�ݺ�ߣ

Sensor dan Transduser

MINGGU 2

PRINSIP-PRINSIP FISIKA
SENSOR DAN TRANSDUCER

2012 M. Ilyas Hadikusuma, ST, M.Eng Sensors dan Transducers

Overview :
Kebanyakan sensor / transducer mengkonversi
besaran non listrik menjadi listrik
Konversi memerlukan beberapa tahapan
Konversi tersebut melibatkan perubahan energi
dimana tahap akhirnya harus menghasilkan sebuah
sinyal elektris dalam bentuk yang diinginkan.
Sensor dikategorikan menjadi dua, yaitu : direct dan
complex.
Prinsip-prinsip fisika digunakan dalam direct sensor
dan transducer



Objek Pembelajaran :
1. Muatan,Medan dan Potensial Listrik
2. Kapasitansi
3. Magnetik
4. Piezoelektrik
5. Suhu
6. Cahaya


Muatan, Medan dan Potensial Listrik
• Pertama kali diselidiki oleh Benjamin
Franklin
• Dikenal dengan triboelectric effect
(gesekan listrik)
• Perpindahan atau perubahan distribusi
elektron dan hole pada sebuah material
• Contoh: Gaya tarik menarik kaca dan kain
sutra


• Muatan sejenis akan saling tolak, tidak sejenis
saling tarik
• Gaya f akan timbul saat sebuah muatan atau
lebih berada pada medan muatan referensi
(flux/E)


• Kombinasi muatan tak sejenis dengan jarak tertentu
disebut dipole listrik
• Biasanya terdapat pada materi kristal seperti pada
piezoelektrik sensor
• Dipole yang berada dalam medan listrik akan berotasi,
dapat berubah jika ada usaha dari luar yang tersimpan
dalam bentuk potensial listrik

Kapasitansi
• Kombinasi plat induktor yang dapat
menyimpan muatan listrik disebut
kapasitor
q ε0 A
• Muatan test yang berada diantara C= =
dua plat akan mengalami interaksi Vab d
berupa gaya, magnitutnya tergantung
jenis dan jarak muatan tersebut
• Kapasitansi dipengaruhi besar
muatan dan beda potensial diantara
plat


• Fenomena ini digunakan sebagai
capasitive diplacement sensor
• C= (2πε [lnb/a]-1)L
0

• (2πε [lnb/a]-1) disebut faktor geometris
0


• Penambahan bahan C = ε 0κG
dielektrik memperbesar
kapasitansi
• G tergantung bentuk dan
jarak
• Nilai konsanta beberapa
bahan dielektrik
dipengaruhi frekuensi dan
suhu



Sensor ketinggian air kapasitif dan responnya
• Sensor direndam dalam tanki air. Saat level air meninggi, bagian
tengan plat akan ikut terendam dan menjadi dielektrik. Hal ini akan
mengubah nilai kapasitansinya.

Magnetik

• Hampir sama dengan muatan, yang sejenis saling tolak,
tidak sejenis saling tarik
• Berbeda dengan muatan, magnet selalu memiliki
pasangan (utara dan selatan)



• Oersted : Fenomena magnet juga dapat diperoleh dari
arus listrik, contohnya aliran arus tinggi pada kawat,
Toroid, Solenoid.
• Faraday, juga membuktikan bahwa fenomena magnet
dapat menghasilkan arus listrik Contoh : Induksi listrik
• Magnet permanen dapat digunakan sebagai sensor
pendeteksi gerakan, posisi, Hall Effect sensor, dll

Piezoelectric

• Dalam bentuk kristal
• Digunakan dalam sensor tekan
• Saat gaya diberikan dalam posisi x, maka muatan positif terjadi
pada bagian atas, dan negatif dibagian bawah
• Saat gaya diberikan dalam posisi y, maka muatan negatif terjadi
pada bagian atas, dan positif dibagian bawah


Temperatur/Suhu
• Merupakan energi kinetik dari partikel
yang bergetar. Semakin besar
gerakannya, semakin besar pula suhu
dan GEM yang dihasilkan.
• Atom dan molekul suatu materi tidak
bergerak dengan intensitas yang F
sama. Gerakan ini memiliki hubungan P=
dengan tekanan, gaya yang terjadi A
dan perpindahan molekul dalam satu
area.

• Semua benda padat dapat berubah dimensinya oleh
perubahan suhu. Perubahan dimensi linier (panjang,
lebar dan tinggi) dinamakan linier expansion.
l2 = panjang akhir
l1 = panjang mula-mula
T2 = suhu akhir
T1 = suhu mula-mula
α = koefisien muai
Permukaan yang saling
menempel mengendalikan
panjang plat x sekaligus
memaksa plat y untuk
berekspansi melebihi
koefisien muai yang
diperlukannya.


Sifat-sifat panas :
1. Tidak dapat diketahui besar
spesifiknya, sekali dihasilkan
tidak dapat diketahui nilai
awalnya
2. Tidak dapat disimpan, mangalir
dari bagian hangat ke bagian
yang dingin.

Energi panas dapat mengalir dengan Interaksi radiasi panas
tiga cara: antara objek dengan sensor
Induksi; memerlukan kontak fisik dua radiasi panas
benda
Konveksi; memerlukan benda ketiga
sebagai perantara
Radiasi; tidak memerlukan kontak fisik


Cahaya

• Pembahasan mengenai cahaya dapat dilihat cari dua
aspek, sebagai gelombang dan sebagai materi.
• Kecepatan cahaya (light velocity) dalam ruang
hampa,c0, tidak tergantung pada wavelength. (cahaya
sebagai sebuah besaran)
• Frekuensi gelombang cahaya dalam ruang hampa atau
media lain, tergantung pada wavelength cahaya,
dimana cahaya sebagai magnetude/nilai (light speed)
• h = konstanta Planc

• Ultraviolet dan cahaya yang tampak
memiliki energi yang relatif besar dan
mudah dideteksi. Akan tetapi menjadi
susah dideteksi jika wavelength meningkat
ke sisi infrared. Hal ini akan
membangkitkan energi yang rendah.



• Sebagai gelombang, cahaya dapat dianggap gelombang electromagnetik
yang memiliki arah tertentu (plane polarization), artinya masing-masing
medan (listrik dan magnet), paralel dengan yang lain.
• Bidang (plane) yang ditentukan oleh arah propagasi dan arah polarisasi
dinamakan plane of vibration
• Kebanyakan sensor, hanya mengolah sinyal dalam bentuk medan listrik
saja.
• Untuk cahaya yang tidak terpolarisasi, seperti cahaya matahari, dan
sebagainya, maka diperlukan filter cahaya yang yang melewatkan cahaya
ke satu arah saja (polaroid)


�ݺ�ߣ

Sdt week 2

More Related Content

Sdt week 2