sdt week 2

2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers

Sensor dan TransduserSensor dan Transduser

MINGGU 2

PRINSIP-PRINSIP FISIKA

SENSOR DAN TRANSDUCER

MINGGU 2








Overview :

� Kebanyakan sensor / transducer mengkonversi besaran non listrik menjadi listrik

� Konversi memerlukan beberapa tahapan

� Konversi tersebut melibatkan perubahan energi dimana tahap akhirnya harus menghasilkan sebuah sinyal elektris dalam bentuk yang diinginkan.

� Sensor dikategorikan menjadi dua, yaitu : direct dan complex.

� Prinsip-prinsip fisika digunakan dalam direct sensor dan transducer






Objek Pembelajaran :

1. Muatan,Medan dan Potensial Listrik

2. Kapasitansi

3. Magnetik

4. Piezoelektrik

5. Suhu

6. Cahaya






Muatan, Medan dan Potensial Listrik

• Pertama kali diselidiki oleh Benjamin Franklin

• Dikenal dengan triboelectric effect (gesekan listrik)

• Perpindahan atau perubahan distribusi elektron dan hole pada sebuah material

• Contoh: Gaya tarik menarik kaca dan kain sutra






• Muatan sejenis akan saling tolak, tidak sejenis saling tarik

• Gaya f akan timbul saat sebuah muatan atau lebih berada pada medan muatan referensi (flux/E)






• Kombinasi muatan tak sejenis dengan jarak tertentu disebut dipole listrik

• Biasanya terdapat pada materi kristal seperti pada piezoelektrik sensor

• Dipole yang berada dalam medan listrik akan berotasi, dapat berubah jika ada usaha dari luar yang tersimpan dalam bentuk potensial listrik






Kapasitansi• Kombinasi plat induktor yang dapat

menyimpan muatan listrik disebut

kapasitor

• Muatan test yang berada diantara

dua plat akan mengalami interaksi berupa gaya, magnitutnya tergantung

jenis dan jarak muatan tersebut

• Kapasitansi dipengaruhi besar

muatan dan beda potensial diantara

plat

d

A

Vab

qC 0

ε==






• Fenomena ini digunakan sebagai capasitive diplacement sensor

• C= (2πε0 [lnb/a]-1)L

• (2πε0 [lnb/a]-1) disebut faktor geometris






• Penambahan bahan

dielektrik memperbesar

kapasitansi

• G tergantung bentuk dan

jarak

• Nilai konsanta beberapa

bahan dielektrik

dipengaruhi frekuensi dan

suhu

GC κε0

=






Sensor ketinggian air kapasitif dan responnya• Sensor direndam dalam tanki air. Saat level air meninggi, bagian

tengan plat akan ikut terendam dan menjadi dielektrik. Hal ini akan mengubah nilai kapasitansinya.






Magnetik

• Hampir sama dengan muatan, yang sejenis saling tolak, tidak sejenis saling tarik

• Berbeda dengan muatan, magnet selalu memiliki pasangan (utara dan selatan)






• Oersted : Fenomena magnet juga dapat diperoleh dari arus listrik, contohnya aliran arus tinggi pada kawat, Toroid, Solenoid.

• Faraday, juga membuktikan bahwa fenomena magnet dapat menghasilkan arus listrik Contoh : Induksi listrik

• Magnet permanen dapat digunakan sebagai sensor pendeteksi gerakan, posisi, Hall Effect sensor, dll






Piezoelectric

• Dalam bentuk kristal• Digunakan dalam sensor tekan• Saat gaya diberikan dalam posisi x, maka muatan positif terjadi

pada bagian atas, dan negatif dibagian bawah• Saat gaya diberikan dalam posisi y, maka muatan negatif terjadi

pada bagian atas, dan positif dibagian bawah






Temperatur/Suhu• Merupakan energi kinetik dari partikel

yang bergetar. Semakin besar

gerakannya, semakin besar pula suhu dan GEM yang dihasilkan.

• Atom dan molekul suatu materi tidak bergerak dengan intensitas yang

sama. Gerakan ini memiliki hubungan

dengan tekanan, gaya yang terjadi dan perpindahan molekul dalam satu

area.

A

FP =






• Semua benda padat dapat berubah dimensinya oleh perubahan suhu. Perubahan dimensi linier (panjang, lebar dan tinggi) dinamakan linier expansion.

l2 = panjang akhirl1 = panjang mula-mula

T2 = suhu akhir

T1 = suhu mula-mula

α α α α = koefisien muai

Permukaan yang saling

menempel mengendalikan

panjang plat x sekaligus memaksa plat y untuk

berekspansi melebihi

koefisien muai yang diperlukannya.






Sifat-sifat panas :1. Tidak dapat diketahui besar

spesifiknya, sekali dihasilkan tidak dapat diketahui nilai awalnya

2. Tidak dapat disimpan, mangalir dari bagian hangat ke bagian yang dingin.

Energi panas dapat mengalir dengan

tiga cara:Induksi; memerlukan kontak fisik dua

benda

Konveksi; memerlukan benda ketiga sebagai perantara

Radiasi; tidak memerlukan kontak fisik

Interaksi radiasi panas

antara objek dengan sensor radiasi panas






Cahaya

• Pembahasan mengenai cahaya dapat dilihat cari dua aspek, sebagai gelombang dan sebagai materi.

• Kecepatan cahaya (light velocity) dalam ruang hampa,c0, tidak tergantung pada wavelength. (cahaya sebagai sebuah besaran)

• Frekuensi gelombang cahaya dalam ruang hampa atau media lain, tergantung pada wavelength cahaya, dimana cahaya sebagai magnetude/nilai (light speed)

• h = konstanta Planc






• Ultraviolet dan cahaya yang tampak memiliki energi yang relatif besar dan mudah dideteksi. Akan tetapi menjadi susah dideteksi jika wavelength meningkat ke sisi infrared. Hal ini akan membangkitkan energi yang rendah.






• Sebagai gelombang, cahaya dapat dianggap gelombang electromagnetik yang memiliki arah tertentu (plane polarization), artinya masing-masing medan (listrik dan magnet), paralel dengan yang lain.

• Bidang (plane) yang ditentukan oleh arah propagasi dan arah polarisasi dinamakan plane of vibration

• Kebanyakan sensor, hanya mengolah sinyal dalam bentuk medan listrik saja.

• Untuk cahaya yang tidak terpolarisasi, seperti cahaya matahari, dan sebagainya, maka diperlukan filter cahaya yang yang melewatkan cahaya ke satu arah saja (polaroid)

sdt week 2

Business