PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 1
OBJEKTIF
Objektif am
:
Mengetahui dan memahami kegunaan peranti penderia yang berkaitan dengan cahaya, suhu, bunyi, tekanan dan kelembapan.
Objektif khusus
:
Mentakrifkan penderia(sensor). Menerangkan fungsi dan kendalian penderia dari jenis cahaya, suhu, bunyi, tekanan dan kelembapan. Menerangkan contoh-contoh kegunaan serta aplikasi penderia di industri.
INPUT
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 2
Tenag a cahaya 17.0
Tenaga elektrik
PENGENALAN
Penderia merupakan alat yang menukarkan satu bentuk tenaga/isyarat kepada satu bentuk tenaga/isyarat yang lain. Contohnya menukarkan menukarkan dari tenaga/isyarat tekanan kepada tenaga elektrik. elektrik. Antara jenis-jenis jenis-jenis penderia yang biasa digunakan terdiri dari jenis cahaya, suhu, tekanan dan bunyi.
Tekanan
penderia
elektrik
Teka Tekana nan n
piezo piezoel elekt ektri rik k
elek elektr trik ik
Elektrik
motor
pusingan sudut
Terbahagi kepada dua jenis iaitu : 1.
Pend Pender eria ia akti aktiff - tida tidak k meme memerl rluk ukan an sumb sumber er tena tenaga ga dari dari luar luar untuk berkendali.
2.
Pend Pender eria ia pasi pasiff - meme memerl rluk ukan an sumb sumber er tena tenaga ga dari dari luar luar untu untuk k berkendali.
17.1
Cahaya
17.1.1 17.1.1 LDR (ligh (lightt diod diod resistor resistor))
Satu elemen dimana kendaliannya bergantung kepada gelombang cahaya. LDR boleh dianggap sebagai perintang yang mana mana nilai rintangannya
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 3
dikawal oleh keamatan cahaya. Bila keamatan keamatan cahaya tinggi rintangan adalah rendah. Bila keamatan keamatan cahaya rendah rintangan rintangan adalah tinggi.
+V C
R B
lampu
geganti
E
R D L
-V Rajah 17.1 : Kegunaan LDR Lampu boleh dipasang dan dipadam secara otomatik dengan menggunakan litar dari rajah 17.1. •
Pada rajah 17.2, digunakan apabila rintangan gelap bagi LDR lebih tinggi dari R dan rintangan cerahnya lebih rendah dari R. Pada waktu malam, rintangan LDR akan lebih tinggi dari R, voltan pada tapak (B) transistor menjadi positif. positif. Seterusnya arus akan melalui ke pemungut (C) transistor dan ini akan membuat geganti tertutup seterusnya lampu terpasang. Pada siang hari, rintangan LDR menjadi rendah, voltan yang dikenakan pada tapak(B) transistor menjadi negatif. Oleh itu tiada arus yang mengalir melalui pemungut (C) transistor maka geganti akan terbuka dan seterusnya lampu akan terpadam.
R
Rintangan gelap
Rintangan cerah
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 4
Rajah 17.2 : Ciri rintangan bagi LDR
17.1.2
Photo Transistor
Penderia jenis jenis ini adalah lebih peka terhadap cahaya daripada jenis diod. Apabila ‘kaki tapak’ terkena pancaran cahaya, ianya akan menghasilkan pengaliran arus pada ‘kaki tapak’(Ib) dan mengalirkan arus pada ‘kaki pemungut’(Ic). Dari gambarajah 17.3, apabila persimpangan Je dikenakan pincang hadapan dan simpang Jc dikenakan pincang balikan arus (Ib) (Ib) adalah kecil dan transistor tidak dapat berfungsi. Tetapi apabila cahaya mengenai transistor, khususnya pada simpang Jc, elektron akan dihasilkan dengan banyaknya. Bila ini ini berlaku berlaku Ic akan mengalir dengan nilai yang tinggi dan oenderia berfungsi. .Pertambahan Ic ini bergantung kepada keamatan cahaya.
C
Pancaran N P
Jc
+ VCE
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 5
Pancaran Je
-
E Rajah 17.3a
Photo Transistor
Rajah 17.3b
Simbol Photo Transistor
17.1.3 Photo Diod Asasnya penderia Photo diod ialah sebuah diod seperti rajah 17.4a. Permukaan katodnya disaluti dengan bahan-bahan seperti ‘cesium ‘cesium antimony’ atau ‘potasium oksida’ yang sangat peka kepada cahaya. Apabila pancaran cahaya dikenakan ke atas permukaan katod, ianya akan mengeluarkan elektron dan mengalirkan mengalirkan arus. Arus yang mengalir mengalir ini boleh diukur dengan ammeter yang ditentukur dengan menggunakan unit ‘lumen’ iaitu unit untuk cahaya. Jenis kaca pada tiub akan menentukan kepekaan penderia tersebut kepada panjang gelombang cahaya. Pada amnya amnya tiub kaca akan memotong sinaran pancaran dalam julat ultra-violet. Berpandukan kepada lengkung cirri arus-voltan di rajah 17.4b, apabila voltan yang mencukupi dipasang di antara anod dan katod, arus yang mengalir bergantung kepada jumlah cahaya yang dipancarkan. Ciri arus-cahaya di rajah 17.4c menunjukkan gerakbalas yang linear(boleh ditentukur secara linear). +V cahaya I R
Rajah 17.4a : Simbol Photo diod
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 6
) A Lumen
µ
0.1
( d o n A s u r A
0.08 0.06 0.04 0.02
40
80
120
160
Volt
Rajah 17.3b : Ciri arus-voltan arus-voltan Photo Diod
) A µ
( d o n A s u r A Fluks cahaya (Lumen) Rajah 17.3c : Ciri-ciri arus-cahaya Photo Diod
17.2
Suhu
17.2.1 Penganding Suhu (Thermocouple) Termokupel pada rajah 17.5a mempunyai satu pasang dawai yang berlainan. Pasangan dawai ini disambung pada satu hujung(cantuman panas) dan terbuka pada hujung yang satu lagi(cantuman sejuk). sejuk). Hujung terbuka terbuka dikekalkan dikekalkan pada satu nilai suhu yang tetap. Apabila terdapat terdapat perbezaan suhu di antara cantuman sejuk dan panas, daya gerak elektrik (d.g.e) akan dihasilkan dan ini akan menyebabkan arus mengalir didalam litar. Apabila disambungkan satu meter pada cantuman sejuk yang terbuka itu, nilai arus arus yang mengalir dapat diukur. Arus adalah
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 7
berkadar terus dengan perbezaan suhu di antara cantuman panas dan sejuk. sejuk. Magnitud d.g.e yang dihasilkan bergantung kepada logam dawai dan juga perbezaan suhu di antara cantuman panas dan cantuman sejuk. Kesan termo-elektrik yang disebabkan oleh keupayaan sesentuh pada cantuman dikenali sebagai ‘Kesan Seeback’. Magnitud d.g.e yang dihasilkan bergantung kepada logam padwai dan juga pebezaan suhu di antara cantuman.
Cantuman panas bahan
Tiub T
Cantuman sejuk Rajah 17.5a : Termokupel
G
meter
PENDERIA(SENSOR)
a ul e k n at l o V
n ar
E3042 / UNIT 17 / 8
l
e m u k o mr et
Suhu x 102 °C Rajah 17.5b : Graf keluaran termokupel melawan suhu untuk beberapa jenis logam
) Ω
m c (
n a g n at ni r e K
Suhu °C Rajah 17.5c : Ciri rintangan suhu
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 9
17.2.2 RTD (Resistance Temperature Detector) (Pengesan Suhu Rintangan) Contoh RTD yang biasa digunakan adalah Termistor (Thermal resistor). Termistor merupakan komponen separa pengalir yang boleh dianggapkan sebagai perintang yang mempunyai angkali suhu rintangan rintangan negatif. negatif. Ini bererti bahawa rintangannya rintangannya akan berkurangan apabila suhunya bertambah. Rintangan termistor pada suhu bilik boleh susut seba nyak 6% untuk satu satu darjah darjah Centigrade Centigrade kenaikan suhu. Kepekaan yang tinggi pada perubahan suhu ini membuat termistor sangat sesuai untuk ukuran suhu dengan tepat sekali dan juga sebagai alat kawalan dan pemanasan. Julat suhu suhu kegunaannya ialah di antara – 100°C hingga 300°C. Termistor dibuat dari campuran bersinar logam oksida iaitu manganese, nikel, kobalt, tembaga, besi dan uranium. Julat rintangan termistor adalah dari 0.5 ohm hingga 75 Mohm dan didapati dalam berbagai bentuk dan saiz.
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 10
AKTIVITI 17a
Uji Kefahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya . Sila semak jawapan anda pada maklumbalas di halaman berikutnya.
17.1 17.1
Nyatak Nyatakan an takrif takrifan an bagi bagi pender penderia ia dan beri berikan kan dua dua contoh contoh pender penderia ia yang yang selalu digunakan.
17.2 17.2
Dengan Dengan bantu bantuan an gambar gambaraja ajah h litar, litar, tera terangk ngkan an penggu penggunaan naan pende penderi riaa jenis jenis cahaya iaitu LDR.
17.3 17.3
Jela Jelask skan an bin binaa aan n bagi bagi seb sebua uah h Term Termok okup upel el..
17.4 17.4
Terangk Terangkan an kesan kesan termo termo elektr elektrik( ik(seeb seeback) ack) didal didalam am penderi penderiaa Termoku Termokupel pel..
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 11
INPUT
17.3
Bunyi 17.3. 17.3.1 1 Ultras Ultrasoni onik k
Ultrasonik merupakan penderia yang digunakan untuk mengesan frekuensi bunyi. Ia menggunakan satu pemancar yang akan mengeluarkan satu gelombang bunyi yang telah disetkan pada satu julat tertentu. Pancaran gelombang tersebut akan di kesan oleh satu alat penerima yang mana akan berkeadaan positif sekiranya terdapat satu gangguan atau halangan bagi laluan gelombang yang sepatutnya diterima oleh alat penerima tersebut.
17.4
Tekanan 17.4.1 17.4.1 Strain Strain Gauge Gauge (Tolok (Tolok Ter Terikan ikan))
Strain Gauge tergolong dalam penderia pasif di mana rintangan Strain Gauge akan berubah apabila daya mekanikal dikenakan ke atasnya. Ianya terbahagi kepada dua jenis iaitu: i. Jenis terikat (bounded) ii. Jenis nis tidak dak terikat (unbound unded) Strain Gauge jenis terikat terdiri daripada satu kepingan logam nipis dan diperketatkan pada satu bahan penyokong seperti yang ditunjukkan dalam rajah 17..
Bahan penyokong
Logam nipis
Rajah 17.6a Strain Gauge jenis terikat
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 12
Strain Gauge jenis tidak terikat terdiri daripada satu dawai halus yang dibentukkan pada penyokong-penyokongnya dan dikenali juga sebagai ‘Wire Strain Gauge’. penyokong
Dawai halus Rajah 17.6b : Wire Strain Gauge
17.4.1.1
Prinsip kendalian
Apanila Strain Gauge dikenakan tegasan dari luar, rintangan dawai akan berubah disebabkan olej perubahan panjang dawai akibat dari pemanjangan atau mampatan. Perubahan rintangan pada Strain Gauge adalah berkadaran dengan terikan pada bahan dan diukur dengan mengunakan litar Tetimbang Wheatstone. 17.4.1.2 17.4.1.2
Kepekaa Kepekaan n suatu suatu Strain Strain Gauge Gauge dibe diberi ri dalam dalam sebut sebutan an Faktor Tolok iaitu nisbah perubahan rintangan per unit (∆ R/R) dengan perubahan panjang per unit (∆ l/l)
FAKTOR TOLOK, K =
R / R l/l
Di mana K = Faktor Tolok R = rintangan asal Strain Gauge ∆ R = perubahan rintangan Strain Gauge l = panjang bahan diukur l
17.4. 17.4.2 2 Piezo Piezoele elektr ktrik ik
= perubahan panjang
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 13
Piezoelektrik merupakan bahan aktif yang berupaya mengeluarkan voltan dan arus sendiri apabila dirangsang oleh satu tenaga yang berbentuk fizikal. Bahan yang biasa digunakan didalam penderia ini ialah kuartza. Walaubagaimana pun ‘piezoelektrik synthetic’ yang mengandungi bahan titanate seramik adalah terdiri daripada serbuk-serbuk halus dibawah tekanan yang menjadikannya satu bahan yang mempunyai medan elektrik arus terus yang kuat. Manakala piezoelektrik hablur digunakan sebagai satu cara untuk mengukur tenaga. Tekanan masukan
Plet daya (diafram)
keluaran ta ak Rajah 17.6 Piezoelektrik 17.4.2.1
Prinsip Kendalian
Bahan binaan piezoelektrik terdiri daripada bahan yang menghasilkan cas-cas elektrikapabil terkena daya atau tekanan. tekanan. Beban hablur atau kristal kristal akan mengeluarkan daya gerak elektrik. Kristal ini akan diapit di antara tapak dan plet yang mengalami sejumlah daya bila tekanan dari bahagian atas kristal dan ianya akan tertekan dan mengeluarkan daya gerak elektrik pada punca keluaran 1 dan 2. Pengeluaran daya gerak elektrik pada punca Keluaran 1 dan 2 adalah berkadar terus dengan kekuatan tekanan.
17.4.2.2
Kegunaan
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 14
Piezoektrik digunakan untuk mengukur perubahan tekanan, getaran dan bunyi. bunyi. Juga sebagai meter pecutan frekuensi tinggi kerana ia mempunyai tindakbalas frekuensi yang baik. Biasanya ia digunakan didalam system penguat.
17.5
Kelembapan 17.5.1 Humidity Humidity Sensor Sensor / Penderia Penderia Kelembap Kelembapan an
Humidity sensor atau penderia kelembapan terbentuk daripada lapisan polimer thermoset, elektrod platinum serta cip silicon voltan bersepadu untuk keluaran isyarat seperti yang ditunjukkan dalam rajah 17.7. 17.5.1.1
Cara Beroperasi
Kandungan air pada lapisan dielektrik akan bertindak balas dengan gas di sekelilingnya. Bagi penderia, lapisan platinum poros akan mengenalpasti tindak balas luar dielektrik manakala lapisan polimer akan menyediakan pertahanan nekanikal untuk lapisan platinum daripada habuk, kekotoran serta minyak. Sekiranya lapisan kekotoran terlalu tebal, maka ini akan menyebabkan masa bertindak balas bagi deria akan menjadi semakin perlahan kerana kelembapan air akan lambat bertindak balas dengan penderia.
Habuk, kotoran & minyak minyak tidak akan memeberi kesan kepada sensor
Rajah 17.7 Penderia Kelembapan
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 15
AKTIVITI 17b
Uji Kefahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya . Sila semak jawapan anda pada maklumbalas di halaman berikutnya.
17.1 17.1
Nyatak Nyatakan an dua jenis jenis pende penderia ria teka tekanan nan (Str (Strain ain Gaug Gauge) e) dan dan lukisk lukiskan an gambarajahnya.
17.2 17.2
Beri Berika kan n takr takrif ifan an Fak Fakto torr Tolo Tolok. k.
17.3 17.3
Dengan Dengan bantu bantuan an gambar gambaraja ajah, h, terangk terangkan an kendal kendalian ian bagi bagi Piezo Piezoele elektr ktrik. ik.
MAKLUM BALAS 17a
17.1
Rujuk input 17.0
17.2
Rujuk input 17.1.1 dan input rajah 17.1a
17.3
Rujuk in input 17.2.1 da dan in input rajah 17 17.4a 17.4
Ruju ujuk inp inpu ut 17 17.2.1
MAKLUM BALAS 17b
PENDERIA(SENSOR)
E3042 / UNIT 17 / 16
17.1
Ruju ujuk inp inpu ut 17 17.4.1
17.2 17.2
Ruj Rujuk input nput 17.4 17.4.1 .1.2 .2
17.3 17.3
Rujuk Rujuk inpu inputt 17.4 17.4.2. .2.1 1 dan dan inpu inputt raja rajah h 17. 17.6. 6.
PENILAIAN KENDIRI
Selamat mencuba
Anda telah menghampiri kejayaan. ke jayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklumbalas yang telah disediakan. 17.1
Berika Berikan n kete keteran rangan gan ringkas ringkas mengena mengenaii ‘pende ‘penderia ria kelemb kelembapan apan ‘ seperti yang terdapat dalam unit ini.
17.2 17.2
Apaka Apakah h dia ‘pen ‘pende deri riaa ultra ultraso soni nik’ k’ . Tera Terang ngka kan. n.
MAKLUM BALAS PENILAIAN KENDIRI
PENDERIA(SENSOR)
17.1
Rujuk in input 17 17.5
17.2
Rujuk in input 17 17.3
E3042 / UNIT 17 / 17
