TRANSDUCER & SENSOR TE By : Risa Farrid Christianti, ST.MT. S1-Teknik Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto

Transkripsi

1 TRANSDUCER & SENSOR TE By : Risa Farrid Christianti, ST.MT. S1-Teknik Elektro Institut Teknologi Telkom Purwokerto

2 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

3 INFORMASI Jadwal : Kamis, pk WIB Prosentase Nilai : UTS = 25% UAS = 25% Tugas = 30% Quis = 20%

4 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.

5 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.

6 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.

7 Definisi, Jenis dan Klasifikasi Sensor dan Transduser BAB I

8 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 :

9 Definisi Sensor Sensor menggunakan beberapa bentuk energi untuk mendapatkan informasi. Contoh : pengukuran jarak dengan ultrasonik.

10 Definisi Sensor Satu bentuk energi dapat digunakan untuk pengukuran jumlah yang berbeda. Contoh : Aplikasi sensor-sensor induktif

11 Definisi Transducer Transducer berasal dari bahasa Latin tranducere, yang artinya mengubah. Masukan transducer adalah sensor. Keluaran transducer adalah aktuator.

12 Klasifikasi Transducer Tipe-tipe bentuk energi :

13 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)

14 Klasifikasi Transducer Indeks Miller = vektor dimensi tiga [x y z] [energi masukan, energi keluaran, energi termodulasi]

15 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 = σ I i e i = σ. dl + P ρ ρ + V. dq + E. dd + H. db + T. ds + w r

16 Karakteristik Statik Karakteristik Sistematik Range : nilai maksimal minimal dari variabel input dan output. Contoh : range input C atau range output 4 20mA Span : variasi maksimum input atau output. Contoh : C atau 16mA Linearitas : nilai-nilai input I dan nilai-nilai output O yang terletak pada garis lurus. O ideal = KI + a Nonlinearitas K = O max O min I max I min

17 Karakteristik Dinamik Fungsi-Fungsi Transfer Elemen-elemen orde satu Contoh : sensor suhu dideskripsikan oleh persamaan keseimbangan panas. τ dt dt + T = T F G s = τs Dimana : τ = konstanta waktu T = suhu sensor T F = suhu ambang

18 Karakteristik Dinamik Fungsi-Fungsi Transfer Elemen-elemen orde dua Contoh : accelerometer 1 d 2 x + 2ξ dx + x = 1 F G s = 1 ω n dt 2 ω n dt k 1 Dimana : ω 2 S 2 + 2ξ ωn s+1 n ω n = k m rad/sec = frekuensi alami tidak teredam ξ = λ 2 km = rasio redaman

19 Parameter-Parameter Transducer Deskripsi Kedudukan - contoh

20 Kesalahan Statik Teknik Mengurangi Kesalahan Mengkompensasi elemen non-linier Umpan balik negatif penguat tinggi

21 Kesalahan Dinamik Teknik Kompensasi Kompensasi dinamik loop terbuka V out ( )=G u ( )G c ( )F in ( )

22 Kesalahan Dinamik Teknik Kompensasi Umpan balik negatif penguatan tinggi G G V out ( )= A ω 1+G F G A ω G F ω in 1 F G F ( ) in( ) untuk ω min < ω < ω max

23 Kesalahan Dinamik Teknik Kompensasi Umpan balik negatif penguatan tinggi G G V out ( )= A ω 1+G F G A ω G F ω in 1 F G F ( ) in( ) untuk ω min < ω < ω max

24 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 komponenkomponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar. Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat 2 (alat 2 ) 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.

25 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 komponenkomponen mekanik dan elektronik menjadi unit fungsional yang lebih besar. Miceromechanics : perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat 2 (alat 2 ) 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.

26 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).

27 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

28 Lanjut ke bab berikutnya.