20 Sensor Dan Aktuator

MACAM-MACAM SENSOR DAN AKTUATOR

TUGAS untuk memenuhi tugas mata kuliah Sensor dan Aktuator TF 3104

oleh MUHAMMAD BAGUS ABDANI SYUKRON

PROGRAM STUDI TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014

13312091

MACAM-MACAM SENSOR 1. Mata

Mata merupakan sensor alami yang dimiliki oleh manusia. Fungsi mata adalah untuk melihat suatu objek. Cahaya dipantulkan oleh benda lalu ditangkap oleh kornea mata. Intensitas cahaya yang masuk ke mata ditentukan oleh pupil. Kemudian cahaya diteruskan ke lensa mata. Lensa mata membiaskan cahaya agar tertangkap oleh retina. Dari retina, cahaya diteruskan ke saraf optik yang kemudian ditransfer ke otak dalam bentuk impuls-impuls listrik. 2. Hidung

Selain sebagai alat pernapasan, hidung dapat berfungsi sebagai sensor bau. Di rongga hidung terdapat sel-sel reseptor atau ujung-ujung saraf pembau. Saat bernapas, senyawa kimia penyebab bau yang tercampur dengan gas-gas di udara akan akan terhirup. Pada saat itu, selsel reseptor akan bereaksi dan mengirimkan sinyal ke pusat penciuman dan saraf pembau, dan akhirnya diteruskan ke otak. 3. Telinga

Telinga merupakan indera pendengaran. Gelombang suara ditangkap oleh daun telinga kemudian diteruskan melalui saluran telinga ke telinga bagian tengah. Getaran suara akan diteruskan ke tulang-tulang pendengaran hinga ke koklea dan sampai ke saraf pendengaran. Saraf pendengaran mengirimkan sinyal ke otak yang kemudian diterjemahkan sebagai bunyi. 4. Lidah

Lidah digunakan salah satunya sebagai sensor perasa. Pada permukaan lidah terdapat ujungujung saraf pengecap. Sensor yang berupa ujung-ujung saraf pengecap tersebut akan mengirimkan sinyal ke otak ketika lidah kita merasakan sesuatu. 5. Kulit

Kulit pada manusia termasuk sensor yang peka terhadap temperatur, tekstur, tekanan, dan rasa sakit. Ketika kulit menerima rangsang, rangsang tersebut diterima oleh sel-sel reseptor. Selanjutnya, rangsang akan diteruskan ke otak melalui urat saraf. Oleh otak, rangsang akan diolah. Akibatnya, kita merasakan adanya suatu rangsang. Otak pun memerintahkan tubuh untuk menanggapi rangsang tersebut. 6. LDR (Light Dependent Resistor)

LDR merupakan sensor cahaya. LDR mengubah intensitas cahaya menjadi hambatan listrik. Intensitas cahaya berbanding lurus dengan hambatan yang dihasilkan oleh LDR. Semakin tinggi intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR, semakin besar pulan hambatan listrik. Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang mempunyai dua buah elektroda pada permukaannya. Pada saat gelap atau cahaya redup, bahan dari cakram tersebut menghasilkan elektron bebas dengan jumlah yang relatif kecil. Sehingga hanya ada sedikit elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya redup LDR menjadi konduktor yang buruk, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Artinya pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang. LDR dapat diaplikasikan pada lampu jalan yang dapat secara otomatis menyala pada malam hari dan mati di siang hari. 7. Fotodioda

Fotodioda merupakan sensor cahaya yang mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas dioda. Layaknya dioda biasa, fotodioda juga memiliki p-n namun peka terhadap cahaya. Fotodioda dilengkapi dengan lensa pemfokus cahaya agar cahaya jatuh pada pertemuan p-n. Cahaya yang bisa mempengaruhi fotodioda ini yakni sinar matahari, sinar infra merah, sinar ultra ungu sampai dengan sinar-x. pemakaian fotodioda sangat beragam, diantaranya yaitu sebagai penghitung otomatis jumlah kendaraan yang lewat di jalur tol, sebagai pengukur intensitas cahaya pada kamera digital serta juga digunakan sebagai komponen sensor cahaya pada peralatan medis. 8. Fototransistor

Fototransistor berfungsi untuk mengubah intensitas cahaya menjadi konduktivitas transistor. Beda dengan transistor biasa, fototransistor memiliki lensa pada kaki base yang dapat

memfokuskan cahaya ke pertemuan p-n. Fototransistor mempunyai kemampuan kepekaan yang lebih baik dibanding dengan fotodioda. Hal ini dikarenakan elektron yang dihasilkan oleh foton pada kaki junction diinjeksikan dibagian base transistor tersebut yang kemudian diperkuat di kaki kolektor. Kekurangannya adalah respon dari sensor cahaya fototransistor ini akan lebih lambat dibanding dengan fotodioda. 9. Thermocouple

Thermocouple adalah salah satu jenis alat ukur temperatur yang menggunakan prinsip termoelektris pada sebuah material. Alat ini tersusun atas dua konduktor listrik dari material yang berbeda yang dirangkai membentuk sebuah rangkaian listrik. Jika salah satu dari konduktor tersebut dijaga pada temperatur yang lebih tinggi daripada konduktor lainnya sehingga ada perbedaan temperatur, maka akan timbul efek termoelektris yang menghasilkan tegangan listrik. Besar tegangan listrik yang terbentuk tergantung dari jenis material konduktor yang digunakan, serta besar perbedaan temperatur antara dua konduktor tersebut. Penentuan kombinasi logam konduktor yang digunakan pada thermocouple mempengaruhi besar energi listrik yang akan dibangkitkan. 10. RTD (Resistance Temperature Detector)

RTD (Resistance Temperatur Dectector) merupakan sensor yang menggunakan prinsip perubahan resistansi logam oleh pengaruh perubahan temperatur. RTD terbuat dari kawat tahan korosi (biasanya platina) yang dililitkan pada bahan keramik atau kaca, kemudian ditutup dengan selubung probe sebagai pelindung. Selubung probe biasanya terbuat dari logam paduan besi, krom, dan nikel yang disebut inconel. Sifat inconel yaitu tahan korosi dan memiliki konduktivitas yang baik. Antara kawat RTD dan selubung terdapat isolator (porselen) untuk mencegah hubungan pendek. Saat temperature elemen RTD meningkat, maka resistansi elemen juga meningkat. Elemen RTD umumnya diletakan pada suatau rangkaian jembatan wheatstone sehingga perubahan resistansi elemen RTD bisa dideteksi

oleh rangkaian elektronik karena terjadinya perubahan tegangan pada output rangkaian jembatan wheatstone.

11. Thermistor

Thermistor merupakan sensor suhu yang menggunakan perubahan temperatur berbanding dengan perubahan resistansi. Perubahan resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki ketelitian dan ketepatan yang tinggi. Termistor yang dibentuk dari bahan oksida logam campuran (sintering mixture), kromium, kobalt, tembaga, besi, atau nikel, berpengaruh terhadap karakteristik termistor, sehingga pemilihan bahan oksida tersebut harus dengan perbandingan tertentu. Dimana termistor merupakan salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang tinggi. Thermistor dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu NTC dan PTC. NTC (Negative Temperature Coefficient) adalah thermistor dengan koefisien suhu negatif. Sedangkan PTC (Positve Temperature Coefficient) adalah thermistor dengan koefisien suhu positif. 12. Bimetal

Bimetal merupakan sensor suhu yang dibuat dari dua keping logam dengan koefisien muai berbeda yang diklem menjadi satu. Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian, besarnya pemuaian tergantung dari jenis logam dan tingginya temperatur kerja logam tersebut. Bila dua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang sedangkan yang memiliki koefisien

muai lebih rendah memuai lebih pendek. Oleh karena perbedaan reaksi muai tersebut maka bimetal akan melengkung kearah logam yang muainya lebih rendah. Dalam aplikasinya bimetal dapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open (NO). 13. Sensor Tekanan

Prinsip sensor tekanan adalah mendeteksi tegangan mekanis yang selanjutnya diproses menjadi sinyal listrik. Sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat. Daya yang diberikan pada kawat menyebabkan kawat bengkok sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah tahanannya. 14. Sensor Proximity

Sensor proximity merupakan sensor jarak yang mampu mendeteksi keberadaaan benda yang berada di dekatnya tanpa melakukan kontak fisik secara langsung. Karakteristik dari sensor ini adalah menditeksi obyek benda dengan jarak yang cukup dekat, berkisar antara 1 mm sampai beberapa centi meter saja sesuai type sensor yang digunakan. Proximity Switch ini mempunyai tegangan kerja antara 10-30 Vdc dan ada juga yang menggunakan tegangan 100200VAC. Ketika ada objek yang didekatkan ke sensor dengan jarak yang sangat dekat, maka sensor akan bekerja dan menghubungkan kontaknya, kemudian melalui kabel yang tersedia bisa dihubungkan ke perangkat lainnya seperti lampu indikator, relay, dan lain-lain. 15. Silo Pilot

Silo Pilot merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur level material menggunakan prinsip elektromekanik. Cara kerjanya yaitu, sensor level akan menurunkan bandulnya dengan timing tertentu. Jika bandul tersebut menyentuh material, maka bandul akan naik kembali. Dari situlah level ketinggian material bisa diketahui dan panjang bandul yang diturunkan tersebut. 16. Accelerometer

Accelerometer merupakan sebuah alat sensor getaran yang sering di gunakan demi kepentingan pada sebuah perusahaan ataupun ilmu pengetahuan. Sebuah accelerometer yang sangat sensitive dapat di jadikan sebuah komponen dalam alat peledak seperti misil untuk mengetahui kapan misil itu akan di ledakkan. Alat ini di gunakan untuk mengukur dan memantau getaran dari sebuah mesin yang berputar. Alat ini juga biasanya di gunakan dalam sebuah computer dan kamera digital sehingga memungkinkan gambar pada layar tersebut dapat tetap berposisi seperti yang anda lihat sekarang, alat ini juga bisa di gunakan pada pesawat drone untuk menstabilkan terbang dari pesawat tersebut. 17. Sensor Kecepatan (RPM)

Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, yaitu suatu poros yang berputar pada suatu generator akan menghasilkan tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran objek. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera induksi yang timbul saat medan magnetic terjadi.

18. Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonic menggunakan prinsip gelombang suara. Sensor ini menghasilkan gelombang suara kemudian menangkapkan kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara yang dipancarkan dengan gelombang suara yang ditangkap kembali berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diukur adalah objek padat dan cair. Sensor ultrasonic banyak digunakan di berbagai perangkat pengukur jarak. Contohnya dalam dunia robotika, sensor ini digunakan sebagai indera utama untuk navigasi robot. 19. Flame Detector

Flame detector merupakan sebuah alat pendeteksi api yang menggunakan sensor optic untuk mendeteksinya. Di sini ditegaskan bahwa flame detector digunakan untuk mendeteksi keberadaan api, bukan panas. Prinsip kerja flame detector adalah dimulai dari bahwa api akan bisa dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet, dan dari situ semacam microprocessor dalam flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut. Namun pada implementasinya, terdapat sumber-sumber cahaya lain yang ternyata bukan api dan ikut menyumbang emisi cahaya pada gelombang infra red maupun ultraviolet dimana sumber-sumber cahaya ini juga mempengaruhi kinerja flame detectoryang berakibat pada timbulnya false alarm. Contoh sumber-sumber cahaya ini adalah kilatan petir, welding arc, metal grinding, hot turbine, reactor, dan masih banyak lagi. 20. Encoder

Encoder (Penyandi) bekerja saat rangkaian sumber cahaya diberi Vcc 5 Volt dan menghasilkan cahaya. Saat fotodioda tidak terhalang, maka cahaya akan tertangkap oleh fotodioda dan dihasilkan tegangan 5V. Saat fotodioda terhalang, maka tidak dihasilkan tegangan (0V). Selanjutnya tegangan menjadi input untuk mikrokontroler. 21. Ultrasonic Flowmeter

Ultrasonic flow meter merupakan alat meter dengan cara kerja tidak mengukur secara langsung ( inferensial ) karena sensor tidak langsung mengukur kecepatan aliran fluida dalam pipa, yang diukur adalah selisih waktu, dengan mengukur waktu transit pulsa suara pada frekuensi yang tinggi (high-frequency sound pulses) yang melintasi pada pipa beraliran fluida. Waktu transit adalah waktu yang diperlukan pulsa suara yang melintasi pipa dalam dua arah, yaitu searah dan berlawanan arah dengan arah aliran. Selisih waktu antara keduanya tersebut sebanding dengan rata-rata kecepatan alir cairan. Karena pengukuran aliran berdasarkan waktu transit, maka metode ini disebut juga dengan ultrasonic transit time flow meter. MACAM-MACAM AKTUATOR 1. Speaker

Speaker adalah komponen elektronika yang sering di jumpai, speakar mempunyai nilai impedansi dengan satuan ohm. Nilai ini menunjukan nilai hambatan dalam spul didalam speaker.Sebuah speaker memiliki susunan antara lain sebuah spul yang menggerakan membran sebagai penghasil suara, ditengah gulungan spul ini terdapat sebuah batangan magnet yang jika spul menerima signal suara spul tersebut akan menghasilkan medan magnet dan akan saling bereaksi dengan batangan magnet, sehingga menghasilkan getaran pada membran yang kemudian menghasilkan suara dari getaran membran ini. Membran pada speaker bergetar akibat induksi elektromagnetik yang dihasilkan sebuah

magnet dan kumparan karena dialiri arus listrik. Getaran suara yang dihasilkan speaker akan seiring dengan sinyal elektrik yang diberikan pada kumparan yang ada di dalamnya. Prinsip kerja speaker ini kebalikan dari prinsip kerja microphone yang mengubah gelombang suara menjadi gelombang listrik. Berikut adalah alur kerja speaker :

2. Sirine

Rangkaian Sirine adalah rangkaian yang dapat menandakan telah terjadi sesuatu bencana seperti datangnya tsunami ataupun gempa bumi, rangkaian ini juga sangat diperlukan bagi setiap orang. Sirine sendiri merupakan alat yang dapat menghasilkan suara atau bunyi yang nyaring dan hampir terdengar walaupun dalam keadaan jauh, sehingga setiap orang pasti akan mengetahui bahwa ada bahaya atau petanda khusus sebuah pristiwa. Rangkaian sirine mobil polisi pada prinsipnya menggunakan rangkaian elektronika yang di hubungkan langsung dengan arus DC. Pada saat saklar di tekan, maka akan mengeluarkan suara bunyi. Sirine mobil polisi biasa di letakan di bagian atas dan lampu dari sirine dapat berkedip. Sehingga pada saat sirine di bunyikan lampu yang terdapat di atas akan menyala dan berkedip. Prinsip kerja rangkaian sirine adalah ketika ada sinyal yang masuk melalui telephone, maka lampu sirine akan secara otomatis menyala sehingga meskipun suara yang dihasilkan tidak terdengar oleh manusia, tapi kita bisa melihat lampu yang menyala sebagai indikator adanya suatu kejadian. Pada saat ini ada banyak rangkaian sirine yang di kembangkan dengan model yang berbeda, salah satunya adalah rangkaian lampu sirine menggunakan indikator bunyi handphone.

3. Motor Listrik

Motor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu. Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolakmenolak dan kutub-kutub tidak senama tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. Energi mekanik yang dihasilkan dapat digunakan untuk memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain-lain. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin) dan di industri. 4. Solenoid Valve

Solenoid valve merupakan katup yang dikendalikan dengan arus listrik baik AC maupun DC melalui kumparan / selenoida. Solenoid valve ini merupakan elemen kontrol yang paling sering digunakan dalam sistem fluida. Seperti pada sistem pneumatik, sistem hidrolik ataupun pada sistem kontrol mesin yang membutuhkan elemen kontrol otomatis. Contohnya pada sistem pneumatik, solenoid valve bertugas untuk mengontrol saluran udara yang bertekanan menuju aktuator pneumatik(cylinder). Atau pada sebuah tandon air yang membutuhkan solenoid valve sebagai pengatur pengisian air, sehingga tandon tersebut tidak sampai kosong.

Solenoid valve akan bekerja bila kumparan/coil mendapatkan tegangan arus listrik yang sesuai dengan tegangan kerja(kebanyakan tegangan kerja solenoid valve adalah 100/200VAC dan kebanyakan tegangan kerja pada tegangan DC adalah 12/24VDC). Dan sebuah pin akan tertarik karena gaya magnet yang dihasilkan dari kumparan selenoida tersebut. Dan saat pin tersebut ditarik naik maka fluida akan mengalir dari ruang C menuju ke bagian D dengan cepat. Sehingga tekanan di ruang C turun dan tekanan fluida yang masuk mengangkat diafragma. Sehingga katup utama terbuka dan fluida mengalir langsung dari A ke F. Berikut adalah ilustrasi cara kerja solenoid valve :