Sensor merupakan salah satu bagian kritikal dalam close loop system. Sensor di definisikan sebagai elemen pengukur atau alat yang dapat merespon terhadap perubahan fenomena fisik. Transducer yaitu alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi ke output sinyal elektrik. Kadang sensor dan transducer mempunyai arti tunggal. Sensing device bisa terdiri dari satu sensor atau di tambah dengan filters, amplifiers, modulators, dan signal conditioners.
Karakteristik Sensor :
1. Accuracy
Perbedaan antara nilai yang di ukur dan nilai actual. Accuracy di tentukan dengan membandingkan nilai yang terbaca dengan nilai absolute atau nilai standar.
2. Precision, Repeatability & Reproducibility
Repeatability di gambarkan sebagai kemampuan mengukur dengan nilai yang mendekati menggunakan input yang sama secara berulang dalam waktu singkat, instrument, metode, dan kondisi yang sama. Reproducibility merupakan kemampuan mengukur dengan nilai yang mendekati menggunakan input yang sama tetapi menggunakan instrument, metode, dan kondisi yang berbeda. Precision berarti kemampuan untuk repeatability dan reproducibility dengan nilai random yang rendah atau tidak ada.
Contoh test yang di lakukan pada 3 robot yang di program berbeda untuk menaruh benda di titik pusat
– Robot 1 : low precision dan low accuracy
Material di taruh acak dan tempat yang salah
– Robot 2 : high precision dan low accuracy
Konsisten menaruh material di posisi yang sama tapi tempatnya salah
– Robot 1 : high precision dan high accuracy
Konsisten menaruh material di posisi yang sama dan tempatnya tepat
3. Range dan Span
Range merupakan niai atau kemampuan pembacaan instrumen dari nilai terendah ke yang tertinggi sedangkan span adalah jarak antara nilai terendah dan tertinggi yang dapat di baca instrumen.
Contoh Thermometer dengan skala – 40°C sampai 100°C maka range-nya – 40°C sampai 100°C dan span mempunyai 140°C
4. Sensitivity
Rasio perubahan nilai output sistem di karenakan nilai input yang berubah.
Contoh jika nilai output pressure transmitter berubah 3.2mV dan terjadi perubahan output sistem 1 psi maka di katakan punya sensitivity 3.2mV
5. Resolution
Nilai terkecil dari input yan dapat mengubah output sistem, jadi sensitivity dan resolution sangat berhubungan.
6. Hysterisis
Perbedaan pembacaan nilai yang terbaca di karenakan pengukuran di lakukan dari arah yang berkebalikan. Biasanya di karenakan stressed material dari 0 ke full deflection misalnya 0% ke 100% lalu 0%.
7. Linearity
Proporsional linear penyimpangan nilai absolute dan yang terbaca.
a. Hysterisis error
b. Non Linearity
1. Temperatur
Satuan pengukuran yang biasa di gunakan yaitu Fahrenheit (F), Celsius or Centigrade (C), Rankine (R), or Kelvin (K)
Perhitungan konversi satuan temperature :
°C = 5/9 (°F – 32)
k = °C + 273.15
°F = 9/5° C + 32
°R = °F + 459.67
Temperatur sensor yang biasa di pakai antara lain Thermocouples, RTD, Thermistor dan I. C. Sensor
a. Thermocouples
Prinsip dasarnya yaitu pengukuran di open circuit 2 jenis metal yang salah satu ujungnya di gabung.
Keuntungan penggunaan thermocouple :
– Range temperature lebar –262 sampai +2760 °C
– Bisa di buat dari beberapa tipe material
– Murah
– Bentuknya beragam
Range temperature beberapa tipe thermocouple
Kerugian penggunaan thermocouple :
– Non linear
– Kurang stabil
– Kurang sensitif
b. RTD
Prinsip dasarnya adalah mengukur perubahan resistansi karena temperaturnya berubah. Jenis yang umum di gunakan adalah PT100 yang mempunyai resistansi 100 Ω pada suhu 0°C.
Konstruksi RTD
Material dari RTD :
Platinum: – 270°C sampai 1000°C ( 100 Ω pada 0 °C )
Copper: – 200°C sampai 260°C
Nickel: – 200°C sampai 430°C ( 1000 Ω pada 0 °C )
Tungsten: – 270°C sampai 1100°C
Keuntungan penggunaan RTD :
– Accuracy paling tinggi
– Paling stabil
– Lebih linear dari thermocouple
Kerugian penggunaan RTD :
– Mahal
– Respon lambat
– Di perlukan sumber arus ( Current source )
c. Thermistor
Terbuat dari metal oxide semiconductor yang mempunyai koeffisien negatife temperatur ( ( negative temperature coefficien ) yang tinggi, resistansi turun jika temperature naik.
Keuntungan penggunaan Thermistor:
– Respon cepat
– Paling sensitif
– Output tinggi
Kerugian penggunaan Thermistor :
– Non linear
– Range temperature terbatas maks 500 °C
– Di perlukan sumber arus ( Current source )
d. I. C. Sensor
Sensor yan sudah terintegrasi di bentuk dari integrated silicon chips.
Keuntungan penggunaan Thermistor:
– Paling linear
– Murah
Kerugian penggunaan Thermistor :
– Respon lambat
– Di perlukan power supply
2. Pressure
Pressure adalah besarnya gaya ( force ) yang di lakukan pada area tertentu satuannya pounds per square inch (psi), pounds per square foot(psf) di English units atau pascals (Pa or kPa) di metric units.
Pressure = force / area
Atmospheric pressure adalah pressure di permukaan bumi berdasarkan berat gas di atmosfir.
Absolute pressure adalah pengukuran pressure di bandingkan dengan vacuum contoh satuannya pounds per square inch absolute (psia).
Gauge pressure adalah pengukuran pressure di bandingkan dengan atmospheric pressure contoh satuannya pounds per square inch gauge (psig).
Absolute pressure = Gauge pressure + Atmospheric pressure
Differential pressure adalah perbedaan antara 2 absolute pressure.
a. Manometers
Merupakan passive instruments yang memberikan nilai pressure secara visual.
b. Diaphragms , Capsules, and Bellows
Diaphragms
Pressure yang di dapat diaphragms menyebabkan pergerakan translasi yang dapat di ukur. Materialnya menggunakan rubber untuk low pressure, silicon untuk medium pressures dan stainless steel untuk high pressures.
Capsules
Dua diaphragms yang di gabung.
Bellows
Prinsipnya sama dengan capsules dan diaphragms. Perubahan pressure mengakibatkan pergerakan translasi di ujung bellows.
c. Bourdon tubes
Umumnya di gunakan untuk mengukur gas atau liquid. Terdiri dari metal tube atau flexible dengan satu posisi fix dan satu posisi free. Jika ada tekanan metal tube atau flexible yang posisinya fix mengembang atau bergerak merubah pembacaan skala.
d. Piezoelectric
Piezoelectric crystals menghasilkan tegangan jika crystals mendapat pressure.
e. Capacitive
Prinsip kerjanya berdasarkan perubahan capacitance antara diaphragm dan metal plate ketika mendapat pressure.
f. Resonant wire
Resonant wire akan mengalami vibrasi jika mendapat pressure.
Daftar Pustaka
Altmann, Wolfgang, 2005, Practical Process Control for Engineers and Technicians, Newnes, Burlington MA
Bishop, Robert H, 2002, The Mechatronics Handbook, CRC Press, Boca Raton, Florida
Braunl, Thomas, 2006, Embedded Robotics : Mobile Robot Design and Applications with Embedded System, Springer, Perth Australia
Dunn, William C, 2005, Fundamentals of Industrial Instrumentation and Process Control, Mc Graw Hill
Morris, Alan S, 2001, Measurements and Instrumentation Principles, Butterworth Heinemann, Woburn MA
Technologies, Agilent,1997, Practical Temperature Measurements : Application Note 290, Agilent Technologies
Ismail Arifin 