISTEM PENGUKURAN

SISTEM merupakan kombinasi dari dua atau lebih elemen, sub sistem dan bagian-bagian lain yang dibutuhkan untuk mengadakan satu atau beberapa fungsi.

Fungsi sistem pengukuranMendapatkan data empiris dan objektif dari sejumlah sifat atau kuantitas suatu objek untuk menggambarkan objek yang bersangkutan.Objektive: hasil pengukuran harus independent atau bebas dari observerEmpiris: hasil pengukuran harus berdasarkan pada data yang diperoleh dari eksperimen.SISTEM INSTRUMENTASI ELEKTRONIKTerdiri dari sejumlah komponen yang secara bersama-sama digunakan untuk melakukan suatu pengukuran dan mencatat hasilnya.

Peralatan MasukkanSignal ConditioningPeralatan KeluaranKarakteristik Statik pada Sistem PengukuranKarakteristik StatikAccuracyPrecision

SensitivityRepeatibilityReproducibilityLinearity

Karakteristik statis pada sistem pengukuranAccuracykualitas yang mengkarakteristik kapasitas dari alat ukur dalam memberikan hasil yang mendekati nilai yang benar dari kuantitas yang diukur

PrecisionKualitas yang mengkarakteristikan kemampuan alat ukur untuk memberikan pembacaan yang sama ketika pengukuran dilakukan berulang-ulang pada kuantitas yang sama dalam kondisi yang sama

Sensitivityperbandingan antara sinyal keluaran atau respon instrumen terhadap perubahan masukkan atau variabel yang diukur

Karakteristik statis pada sistem pengukuranRepeatabilitykedekatan hasil yang berturut-turut diperoleh dengan metoda yang sama dalam kondisi yang sama dan dalam interval waktu yang singkatLinearity Keselarasan hubungan antara output dan inputResolusiPerubahan terkecil pada input yang dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan yang bisa terdeteksi pada output,PotensiometerBerbagai jenis sensor dapat digunakan untuk men-sensing jarak yang ditempuh dari sebuah titik referensi.

Untuk jarak yang pendek berkisar beberapa milimeter atau beberapa centimeter dapat digunakan transduser resistif, kapasitif, dan induktif.

Sistem yang sangat sederhana untuk pendektesian jarak dapat menggunakan potensiometer.

Potensiometer adalah peralatan resistif dengan kontak pergeseran rotary atau linier yang berfungsi sebagai transduser yang mengubah posisi mekanik menjadi besaran elektrik yang merepresentasikan posisi tersebut.

Cara Kerja Potensiometer linier.

Gbr aGbr bCara Kerja PotensiometerBerdasarkan gambar b berarti ;resistansi proporsional dengan pergerakkan wipper. Asumsi pertama bahwa resistansi sepanjang L dalah sama/seragam. Tetapi resistansi tidak benar-benar sama, dimana dibatasi oleh kelinieran potensiometer. Asumsi kedua kontak sliding memberikan variasi resistansi yang kecil

Masalah utama dari metoda potensiometrik ini adalah range potensiometer yang dibatasi oleh ukuran potensiometer yang tersedia dan pergesekkan pada potensiometer merupakan obstacle /penghambat bagi pergerakkan./perpindahan objek. Presisi dapat dicapai tergantung pada seberapa linier lilitan dapat dibuat.PotensiometerResistansi R tanpa beban :

Resistansi R apabila ada bebanRT= Resistansi PotensiometerRL= Resistansi Beban = 0 s/d 1 ;

LVDT (Linier Differential Variabel Transformer)LVDT : suatu transduser elektromekanik yang dapat mengkonversikan pergerakkan rectilinier dari suatu objek menghasilkan keluaran elektrik yang sesuai dengan perpindahan core

Linier : variasi tegangan secara linier sesuai dengan perubahan posisi core.

Differential : tegangan keluaran LVDT merupakan differential (beda) tegangan yang terjadi antara lilitan primer dengan lilitan sekunder kiri dan lilitan primer dengan lilitan sekunder kanan.

Struktur internal transformer pada LVDT terdiri dari lilitan primer yang diletakkan sebagai pusat antara sepasang lilitan sekunder yang identik, ruang antara primer dan sekunder adalah simetris

STRUKTUR INTERNAL LVDT

STRUKTUR INTERNAL LVDTTerdapat dua lilitan skunder kiri dan kanan dipisahkan oleh sebuah lilitan primer yang menjadi pusatnya dan jarak lilitan primer ke masing-masing lilitan sekunder adalah simetris

Core adalah elemen yang bergerak pada LVDT, berbentuk pipa yang terpisah yang terbuat dari bahan yang memiliki permeabilitas magnetik. Core bebas bergerak secara aksial terhadap coil dan secara mekanik dikopelkan pada objek yang akan diukur posisinya

Coil adalah lilitankan pada satu potong bentuk cekungan yang terbuat dari polymer bertulang kaca yang memiliki kestabilan suhu tinggi.

Diamankan dalam sebuah rumahan silinder yang terbuat dari stainless stell.KENAPA MENGGUNAKAN LVDT ?Friction free operationTidak terdapat kontak fisik antara core yang bergerak dengan struktur coil berarti LVDT merupakan peralatan yang tanpa gesek

Infinite Resolution Sifat tanpa gesekkan dan digabungkan dengan prinsip induksi menghasilkan karaktersitik resolusi yang tak terbatas (infinite resolution). Hal ini dapat merespon pergerakkan yang sangat cepat dari inti

Unlimited Mechanical LifeTidak adanya gesekkan antara LVDT dan core menyebabkan LVDT dapat digunakan untuk jangka waktu yang sangat lama (infinite mechanical life). KENAPA MENGUNAKAN LVDTSingle axis sensitivityLVDT sensitif terhadap pergerakan core yang bersifat aksial) tetapi tidak sensitif dengan pergerakkan core yang radial.

Separabel Coil ang coreCoil dan core terpisah maka interaksi yang ada hanya secara magnetik sehingga dalam perancangan coil dan core dapat dipisah dengan memasukan tabung non-magnetik tanpa menggangu pergerakkan inti.

Environmentally RobustMaterial dan teknik konstruksi yang dilakukan sewaktu perancangan LVDT menghasilkan sensor yang tahan dan kuat mengatasi berbagai jenis kondisi lingkungannyaKENAPA MENGGUNAKAN LVDTNull Point RepeatibilityPosisi nul pada LVDT merupakan titik yang stabil dan dapat berulang meskipun digunakan pada range temperatur yang besar.

Fast Dynamic ResponseTidak adanya friksi yang terjadi selama operasinya menyebabkan LVDT mampu memberikan respon yang cepat terhadap perubahan posisi core

Absolut OutputJika terjadi kehilangan daya maka posisi data yang diberikan oleh LVDT tidak akan hilang. Ketika sistem pengukuran di restar maka nilai keluaran LVDT akan tetap sama seperti sebelum terjadi kerusakkan (kegagalan sistem)Prinsip Transduser LVDTEksitasi primer : Lilitan primer diberi daya oleh arus AC dengan amplitudo dan frekuensi yang sesuai. Tegangan akan diinduksikan ke kedua lilitan sekunder

Lilitan-lilitan ini dihubungkan secara seri berlawanan sehingga kedua tegangannya pun akan berlawanan polaritas

Tegangaan keluaran trasduser adalah beda antara kedua tegangan diatas, yang mana akan nol jika core berada di posisi null.

Ketika core digerakkan dari pusat, maka tegangan induksi dalam coil yang dituju akan meningkat seiring dengan peningkatan gerak core, sedangkan tegangan induksi pada coil yang berlawanan akan menurun.

Aksi ini akan menghasilkan perbedaan tegangan keluaran yang bervariasi secara linier dengan perubahan posisi corePrinsip Transduser

Prinsip Transduser

APLIKASI (Pengukuran Level Air)

STRAIN GAGESSifat umum strain Gages :Strain gages merupakan sebuah transducer pasif Strain gage tergolong sensor resistif Strain gages memiliki faktor gages(G) yang menjelaskan sensitivitas gage terhadap faktor luar.

= regangan dalam arah lateral

perbandingan perubahan resistansi (R) terhadap resistansi semula (R) sama dengan faktor gage (Gf) dikali elastisitas starin gage () :

STRAIN GAGESRumus dasar untuk resistansi dari sebuah kawat dengan luas permuakaan , A, danResitivitas , ,

Besarnya perubahan resistansi juga dipengaruhi oleh material penyusun strain gauge

Prinsip kerja Strain Gauge

Figure . Wheatstone BridgePada saat keadaan setimbang : V0 = 0 VR3 = VR2 R1/R2 = R4/R3Pengkondisian SinyalStrain gage dihubungkan ke jembatan WheastoneMetoda pengukuran menggunakan jembatan wheatstoneRangkaian jembatan Hanya menggunakan satu hambatan sebagai gage aktif, sementara hambatan lainnya passive. Nilai tegangan keluaran : Vo =(V/4)(R1/R1) =(V/4)(k.)

Figure rangkaian jembatan1/4

Jembatan WheastoneRangkaian Jembatan Menggunakan 2 hambatan sebagai gage aktif. Sehingga menghasilkan kondisi regangan yang spesifik.

Terdapat dua kondisi : Kondisi Jembatan tidak seimbang (Bridge balanced)2. Kondisi Jembatan seimbang( Bridge unbalancedJembatan WheastoneKondisi Jembatan Seimbang (Bridge Balanced)Nilai perubahan hambatan pada kedua gage sama (peningkatan nilai Rgage1& nilai Rgage2). Menghasilkan kondisi regangan memanjang

Figure Rangkaian Bridge Balanced Jembatan WheastoneKondisi Jembatan tidak Seimbang (Bridge Unbalanced)

Nilai perubahan pada kedua gage tidak sama(peningkatan nilai Rgage1 dan Rgage2)Menghasilkan kondisi regangan membengkok

Jembatan WheastoneRangkaian Jembatan PenuhMenggunakan seluruh hambatan sebagai gage aktifRegangan yang dihasilkan adalah tipe torsion (torsion disebabkan karena nilai R1 dan R4 meningkat secara bersamaan dan R2 dan R3 menurun secara bersamaan.

(a)(b)Figure. Rangkaian Jembatan penuh (a)Nilai Ekuivalen (b)Jembatan Wheastone Sangat ideal untuk suatu regangan dengan gaya kecil Dirancang sebuah load ring sebagai aplikasinya

Figure sebuah load ring Terdapat beberapa tipe : Small displacement Large displacement Piezoelectric CrystalPenggunaan Strain gage pada Force transduserTransduser PiezoelektrikPiezoelectric transducer :Transduser yang prinsip kerjanya berdasarkan adanya muatan-muatan listrik dan pengubahan bentuk bahan-bahan tertentu yang memiliki sifat-sifat piezoelektrikTransduser piezoelektrik mengopelkan tenaga listrik dengan tenaga mekanik sehingga banyak aplikasinya pada transduser elektromekanik

PiezoelektrikSifat/kemampuan untuk membangkitkan tenaga listrik jika dikenai gaya mekanik atau membangkitkan gaya mekanik jika dikenai tegangan listrik.Sifat Piezoelektrik ini terdapat pada kristal piezoelektrik dan berkaitan dengan struktur kristal tersebut

Listrik yang terjangkit sebagai akibat adanya efek piezoelektrik disebut PiezoelectricityTransduser PiezoelektrikKristal PiezoelektrikKristal yang memperlihatkan adanya efek piezoelektrik pada dirinya. Sifat piezoelektrik terdapat pada semua hablur ferroelektrik, beberapa hablur non ferroelektrik dan keramik Bahan yang umum digunakan adalah : kristal Kwarsa, garam Rochelle dan Titanat barium

FerroelektrikMaterial dielektrik seperti Titanat barium dan Garam Rochelle yang secara listrik analog dengan material magnetMaterial ini selain memiliki sifat piezoelektrik juga memiliki sifat histerisisnya bila berada dalam medan listrik bolak-balik, sifat-sifat ini dimanfaatkan sebagai pembangkit dan detektor getaran sonar dan ultrasonEfek PiezoelektrikMaterial yang menjadi berkutub listirk apabila ia diregang secara mekanik.

Arah dan besar pengutupan tergantung kepada sifat dan besar regangan tersebut

Dalam material piezoelektrik efek kebalikkannya dapat terjadi : meregang secara mekanik apabila dikenai medan listrik

Besar efek Piezoelektrik bergantung kepada arah regangan mekanik relatif terhadap sumbu-sumbu kristal

Sumbu-sumbu kristal ada 3 yaituSumbu Y = sumbu MekanikSumbu X = sumbu ElektrikSumbu Z = sumbu OptikEfek maksimum diperoleh bila :Regangan mekanik dikenakan di sepanjang sumbu YTegangan elektrik dikenakan disepanjang sumbu X

Berdasarkan orientasi terhadap sumbu-sumbu kristal ada beberapa tipe irisan yaitu :Tipe X : irisan yang permukaan datarnya tegak lurus sumbu X kristal aslinyaTipe Y : irisan yang permukaan datarnya tegak lurus sumbu Y kristal aslinyaTipe GT, AT, BT, CT, DT, XY : irisan yang teriris pada besar sudut tertentuMasing-masing irisan memiliki sifat khusus tersendiri dalam hal koefisien suhu dan frekuensi penggunaannyaEfek PiezoelektrikGambar sumbu piezoelektrik

Persamaan PiezoelektrikJika dielektriknya bukan material piezoelektrik maka :Ketika suau gaya F diberikan dan menurut hukum Hooks dalam range elastisitas E (modulus young) dihasilkan strain S sebesar :S = s T ;{ = /E }(1)dimana : s = kelenturan = 1/ET = tekanan (stress) = F/A

Ketika beda potensial diberikan antara kedua plat maka dihasilkan medan listrik E ,sehingga :D = E = 0 E + P .(2) Dimana :D = Rapat fluks listrik = Tetapan dielektrik ; 0 = 8.85 pF/m (Ruang Hampa)P = Vektor PolarisasiPersamaan PiezoelektrikJika material piezoelektrik digunakan diantara dua plat maka : Hubungan kuantitas mekanik dan kuantitas elektrik ( medan, tekanan dan lain-lain dalam arah yang sama) ketika diberikan gaya F adalah :D = dT + TE(3)S = sE T + dE(4)Dimana :d = koefisien muatan piezoelektrikT = Permitivitas pada tekanan tetapsE = Kelenturan pada medan elektris tetapJadi pada piezoelektrik terdapat ;strain berkaitan dengan medan listrik Muatan listrik berkaitan dengan tekanan mekanikJika area permukaan tidak berubah dibawah tekanan yang diterapkan maka d = d, dengan dimensi C/NPersamaan PiezoelektrikJika persamaan (3) diselesaikan untuk mendapatkan E (medan listrik) maka :E = ( D / T ) ( Td / T ) = ( D / T ) gT;g = d / T = koefisien tegangan piezoelektrik

Jika persamaan (4) diselesaikan untuk mendapatkan T (tekanan) maka :T = ( S / sE ) (dE / sE ) = cE S eEe = d/ sE = koefisien tekanan piezoelektrik

Parameter lain yang digunakan untuk menggambarkan efek piezoelektrik adalah koefisien coupling elektromekanik :k = ( d2 / T sE )1/2

Latihan : Titanate dengan d = -44 pC/N, T = 660 0, e = -4.4 C/m2 dan sE = 1/ ( 100 Gpa ), untuk kubus dengan sisi 1 cm, diberikan gaya 1000 N maka berapa medan listrik dan pertambahan panjang yang terjadi ?Pembentukkan PiezoelektrikCompactedMonocrystalCompactedMonocrystalCompactedMonocrystalPolarisasi::::SuhudipanaskanMedanListrikPiezoelektrikdidinginkanMedanListrikPiezoelektrik materialPiezoelektrik keramik menampilkan kelebihan : High thermal Physical stabilityDapat di pabrikasi dalam berbagai bentuk yang berbeda Memiliki range nilai sifat-sifat/karakteristik yang lebih luas ( konstanta dielektrik, koefisien piezoelektrik, temperatur curie,dll)Kekurangan : sensitivif terhadap temperatur parameter dan rentan atas hilangannya sifat piezoelectric ketika mendekati temperatur curieKeramik yang paling umum digunakan adalah PZT (lead Zirconate titanate, Barium tianat dan lead niobateJika tidak memungkinkan menggunakan material padat maka jenis polymer yang umum digunakan adalah Polyvinylidene Flouride (PVF2 atau PVDF).Untuk meningkatkan sifat mekanik sensor piezoelektrik maka digunakan material piezoelektrik campuranSifat dalam aplikasi :kekurangan diantaranya :Koefisien piezoelektrik sensitivif terhadap temperatur diatas temperatur curie semua material akan kehilangan sifat piezoelektriknya. Temperatur ini berbeda untuk setiap materialImpedansi output material piezoelektrik sangat tinggi ( kapasitansi kecil dengan resistansi bocor yang sangat besar tapi tidak pernah tak hingga) sehingga dalam pengukuran sinyal yang dihasilkan harus menggunakan penguatan.

Keuntungan piezoelektrik :Sensitivitas tinggiBiaya murahKekakuan mekanik sangat tinggi ( sifat yang diinginkan ) karena dapat mengalami perubahan bentuk yang lebih kecil dari 1mikrometer, sehingga cocok untuk pengukuran gaya dan tekananPrinsip transduserq = muatan yang dibangkitkana = tergantung dari karakteristik piezoelektrikF = gaya yang diberikan pada piezoelektrikks = perubahan panjang per unit gaya yang diberikanJika redaman pada sistem diabaikan maka sistem akan memiliki frekuensi dimana sistem tersebut bergetar secara alami. Frekuensi natural sebesar :

GetarangayapiezoelektrikMuatanq = a F ksChargeAmplifierTegangan

AplikasiKeuntungan Piezoelektrik SensorsSensitivitasnya tinggi, biasanya pada harga rendah Stiffness mekaniknya tinggi. Aplikasi sederhana untuk efek piezoelektrik Kasus aTidak ada gaya yang digunakan tetapi hanya tegangan V. Regangan dihasilkan. T = 0 , untuk small displacementKasus bPiringan metalik di short sircuit dan gaya digunakan. Polarisasi timbul karena muatan elektrik pindah dari piringan satu ke lain, untuk gaya, getaran, tekananKasus cPerubahan nol karena gaya F digunakan hanya untuk menggantikan medan E yang mengacu pada tegangan yang digunakan. S=0 Kasus dOpen sircuit. Tidak mungkin mengirim banyak muatan dari satu piringan ke yang lain. D=0

Transduser TemperaturTransduser TemperaturSensor ResistiveGenerating sensorThermistorResistiveTemperatureDetectorThermocouplePyroelektrikBimetalBimetal dibentuk dari penyatuan dua permukaan metal yang memiliki nilai koefisien ekpansi yang berbeda. Koefisien ekpansi adalah perubahan panjang per derajat perubahan temperatur. Pada semua metal nilai ini positif.Pembengkokkan ini sering digunakan untuk operasi pensaklaran (switch contacts), biasanya satu strip membawa satu kontak.

Bimetal pada ThermostatTipe konvensional dari bimetal dengan elemen strip ini masih ditemukan dalam aplikasi thermostat (alat pengatur panas).

ThermistorThermistor berasal dari Thermally sensitive ResistorThermistor berdasarkan pada resistansi semikonduktor yang tergantung pada temperatur. Jika temperatur naik, maka untuk koefisien negatif resistansi akan turun dan untuk koefisien positif resistansi akan naikThermistorNegative Temperature Coeficient ThermistorPositive Temperature Coeficient ThermistorTHERMOELECTRIC EFFECTSensor thermoelektric didasarkan pada 2 efek reversible yang berlawanan dengan efek Joule yang irreversible.Seebeck effect Thomas J. Seebeck (1822)Dalam sebuah rangkaian dengan 2 logam berbeda A dan B, dimana memiliki 2 junction dengan temperatur berbeda, maka arus listrik akan dibangkitkan (konversi dari energi thermal ke energi listrik). Efek Seebek pada thermocouple ABTT + T ABTT + T VEfek Peltier Jean C. A. Peltier (1834) Pemanasan dan pendinginan sebuah junction dari 2 logam berbeda ketika arus listrik mengalirinya. Peltier Effect: Ketika arus melalui rangkaian thermocouple, maka salah satu junction dingin dan junction yang lain hangat.

EfekThomson William Thomson (1847 1854) Penyerapan atau pelepasan panas dalam sebuah konduktor homogen dengan temperatur tidak homogen ketika arus mengalirinya.

Efek Thomson: Ketika arus mengalir sepanjang konduktor dengan temperatur yang non homogen, maka panas akan diserap atau dilepas.Exposed junction pengukuran statik atau dalam aliran gas nonkorosif dimana dibutuhkan waktu respon yang cepat.Enclosed junction untuk lingkungan korosif (merusak) dimana dibutuhkan isolasi elektrik untuk thermocouple. Junctionnya dibungkus dan diisolasi dengan semacam konduktor yang tahan panas seperti oli, raksa, atau bubuk metalik.Grounded junction memungkinkan mengukur temperatur statik atau temperatur dalam alirancairan/gas korosif.Junctionnya disolder kebungkus pelindung sehingga respon thermal akan lebih cepat dari pada diisolasi.Isolated thermocouple untuk ground yang rentan noise.TIPE-TIPE JUNCTION THERMOCOUPLEHUKUM HUKUM THERMOCOUPLELaw of homogeneous circuitsTidaklah mungkin untuk mempertahankan sebuah arus thermoelektric dalam sebuah rangkaian yang dibangun oleh sebuah logam homogen hanya dengan memberikan panas Law of intermediate metalsJumlah secara aljabar dari semua ggl dalam rangkaian yang disusun oleh beberapa logam berbeda akan tetap 0 sepanjang seluruh rangkaian berada pada suhu yang seragam. Implikasinya adalah sebuah material dapat dimasukkan ke dalam rangkaian tanpa menambah kesalahan apapun, karena junction baru yang terbentuk juga berada pada temperatur yang sama. Law of successive or intermediate temperatureJika 2 logam homogen menimbulkan sebuah ggl E1 ketika junction-nya pada suhu T1 dan T2, dan sebuah ggl E2 ketika junction-nya pada suhu T2 dan T3, maka ggl ketika junction pada suhu T1 dan T3 akan menjadi E1 + E2 (Figure 6.9). Ini berarti, sebagai contoh, tidak dibutuhkan temperatur acuan 0 C. Temperatur lain pun bisa diterima. Alternatif Cold Junction pada Rangkaian ThermocoupleSolution => Dengan mencelupkannya pada Es yang mencair (0 oC)Akurasi TinggiPerawatan teratur dan Biaya Besar Solution => dengan meletakkannya pada Elemen Pendingin ( Oven Bersuhu tetap)Biaya besar untuk kabel sambungan2)Solution => dengan membagi cold junction menjadi 2 buah junction dan meletakkannya pada temperatur konstan. Pada solusi ini dapat digunakan kabel biasa (tembaga)Biaya tetap besar untuk kebutuhan temperatur acuan yang tetap3)4)Solution => dengan pembebasan junction acuan untuk mengalami fluktuasi temperatur lingkungan, tetapi pada waktu yang sama dilakukan pengukuran fluktuasi oleh sensor temperatur lain yang berada dekat junction acuan.SENSOR VARIASI REAKTANSI DAN ELEKTROMAGNETIKSENSOR KAPASITIFKapasitor Variabel Kapasitor terdiri dari 2 bahan konduktor listrik yang terpisah oleh bahan dielektrik, berupa : padat, Cairan,Gas Hampa udara

Persamaan Matematis

Q = muatanV = beda potensial antara 2 keping konduktor C = kapasitansi

Contoh untuk 2 kapasitor:

d

Besar kapasitansinya :

0 = konstanta dielektrik ruang hampa = 8,85 pF/mr = konstanta dielektrik relativeA = lebar konduktord = jarak antar konduktorEnergi pada kapasitor :

Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan 2 piringan konduktor F :

Sebagai sensor pemindahan mekanis yang memiliki kelasahan/error pembebanan minimum,.Memiliki stabilitas tinggi.Tidak terlalu berpengaruh pada perubahan suhu dibanding sensor resistifResolusi pengukuran tinggi.Tidak menghasilkan medan magnet atau medan listrik yang tinggi.Keuntungan Sensor Kapasitif :4.1.2. Kapasitor DiferensialTerdiri dari dua kapasitor variabel tetapi dengan arah yang berbeda, outputnya linear dan menambah sensitivitas dibanding kapasitor tunggal.

SENSOR ELEKTROMAGNETIKSensor berdasarkan Hukum Faradaye = GGL/tegangan = fluks listrik

Karakteristik sensor elektromagnetik terdiri dari satu atau dua variabel kapasitor atau dari satu atau dua variabel induktansi. Sensor ini menghasilkan perubahan medan magnet atau listrik tanpa mengubah induktansi atau kapasitansinyaPrinsip kerja tachometer AC sama dengan prinsip pada generator.Tegangan yang dihasilkan, yaitu

B = kerapatan fluks listrik = kecepatan sudut konstanSensor Kecepatan Linier (LVS-Linear Velocity Sensors) : digunakan untuk mengukur kecepatan linierPersamaan matematis:

e = tegangan pada konduktorv = kecepatanTachometer :Flowmeter ElektromagnetMerupakan cairan konduktif yang bergerak dalam medan magnet akibat 2 kumparan luar.

Sensor Efek HallEfek Hall terjadi karena perbedaan potensial listrik pada sisi konduktor atau semikonduktor dengan arus listrik ketika medan magnet tegak lurus dengan arus listrik.Persamaan matematis :

AH= koefisien HallVH= tegangan Hallt= ketebalan bahanI= arus primerB= Kerapatan fluks listrikKeuntungan:1.Tidak terpengaruh terhadap kotoran debu, kelembaban atau getaran.2.karakteristik selalu konstan.

The Pyroelectric Effectanalog dengan efek piezoelektrikAda tiga proses yaitu penyerapan intensitas radiasi, perubahan temperatur menyebabkan perubahan polarisasi secara spontan dan menghasilkan arus listrik Ketika perubahan temperatur seragam melalui bahan, efek ini dapat digambarkan dengan persamaan : P = pT, P = polarisasi spontan p = koefisien pyroelektrik The Pyroelectric MaterialsLinear: Turmalin, Litium sulfat, Cadmium dan Selenium Sulfit. polarisasi tak bisa diubah dengan membalikkan medan magnet ferroelektrik : Litium Tantalat, Stronsium dan Barium Niobate Triglisin Sulfat, dll Radiation Law:Planck, Wien and Stefan-Boltzmanberhubungan dengan radiasi sebuah benda hitam (benda yang menyerap energi yang mengenainya).Energy yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam per waktu, per luas didefinisikan sebagai emisifitas . Emisifitas sebuah benda hitam sempurna adalah sebesar, =1. Energy yang dipancarkan oleh sebuah benda hitam per waktu, per luas pada suatu panjang gelombang tertentu dirumuskan oleh planck dengan:W = c1 W.cm2/m [5 [exp (c2/T) 1]

c1 = 2c2h = 3,74 x 104 W.m4/cm2c = hc/k = 1,44 cm.Kh = 0,655 x 10-33 W.s2 , konstanta Planckk =1,372 x 10-22 W.s/K, konstanta Boltzmannc~3 x 108 m/s, kecepatan cahaya menemukan ada hubungan antara panjang gelombang dengan Intensitas radiasi sebuah benda pada suhu tertentu. Wien menemukan adanya pergeseran pada masing-masing puncak intensitas (maksimum) terhadap panjang gelombang untuk suatu suhu tertentu. Semakin tinggi suhu suatu benda, maka puncak intensitas maksimumnya semakin tinggi pula Wilhelm wienStefan dan Boltzman menyatakan bahwa semakin tinggi suhu suatu benda maka makin besar energi yang diradiasikannya. E = T4 E = Energi yang dipancarkan pada suatu luasan = Konstata Boltzmann 5,76x10-12 ,W/cm2K4 T = Suhu Mutlak ,K ApplicationEfek ini digunakan untuk mendeteksi radiasi termal pada suhu kamar. Contoh : pada pyrometer, Radiometer, IR AnalizerIncremental Position EncodersPenyandi ini terdiri atas sebuah mistar linier atau sebuah piringan inersia rendah yang digerakkan oleh bagian yang posisinya akan ditentukan, termasuk 2 tipe sektor yang memiliki sebuah properti untuk membedakan keduanya.

1.2.Absolute Position Encoders Penyandi ini menggunakan sebuah glass disk yang diberi tanda dengan suatu pola track yang konsentris. Pancaran cahaya yang terpisah dikirimkan melalui setiap track ke masing-masing photo sensor yang akan menghasilkan 1 bit pada output digital.

Keuntungan dan Kerugian Incremental Position Encoders+ Lebih murah dibandingkan penyandi absolut.- Outputnya merupakan pulsa untuk setiap perubahan yang hanya memberikan posisi relatif. Absolute Position Encoders+ Outputnya dalam bentuk digital dan selalu memberikan posisi absolut+ Kebal terhadap interupsi dan interferensi elektromagnet.- Relatif lebih mahal karena membutuhkan reading head yang lebih kompleks- Reading element-nya harus ditempatkan dengan sempurna agar tidak memberikan data yang salah. SENSOR FREKUENSI VARIABELSensor ini bekerja berdasarkan fenomena resonansi fisik dimana menghasilkan frekuensi output yang bergantung pada kuantitas fisik dengan memperhatikan efek dari frekuensi osilasi.

Quartz DigitalThermometersTermometer kuarsa digital ini bekerja berdasarkan koefisien temperatur pada osilator kuarsa piezoelektrik. Vibrating Wire Strain GagesFrekuensi osilasi melintang terendah untuk kawat bergetar adalah :

Dimana l = panjang f = gaya mekanik m = berat jenis massa longitudinal(mass/length)Pada vibrating wire gages, vibrasi melintang dibangkitkan oleh arus pulsa yang diterapkan pada kumparan, yang kemudian digunakan untuk mendeteksi frekuensi vibrasi.

Vibrating Cylinder SensorFrekuensi osilasi pada vibrating cylinder sensor ini bergantung pada dimensi, material, dan massa dinding silinder.Dengan menggunakan elektromagnetik driver untuk menjaga osilasi sistem, maka memungkinkan untuk mengukur perbedaan tegangan diantara kedua sisi silinder yang disebabkan oleh tekanan mekanis. Aplikasi yang biasa digunakan untuk prinsip pengukuran pada alat ini adalah pengukuran berat jenis cairan yang mengalir.

Pengkondisian Sinyal untuk sensor resistif Pengukuran Resistansi

Persamaan umum sensor berdasarkan variasi dari harga resistansi dari variabel yang diukur (x), dimana R = Ro f(x), diasumsikan f(0) = 1.

Untuk kasus hubungan linear, didapatkan persamaan:R = Ro (1+x)Disebut linear, karena persamaan tersebut berorde 1, dimana R sebanding ( jika R naik, maka Ro juga naik ). Range harga dari x sangat tergantung pada tipe sensor dan range harga untuk banyaknya yang diukur.Pengukuran Resistansi

Ada dua batasan yang harus dipenuhi oleh sensor resistif :Tiap sensor membutuhkan supply listrik untuk menghasilkan. sinyal keluaran, Supply ini memiliki magnitude yang berpengaruh terhadap sinyal output

Metoda pengukuran resistansi dapat dibedakan menjadi dua yaitu:Metoda defleksiPada metoda ini yang diukur :tegangan jatuh pada resistansi atau arus pada resistansi atau kedua-duanya yang diukur.Metoda NullBerdasarkan pengukuran jembatanPengukuran Resistansi

Metoda Two-reading. Dengan menempatkan resistor stabil (diketahui nilainya) seri dengan resistor yang tidak diketahui. Pertama mengukur tegangan pada resistor yang diketahui, kedua mengukur tegangan pada resistor yang tidak diketahui selanjutnya dibandingkan sehingga didapatkan nilai resistor yang tidak diketahui :Pembacaan 1:Pembacaan 2 : Didapatkan

Rs = ResistorstabilRx = Resistor yang tidak diketahuiV = Tegangan sumber

PEMBAGI TEGANGAN : PotensiometerPada rangkaian dibawah ini terdapat persamaan sebagai berikut :Vo = V(1-x) = V Vx = Vtotal Vvariabel xRo = Rnx (1-x) = Rnx Rnx2

yang merupakan rumus pembagi teganganError absolut e : e =( Vm Vo) / V = [-x (1 x)2 ]/ [k + x (1-x)]

ekivalen dengan :

PEMBAGI TEGANGAN : Aplikasi ThermistorPersamaan umum dari thermistor: RT = Ro exp [ B (1/T 1/To) ] = Ro f(T)Dimana temperatur dalam Kelvin.Persaman ini menunjukkan keadaan yang tidak linear dan bisa dijadikan linear dengan menggunakan pembagian tegangan.

Dimana : RT = Resistansi ThermistorR = Resistansi (yang diketahui nilainya) seri dengan resistansi ThermistorV = Tegangan SumberVo = Tegangan yang terbaca pada resistansi R

JEMBATAN WHEATSONE : METODE SEIMBANGR1R2R3R4 iGcdbaE

Jika R4 tidak diketahui, tahanannya Rx dapat dinyatakan oleh tahanan-tahanan yang lain, yaitu:

Pemecahan persoalan rangkaian jembatan pada ketidaksetimbangan didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone Gambar 1 ke penggantinya Thevenin.R1R2R3R4RbCdabJEMBATAN WHEATSTONE : METODE DEFLEKSISensitivitas dan LinieritasVR1R2R4R3=Ro(1+x) i Vo I2 I1

Kalibrasi Jembatan Sensor VR1R2R4R3 Vo

Perbedaan dan Rata-rata Alat Ukur KompensasiVkR0kR0R0(1+X2)R0(1+X1) Vo

VkR0kR0R0 VoPower Supply Dari Jembatan Wheatstone

ACQUISITION DATA.

9110.2 STRUKTUR SISTEM TELEMETRI

TELEMETRI AMPLITUDETelemetri Tegangan Metode yang paling sederhana untuk mentransmisikan informasi yang berhubungan dengan banyaknya variabel yang akan diukur adalah dengan mengkonversi sinyal keluaran sensor kedalam suatu tegangan yang nilainya sebanding, kemudian menghubungkan tegangan ini ke suatu saluran dua kawat dan mengukur tegangan pada penerima, seperti pada gambar

Telemetri Arus

Sebagian dari keterbatasan telemetri tegangan bisa diatasi dengan mengkonversi kuantitas yang diukur menjadi arus yang nilainya sebanding , yang dikirim ke line penghubung. Pada receiver, arus ini akan dideteksi dengan mengukur tegangan jatuh yang melewati resistor. Gambar berikut ini menunjukkan sistem telemetri arus yang berdasarkan kepada current to voltage converter pada ujung receiver.

Time Division Multiplexing(TDM)Sistem TDM ini menggunakan saluran dan frekuensi tunggal, dimana tiap sinyal data ditempatkan pada slot waktu.

System TDM adalah system serial karena sinyal dari masing-masing user berurutan dalam time slot.

Metoda multiplexing ini biasa digunakan pada system akuisisi data, juga merupakan cara yang umum digunakan untuk multiplexing sinyal digital

Setiap sinyal informasi yang berbeda di-sampling pada waktu yang berbeda, kemudian dilakukan teknik modulasi pulsa ( : PCM)