Transduser

BAB 2

Transduser

I.     Topik: Klasifikasi,  keuntungan, kekurangan dan karakteristik  transduser

II. Tujuan : Setelah melakukan  kegiatan pembelajaran diharapkan mahasiswa

dapat :

2.1.Menjelaskan pengertian transduser

2.2.Menyebutkan klasifikasi transduser listrik

2.3.Menyebutkan keuntungan-keuntungan dan kekurangan-kekurangan  transduser listrik.

2.4. Menjelaskan karakteristik transduser listrik

III. Pendahuluan

Kegiatan pembelajaran untuk topik transduser membahas tentang: pengertian tranduser, klasifikasi transduser listrik, keuntungan-keuntungan dan kekurangan-kekurangan menggunakan transduser listrik dan karakterteristik dasar transduser listrik.

IV. Materi

4.1.  Pengertian transduser

Transducer adalah suatu peralatan / alat yang dapat mengubah suatu besaran ke besaran lain, seperti besaran listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).

4.2. Klasifikasi transduser listrik

Transduser listrik dapat dibagi dalam dua katagori yaitu transduser pasif dan transduser aktif.Transduser pasif bekerja berdasarkan prinsip pengontrolan energi, transduser ini bekerjanyaatas dasar perubahan parameter listrik (resistansi, induktansi atau kapasitansi), oleh karena itu supaya dapat bekerja diperlukan penggerak atau sumber dari luar yang berbentuk energi listrik sekunder. Contoh:  pemakaian strain gauge digerakkan sumber listrik arus searah, LVDT (transformator diferensial) digerakkan oleh sinyal gelombang pembawa, Contoh lain: RTD (resistance thermal detector),  Potensiometerdan NTC.

Transduser aktif adalah devais yang dapat membangkitkan sendiri, bekerja menurut hukum kekekalan energi.Tranduser aktif dapat membangkitkan sinyal output listrik yang ekuivalen tanpa adanya sumberenergi dari luar. Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltaticdantermistor.

Tabel2.1. menampilkan prinsipkerja, sifat dan pemakaian alat dari kelas tranduserberdasarkan klasifikasi dan kelas transduser.

Tabel2.1. Klasifikasitransduser listrik

Parameter listrikdankelastransduser	Prinsipkerjadansifatalat	Pemakaianalat
TransduserPasif
Potensiometer	Perubahannilaitahanankarenaposisikontakbergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahannilaitahananakibatperubahanpanjangkawatolehtekanandariluar	Gaya, torsidanposisi
Transformatorselisih (LVDT)	Teganganselisihduakumparan primer akibatpergeseranintitrafo	Tekanan, gaya, dan pergeseran
Gage aruspusar	Perubahaninduktansikumparanakibatperubahanjarak plat	Pergeserandan ketebalan
TransduserAktif
Gage kerutan magnetik (magnetostriction gage)	Sifat‐sifat magnetik diubah oleh tekanan geser (stress)	Gaya, tekanan, bunyi (suara)
Pengukuran efek Hall	Beda potensial dibangkitkan pada sebuah plat semikonduktor (germanium) bila fluksi magnet berinteraksi dengan arus yang dimasukkan.	Fluksi magnet, arus
Selfotoemisif	Emisielektronakibatradiasi yang masukpadapermukaanfotemisif	Cahayadanradiasi
Kamar ionisasi  (ionisasion chamber)	Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.	Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.
Photomultiplier	Emisielektronsekunderakibatradiasi yang masukkekatodasensitifcahaya	Cahaya, radiasidan relay sensitifcahaya
Termokopel	Pembangkitangglpadatitiksambungdualogam yang berbedaakibatdipanasi	Temperatur, aliranpanas dan radiasi
Generator kumparanputar (tachogenerator)	Perputaransebuahkumparan di dalammedanmagnit yang membangkitkantegangan	Kecepatandangetaran
Piezoelektrik	Pembangkitangglbahankristalpiezoakibatgayadariluar	Suara, getaran, percepatan, tekanan
Selfototegangan	Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar	Cahaya matahari
Termometer tahanan (RTD)	Perubahannilaitahanankawatakibatperubahantemperatur	Temperatur, panas
Hygrometer tahanan	Tahanansebuah strip konduktifberubahterhadapkandunganuap air	Kelembabanrelatif
Termistor (NTC)	Penurunannilaitahananlogamakibatkenaikantemperatur	Temperatur
Mikroponkapasitor	Tekanan suara mengubah nnilai kapasitansi dua buah plat	Suara, musik,derau
Gage‐tekanan, kapasitansi Berubah	Jarak antara dua plat paralel diubah oleh sebuah gaya yang diberikan dari luar.	Pergeseran, tekanan Suara, musik, derau
Ukuran dielektrik	Variasi kapasitansi melalui perubahan dielektrik.	ketebalan
Transducer rangkaian Magnetik	Induktansi diri atau induktansi bersama dari kumparan yang dieksitasi oleh AC diubah dng perubahan‐perubahan di dalam rangkaian magnetik.	Tekanan, pergeseran
Pengukuranreluktansi	Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan	Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

4.3. Keuntungan-keuntungandan kekurangan-kekurangan transduser listrik

Transduser listrik berfungsi untuk mengubah besaran fisika, mekanik atau optik untuk ditransformasikan langsung dan diubah menjadi besaran listrik yang berupa tegangan atau arus yang sebanding dengan besaran yangdiukur. Parameter pentinguntuk menilai kemampuan transduser yaitu: linieritas, sifat pengulangan, resolusi(ketajaman) dan kehandalan.

(1) Keuntungan transduser listrik meliputi:

a. Output listrik dapat diperkuat menurut keperluan.

b. Output dapat dilihat dan direkam secara jarak jauh, selain  dapat dibaca atau dilihat untuk beberapa transduser dapat diproses bersama-sama.

c. Output dapat diubah tergantung keperluan pemeragaan atau mengontrol alat

lain. Besarnya sinyal dapat dinyatakan dengan tegangan atau arus. Informasi frekuensi atau pulsa. Output yang sama dapat diubah menjadi format digital, pemeragaan digital, pencetakan (print out) atau penghitungan dalam proses (on-linecomputation). Karena output dapat dimodifiksi atau diperkuatmaka sinyal output tersebut dapat direkam pada osilograp perekam multichannel misalnya, pada  transduser listrik yang digunakan secarabersamaan.

d. Sinyal dapat dikondisikan atau dicampur untuk mendapatkan kombinasi outputdan transduser sejenis, seperti contohnya pada komputer on line, atau padasistem kontrol adaptif.

e. Ukuran dan bentuk transduser dapat disesuaikan dengan rancangan alat untukmendapatkan berat serta volume optimum.

f. Dimensi dan bentuk desain dapat dipilih agar tidak mengganggu sifat yangdiukur seperti misalnya pada pengukuran turbulensi arus, ukuran transduserdapat dibuat kecil sekali, ini akan menaikkan frekuensi natural dan menjadilebih baik. Contohnya pada transduser piezo elektrik miniatur yang digunakanuntuk mengukur getaran.

(2)  Kekurangan transduser listrik ialah :

Kekurangan-kekurangantransduser listrik, yaitu:

a.    Kurang baik pada pengukuran presisi.

b.    Alat kurang andal dibanding dengan jenis mekanik karena umur dan driftkomponen aktif yang digunakan dapat mempengaruhi besaran listrik.

c.    Elemen sensor danpengkondisi sinyal-sinyal relative mahal

d.   Ketelitian dan resolusi tidaksetinggi alat mekanik yang dapat mempunyai ketelitian hingga 0,01%.

Tetapi sekarang dengan peningkatan teknologi rangkaian terintegrasi, ketelitian dan stabilitasnya dapat ditingkatkan. Teknik spesial, seperti dengan feedback pada sistem dimana indikasi nol diterapkan dalam pemrosesan, maka terdapat perbaikan ketelitian tetapi menambah kekomplekan sistem sehingga ukurannya lebih besar dan  menurunkan frekuensi naturalnya dan harganya  lebih mahal.

2.4. Karakteristik dasar transduser

Transduser dirancang untuk meraba besaran ukur yang spesifik atau hanyatanggap terhadap besaran ukur tertentu saja. Pemilihan karakteristik transduser listrik dan mekanik sangat penting, untuk pemakain tertentu dalam instrumen suatu penelitian perlu memperhatikan hal-hal sebagai berikut:

a. Kokoh (ruggedness) kemampuan untuk bertahan pada beban lebih, denganpengamanproteksi beban lebihyang dapat mencegah pemakaian beban lebih.

b. Linieritas, Kemampuan menghasilkan karakteristik input-output yang simetris dan linier.

c. Kemampuan ulang, kemampuan menghasilkan sinyal output yang tepat sama bilamengukur besaran ukur sama secara berulang dalam kondisi lingkungan samapula.

d. Instrumentasi memuaskan, memberikan sinyal output analog yang tinggi dengan perbandingan sinyal terhadap noise yang besar; dalam banyak hal lebih disukaibesaran digital.

e. Stabilitas dan keandalan tinggi,  kesalahan pengukuran minimum, tidakterpengaruh temperatur, getaran dan variasi keadaan lingkungan.

f. Tanggapan dinamis (dynamic response) baik: Output dapat dipercaya terhadapinput bila diambil sebagai fungsi waktu. Efek ini dianalisa sebagai tanggapanfrekuensi.

g. Karakteristik mekanik yang baik dapat mempengaruhi unjuk kerja statis kuasistatis dan keadaan dinamis. Efek utamanya adalah :

(1) Histerisis mekanik, mengakibatkan tanggapan elemen sensor yang tidak sempurna, yang terjadi pada dimensi transduser strain. Sifat ini bergantungpada bahan yang dipakai.

(2)  Kental atau merayap (creep): disebabkan karena adanya aliran kentalbahan elemen sensor. Besarnya semakin naik bila beban naik dan temperatur naik. Bahan yang mempunyai titik leleh rendah memperlihatkan harga sifatmerayap/mengalir yang  besar.

(3)  Sifat elastis yang tertinggal (after effect): Perubahan bentuk yang masihberlanjut bila beban diberikan dengan konstan dan kalau beban dilepas makabentuk secara perlahan-lahan akan kembali keasalnya, dan hilang sisaperubahan bentuknya.

h.Minimumkan noise yang bersatu dengan devais integrated, minimumkan asimitri dan kerusakan lain.

V.  Pendalaman materi

1.         Jelaskan dan beri contoh apa yang dimaksud dengan tranduser:

a.       Pasif

b.      Aktif

2.         Sebutkan keuntungan apa saja yang diperoleh jika menggunakan tranduser listrik

3.         Sebutkan kerugian apa saja yang terjadi jika menggunakan tranduser listrik

4.         Sebutkan karakteristikapa saja yang yang harusdimiliki oleh tranduser listrik agar dapat dipakai sebagai instrumen pedeteksi.