sdt week 4

2011/ 2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers

Sensor dan TransduserSensor dan Transduser

MINGGU 4

KARAKTERISTIK SENSOR 2

MINGGU 4

KARAKTERISTIK SENSOR 2


KARAKTERISTIK SENSOR 2KARAKTERISTIK SENSOR 2

Objek Pembelajaran :

1. Karakteristik Dinamis

2. Faktor Eksternal

3. Reliabilitas



Karakteristik Dinamis

• Pada dasarnya merupakan sifat respon kondisi transien terhadap input.

• Karakteristik dinamis dipengaruhi oleh waktu.

• Umumnya, respon output sebuah sensor tidak sempurna saat rangsangan inputnya bervariasi sehingga diperoleh dynamic error.

• Kebanyakan sensor dan kopling sumbernya tidak dapat memberikan respon yang instan (langsung jadi)



• Respon yang terjadi jika sebuah sensor menjadi bagian dari sebuah kontrol sistem :

�Dalam kondisi terbaik : terjadi delay

�Dalam kondisi terburuk : terjadi osilasi

• Dalam kondisi dinamis, terdapat waktu persiapan (warm-up time), yaitu waktu saat eksitasi sinyal sampai dengan saat sensor beroperasi dalam kondisi akurat.

• Umumnya, warm-up time yang singkat dapat diabaikan kecuali beberapa detektor seperti thermostat.



• Sebab terjadinya karakteristik dinamis adalah adanya faktor penyimpanan energi, seperti : – Inersia : massa, induktansi– Kapasitansi : electrical, thermal

• Karakteristik dinamis sensor dapat dipelajari dengan menggunakan model matematika persamaan differensial linier.

• Tergatung disain sensor, persamaan ini dapat berupa beberapa tahap / order.

• Dalam praktiknya, model ini ada 3, zero order, first order dan second order



Karakteristik Dinamis diperoleh dengan menganalisa respon sensor yang dapat berupa input impulse, step, ramp, sinusoida, white noise, dll.



Frekuensi ResponMenggambarkan seberapa cepat sensor orde pertama dapat merespon perubahan rangsangan

Cut-off FrequencyMenggambarkan tinggi rendahnya frekuensi rangsangan yang dapat diproses oleh sensor

Upper Cut-off frekuensi : seberapa cepat rangsangan dapat direspon

Lower Cut Off Frekuensi : seberapa lambat rangsangan dapat direspon



Laplace Review

Transformasi Laplace terhadap input waktu y(t) dapat dilambangkan dengan

Hubungan mendasarnya adalah yang menekankan pada transformasi differensial



Sehingga :

G(s) = sensor transfer function

Posisi pole dan zero dari G(s) pada s-plane menentukan prilaku dinamik sensor, seperti, osilasi, cacat eksponensial, dan kelabilan sistem sensor



Zero Order

Sensor dengan orde nol merupakan sensor

yang langsung dapat menghasilkan respon

(instant respons). Output yang dihasilkan

bersifat linier. Hubungan input dan output

yang dihasilkan :

k = sensitifitas statis



Karakteristik Zero order sangat diinginkan, karena beberapa hal:

1. Tidak ada delay

2. Bandwidthnya tertentu

3. Sensor hanya mengubah amplitudo sinyal

input

Sensor Zero Order, tidak mengandung elemen penyimpanan energi.



Aplikasi dari Sensor Zero Order :

Potensiometer yang digunakan dalam pengukuran perpindahan linier atau rotary seperti sensor level air.



First Order

Sensor orde pertama merupakan sensor yang

mengandung 1 komponen penyimpan energi

dan 1 buah komponen pen-disipasi energi.

τ = konstata waktu = a1/a0 = respons dinamis

k = gain statis = 1/ a0 = respons statis



Input Sinusoid lebih baik digambarkan dalam bentuk respon frekuensi, yaitu amplitudo dan beda fase



Dynamic Error dan Delay pada First Order Sensor



Aplikasi First Order Sensor



Second Oder

Sensor orde kedua merupakan sensor yang

melibatkan dua komponen energi lain dan

sebuah komponen pen-disipasi energi

Dapat dinyatakan dalam bentuk :



Aplikasi Second Order Sensor



Beberapa sensor/ transducer dapat dianalogikan untuk

mendapatkan model persamaan matematikanya



Faktor Eksternal (Lingkungan)Terdiri dari :

a. Kondisi Simpan (Storage condition)Kondisi yang dialami sensor selama beberapa waktu tanpa mengubah performanya seperti dalam kondisi operasi

b. Pergeseran (Short and long-term Stability)Pergeseran merupakan bagian dari keakurasian. Terdiri dari :

� Kestabilan jangka pendek (Short-term stability)Performa sensor berubah dalam hitungan detik, menit ataupun hari. Diartikan juga sebagai noise ULF.

� Kestabilan jangka panjang (Long-term stability)Diartikan sebagai degradasi material atau komponen sensor. Terjadi dalam hitungan bulan atau tahun. Dapat disebabkan oleh kondisi operasi, kondisi simpan, isolasi yang digunakan dan bahan komponen.

c. TemperaturSuhu yang meningkat dapat mempengaruhi operasi dari sensor yang dapat merubah nilai transfer function dari sensor.

d. Self-Heating ErrorError ini disebabkan oleh panas yang diserap oleh sensor sehingga mempengaruhi keakurasiannya.



Reliabilitas Sensor

Diartikan sebagai kehandalan sensor

menghasilkan fungsi yang dinginkan dalam

kondisi dan periode waktu tertentu

Merupakan data statistik yang berisi prediksi

atas kemungkinan sensor dapat beroperasi

tanpa error/kesalahan dalam periode tertentu

atau jumlah/frekuensi penggunaan.

sdt week 4

Technology