Baskoro Adi Gumilar

Sermatutar no aka 2010 409

IV LEK 2

SENSOR POSISISensor ini melaporkan posisi suatu benda dgn mengacu pd rujukan

tertentu. Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog

dan digital. Untuk pergeseran yang tidak terlalu jauh pengukuran

dapat dilakukan menggunakan cara-cara analog, sedangkan untuk

jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan cara

digital.

Hasil sensor posisi atau perpindahan dapat digunakan untuk

mengukur perpindahan linier atau angular. Teknis perlakuan sensor

dapat dilakukan dengan cara terhubung langsung ( kontak ) dan

tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ).

Macam – Macam Sensor Posisi

Strain gauge (SG)

Strain gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk

mengukur tekanan (deformasi atau strain) pada alat ini.Strain

gage mengukur gaya luar(tekanan) yang terhubung dengan kawat.

Strain gauge dapat dijadikan sebagai sensor posisi. SG dalam

operasinya memanfaatkan perubahan resistansi sehingganya dapat

digunakan untuk mengukur perpindahan yang sangat kecil akibat

pembengkokan (tensile stress) atau peregangan (tensile strain). Definisi

elastisitas (ε) strain gauge adalah perbandingan perubahan

panjang (ΔL) terhadap panjang semula (L) yaitu:

atau perbandingan perubahan resistansi (ΔR) terhadap resistansi

semula (R) sama dengan faktor gage (Gf) dikali elastisitas starin

gage (ε) :

Secara konstruksi SG terbuat dari bahan metal tipis (foil) yang

diletakkan diatas kertas. Untuk proses pendeteksian SG

ditempelkan dengan benda uji dengan dua cara yaitu:

1. Arah perapatan/peregangan dibuat sepanjang mungkin (axial)

2. Arah tegak lurus perapatan/peregangan dibuat sependek

mungkin (lateral)

Gambar 3.1. Bentuk phisik strain gauge

Faktor gauge (Gf) merupakan tingkat elastisitas bahan metal dari

SG.

• metal incompressible Gf = 2

• piezoresistif Gf =30

• piezoresistif sensor digunakan pada IC sensor tekanan

Untuk melakukan sensor pada benda uji maka rangkaian dan

penempatan SG adalah

• disusun dalam rangkaian jembatan

• dua strain gauge digunakan berdekatan, satu untuk

peregangan/perapatan , satu untuk kompensasi temperatur pada

posisi yang tidak terpengaruh peregangan/ perapatan

• respons frekuensi ditentukan masa tempat strain gauge

ditempatkan

Gambar 3.2. Pemasangan strain gauge: (a) rangkaian jembatan

(b) gage1 dan gage 2 posisi 90 (c) gage 1 dan gage 2 posisi sejajar

Linier Variable Differential Transformer (LVDT)

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah

suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial

dengan gandengan variabel antara gandengan variable antara

kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali

dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an. Pada masa sekarang

sensor LVDT telah secara luas diunakan. Pada aplikasinya LVDT

dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor

mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai

sensor jarak. Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah

kumparan primer, dua buah kumparan sekunder, dan inti dari bahan

feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada suatu

selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga

selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-

magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong,

sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi

kumparan primer. Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri

secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang sama.

Cara Kerja

– memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke

dua kumparan sekunder

– dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan

kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama

– dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik

dan yang lainnya turun

– tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan

perubahan posisi inti magnetic

– hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan

Skema LVDT

Gambar 3.6. LVDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi LVDT, (b) Rangakaian listrik,

(c) rangkaia uji LVDT, (d) Karakteristik LVDT

– rangkaian detektor sensitif fasa pembaca perpindahan dengan

LVDT

KESIMPULAN

1. LVDT adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip

trafo diferensial dengan gandengan variabel antara kumparan

primer dan kumparan sekunder.

2. LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak dan sensor mekanik

lainnya.

3. Sebelum menggunakan LVDT kita harus mengetahui daerah linier

LVDT tersebut pada tegangan eksitasi tertentu dan frekuensi

tertentu.

4. Perubahan tegangan eksitasi akan menghasilkan tegangan yang

berbeda untuk tiap pergeseran jarak, tetapi tegangan eksitasi

yang lebih besar akan menghasilkan sensitivitas yang tinggi.

5. Perubahan frekuensi akan merubah koefisien dari daerah

linieritas sensor, tetapi daerah kerjanya tetap sama.

Aplikasi

MK30 draw-wire displacement sensor mengukur posisi tempat tidur

rumah sakit. Sensor miniature ini menawarkan pengukuran yang

presisi meskipun dalam aplikasi dimana ruang instalasi sangat

terbatas/sempit sekalipun.

APLIKASI-APLIKASI LAIN

Sensor Kecepatan

proses penginderaan merupakan proses kebalikan dari suatu motor,

dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator

akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan

putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan

menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang

timbul saat medan magnetis terjadi.

Macam-macam sensor kecepetan:

Tachometer

Pada setiap pelatihan audit pengukuran kecepatan misalnya

untuk motor, pengukurannya sangat kritis karena kemungkinan

terdapat perubahan frekuensi, slip pada belt dan pembebanan. Dalam

hal ini ada dua jenis alat pengukur kecepatan

yaitu tachometer dan stroboscope.

Tachometer.

Tachometer sederhana adalah jenis alat kontak, yang dapat

digunakan untuk mengukur kecepatan yang memungkin kan dapat

diakses secara langsung.

            Tachometer biasanya merupakan magnet permanen

generator DC kecil. Jika generator berotasi akan menghasilkan

tegangan DC yang proporsional langsung terhadap kecepatan.

Pada tachometer, roda tachometer dikontakkan dengan badan yang

berputar. Karena adanya gesekan diantara keduanya, setelah

beberapa detik kecepatan roda tachometer sama dengan kecepatan

poros berputar. Kecepatan ini ditampilkan pada panel sebagai

putaran per menit (rpm).  Kecepatan dari putaram poros diukur

menggunakan magnetik pick up sensor.

            Kumparan kecil yang terletak dekat magnet menerima

pulsa setiap kali magnet lewat. Dengan mengukur frekuensi pulsa

maka kecepatan poros bisa ditentukan. Tegangan yang keluar adalah

sangat kecil dan membutuhkan proses penguatan (amplifikasi) untuk

bisa diukur.

Transduser Piezoelectric

Transduser Piezoelectric berkeja memanfaatkan tegangan yang

terbentuk saat kristal mengalami pemampatan

• ion positif dan negatif terpisah akibat struktur kristal

asimetris

• bahan kristal: kuarsa dan barium titanat, elektret

polivilidin florida

• bentuk respons

Gambar 3.14. Transduser Piezoelektrik: (a) konstruksi PE,

(b) rangkaian ekivalen PE

Gambar 3.15. Respons Tegangan PE

Rangkaian pembaca tegangan pada piezoelektrik sensor

• kristal bukan konduktor (tidak mengukur DC, rangkaian

ekivalen) gunakan rangkaian Op-Amp dengan impedansi input tinggi

(FET, untuk frekuensi rendah)

• bila respons yang diukur dekat dengan frekuensi resonansi

kristal, ukur muatan sebagai ganti tegangan

di mana Qx = muatan listrik kristal (coulomb)

Kqe = konstanta kristal (coul/cm)

ε = gaya tekan ( Newton)

• Gambar (a) R tinggi untuk alur DC, (b) saklar untuk

mengukur tegangan strain saat ON dan OFF dan (c) mengukur muatan,

tegangan (Vo)yang dihasilkan adalah :

Gambar 3.16. Rangkaian pembacaan tegangan kristal

Aplikasi

Aplikasi Speed sensor pada anti-lock break system (ABS)

berfungsi untuk memperoleh informasi tentang kecepatan masing-

masing roda, informasi ini diperlukan agar sistem dapat

mengetahui roda mana yang sedang akan terkunci. Speed sensor ini

dapat terpasang terpasang pada setiap roda, atau ada juga yang

dipasang pada diferensial.masing-masing roda agar menghindari

roda terkunci.

Sensor PercepatanSebuah sensor yang berfungsi untuk mengukur percepatan,

mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur

percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer juga dapat

digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi pada kendaraan,

bangunan, mesin, dan juga bisa digunakan untuk mengukur getaran

yang terjadi di dalam bumi, getaran mesin, jarak yang dinamis,

dan kecepatan dengan ataupun tanpa pengaruh gravitasi bumi.

Percepatan merupakan suatu keadaan berubahnya kecepatan terhadap

waktu. Bertambahnya suatu kecepatan dalam suatu rentang waktu

disebut juga percepatan (acceleration). Jika kecepatan semakin

berkurang daripada kecepatan sebelumnya, disebut deceleration.

Percepatan juga bergantung pada arah/orientasi karena merupakan

penurunan kecepatan yang merupakan besaran vektor. Berubahnya

arah pergerakan suatu benda akan menimbulkan percepatan pula.

Prinsip Kerja Accelerometer

Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa

apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet,

atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor,

maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut.

Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat mendeteksi

percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya,

untuk percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan horizontal maka

accelerometer akan mengukur percepatannya secara langsung ketika

bergerak secara horizontal. Hal ini sesuai dengan tipe dan jenis

sensor Accelerometer yang digunakan karena setiap jenis sensor

berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh

perusahaan pembuatnya. Saat ini hamper semua sensor/tranduser

accelerometer sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem

mekanik) sehingga cara kerjanya hanya bedasarkan temperatur yang

diolah secara digital dalam satu chip. Berikut ini adalah gambar

bagaimana proses accelerometer analog (dengan sistem mekanik

maupun digital) bekerja

–

Accelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperatur

–

Accelerometer analog yang bekerja berdasarakan sistem mekanik

Tipe Accelerometer

Capacitive: lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah

kapasitansi, perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan

Piezoelectric: kristal piezoelectric yang terdapat pada

accelerometer jenis ini mengeluarkan tegangan yang selanjutnya

dikonversi menjadi percepatan

Piezoresistive: lempengan yang secara resistan akan berubah

sesuai dengan perubahan percepatan

Hall effect: percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik

dengan cara mengukur setiap perubahan pergerakan yang terjadi

pada daerah yang terinduksi magnet.

Magnetoresistive: Perubahan percepatan diketahui berdasarkan

resistivitas material karena adanya daerah yang terinduksi magnet

Heat Transfer: percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah

benda yang dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan

sensor temperatur

Terminology pada sensor percepatan

+1g, posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan

menghadap ke atas)

0g, posisi diam sensor searah dengan arah horizontal bumi

+1g, posisi diam sensor searah dengan arah vertikal bumi dan

menghadap ke atas

Linearitas, selisih maksimum dari kurva antara tegangan yang

dihasilkan dan gravitasi dengan garis lurus

Sensitivitas, ukuran seberapa banyak perubahan yang terjadi pada

hasil output sensor berdasarkan perubahan percepatan yang

dimasukan. Satuan dari sensitivitas adalah volts/g

Spesifikasi Accelerometer

Spesifikasi dinamis:

Sensitivitas

Toleransi sensitivitas

Noise

Amplitudo puncak

Respon frekuensi

Resonansi frekuensi

Temperature output dari sensitivitas

Range temperatur output

Spesifikasi elektrik:

Tegangan input

Arus input

Tegangan bias

Waktu yang diperluakan untuk menyalakan accelerometer

Pelindung

Spesifikasi mekanikal:

Range temperatur

Berat

Material untuk sensor

Desain sensor

Material pelapis (casing)

Contoh Penggunaan Accelerometer

Transportasi: Salah satu pengguaan accelerometer yang sangat umum

yaitu dalam sistem airbag yang terdapat pada kendaraan, khususnya

mobil. Accelerometer ini digunakan untuk mendeteksi penurunan

percepatan yang sangat besar yang biasanya terjadi ketika

terjadinya tabrakan antar kendaraan.

Bidang Medis: Sport Watch, berupa jam tangan olahraga yang juga

dapat menghitung berapa banyak langkah yang telah kita lakukan,

menggunakan accelerometer untuk menghitung kecepatan dan jarak

dari si pelari yang menggunakannya.

Science and Engineering: Accelerometer banyak digunakan untuk

menghitung percepatan dan penurunan percepatan dari sebuah

kendaraan. Accelerometer membantu untuk mengevaluasi performansi

dari mesin dan sistem percepatan dan juga breaking system (sistem

penurunan percepatan). Kecepatan yang biasa ditampilkan pada

kendaraan anda umumnya didapatkan dari penggunaan accelerometer.

Selain itu juga biasa digunakan untuk menghitung vibrasi pada

kendaraan, mesin, bangunan, dan sistem keamanan pada kendaraan

(safety installation). Accelerometer juga dapat mengkalkulasi

percepatan yang diakiabatkan oleh gravitasi bumi. Accelerometer

yang menghitung gravitasi secara spesifik digunakan pada

gravimetry, disebut sebagai gravimeter. Notebook atau laptop juga

dilengkapi dengan accelerometer untuk mengevaluasi goncangan yang

dirasakan oleh laptop tersebut.

Aplikasi

Peralatan Elektronik: Accelerometer pada laptop biasanya

digunakan pada sistem Sudden Motion Sensor, yang biasa digunakan

untuk mendeteksi jatuhnya laptop. Jika kondisi pada saat jatuh

terdeteksi, hard disk drive yang ada akan diproteksi sehingga

tidak terjadi data loss. Sekarang ini juga terdapat notebook yang

menggunakan accelerometer untuk secara otomatis mengubah arah

layar (menjadi miring ataupun terbalik) sesuai dengan arah

monitor tersebut ditegakkan (portrait atau landscape). Terdapat

juga sejumlah handphone yang menggunakan accelerometer untuk

mengubah lagu yang dimainkan (Track Switching). Camera recorder

menggunakan accelerometer untuk menstabilkan gambar (image

stabilization). Camera digital menggunakan accelerometer untuk

menu pilihan anti blur ketika mengambil gambar.