Praktikum Sensor Dan Tranduser

PERCOBAAN I

Sensor dan Transduser Termal

A. Tujuan Percobaan :

- memahami konsep tentang sensor dan transduser termal, - mengukur suhu benda berbagai kondisi. - mengukur sensitivitas alat sensor termal ini.

B. Dasar Teori

Sensor-sensor suhu suhu memanfaatkan memanfaatkan sifat-sifat bahan yang bergantung bergantung suhu, perubahan hambatan listrik sebagai fungsi suhu (detektor-detektor suhu hambatan), tegangan yang dihasilkan pada sambungan sambungan bahan-bahan yang yang berbeda (termokopel) dan detektor-detektor suhu semikonduktor (sambungan p-n dan transistor). Dalam percobaan ini sebagai detektor digunakan termokopel. Termokopel ini sebagai hasil dari efek Seebeck. Dua bahan bahan yang yang berbeda berbeda

dikontakkan akan menghasilkan menghasilkan suatu beda

potensial antara sambungan panas dan dingin yang dibuat pada suhu-suhu yang beda, seperti ditunjukkan pada gambar 1 .

Gambar 1. Suatu termokopel copper-constantan dengan sambungan sambungan panas dan dingin (Sayer dan Mansingh, 2000).

Contoh beberapa tegangan keluaran termokopel (mV) sebagai fungsi suhu ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2. Tegangan keluaran termokopel sebagai fungsi suhu (sambungan O referensi pada suhu 0 C (Sayer dan Mansingh, 2000). Sinyal keluaran dari sensor sering kali sangat kecil sehingga perlu diperkuat dengan suatu penguat-awal ( pre-amplifier ) atau langsung penguat utama ( main amplifier). Penguat utama ini sering hanya disebut sebagai penguat.

Penguat dasar pada transduser ditunjukkan pada gambar 3. Masukan Tidak membalik + -

Keluaran A

Masukan membalik Gambar 3. Penguat Operasi yang ideal.

Pada kondisi terbuka ( the open loop), maka besar tegangan keluaran :

V keluaran = A (V + - V-)

dengan A adalah penguatan penguat dan sangat tinggi.

C.

Metodologi Percobaan

Dalam percobaan ini sebagai sensor termal digunakan IC LM 35. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 4.

Gambar 4. Skema peralatan percobaan sensor dan transduser termal.

C.1. Alat yang digunakan

:

-

1 (satu) buah termometer batang

-

1 (satu) gelas beker

-

1 (satu) sensor termal IC LM 35

-

1 (satu) voltmeter DC

-

sumber panas.

C.2. Prosedur Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 4. 2. Isilah beker gelas dengan air dan panaskan. 3. Ukurlah keluaran pada voltmeter pada saat sensor mempunyai suhu kamar. 4. Masukkan sensor termal ke dalam air yang akan diukur suhunya.

5. Catatlah pembacaan suhu yang ditunjukkan oleh termometer batang dan juga tegangan keluaran pada voltmeter. 6. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi suhu. 7. Hitunglah sensitivitas alat ini.

D. Analisa Data

Carilah sensitivitas alat ini dengan metode grafik

E. Referensi

1. Sayer M. and Mansingh A., 2000, Measurement, Instrumentation and Experiment design in Physics and Engineering, Prentice Hall of India, New Delhi. 2. Usher M.J., 1989, Sensors and Transducers, Macmillan Education Ltd.

PERCOBAAN II

Sensor dan Transduser Suara A.

B.

Tujuan Percobaan

-

memahami konsep tentang sensor dan transduser suara,

-

mengukur intensitas suara pada jarak tertentu dari sumber suara.

-

mengukur sensitivitas alat sensor suara ini.

Dasar Teori

Suara (bunyi) di udara adalah gelombang bujur (longitudinal) dengan tolakan diteruskan dari satu molekul ke molekul yang lain. Kakas (gaya) pemulihnya adalah tekanan udara. Jangkau frekuensi suara yang terdengar oleh manusia adalah dari 20 Hz sampai 20.000 Hz (20 kHz). Gelombang suara ultrasonik mempunyai frekuensi lebih besar dari 20 kHz, sedang gelombang suara infrasonik mempunyai frekuensi lebih kecil dari 20 Hz. Intensitas gelombang suara adalah daya terangkut oleh gelombang itu per m

2

muka gelombang dan dengan satuan W/m 2 (watt/m2). Pada frekuensi 1000 Hz, intensitas minimum yang dapat terdengar oleh manusia normal adalah 2,5 x 10

-12

2

W/m

.Intensitas ini disebut ambang pendengaran bagi manusia normal. Intensitas suara dinyatakan dalam skala logaritmik yang disebut aras intensitas. Satuan aras intensitas dalam skala logaritmik disebut desiBell (dB).Hubungan antara aras intensitas dalam dB 2

dan intensitas dalam W/m adalah :

Aras intensitas (dB) = 10 log

⎡ ⎢ ⎣

(

I W

0 , 973

×

10

m − 12

2

)

(W

m

2

⎤ )⎥⎦

Sensor-sensor suara memanfaatkan sifat-sifat bahan yang jika ada suara dengan intensitas tertentu mengenai bahan tersebut akan mengakibatkan terjadinya perubahan sifat-sifat kelistrikan bahan (muncul sinyal listrik). Kita melihat bagaimana seseorang yang bicara didekat mikrofon maka suara tersebut bisa direkam, diperkuat, diperlemah, dst. Mikrofon adalah salah satu contoh sensor suara.

Muka gelombang suara adalah bola-bola sepusat, saat gelombang suara memancar dari sumber dengan intensitas Io maka saat merambat pada jarak tertentu dari sumber intensitasnya berkurang I. Distribusi intensitas suara sebagai fungsi jarak, seperti ditunjukkan pada gambar 1 diberikan dengan persamaan :

2

I 1 r 1 = I 2 r 2

2

dengan I1 adalah intensitas suara pada jarak dari sumber suara, I2 adalah intensitas suara pada jarak r 2 dari sumber suara,

r1 ☺

Io (sumber suara)

r2 x

x

I1

I2

Gambar 1. Distribusi intensitas suara pada jarak tertentu dari summber suara.

Sinyal keluaran dari sensor sering kali sangat kecil sehingga perlu diperkuat dengan suatu penguat-awal ( pre-amplifier ) atau langsung penguat utama ( main amplifier). Penguat utama ini sering hanya disebut sebagai penguat.

Penguat dasar pada transduser ditunjukkan pada gambar 2.

Masukan Tidak membalik + -

Keluaran A

Masukan membalik

Gambar 2. Penguat Operasi yang ideal.




C. Metode Percobaan

Dalam percobaan ini sebagai sensor suara digunakan sebuah mikrofon (microphone). Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Skema percobaan sensor dan transduser suara.

C1. Alat yang digunakan :

-

1 (satu) sumber suara ( speaker )

-

1 (satu) mic condensor (sensor suara)

-

1 (satu) CRO untuk kalibrasi.

C.2. Prosedur Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. 2. Ukurlah tegangan keluaran pada CRO pada setiap nilai masukan yang berbeda-beda. 3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi intensitas. 4. Hitunglah sensitivitas alat ini.

D.

Analisa Data


E.

Referensi

1.

Sayer M. and Mansingh A., 2000, Measurement, Instrumentation and Experiment design in Physics and Engineering, Prentice Hall of India, New Delhi.

2. Usher M.J., 1989, Sensors and Transducers, Macmillan Education Ltd.

PERCOBAAN III

Sensor dan Transduser Cahaya

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser cahaya, - mengukur intensitas cahaya berbagai sumber. - mengukur sensitivitas alat sensor cahaya ini.

B. Dasar Teori

Sensor-sensor cahaya memanfaatkan sifat-sifat bahan yangjika dikenai cahaya akan terjadi perubahan hambatan listriknya (Usher, 1989). Transduser cahaya ada yang mempunyai tipe sebagai self-generator (contohnya Fotovoltaik) tetapi ada yang sebagai modulator (contohnya : Fotokonduktif dan Photo Multiflier Tube = PMT). Ditinjau dari cara pendeteksian cahaya maka sensor cahaya dibedakan menjadi 4 jenis. Jenis pertama adalah termal (bolometer dan thermopiles), Jenis kedua adalah fotokonduktif (bahan semikonduktor lead-sulphide (PbS), cadmium sulphide (CdS), mercury cadmium telluride (HgCdTe) dan gold doped germanium (Ge:Au). Jenis ketiga adalah pyroelectric Jenis terakhir adalah photomultifliers, fotodiode dan fototransistor. Jika radiasi datang dengan daya P dalam watt (W) dan mengenai sensor maka dihasilkan arus listrik pada sensor tersebut sebesar I dalam ampere (A) maka sensitivitas alat dalam satuan A/W (Sayer dan Mansingh, 2000).



Keluaran A





C. Metodologi Percobaan Dalam percobaan ini sebagai sensor cahaya digunakan fotodiode. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 2 dan 3.

Gambar 2. Skema peralatan untuk percobaan sensor dan transduser cahaya dengan jarak sumber dan sensor divariasi.

Pada percobaan lain dibuat intensitas sumber cahaya diatur yaitu dengan mengatur penyedia daya sumber tersebut. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3. C1. Alat yang digunakan

:

- 1 (satu) lampu sebagai sumber cahaya yang dapat diatur intensitasnya, - 1 (satu) power meter atau CRO untuk kalibrasi atau voltmeter dc, - 1 (satu) mistar

Gambar 3. Skema peralatan untuk percobaan sensor dan transduser cahaya dengan jarak sumber dan sensor tetap tetapi intensitas sumber divariasidivariasi.. C.2. Prosedur Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. 2. Ukurlah tegangan keluaran pada CRO pada setiap nilai masukan yang berbeda-beda. 3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi intensitas cahaya (bandingkan hasilnya dengan pengukuran secara langsung dengan luxmeter). 4. Hitunglah sensitivitas alat ini.

D.

Analisa Data


E.

Referensi


PERCOBAAN IV:

Sensor dan Transduser Pergeseran

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser pergeseran, - mengukur pergeseran suatu benda pada posisi tertentu, - mengukur sensitivitas alat sensor termal ini.

B. Dasar teori

Dua sistem transduser pergeseran yang sering digunakan yaitu transduser pergeseran resistif dan kapasitif. Dua sistem transduser ini ditunjukkan pada gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Sistem pergeseran transduser resistif ( Usher, 1989).

Gambar 2. Sistem pergeseran transduser kapasitif variabel luas ( Usher, 1989).



Keluaran A



Vkeluaran = A (V+ - V-)


Pada percobaan ini digunakan metode transduser resistif yang ditunjukkan pada gambar 1. Hukum Ohm : ∆V = IR, dengan

∆V

: beda potensial kedua ujung hambatan

R dan I : arus yang melalui hambatan R. Prinsip hambatan dalam penghantar R=

ρ (l/O), dengan R : hambatan total pada bahan, ρ : hambat jenis bahan, l : panjang

bahan dan O : luas penampang bahan penghantar.

C. Metode Percobaan

Pemgukuran tegangan keluaran cukup teramati dengan baik sehingga pada percobaan ini cukup hanya digunakan sensor pergeseran saja (tidak perlu penguatan sinyal). Skema peralatan yang digunakan pada percobaan ini ditunjukkan pada gambar 4.

C1. Alat yang digunakan

-

Kawat nikelin panjang 2m ,

-

Kawat tembaga panjang 2 m,

-

1 (buah ) voltmeter dc (digital),

-

beberapa penjepit buaya,

-

Penyedia daya dc

Gambar 4. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan sensor dan transduser pergeseran.

C.2. Prosedur percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. 2. Tentukan range a(jangkau) pengukuran baik untuk jarak maupun untuk tegangan keluaran. 3. Buatlah grafik tegangan keluaran pada voltmeter sebagai fungsi pergeseran. 4. Hitunglah sensitivitas alat sensor ini.

D. Analisa Data


E. Referensi


PERCOBAAN V

Sensor dan Transduser Tekanan A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser tekanan, - mengukur tekanan di suatu tempat, - menguikur sensitivitas alat sensor dan transduser tekanan ini.

B. Dasar teori

Teori tentang konsep nanometer terbuka.

Po (tekanan udara luar)

P > Po

h

Gambar 1. Sistem manometer terbuka untuk pengukuran tekanan.

Tekanan hidrostatik pada fluida pada tabung di atas adalah :

P - Po =

ρgh

dengan P : tekanan dalam ruang,

ρ

: massa jenis fluida,

h : beda ketinggian kedua permukaan kaki manometer tersebut.

Pikirkan : Bentuk satuan tekanan yang saudara ketahui pada pengamatan sehari-hari.




Keluaran A

Masukan membalik

Gambar 2. Penguat Operasi yang ideal.




C.


Dalam percobaan ini sebagai sensor tekanan digunakan metode manometer terbuka.


- 1 (satu) ban dalam kendaraan, - 1 (satu) set manometer tabung terbuka, - 1 (satu) pompa tekan, - 1 (satu) mistar - beberapa jenis fluida.


1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. 2. Tentukan range (jangkau) pengukuran baik untuk tekanan dan untuk perbedaan ketinggian kedua permukaan pada manometer terbuka tersebut.

3. Buatlah grafik beda ketinggian fluida sebagai fungsi tekanan untuk tiga jenis fluida. 4. Hitunglah sensitivitas alat sensor tekanan ini.

Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

P > Po

Ruang dengan P > Po

Sensor Tekanan

Gambar 3. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan sensor dan transduser pergeseran.

D.

Analisa Data


E. Referensi


PERCOBAAN VI

Sensor dan Transduser Kecepatan

A. Tujuan percobaan

- memahami konsep tentang sensor dan transduser kecepatan, - mengukur kelajuan air bdalam suatu tabung. - menguikur sensitivitas alat sensor dan transduser kecepatan ini.

B. Dasar teori 2

-

Hukum Berneouli : ( ½ ) v1 + p1 = ( ½ )

-

Hukum Kemelaran : A1 v1 = A2 v2

2

v2 + p2




Keluaran A





Tugas praktikan

-

Memahami konsep tentang sensor dan transduser kecepatan,

-

Carilah hubungan antara kecepatan air V 2 sebagai fungsi besaran turukur V2 = f ( A1, A2, p1, p2 ).

C.


Dalam percobaan ini sebagai sensor tekanan digunakan metode manometer terbuka. Skema peralatan ditunjukkan pada gambar 3.

air masuk

Air keluar V1

V2

A1

A2

Gambar 3. Skema peralatan yang digunakan pada percobaan sensor dan transduser kecepatan.


- 1 (satu) set venturimeter, - 1 (satu) mistar - 1 (satu) jangka sorong


1. Buatlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 3. 2. Tentukan range (jangkau) pengukuran baik untuk untuk ketinggian kedua permukaan pada manometer terbuka tersebut.

perbedaan

3. Buatlah grafik beda ketinggian fluida sebagai fungsi kecepatan fluida. 4. Hitunglah sensitivitas alat sensor kecepatan ini.

E.

Analisa Data


E. Referensi


Praktikum Sensor Dan Tranduser

Recommend Documents