BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Sistem otomasi ataupun kontroler tidak akan lepas dengan apa yang
disebut sensor. Karena suatu sistem pengendali secara garis besar mempunyai
prosedur dan rangkaian proses yang saling berkaitan. Bermula dari proses
perubahan yang ditangkap dan diolah oleh pengolah sinyal atau data yang
kemudian diteruskan sebagai keluaran dari olah data dalam bentuk kondisi
pengendalian. Semua proses tersebut juga akan di adopsi pada dunia robotika
dan bahkan rangkaian proses tersebutlah yang menjadi suatu proses rutin
atau inti dalam bagian bagian robot yang dapat digambarkan sebagai aliran
darah suatu robot. Definisi induktansi bagian impedansi yg disebabkan oleh
induktor atau kumparan. Resistansi adalah perbandingan antara tegangan
listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya : resistor) dengan arus
listrik yang melewatinya. Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm.
Permasalahan
Permasalahan yang diangkat dalam makalah ini adalah :
1. Bagaimanakah cara memahami tentang sensor ?
2. Bagaimanakah cara memahami dan menganalisa Resistive sensor ?
Tujuan
Tujuan dari makalah ini adalah sebagai berikut :
1. Memahami tentang sensor.
2. Memahami dan menganalisa Reistive sensor.
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Sensor
Sebelum menginjak atau mempelajari tentang resistive sensor, terlebih
dahulu kelompok kami memehami tentang sensor. Sensor adalah alat untuk
mendeteksi atau mengukur sesuatu yang digunakan untuk mengubah variasi
mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus
listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa
penguat atau pengolah sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera.
Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan
yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah
oleh kontroller sebagai otaknya.
2.2 Macam-macam Sensor
1. Sensor Kedekatan (Proximity), yaitu sensor atau saklar yang dapat
mendeteksi adanya target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak
fisik. Sensor jenis ini biasanya tediri dari alat elektronis solid-
state yang terbungkus rapat untuk melindunginya dari pengaruh getaran,
cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor ini dapat
diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap
terlalu kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip
kerjanya adalah dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu
lingkungan medan frekuensi tinggi.
2. Sensor Magnet, yaitu juga disebut relai buluh, adalah alat yang akan
terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada
keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan
oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas
dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap
ataupun uap.
3. Sensor Sinar, terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar
adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi
energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan menyebabkan
pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan
Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan
(resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggin intensitas cahaya yang
terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya. Sedangkan
Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan
karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau
laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber
cahaya dan penerima.
4. Sensor Efek-Hall, dirancang untuk merasakan adanya objek magnetis
dengan perubahan posisinya. Perubahan medan magnet yang terus menerus
menyebabkan timbulnya pulsa yang kemudian dapat ditentukan
frekuensinya, sensor jenis ini biasa digunakan sebagai pengukur
kecepatan.
5. Sensor Ultrasonik, bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang
suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian
menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar
penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan
dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding
lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek
yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran
maupun tekstil.
6. Sensor Tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur
ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal
listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar
(transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas
penampangnya.
7. Sensor Suhu- ada 4 jenis utama sensor suhu yang biasa digunakan;
thermocouple (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor
dan IC sensor. Thermocouple pada pokoknya terdiri dari sepasang
transduser panas dan dingin yang disambungkan/dilebur bersama,
perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan
referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature
Detector (RTD) didasari pada tahanan listrik dari logam yang
bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah
presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada
pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan
karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan
reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas
yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu
meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka
dengan o perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan
suhu yang kecil.
8. IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan
chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi
output tegangan dan arus yang sangat linear.
9. Sensor Kecepatan/RPM - proses penginderaan merupakan proses kebalikan
dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui
generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan
kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan
menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang
timbul saat medan magnetis terjadi.
10. Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau
putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor
gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2
lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang
mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing
putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang
diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary
tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang
sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa
gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean
dalam susunan tertentu.
2.3 Resistive Sensor
Resistive Sensor adalah salah satu jenis sensor yang paling umum dalam
instrumentasi. Sensor ini bekerja berdasarkan Prinsip resistive sensor
perubahan besaran yang diindera diubah menjadi perubahan hambatan suatu
elemen. Sebuah resistive sensor adalah perangkat transduser atau
elektromekanis yang mengubah mekanis ubah seperti perpindahan menjadi
sinyal listrik yang dapat dipantau setelah pengkondisian. Resistive sensor
adalah salah satu yang paling umum dalam instrumentasi. Sensor resistif
sederhana adalah potensiometer. Resistive sensor lainnya termasuk strain
gages dan termistor. Resistive sensor sering digabungkan dengan jembatan
Wheatstone.
Resistive Sensor merupakan jenis tranduser yang digunakan untuk
pengukuran yang menghasilkan output berupa resistansi. Contoh :
Piezoresistif resistansinya berubah dengan berubahnya berubahnya tekanan,
LDR (Light Dependent Resistor) reistansi berubah berdasarkan intensitas
cahaya, dan sebagainya. Contoh diatas kami ambil sebagai salah satu contoh
aplikasi resistive sensor.
1. LDR (Light Dependent Resistor)
LDR adalah sebuah sensor cahaya dimana jika cahaya yang masuk
kedalam sensor tersebut semakin sedikit, maka resistansinya akan
semakin besar demikian juga sebaliknya jika intensitas cahaya
yang masuk semakin banyak maka resistansinya (hambatan) akan
semakin sedikit, LDR dihitung dalam satuan ohm. Karakteristik
LDR terdiri dari laku recovery dan laju spectral.
1. Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya
tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita amati bahwa
nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada
keadaan ruangan gelap tersebut. Na-mun LDR tersebut hanya akan bisa menca-
pai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju
recovery meru-pakan suatu ukuran praktis dan suatu ke-naikan nilai
resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR
tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama
mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada
arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang
memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai
den-gan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral
LDR tidak mempunyai sensitivitas yang sama untuk setiap panjang
gelombang cahaya yang jatuh padanya (yaitu warna). Bahan yang biasa
digunakan sebagai penghantar arus listrik yaitu tembaga, aluminium, baja,
emas dan perak. Dari kelima bahan tersebut tembaga merupakan penghantar
yang paling banyak, digunakan karena mempunyai daya hantaryang baik
contoh LDR :
Gambar 2.1 LDR (Light Dependent Resistor)
1. Piezoresistif
Piezoresistif merupakan sensor yang merubah tekanan menjadi
resistansi. Semakin besar tekanan yg diberikan maka semakin besar
resistansi yang dihasilkan. Pengaruh piezoresistif menggambarkan perubahan
resistivitas semikonduktor karena stres mekanik diterapkan. Pengaruh
piezoresistif berbeda dari efek piezoelektrik. Berbeda dengan efek
piezoelektrik, efek piezoresistif hanya mengakibatkan perubahan hambatan
listrik, itu tidak menghasilkan potensial listrik.
Misalnya Perubahan resistansi dalam perangkat logam karena adanya beban
mekanik yang digunakan adalah pertama kali ditemukan tahun 1856 oleh Lord
Kelvin. Dengan silikon kristal tunggal menjadi bahan pilihan untuk desain
sirkuit analog dan digital, efek piezoresistif besar di silikon dan
germanium pertama kali ditemukan pada tahun 1954 (Smith 1954).
Mekanisme piezoresistif Dalam semikonduktor, perubahan jarak
antar-atom yang dihasilkan dari ketegangan mempengaruhi bandgaps membuatnya
lebih mudah (atau sulit tergantung pada material dan strain) untuk elektron
akan dibangkitkan ke dalam pita konduksi. Hal ini menghasilkan perubahan
resistivitas dari semikonduktor. Piezoresistivity didefinisikan oleh :
Dimana :
ρ = Perubahan resistivitas
ρ = resistivitas Asli
ε = Strain
Piezoresistivity memiliki efek jauh lebih besar terhadap resistensi
dari perubahan sederhana dalam geometri dan semikonduktor dapat digunakan
untuk menciptakan strain gauge jauh lebih sensitif, meskipun mereka umumnya
juga lebih sensitif terhadap kondisi lingkungan (terutama temperatur).
2. Resistensi perubahan pada logam
Akurasi faktual adalah bagian ini diperdebatkan. Perubahan perlawanan
di logam hanya karena perubahan geometri akibat stres mekanik
diterapkan dan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan resistensi
sederhana yang berasal dari hukum ohm :
R = ρx/A
Dimana
Ell Konduktor panjang [m]
3. Piezoresistif efek dalam semikonduktor
Pengaruh piezoresistif bahan semikonduktor dapat beberapa besaran
lebih besar dari efek geometris dalam logam dan hadir dalam bahan-bahan
seperti germanium, silikon polikristal, silikon amorf, karbit silikon, dan
silikon kristal tunggal.
4. Piezoresistif efek di silikon
Hambatan perubahan silikon tidak hanya disebabkan oleh perubahan tegangan
tergantung geometri, tetapi juga karena stres tergantung resistivitas
material. Hal ini menyebabkan faktor gauge perintah besaran lebih besar
dari pada yang diamati pada logam. Hambatan dari n-silikon terutama
melakukan perubahan akibat pergeseran dari tiga pasang lembah yang berbeda
melakukan. Pergeseran menyebabkan redistribusi dari operator antara lembah
dengan mobilitas yang berbeda. Hal ini mengakibatkan berbagai Mobilitas
tergantung pada arah aliran arus. Efek kecil adalah akibat perubahan massa
efektif berhubungan dengan perubahan bentuk lembah. Dalam melakukan silikon
p-fenomena yang lebih kompleks dan juga mengakibatkan perubahan massa dan
lubang transfer.
Piezoresistor merupakan resistor terbuat dari bahan piezoresistif dan
biasanya digunakan untuk pengukuran stres mekanik. Mereka adalah bentuk
yang paling sederhana perangkat piezoresistif. Piezoresistor dapat dibuat
menggunakan berbagai bahan piezoresistif. Bentuk paling sederhana dari
sensor silikon piezoresistif yang disebarkan resistor. Piezoresistor
terdiri dari kontak dua sederhana tersebar n-atau p-sumur dalam substrat-
atau n p-. Sebagai resistensi persegi khas perangkat ini pada kisaran
beberapa ratus ohm, p tambahan + atau n + diffusions plus yang diperlukan
untuk memfasilitasi kontak ohmik ke perangkat.Piezoresistor memiliki
kelemahan yang sangat sensitif terhadap perubahan temperatur sementara yang
menampilkan relatif kecil perubahan tegangan sinyal amplitudo relatif
tergantung.
Gambar 2.2 Piezoresistor
BAB III
KESIMPULAN
3.1 Kesimpulan
Sensor adalah alat untuk mendeteksi atau mengukur sesuatu yang
digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia
menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam sensor sipengaruhi oleh resistive
sensor dimana resistive sensor adalah salah satu jenis sensor yang paling
umum dalam instrumentasi. Sensor ini bekerja berdasarkan Prinsip resistive
sensor perubahan besaran yang diindera diubah menjadi perubahan hambatan
suatu elemen. Contoh dari resitive sensor seperti Piezoresistif dimana
resistansinya berubah dengan berubahnya berubahnya tekanan, dan LDR (Light
Dependent Resistor) dimana reistansi berubah berdasarkan intensitas cahaya,
dan sebagainya. Oleh karena itu Resistive Sensor merupakan jenis tranduser
yang digunakan untuk pengukuran yang menghasilkan output berupa resistansi.
DAFTAR PUSTAKA
[]Carstens, Electrical Sensors and Transducers, Prentice Hall, 1993, pages
185-199
[] www.academic.udayton.edu
[] www.engineeringtoolbox.com
[] modelling of resistive sensor for high
