SENSOR MEKANIK

Oleh :Laely Mahmudah, S.Si

NIM. 13708259035PSn IPA-2

Mata Kuliah Fisika PSn PPs UNYDosen Pengampu : Prof. Dr. Djumadi

Definisi Sensor• D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu

peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Contoh: mata adalah sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba pada tubuh manusia, sedangkan thermistor adalah sensor panas, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, pada sistem otomasi.

• Sensor adalah komponen yang dapat digunakan untuk mengkonversi suatu besaran tertentu menjadi satuan analog sehingga dapat dibaca oleh suatu rangkaian elektronik.

Definisi Sensor

• Sensor adalah jenis transduser (pengubah) yang digunakan untuk mengubah besaran mekanik, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.

• Sensor adalah “peraba” alat ukur, yaitu yang menghubungkan alat ukur dengan objek/benda ukur (M. Sayuthi, dkk, 2008)

Transduser • William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah

sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).

• Contoh: generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan harus memenuhi persyaratan kualitas yaitu :

a. LinieritasAda banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang

berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Konversi harus benar-benar proposional, jadi karakteristik konversi harus linier.

b. Tidak tergantung temperaturKeluaran inverter tidak boleh tergantung pada temperatur

disekelilingnya, kecuali sensor suhu.c. Kepekaan/SensitivitasKepekaan sensor harus dipilih sedemikian, sehingga pada nilai-

nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar.

d. Waktu tanggapan/time responseWaktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan

keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.

e.Histerisis adalah perbedaan nilai pembacaan sensor untuk suatu nilai masukan tertentu bila nilai masukan tersebut didekati dari nilai yang lebih rendah dan yang lebih tinggi.

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:

a. Sensor thermal (panas)• Sensor thermal adalah sensor yang

digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperatur/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

• Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dan sebagainya.

b. Sensor mekanik• Sensor mekanik adalah sensor yang

mendeteksi perubahan gerak mekanik, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dan sebagainya.

• Contoh: strain gauge, linear variable differential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, mouse mekanik.

c. Sensor optik (cahaya)• Sensor optik atau cahaya adalah sensor

yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan.

• Contoh; photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dan sebagainya.

Potensiometer

• Merupakan sensor yang memiliki tiga kaki dengan tuas yang bisa digeser. Bila semua kaki pada potensiometer digunakan, maka potensiometer tersebut berfungsi seperti pembagi tegangan. Sedangkan jika hanya dua kaki yang digunakan, maka potensiometer tersebut berfungsi seperti hambatan geser.

• Penggunaan Potensiometer sebagai Sensor Posisi dalam Dunia Elektronika umumnya ditemukan pada Lengan Robot (Arm Robot).

MK30 draw-wire displacement sensor mengukur posisi tempat tidur rumah sakit. Sensor miniature ini menawarkan pengukuran yang presisi meskipun dalam aplikasi dimana ruang instalasi sangat terbatas/sempit sekalipun.

• Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal yang rumit.

• Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah:

1. Cepat aus akibat gesekan2. Sering timbul noise terutama saat

pergantian posisi dan saat terjadi lepas kontak

3. Mudah terserang korosi4. Peka terhadap pengotor

Strain Gauge• Merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur

regangan (strain) dari suatu benda. Output dari sensor ini adalah berupa perubahan resistansi yang kemudian dikondisikan dengan menggunakan wheatstone bridge. Sensor ini digunakan dengan cara ditempelkan pada permukaan logam yang akan diukur regangannya.

Mouse mekanik• Salah satu implementasi sensor

mekanik (sensor regangan) adalah mouse mekanik, yaitu mouse dengan sensor mekanik berupa bola karet/logam di sisi bawah mouse yang dapat berputar ke semua arah. Sensor mekanik tersebut mendeteksi arah putar bola dan menggerakkan pointer/kursor pada layar sesuai arah tersebut

Linear Variable Differential Transformers (LVDT)

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara gandengan variable antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an. Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas digunakan. Pada aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya.

• Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang sama.

• Merupakan alat yang digunakan untuk mengukur tekanan fluida dalam pipa. Biasa digunakan dalam industri kimia/teknik pendingin.

• Karakteristik bourdon tube : Bersifat portabel Ketelitiannya cukup tinggi Pengukuran terbatas pada tekanan statis Terjadi histerisis Terpengaruh shock dan vibrasi

Bourdon tube

bourdon tube

Platform Android mendukung tiga kategori besar sensor, yaitu:• Sensor gerak, sensor ini mengukur kekuatan akselerasi dan

kekuatan rotasi sepanjang tiga sumbu. Kategori ini meliputi kecepatan, sensor gravitasi, giroskop, dan sensor vektor rotasi.

• Sensor lingkungan, sensor ini mengukur berbagai parameter lingkungan, seperti suhu udara, ambien dan tekanan, pencahayaan, dan kelembaban. Kategori ini meliputi barometer, fotometer, dan termometer.

• Sensor posisi, sensor ini mengukur posisi fisik perangkat. Kategori ini meliputi sensor orientasi dan magnetometer.

1. Accelerometer• Accelerometer adalah sebuah tranduser yang

berfungsi untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi.

Macam sensor Android

Implementasi dan manfaat dari accelerometer salah satunya untuk mendeteksi pergerakan seperti shake dan tilt. Dapat untuk mengukur sudut untuk aplikasi teknik, pergerakan langkah untuk aplikasi medis, untuk mengetahui pergerakan ketika kita bermain game dan masih banyak lagi kegunaan dari accelerometer. Dalam penerapannya accelerometer biasa berkaitan dengan beberapa sensor lainnya.

2. Sensor Gravitasi• Sensor gravitasi adalah sensor yang berkaitan dengan gaya

gravitasi dalam m/s2 yang diterapkan ke perangkat pada tiga sumbu fisik (x, y, z). Ini mengukur komponen vektor gravitasi saat perangkat tersebut istirahat atau bergerak perlahan.

• Implementasi dan manfaat dari sensor gravitasi dapat digunakan dengan kontrol game dengan menggunakan gerak miring dapat juga digunakan pada beberapa aplikasi lain. Beberapa perbedaan antara accelerometer dan gravitasi adalah accelerometer memberikan kembali jumlah seluruh kekuatan diterapkan ke perangkat, sedangkan sensor gravitasi mengembalikan hanya pengaruh gravitasi. Jika ingin mengecualikan gravitasi dari percepatan, dapat menggunakan filter high-pass atau hanya mengurangi nilai-nilai sensor gravitasi dari nilai-nilai sensor accelerometer namun tidak yakin metode mana yang memberikan presisi yang lebih baik.

3. Gyroscope• Gryoscope adalah sensor

menilai rotasi perangkat pada rad/s sekitar masing-masing dari tiga sumbu fisik (x, y, dan z). Gyro sensor mendeteksi kecepatan sudut, yang dihitung dengan menggunakan data pengukuran diambil dari 3-axis untuk mengukur atau mempertahankan orientasi, dengan prinsip ketetapan momentum sudut.

• Implementasi dan manfaat dari gyroscope Mekanismenya adalah sebuah roda berputar dengan piringan didalamya yang tetap stabil. Gyroscope hanya dapat digunakan jika ada accelerometer dan dapat mendeteksi gerakan dari segala arah. Untuk penerapan, anda dapat menggunakan untuk menghitung sudut, bermain game dan masih banyak lagi. Gerakan yang dihasilkan dari gyroscope lebih halus dibanding sensor yang lain seperti accelerometer. Sensor gyro tidak terkait dengan gravitasi secara langsung karena sensor tersebut merupakan pendukung dari accelerometer yang telah melakukan perhitungan dengan perubahan gravitasi secara langsung.

4. Linear Acceleration• Linear acceleration adalah mengukur gaya percepatan

dalam m/s2 yang diterapkan ke perangkat di semua tiga sumbu fisik (x, y, dan z), termasuk gaya gravitasi.

• Implementasi dan manfaat dari linear acceleration untuk pemantauan percepatan sepanjang sumbu tunggal dan terkait dengan sensor lain seperti accelerometer contohnya.

5. Sensor Orientasi• Sensor orientasi adalah sensor perangkat berasal

dari sensor percepatan 3-axis. Berikut 3 sumbu rotasi menunjukkan sudut antara vektor gravitasi dan proyeksi vektor gravitasi (yaw, pitch, roll).

• Implementasi dan manfaat dari sensor orientasi adalah dapat memperoleh matriks kecenderungan dan rotasi matriks untuk perangkat dengan menggunakan sensor gravitasi dan sensor medan geomagnetik dalam hubungannya dengan metode get Rotation Matrix, sehingga akan memperoleh letak posisi perangkat.

6. Sensor Tekanan• Sensor tekanan adalah sensor yang digunakan

untuk mengukur tekanan udara ambien di hPa atau mbar. Sering kali sensor ini disebut sebagai barometric sensor.

Implementasi dan manfaat dari pressure sensor dapat digunakan untuk mengukur tekanan udara, sensor ini sangat penting digunakan bagi yang bekerja sebagai team SAR atau pecinta alam, sensor ini dapat digunakan untuk menghitung ketinggian posisi (altimeter) dan masih banyak lagi kegunaannya. Selain itu banyak sekali pengembangan lain seperti contohnya untuk menghitung tekanan pada proyek percobaan anda atau dapat juga menghitung tekanan angin pada ban (bike tire pressure system). Namun tidak semua perangkat android memiliki sensor tersebut, hanya beberapa saja yang memiliki sebagai contoh: xperia active, nexus, galaxy s3, galaxy s4 dan beberapa lainnya.

7. Proximity• Proximity adalah sensor yang

digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu object tanpa kontak fisik.

• Implementasi dan manfaat dari proximity sensor salah satunya adalah mematikan layar secara otomatis saat kita menelpon, ini bertujuan untuk menghemat baterai, selain fungsi tersebut, kita dapat mengoptimalkan sensor tersebut untuk memutar musik, screen off atau masih banyak lagi yang dapat dioptimalkan terutama ketika sedang mengemudi atau memasak agar lebih fokus dan tetap dapat mengoperasikan perangkat tanpa harus melakukan kontak fisik terhadap perangkat.

8. Rotation Vector• Rotation vector adalah sensor untuk

mengukur orientasi perangkat dengan menyediakan tiga unsur perangkat rotasi vektor.

• Implementasi dan manfaat dari rotation vector hampir sama dengan sensor gerak, namun sensor ini lebih mengacu pada pergerakan rotasi perangkat.

1. Sensor yang mendeteksi perubahan gerak seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dan sebagainya disebut ….a. sensor thermal c. sensor optikb. sensor mekanik d. sensor listrik

LATIHAN SOAL

2. Berikut ini yang termasuk contoh dari sensor mekanik adalah ….

a. strain gauge, LVDT, potensiometer, bourdon tube

b.photocell, phototransistor, photodiode, pyrometer opticc. bimetal, termistor, termokopel, RTDd.generator, transducer, transformator, kapasitor

3. Perhatikan pernyataan berikut :- Cepat aus akibat gesekan- Sering timbul noise saat pergantian posisi- Mudah terserang korosi- Peka terhadap pengotorHal tersebut adalah kelemahan dari penggunaan :

a. Strain gaugeb.Bourdon tubec. Potensiometerd.LVDT

4. Sensor yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan suatu objek tanpa kontak fisik yaitu :a. gyroskopb. accelerometerc. sensor gravitasid. proximity

5. Perhatikan gambar berikut ini !

Gambar tersebut adalah ….a. Strain gaugeb.LVDTc. Potensiometerd.Bourdon tube

6. Implementasi dan manfaat dari pressure sensor adalah ….a. dapat mematikan layar secara otomatis

pada saat meneleponb. dapat memperoleh matriks kecenderungan

dan rotasi matriksc. dapat digunakan oleh team SAR atau

pecinta alamd. dapat digunakan kontrol game dengan

menggunakan gerak miring

7. Platform android mendukung tiga kategori besar sensor, yaitu :a. sensor gerak, sensor lingkungan dan sensor

posisib. sensor suhu, sensor listrik dan sensor

mekanikc. sensor gravitasi, sensor vektor rotasi dan

sensor orientasid. sensor tekanan, sensor cahaya dan sensor

akselerasi

8. Perhatikan data berikut :- bersifat portabel- ketelitiannya cukup tinggi- terjadi histerisis- terpengaruh shock dan vibrasiHal tersebut menunjukkan karakteristik dari ….a. accelerometerb. proximityc. mouse mekanikd. bourdon tube

9. Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan harus memenuhi persyaratan kualitas yaitu :a. mekanis, elektrik dan thermalb. linieritas, sensitivitas dan time responsec. transduser, generator dan histerisisd. potensiometer, pyrometer dan transistor

10. Gambar berikut yang merupakan gyroskop adalah ….

a.

b.

c.

d.

KUNCI JAWABAN

1. B 6. C2. A 7. A3. C 8. D4. D 9. B5. B 10. A