Praktikum Sensor Dan Tranduser

PERCOBAAN I

Sensor dan Transduser Termal

A. Tujuan Percobaan :

- memahami konsep tentang sensor dan transduser termal,

- mengukur suhu benda berbagai kondisi.

- mengukur sensitivitas alat sensor termal ini.

B. Dasar Teori

Sensor-sensor suhu memanfaatkan sifat-sifat bahan yang bergantung suhu,

perubahan hambatan listrik sebagai fungsi suhu (detektor-detektor suhu hambatan),

tegangan yang dihasilkan pada sambungan bahan-bahan yang berbeda (termokopel)

dan detektor-detektor suhu semikonduktor (sambungan p-n dan transistor). Dalam

percobaan ini sebagai detektor digunakan termokopel. Termokopel ini sebagai hasil

dari efek Seebeck.

Dua bahan yang berbeda dikontakkan akan menghasilkan suatu beda

potensial antara sambungan panas dan dingin yang dibuat pada suhu-suhu yang

beda, seperti ditunjukkan pada gambar 1 .

Gambar 1. Suatu termokopel copper-constantan dengan sambungan panas dan

dingin (Sayer dan Mansingh, 2000).

Contoh beberapa tegangan keluaran termokopel (mV) sebagai fungsi suhu

ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Tegangan keluaran termokopel sebagai fungsi suhu (sambungan

referensi pada suhu 0 O C (Sayer dan Mansingh, 2000).

Sinyal keluaran dari sensor sering kali sangat kecil sehingga perlu diperkuat

dengan suatu penguat-awal (pre-amplifier) atau langsung penguat utama (main

amplifier). Penguat utama ini sering hanya disebut sebagai penguat.

Penguat dasar pada transduser ditunjukkan pada gambar 3.

Masukan Tidak membalik

+ Keluaran

- A

Masukan membalik

Gambar 3. Penguat Operasi yang ideal.

Pada kondisi terbuka (the open loop), maka besar tegangan keluaran :

V keluaran = A (V+ - V-)

dengan A adalah penguatan penguat dan sangat tinggi.

C. Metodologi Percobaan

Dalam percobaan ini sebagai sensor termal digunakan IC LM 35. Skema

peralatan ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Skema peralatan percobaan sensor dan transduser termal.

C.1. Alat yang digunakan :

- 1 (satu) buah termometer batang

- 1 (satu) gelas beker

- 1 (satu) sensor termal IC LM 35

- 1 (satu) voltmeter DC

- sumber panas.

C.2. Prosedur Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 4.

2. Isilah beker gelas dengan air dan panaskan.

3. Ukurlah keluaran pada voltmeter pada saat sensor mempunyai suhu kamar.

4. Masukkan sensor termal ke dalam air yang akan diukur suhunya.

5. Catatlah pembacaan suhu yang ditunjukkan oleh termometer batang dan juga

tegangan keluaran pada voltmeter.

6. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi suhu.

7. Hitunglah sensitivitas alat ini.

D. Analisa Data

Carilah sensitivitas alat ini dengan metode grafik

E. Referensi

1. Sayer M. and Mansingh A., 2000, Measurement, Instrumentation and Experiment design in Physics and Engineering, Prentice Hall of India, New Delhi.

2. Usher M.J., 1989, Sensors and Transducers, Macmillan Education Ltd.

PERCOBAAN II

Sensor dan Transduser Suara

A. Tujuan Percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser suara,

- mengukur intensitas suara pada jarak tertentu dari sumber suara.

- mengukur sensitivitas alat sensor suara ini.

B. Dasar Teori

Suara (bunyi) di udara adalah gelombang bujur (longitudinal) dengan tolakan

diteruskan dari satu molekul ke molekul yang lain. Kakas (gaya) pemulihnya adalah

tekanan udara. Jangkau frekuensi suara yang terdengar oleh manusia adalah dari 20 Hz

sampai 20.000 Hz (20 kHz). Gelombang suara ultrasonik mempunyai frekuensi lebih

besar dari 20 kHz, sedang gelombang suara infrasonik mempunyai frekuensi lebih kecil

dari 20 Hz.

Intensitas gelombang suara adalah daya terangkut oleh gelombang itu per m2

muka gelombang dan dengan satuan W/m2 (watt/m2). Pada frekuensi 1000 Hz,

intensitas minimum yang dapat terdengar oleh manusia normal adalah 2,5 x 10-12 W/m2

.Intensitas ini disebut ambang pendengaran bagi manusia normal. Intensitas suara

dinyatakan dalam skala logaritmik yang disebut aras intensitas. Satuan aras intensitas

dalam skala logaritmik disebut desiBell (dB).Hubungan antara aras intensitas dalam dB

dan intensitas dalam W/m2 adalah :

Aras intensitas (dB) = ( )( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡× − 212

2

10973,0log10

mWmWI

Sensor-sensor suara memanfaatkan sifat-sifat bahan yang jika ada suara dengan

intensitas tertentu mengenai bahan tersebut akan mengakibatkan terjadinya perubahan

sifat-sifat kelistrikan bahan (muncul sinyal listrik). Kita melihat bagaimana seseorang

yang bicara didekat mikrofon maka suara tersebut bisa direkam, diperkuat, diperlemah,

dst. Mikrofon adalah salah satu contoh sensor suara.

Muka gelombang suara adalah bola-bola sepusat, saat gelombang suara

memancar dari sumber dengan intensitas Io maka saat merambat pada jarak tertentu dari

sumber intensitasnya berkurang I. Distribusi intensitas suara sebagai fungsi jarak,

seperti ditunjukkan pada gambar 1 diberikan dengan persamaan :

I1 r12 = I2 r2

2

dengan I1 adalah intensitas suara pada jarak dari sumber suara,

I2 adalah intensitas suara pada jarak r2 dari sumber suara,

r1 r2

☺ x x

Io I1 I2 (sumber suara)

Gambar 1. Distribusi intensitas suara pada jarak tertentu dari summber suara.






+ Keluaran

- A

Masukan membalik





C. Metode Percobaan

Dalam percobaan ini sebagai sensor suara digunakan sebuah mikrofon

(microphone). Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Skema percobaan sensor dan transduser suara.

C1. Alat yang digunakan :

- 1 (satu) sumber suara (speaker)

- 1 (satu) mic condensor (sensor suara)

- 1 (satu) CRO untuk kalibrasi.



2. Ukurlah tegangan keluaran pada CRO pada setiap nilai masukan yang

berbeda-beda.

3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi intensitas.


D. Analisa Data


E. Referensi



PERCOBAAN III

Sensor dan Transduser Cahaya

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser cahaya,

- mengukur intensitas cahaya berbagai sumber.

- mengukur sensitivitas alat sensor cahaya ini.

B. Dasar Teori

Sensor-sensor cahaya memanfaatkan sifat-sifat bahan yangjika dikenai cahaya

akan terjadi perubahan hambatan listriknya (Usher, 1989). Transduser cahaya ada yang

mempunyai tipe sebagai self-generator (contohnya Fotovoltaik) tetapi ada yang sebagai

modulator (contohnya : Fotokonduktif dan Photo Multiflier Tube = PMT). Ditinjau dari

cara pendeteksian cahaya maka sensor cahaya dibedakan menjadi 4 jenis. Jenis pertama

adalah termal (bolometer dan thermopiles), Jenis kedua adalah fotokonduktif (bahan

semikonduktor lead-sulphide (PbS), cadmium sulphide (CdS), mercury cadmium

telluride (HgCdTe) dan gold doped germanium (Ge:Au). Jenis ketiga adalah

pyroelectric Jenis terakhir adalah photomultifliers, fotodiode dan fototransistor. Jika

radiasi datang dengan daya P dalam watt (W) dan mengenai sensor maka dihasilkan

arus listrik pada sensor tersebut sebesar I dalam ampere (A) maka sensitivitas alat

dalam satuan A/W (Sayer dan Mansingh, 2000).



+ Keluaran

- A

Masukan membalik






Dalam percobaan ini sebagai sensor cahaya digunakan fotodiode. Skema

peralatan ditunjukkan pada gambar 2 dan 3.

Gambar 2. Skema peralatan untuk percobaan sensor dan transduser cahaya dengan jarak sumber dan sensor divariasi.

Pada percobaan lain dibuat intensitas sumber cahaya diatur yaitu dengan

mengatur penyedia daya sumber tersebut. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

C1. Alat yang digunakan :

- 1 (satu) lampu sebagai sumber cahaya yang dapat diatur intensitasnya,

- 1 (satu) power meter atau CRO untuk kalibrasi atau voltmeter dc,

- 1 (satu) mistar

Gambar 3. Skema peralatan untuk percobaan sensor dan transduser cahaya dengan jarak sumber dan sensor tetap tetapi intensitas sumber divariasidivariasi..



2. Ukurlah tegangan keluaran pada CRO pada setiap nilai masukan yang

berbeda-beda.

3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi intensitas

cahaya (bandingkan hasilnya dengan pengukuran secara langsung dengan

luxmeter).


D. Analisa Data


E. Referensi



PERCOBAAN IV:

Sensor dan Transduser Pergeseran

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser pergeseran,

- mengukur pergeseran suatu benda pada posisi tertentu,

- mengukur sensitivitas alat sensor termal ini.

B. Dasar teori

Dua sistem transduser pergeseran yang sering digunakan yaitu transduser

pergeseran resistif dan kapasitif. Dua sistem transduser ini ditunjukkan pada gambar 1

dan 2.

Gambar 1. Sistem pergeseran transduser resistif ( Usher, 1989).

Gambar 2. Sistem pergeseran transduser kapasitif variabel luas ( Usher, 1989).



+ Keluaran

- A

Masukan membalik



Vkeluaran = A (V+ - V-)


Pada percobaan ini digunakan metode transduser resistif yang ditunjukkan pada

gambar 1. Hukum Ohm : ∆V = IR, dengan ∆V : beda potensial kedua ujung hambatan

R dan I : arus yang melalui hambatan R. Prinsip hambatan dalam penghantar

R = ρ (l/O), dengan R : hambatan total pada bahan, ρ : hambat jenis bahan, l : panjang

bahan dan O : luas penampang bahan penghantar.

C. Metode Percobaan

Pemgukuran tegangan keluaran cukup teramati dengan baik sehingga pada

percobaan ini cukup hanya digunakan sensor pergeseran saja (tidak perlu penguatan

sinyal). Skema peralatan yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada gambar

4.

C1. Alat yang digunakan

- Kawat nikelin panjang 2m ,

- Kawat tembaga panjang 2 m,

- 1 (buah ) voltmeter dc (digital),

- beberapa penjepit buaya,

- Penyedia daya dc

Gambar 4. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan sensor dan transduser pergeseran.

C.2. Prosedur percobaan


2. Tentukan range a(jangkau) pengukuran baik untuk jarak maupun untuk

tegangan keluaran.

3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi pergeseran.

4. Hitunglah sensitivitas alat sensor ini.

D. Analisa Data


E. Referensi



PERCOBAAN V

Sensor dan Transduser Tekanan

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser tekanan,

- mengukur tekanan di suatu tempat,

- menguikur sensitivitas alat sensor dan transduser tekanan ini.

B. Dasar teori

Teori tentang konsep nanometer terbuka.

Po (tekanan udara luar)

h

P > Po

Gambar 1. Sistem manometer terbuka untuk pengukuran tekanan.

Tekanan hidrostatik pada fluida pada tabung di atas adalah :

P - Po = ρ g h

dengan P : tekanan dalam ruang,

ρ : massa jenis fluida,

h : beda ketinggian kedua permukaan kaki manometer tersebut.

Pikirkan : Bentuk satuan tekanan yang saudara ketahui pada pengamatan sehari-hari.






+ Keluaran

- A

Masukan membalik






Dalam percobaan ini sebagai sensor tekanan digunakan metode manometer

terbuka.

C1. Alat yang digunakan

- 1 (satu) ban dalam kendaraan,

- 1 (satu) set manometer tabung terbuka,

- 1 (satu) pompa tekan,

- 1 (satu) mistar

- beberapa jenis fluida.



2. Tentukan range (jangkau) pengukuran baik untuk tekanan dan untuk

perbedaan ketinggian kedua permukaan pada manometer terbuka tersebut.

3. Buatlah grafik beda ketinggian fluida sebagai fungsi tekanan untuk tiga jenis

fluida.

4. Hitunglah sensitivitas alat sensor tekanan ini.

Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

Ruang dengan P > Po Sensor Tekanan

P > Po

Gambar 3. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan sensor dan transduser pergeseran.

D. Analisa Data


E. Referensi



PERCOBAAN VI

Sensor dan Transduser Kecepatan

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser kecepatan,

- mengukur kelajuan air bdalam suatu tabung.

- menguikur sensitivitas alat sensor dan transduser kecepatan ini.

B. Dasar teori

- Hukum Berneouli : ( ½ ) v12 + p1 = ( ½ ) v2

2 + p2

- Hukum Kemelaran : A1 v1 = A2 v2






+ Keluaran

- A

Masukan membalik





Tugas praktikan

- Memahami konsep tentang sensor dan transduser kecepatan,

- Carilah hubungan antara kecepatan air V2 sebagai fungsi besaran turukur

V2 = f ( A1, A2, p1, p2 ).


Dalam percobaan ini sebagai sensor tekanan digunakan metode manometer

terbuka. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

V2

V1

A2A1

Air keluar air masuk

Gambar 3. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan

sensor dan transduser kecepatan. C1. Alat yang digunakan

- 1 (satu) set venturimeter,

- 1 (satu) mistar

- 1 (satu) jangka sorong



2. Tentukan range (jangkau) pengukuran baik untuk untuk perbedaan

ketinggian kedua permukaan pada manometer terbuka tersebut.

3. Buatlah grafik beda ketinggian fluida sebagai fungsi kecepatan fluida.

4. Hitunglah sensitivitas alat sensor kecepatan ini.

E. Analisa Data


E. Referensi



Documents

Praktikum Sensor Dan Tranduser