Baskoro Adi GumilarSermatutar no aka 2010 409IV 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 () strain gauge adalah perbandingan perubahan panjang (L) terhadap panjang semula (L) yaitu:

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

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 tekananUntuk 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

KESIMPULAN1. 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:

TachometerPada setiap pelatihan audit pengukuran kecepatan misalnya untuk motor, pengukurannya sangat kritis karena kemungkinan terdapat perubahan frekuensi, slip padabeltdan pembebanan. Dalam hal ini ada dua jenis alat pengukur kecepatan yaitutachometerdanstroboscope.Tachometer.Tachometersederhana 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, rodatachometerdikontakkan dengan badan yang berputar. Karena adanya gesekan diantara keduanya, setelah beberapa detik kecepatan rodatachometersama 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) = 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, disebutdeceleration. 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 AccelerometerPrinsip 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) bekerjaAccelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperaturAccelerometer analog yang bekerja berdasarakan sistem mekanikTipe AccelerometerCapacitive: lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah kapasitansi, perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatanPiezoelectric: kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatanPiezoresistive: lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan perubahan percepatanHall 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 magnetHeat Transfer: percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperaturTerminology 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 atasLinearitas, selisih maksimum dari kurva antara tegangan yang dihasilkan dan gravitasi dengan garis lurusSensitivitas, ukuran seberapa banyak perubahan yang terjadi pada hasil output sensor berdasarkan perubahan percepatan yang dimasukan. Satuan dari sensitivitas adalah volts/g

Spesifikasi AccelerometerSpesifikasi dinamis:SensitivitasToleransi sensitivitasNoiseAmplitudo puncakRespon frekuensiResonansi frekuensiTemperature output dari sensitivitasRange temperatur outputSpesifikasi elektrik:Tegangan inputArus inputTegangan biasWaktu yang diperluakan untuk menyalakan accelerometerPelindungSpesifikasi mekanikal:Range temperaturBeratMaterial untuk sensorDesain sensorMaterial pelapis (casing)Contoh Penggunaan AccelerometerTransportasi: 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.AplikasiPeralatan 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.