TRANSDUCER
& SENSOR TE6210603
By :
Risa Farrid Christianti, ST.MT.
S1-Teknik Elektro
Institut Teknologi Telkom
Purwokerto
SILABUS
1. Definisi, jenis dan klasifikasi sensor dan transduser
2. Definisi akuisisi data
3. Konsep Fisis Sensor
4. Karakteristik Statis Sensor
5. Karakteristik Dinamis Sensor
6. Perancangan Sistem Akuisisi Data
7. Teknik Pengkondisi Sinyal
INFORMASI
Jadwal :
Selasa, pk. 14.30 – 17.10 WIB
Prosentase Nilai :
UTS = 25%
UAS = 25%
Tugas = 30%
Quis = 20%
REFERENSI
1. Pallas-Areny, R., Webster, John G., 1991, Sensors and Signal
Conditioning, John Wiley & Sons, Inc., New York.
2. W. Jon., 2005, Sensor Technologi Handbook, 1/ed, Elsevier, USA.
3. Helfrick, Albert D., Cooper, William D., 1990, Modern Electronis
Instrumentation and Measurement Techniques, Prentice-Hall, Inc.,
Englewood Cliffs, New Jersey.
KONTRAK PERKULIAHAN
Total Kehadiran mahasiswa minimal 75%.
Mahasiswa harus berpakaian sesuai aturan seragam institusi
(baju berkerah, rapi, sopan, dan bersepatu).
Mahasiswa terlambat maksimal 15 menit, dan bagi yang
terlambat melebihi batas toleransi tidak diperkenankan mengisi
daftar absensi.
Mahasiswa yang tidak bisa atau berhalangan hadir mengikuti
ujian, harus ijin sebelum pelaksanaan ujian kepada dosen
pengampu, dan konfirmasi mengikuti ujian susulan maksimal 3
hari setelah ujian.
Selama perkuliahan berlangsung HP harus di “silent” dan
dilarang membuka Laptop dan Gadget lainnya selama
perkuliahan (kecuali diminta Dosen).
Menjaga kesopanan dalam berkomunikasi dengan dosen dan
teman baik secara langsung maupun lewat SMS/Telepon.
KONTRAK PERKULIAHAN
Mahasiswa diperkenankan membawa minuman ke dalam
ruang kelas atan tetapi dilarang meninggalkan bekas
makanan dan atau minuman di dalam ruang kuliah.
Mahasiswa yang diperbolehkan izin:
Sakit yang dibuktikan dengan surat keterangan sakit dari dokter
yang diberikan maksimal pada perkuliahan selanjutnya.
Dispensasi dengan surat dari institusi
Orang tua/keluaraga inti meninggal/sakit keras
Keluarga inti menikah.
Konfirmasi ijin ke dosen pengampu maksimal pada saat
pelaksanaan perkuliahan berikutnya.
Hal-hal yang tidak diatur dalam tata tertib ini dilimpahkan
wewenangnya kepada dosen pengampu.
Definisi, Jenis dan Klasifikasi
Sensor dan Transduser BAB I
Definisi Sensor
Sensor adalah suatu alat/perangkat yang mengubah
fenomena fisik menjadi sinyal elektrik.
Dengan demikian, sensor mewakili bagian antarmuka antara
dunia fisik dan dunia perangkat elektrik, seperti komputer.
Bagian lain dari antarmuka ini diwakili oleh aktuator, yang
mengubah sinyal elekrik menjadi fenomena fisik.
Contoh :
Definisi Sensor
Sensor menggunakan beberapa bentuk energi untuk
mendapatkan informasi.
Contoh : pengukuran jarak dengan ultrasonik.
Definisi Sensor
Satu bentuk energi dapat digunakan untuk pengukuran
jumlah yang berbeda.
Contoh : Aplikasi sensor-sensor induktif
Definisi Transducer
Transducer berasal dari bahasa Latin “tranducere”, yang
artinya mengubah.
Masukan transducer adalah sensor.
Keluaran transducer adalah aktuator.
Klasifikasi Transducer
Tipe-tipe bentuk energi :
Klasifikasi Transducer
Modulasi dan transducer pembangkit sendiri
Pemodulasian transducer membutuhkan sumber energi bantu
(strain gauge, resistor termal, liquid crystal display (LCD)
Transducer pembangkitan sendiri tidak membutuhkan sumber
energi bantu. (solar cell, thermocouple, elemen piezoelektrik)
Klasifikasi Transducer
Indeks Miller = vektor dimensi tiga
[x y z] [energi masukan, energi keluaran, energi termodulasi]
Deskripsi Kedudukan Transducer
Deskripsi kedudukan mantap (steady state) –
mengungkapkan karakteristik-karakteristik transducer.
Catat : tidak ada transducer yang sensitif hanya terhadap 1
energi fisik.
Anggaplah ada sebuah volume kecil dV dimana transducer
ditempatkan.
Energi berisi dW dalam volume tersebut berisi jumlah dari semua
energi yang mungkin.
𝑑𝑊 = 𝐼𝑖𝑒𝑖 = 𝜎. 𝑑𝑙 + 𝑃𝜕𝜌
𝜌+ 𝑉. 𝑑𝑞 + 𝐸. 𝑑𝐷 + 𝐻. 𝑑𝐵 + 𝑇. 𝑑𝑆 + 𝑤𝑟
Karakteristik Statik
Karakteristik Sistematik
Range : nilai maksimal minimal dari variabel input dan output.
Contoh : range input 100 – 2500C atau range output 4 – 20mA
Span : variasi maksimum input atau output.
Contoh : 1500C atau 16mA
Linearitas : nilai-nilai input I dan nilai-nilai output O yang
terletak pada garis lurus.
𝑂𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 𝐾𝐼 + 𝑎 𝐾 =𝑂𝑚𝑎𝑥 − 𝑂𝑚𝑖𝑛
𝐼𝑚𝑎𝑥 − 𝐼𝑚𝑖𝑛
Nonlinearitas
𝑁 𝐼 = 𝑂 𝐼 − (𝐾𝐼 + 𝑎)
Karakteristik Dinamik
Fungsi-Fungsi Transfer
Elemen-elemen orde satu
Contoh : sensor suhu dideskripsikan oleh persamaan
keseimbangan panas.
𝜏𝑑𝑇
𝑑𝑡+ 𝑇 = 𝑇𝐹 → 𝐺 𝑠 =
1
1 + 𝜏𝑠
Dimana : 𝜏 = konstanta waktu
T = suhu sensor
TF = suhu ambang
Karakteristik Dinamik
Fungsi-Fungsi Transfer
Elemen-elemen orde dua
Contoh : accelerometer
1
𝜔𝑛
𝑑2𝑥
𝑑𝑡2+
2𝜉
𝜔𝑛
𝑑𝑥
𝑑𝑡+ 𝑥 =
1
𝑘𝐹 𝐺 𝑠 =
11
𝜔2𝑛𝑆2+
2𝜉
𝜔𝑛𝑠+1
Dimana :
𝜔𝑛 =𝑘
𝑚 rad/sec = frekuensi alami tidak teredam
𝜉 =𝜆
2 𝑘𝑚 = rasio redaman
Parameter-Parameter Transducer
Deskripsi Kedudukan - contoh
Kesalahan Statik – Teknik
Mengurangi Kesalahan
Mengkompensasi elemen non-linier Umpan balik negatif penguat tinggi
Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi
Kompensasi dinamik loop terbuka
𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺𝑢()𝐺𝑐()𝐹𝑖𝑛 ()
Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi
Umpan balik negatif penguatan tinggi
𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺 𝐺𝐴 𝜔
1+𝐺 𝐺𝐴 𝜔 𝐺𝐹 𝜔𝐹𝑖𝑛
1
𝐺𝐹()𝐹𝑖𝑛() untuk 𝜔𝑚𝑖𝑛 < 𝜔 < 𝜔𝑚𝑎𝑥
Kesalahan Dinamik – Teknik Kompensasi
Umpan balik negatif penguatan tinggi
𝑉𝑜𝑢𝑡 ()=𝐺 𝐺𝐴 𝜔
1+𝐺 𝐺𝐴 𝜔 𝐺𝐹 𝜔𝐹𝑖𝑛
1
𝐺𝐹()𝐹𝑖𝑛() untuk 𝜔𝑚𝑖𝑛 < 𝜔 < 𝜔𝑚𝑎𝑥
Definisi & Terminologi
Biophotonics : aplikasi teknologi fotonik dalam produk-produk medis atau bioteknologi.
Biosensor : sensor untuk pengukuran dari konsentrasi-konsentrasi ion dalam sistem hidup atau senyawa-senyawa organik.
Mechatronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan komponen-komponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar.
Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat2 (alat2) mekanik yang amat sangat kecil.
Optoelectronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan optik atau fotonik dan elektronika dalam satu alat.
Smart sensor : unit fungsional chip tunggal yang mengkombinasikan fungsi-fungsi sensing dan processing.
Definisi & Terminologi
Biophotonics : aplikasi teknologi fotonik dalam produk-produk medis atau bioteknologi.
Biosensor : sensor untuk pengukuran dari konsentrasi-konsentrasi ion dalam sistem hidup atau senyawa-senyawa organik.
Mechatronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan komponen-komponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar.
Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat2 (alat2) mekanik yang amat sangat kecil.
Optoelectronics : disiplin ilmu yang mengkombinasikan optik atau fotonik dan elektronika dalam satu alat.
Smart sensor : unit fungsional chip tunggal yang mengkombinasikan fungsi-fungsi sensing dan processing.
Efek-Efek Transducer dalam Materi Silikon
dan Materi Kompatibel Lainnya
Efek-efek transducer dalam silikon merupakan efek dari elektron-elektron
yang menjadi pembawa informasi (information carrier).
Pertanyaan-Pertanyaan Review
Jelaskan perbedaan antara transducer termodulasi dengan pembangkitan
sendiri!
Definisikan jenis dan indeks Miller untuk :
1. Termistor
2. Layar TV
3. Pengeras suara
Berikan contoh sensor pembangkitan sendiri untuk energi thermal
Berikan contoh sensor termdulasi untuk energi magnetik
Turunkan fungsi transfer dari sensor suhu
Turunkan fungsi transfer dari accelerometer
Jelaskan prinsip kompensasi menggunakan koreksi loop terbuka
Jelaskan prinsip kompensasi menggunakan umpan balik negatif gain tinggi,
untuk karakteristik statik dan karakteristik dinamik
Lanjut ke bab berikutnya.