Pengertian Transducer Dan Sensor

CLINTON GULTOM   11/21/2019   TECHNOLOGY   Comment  

Pengertian Transduser Transducer berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti mengubah. Bagian masukan dari transduser disebut “sensor ”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).

Sehingga definisi transducer adalah alat yang biasa pada elektonika, kelistrikan, mekanik elektronik, elektromagnetik, digunakan mengubah energi dari satu energi ke bentuk energi yang lain untuk berbagai pengukuran atau transfer informasi. Contoh umum termasuk mikrofon, pengeras suara, termometer, posisi dan sensor tekanan, dan antena. Meskipun umumnya tidak dianggap sebagai transduser, fotosel, LED (dioda pemancar cahaya), dan bahkan bola lampu umum adalah transduser. Ada beberapa macam dari pembagian tranducer, yaitu :

a. Menurut daya yang diperlukan ( William D.C, 1993 )
· Self generating transduser (transduser pembangkit sendiri)
Self generating transduser adalah transduser yang hanya memerlukan satu sumber energi.

Contoh: piezoelectric, termocouple, photovoltatic, termistor, dsb.

Ciri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari transduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai sumber tegangan.

· External power transduser (transduser daya dari luar)

External power transduser adalah transduser yang memerlukan sejumlah energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran.

Contoh: RTD (resistance thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier variable differential transformer), Potensiometer, NTC, dsb.

b. Menurut pengubahan bentuk energi :
· Input Tranducers. Electric-Input Tranducers mengubah energy non-listrik seperti suara, cahaya menjadi energi listrik.
· Output Tranducers. Electric-Output Tranducers merupakan kebalikan dari Electric-Input Tranducers.

c. Menurut pola aktivasinya :
· Transduser pasif, yaitu transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar.
· Transduser aktif, yaitu transduser yang bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.

Efisiensi adalah suatu pertimbangan penting dalam suatu transduser. Efisiensi transduser didefinisikan sebagai rasio output daya dalam bentuk yang diinginkan ke input daya total. Secara matematis, jika P merupakan masukan daya total dan Q merupakan output daya dalam bentuk yang diinginkan, maka E efisiensi, sebagai rasio antara 0 dan 1, maka:

E = Q / P

Jika% E merupakan efisiensi dalam persentase, maka:

E % = 100 Q / P

Tidak ada transduser yang 100% efisien dalam penggunaannya, beberapa daya selalu hilang dalam proses konversi. Biasanya kerugian ini diwujudkan dalam bentuk panas. Sebagai contoh di antara transduser terburuk dalam hal efisiensi adalah lampu pijar. Bola 100-watt memancarkan hanya beberapa watt dalam bentuk cahaya tampak. Sebagian besar daya berubah menjadi energi panas.

Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser berdasarkan sifat kelistrikannya.

Tabel 1. Kelompok Transduser.

1. Parameter listrik dan kelas transduser
2. Prinsip kerja dan sifat alat
3. Pemakaian alat
4. Transduser Pasif
5. Potensiometer

Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser

1. Tekanan, pergeseran/posisi
2. Strain gage
3. Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar
4. Gaya, torsi, posisi
5. Transformator selisih (LVDT)
6. Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo
7. Tekanan, gaya, pergeseran
8. Gage arus pusar

Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat

1. Pergeseran, ketebalan
2. Transduser Aktif
3. Sel fotoemisif

Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif

• Cahaya dan radiasi
• Photomultiplier

Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya

• Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya
• Termokopel

Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi

• Temperatur, aliran panas, radiasi
• Generator kumparan putar (tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan

• Kecepatan, getaran
• Piezoelektrik

Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar

• Suara, getaran, percepatan, tekanan
• Sel foto tegangan

Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar

• Cahaya matahari
• Termometer tahanan (RTD)

Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur

• Temperatur, panas
• Hygrometer tahanan

Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air

• Kelembaban relatif
• Termistor (NTC)

Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur

• Temperatur
• Mikropon kapasitor

Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat

• Suara, musik,derau
• Pengukuran reluktansi

Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan
Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

Sumber: William D.C, (1993)

2) Pemilihan Transduser
Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini:
1. Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi pada bebanlebih.
2. Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan-keluaran yang linier.
3. Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan.
4. Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama.
5. Repeatability, yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam kondisi lingkungan yang sama.
6. Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan.
Diantara beberapa karakteristik transduser di atas, akan dibahas lebih mendalam tentang linieritas.

3) Linieritas Transduser
Linieritas adalah suatu sifat yang penting dalam suatu transduser. Bila suatu transduser adalah linier, maka bila masukan menjadi dua kali lipat, maka keluaran – misalnya – menjadi dua kali lipat juga. Hal ini tentu akan mempermudah dalam memahami dan memanfaatkan transduser tersebut. 

Ketidaklinieran setidaknya dapat dibagi menjadi dua, yaitu ketidak-linieran yang diketahui dan yang tidak diketahui. Ketidaklinieran yang tidak diketahui tentu sangat menyulitkan, karena hubungan masukan – keluaran tidak diketahui. Seandainya transduser semacam ini dipakai sebagai alat ukur, ketika masukan menjadi dua kali lipat, maka keluarannya menjadi dua kali lipat atau tiga kali lipat, atau yang lain, tidak diketahui. Sehingga untuk transduser semacam ini, perlu dilakukan penelitian tersendiri untuk mendapatkan hubungan masukan– keluaran, sebelum memanfaatkannya. 

Adapun untuk ketidaklinieran yang diketahui, maka transduser yang memiliki watak semacam ini masih dapat dimanfaatkan dengan menghindari ketidaklinierannya atau dengan melakukan beberapa transformasi pada rumus-rumus yang menghubungkan masukan dengan keluaran. Contoh ketidaklinieran yang diketahui misalnya: daerah mati, saturasi, logaritmis, kuadratis dan sebagainya.

Perinciannya adalah sebagai berikut:

1. Daerah mati (dead zone) artinya adalah ketika telah diberikan masukan, keluaran belum ada. Baru setelah melewati nilai ambang tertentu, ada keluaran yang proporsional terhadap masukan.

Gambar 13. Daerah Mati (dead zone)

2. Saturasi maksudnya adalah, ketika masukan dibesarkan sampai nilai tertentu, keluaran tidak bertambah besar, tetapi hanya menunjukkan nilai yang tetap.

Gambar 14. Saturasi (saturation)

3. Logaritmis, maksudnya adalah sesuai dengan namanya, bila masukan bertambah besar secara linier, keluarannya bertambah besar secara logaritmis.

4. Kudratis, maksudnya adalah – sesuai dengan namanya – bila masukan bertambah besar secara linier, keluarannya bertambah besar secara kuadratis

Pada kondisi riil, transduser yang linier dalam jangkau yang luas sangat jarang ditemui. Bahkan banyak transduser yang memiliki sifat tidak linier yang merupakan gabungan dari beberapa sifat tidak linier. Oleh karena itu, perlu kiat-kiat yang tepat untuk memanfaatkan fenomena tersebut.

B.  SENSOR

D Sharon, dkk (1982), sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Sensor biasa digunakan untuk mengukur magnitude sesuatu. 

Sensor merupakan jenis transducer yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan / arus listrik. Sensor dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari system otomatisasi industri.

Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak jenis sensor yang digunakan. Robotik adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang kompleks, disini  sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis sensor yaitu: (D Sharon, dkk, 1982)

a.       Internal sensor.

Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi  berbagai sambungan mekanik pada robot, dan merupakan bagian dari mekanisme servo

b.      External sensor.

Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu:

1). Untuk keamanan dan

2). Untuk penuntun.

Sesuai dengan fungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan meng-informasikan sinyal tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan fungsi sensor akan dilanjutkan oleh transduser. Karena keterkaitan antara sensor dan transduser begitu erat maka pemilihan transduser yang tepat dan sesuai juga perlu diperhatikan.