Tranduser

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, klafikasi 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 bekerjanya atas 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),  Potensiometer dan 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 sumber energi dari luar. Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic dan termistor.

Tabel 2.1. menampilkan  prinsip kerja, sifat dan pemakaian alat dari kelas tranduser berdasarkan klasifikasi dan kelas transduser.  

Tabel 2.1. Klasifikasi transduser listrik

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Transduser Pasif
Potensiometer	Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar	Gaya, torsi dan posisi
Transformator selisih (LVDT)	Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo	Tekanan, gaya, dan pergeseran
Gage arus pusar	Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat	Pergeseran dan  ketebalan
Transduser Aktif
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
Sel fotoemisif	Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif	Cahaya dan radiasi
Kamar ionisasi  (ionisasion chamber)	Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.	Aliran elektron diindusir oleh ionisasi gas akibat radioaktif.
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  dan radiasi
Generator kumparan putar (tachogenerator)	Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan	Kecepatan dan 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 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
Pengukuran reluktansi	Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan	Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

4.3. Keuntungan-keuntungan dan 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 yang diukur.  Parameter penting untuk 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-line computation). Karena output dapat dimodifiksi atau diperkuat maka sinyal output tersebut dapat direkam pada osilograp perekam multi channel misalnya, pada  transduser listrik yang digunakan secara bersamaan.

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

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

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

(2)  Kekurangan transduser listrik ialah :

Kekurangan-kekurangan  transduser listrik, yaitu:

a.    Kurang baik pada pengukuran presisi.

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

c.    Elemen sensor dan pengkondisi sinyal-sinyal relative mahal

d.   Ketelitian dan resolusi tidak setinggi 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 hanya tanggap 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, dengan pengaman proteksi beban lebih  yang 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 bila mengukur besaran ukur sama secara berulang dalam kondisi lingkungan sama pula.

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

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

f.  Tanggapan dinamis (dynamic response) baik: Output dapat dipercaya terhadap input bila diambil sebagai fungsi waktu. Efek ini dianalisa sebagai tanggapan frekuensi.

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 bergantung pada bahan yang dipakai.

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

(3)  Sifat elastis yang tertinggal (after effect): Perubahan bentuk yang masih berlanjut bila beban diberikan dengan konstan dan kalau beban dilepas maka bentuk secara perlahan-lahan akan kembali keasalnya, dan hilang sisa perubahan bentuknya.

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