PRE Pertemuan 4 "Sensor"

 

Sebelum mengikuti materi pertemuan kali ini silahkan kalian mengisi Daftar Presensi dengan menuju link berikut | Presensi PRE Kelas 11

Kerja Sensor Rangkaian Elektronika

    

    Sensor adalah jenis transduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Sensor merupakan komponen yang digunakan untuk mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehungga dapat dianalisis dengan rangkaian listrik tertentu.

    Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran yang sangat kecil sehingga memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transduser yang berfungsi untuk melakukan sensing dan menangkap perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transduser, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transduser untuk diubah menajdi energi listrik.

1. Jenis-jenis Sensor

    Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.

a. Sensor Cahaya

  Sensor cahaya terdiri atas fotovoltaic atau sel solar atau surya sell, fotokonduktif, dan fotodiode/diode foto dan photo transistor.

    1) Fotovoltaic/sel solar/surya sell

    Fotovoltaic adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik. Sel solar silicon yang modern pada dasarnya adalah sambungan P-N dengan lapisan P yang transparan. Jika ada cahaya pada lapisan transparan P, maka akan menyebabkan gerakan electron antara bagian P dan N. Jadi akan dihasilkan tegangan DC yang kecil sekitar 0,5 volt per sel pada sinar matahari penuh. Sel fotovoltaic adalah jenis transduser sinar

Gambar 2.1 Pembangkitan tegangan pada fotovoltaic

2) Fotokonduktif

    Sensor jenis fotokonduktif bekerja atas dasar perubahan nilai resistansi akibat intensitas cahaya matahari. Sel-sel fotokonduktif disebut juga tahanan cahaya (photo resistor) atau tahanan yang bergantung cahaya yang bisa dikenal dengan LDR (Light Dependent Resistor). 

    Energi yang jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perbedaan tahanan sel. Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan alat ini kurang (gelap), maka nilai resistansi alat menjadi tinggi. Ketika permukaan terkena intensitas tinggi (terang), maka nilai tahanan turun pada tingkat harga yang rendah.

Gambar 2.2 Simbol dan bentuk LDR

3) Fotodiode/Dioda Foto dan Photo Transistor

    Fotodiode merupakan sambungan P-N yang dirancang untuk beroperasi bila dibiaskan dalam arah terbalik. Ketika energi cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada sambungan fotodiode, maka arus akan mengalir di dalam sirkuit eksternal. Komponen ini dapat diidentikkan sebagai pembangkit arus, yang arusnya sebanding dengan intensitas cahaya.

Gambar 2.3 Simbol, struktur, dan bentuk Photodiode

b. Sensor Suhu

    Terdapat lima jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan, yaitu sebagai berikut.

1) Termokopel

    Termokopel ditemukan oleh Thomas Johan Seeback pada tahum 1820. Termokopel terdiri dari sepasang penghantar yang berbeda jenisnya disambungkan dan dilebur bersama membentuk sambungan, di mana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.

Gambar 2.4 Prinsip kerja termokopel

    Berdasarkan Gambar diatas, prinsip kerja termokopel adalah kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan Tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti.

2) Detektor Suhu Tahanan/Resistant Temperature Detector (RTD)

    Konsep utama dari yang mendasari pengukuran suhu dengan detector suhu tahanan adalah tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan perubahan suhu.

Gambar 2.5 Konstruksi RTD

    Prinsip kerja dari sensor suhu tahanan adalah bila RTD berada pada suhu kamar maka beda potensial jembatan adalah 0 Volt. Keadaan ini disebut keadaan seimbang. Bila suhu RTD berubah maka resistansinya juga berubah sehingga jembatan tidak dalam kondisi setimbang. Hal ini menyebabkan adanya beda potensial antara titik A dan B. Begitu juga yang berlaku pada keluaran penguat diferensial.

    RTD memiliki keunggulan disbanding termokopel diantaranya sebagai berikut.

a) Tidak diperlukan suhu referensi

b) Sentivitasnya cukup tinggi

c) Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel

d) Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih Panjang karena noise tidak masalah

e) Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah

3) Termistor (Thermally Sensitive Resistor)

    Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negative. Karena suhu meningkat, maka tahanannya akan menurun dan sebaliknya. Termistor berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.

Gambar 2.6 Konstruksi Termistor

a) Positive Temperature Coefficient (PTC) 

    PTC adalah koefisien suhu positif kelompok resistansi yang variabelnya bergantung pada suhu positif. Nilai tahanan besar bila koefisien suhu naik/semakin panas dan nilai tahanan kecil bila koefisien suhu turun.

b) Negative Temperature Coefficient (NTC)

    NTC akan berubah nilai resistansinya apabila terjadi perubahan suhu. Nilai tahanan NTC kecil bila koefisien suhu naik/semakin panas dan nilai tahanan besar bila koefisien suhu turun.

Gambar 2.7 Gambar dan simbol Termistor

4) Sensor Suhu Rangkaian Terpadu (IC)

    Sensor suhu dengan IC ini menggunakan chip silicon untuk elemen yang merasakan (sensor). Memiliki konfigurasi output tegangan dan arus. IC yang sering digunakan adalah IC LM35. IC LM35 berfungsi untuk merubah suhu menjadi tegangan tertentu yang sesuai dengan perubahan suhu.

Gambar 1.8 Konstruksi LM35

    Prinsip kerja IC LM35 adalah tegangan keluaran rangkaian bertambah 10mV/°C. Dengan memberikan tegangan referensi negative (-Vs) pada rangkaian, sensor ini mampu bekerja pada rentang suhu -55°C - 150°C.

5) Termostat

    Termostat terbuat dari sebuah jalur bimetal, yaitu 2 buah logam yang berlainan dan mempunyai koefisien panas yang berbeda serta diletakkan menjadi satu jalur. Pada ujung-ujung dari logam tersebut terdapat sebuah kontak dengan fungsi untuk membuka dan menutup jalannya arus yang mengalir pada rangkaian.

Gambar 2.9 Cara kerja bimetal pada termostat