Transducer berasal dari kata
”Traducere” dalam bahasa latin yang berarti mengubah. Sehingga transducer dapat
didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi ke energi
yang lain. Bentuk-bentuk energi tersebut diantaranya seperti Energi
Listrik, Energi Mekanikal, Energi Elektromagnetik, Energi Cahaya, Energi Kimia,
Energi Akustik (bunyi) dan Energi Panas.
Dalam
pengertian yang lebih luas, transduser juga didefinisikan sebagai suatu
peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal
lainnya.Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah
beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato, menjadi vibrasi mekanis.
Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara kita, bunyi, atau energi
akustik menjadi sinyal atau energi listrik.
Karakteristik Dasar Transduser
Transduser dirancang untuk meraba besaran ukur
yang spesifik atau hanya tanggap terhadap besaran ukur tertentu saja. Pemilihan
karakteristik transduser listrik dan mekanik sangat penting, untuk pemakain
tertentu dalam instrumen suatu penelitian perlu memperhatikan hal-hal sebagai
berikut:
a. Kokoh (ruggedness) kemampuan untuk
bertahan pada beban lebih, dengan pengaman proteksi beban lebih yang dapat
mencegah pemakaian beban lebih.
b. Linieritas, Kemampuan menghasilkan
karakteristik input-output yang simetris dan linier.
c. Kemampuan ulang (Repeatability), kemampuan menghasilkan sinyal output yang
tepat sama bila mengukur besaran ukur sama secara berulang dalam kondisi
lingkungan sama pula.
d. Instrumentasi memuaskan, memberikan sinyal
output analog yang tinggi dengan perbandingan sinyal terhadap noise yang besar;
dalam banyak hal lebih disukai besaran digital.
e. Stabilitas dan keandalan tinggi,
kesalahan pengukuran minimum, tidak terpengaruh temperatur, getaran dan variasi
keadaan lingkungan.
f. Tanggapan dinamis (dynamic response)
baik: Output dapat dipercaya terhadap input bila diambil sebagai fungsi waktu (keluaran segera mengikuti masukan dengan
bentuk dan besar yang sama).
Efek ini dianalisa sebagai tanggapan frekuensi.
g. Resolusi, adalah perubahan input
yang paling kecil yang masih bisa dideteksi oleh transduser
h. Minimumkan noise yang bersatu dengan devais integrated,
minimumkan asimitri dan kerusakan lain.
i. Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan
karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam
penerapan
secara nyata seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu
juga dipertimbangkan.
Karakteristik
Mekanik
Karakteristik mekanik yang baik dapat mempengaruhi unjuk
kerja statis kuasistatis dan keadaan dinamis. Efek utamanya adalah :
(1)
Histerisis mekanik, mengakibatkan tanggapan elemen sensor yang tidak sempurna,
yang terjadi pada dimensi transduser strain. Sifat ini bergantung pada bahan
yang dipakai.
(2)Kental
atau merayap (creep): disebabkan karena adanya aliran kental bahan
elemen sensor. Besarnya semakin naik bila beban naik dan temperatur naik. Bahan
yang mempunyai titik leleh rendah memperlihatkan harga sifat merayap/mengalir
yang besar.
(3)Sifat
elastis yang tertinggal (after effect): Perubahan bentuk yang masih berlanjut
bila beban diberikan dengan konstan dan kalau beban dilepas makabentuk secara
perlahan-lahan akan kembali keasalnya, dan hilang sisa perubahan bentuknya.
Karakteristik Dinamis
Karakteristik
dinamis adalah seberapa cepat suatu output berubah ketika mendapat perubahan
pada input. Karakteristik ini terdiri dari :
1.
Rise time,
adalah waktu yang dibutuhkan agar dapat mencapai 10% hingga 90% dari respon
seluruhnya
2.
Time constant,
adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 63,2% dari harga maksimum
3.
Dead time,
adalah perbedaan waktu antara input dan output
4.
Settling time,
adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kurang lebih 2% dari nilai steady
state
Karakteristik Lingkungan
Karakteristik
lingkungan adalah performa dari suatu transduser, baik ketika beroperasi maupun
tidak, terhadap kondisi external. Misalnya suhu, tekanan, getaran, kecepatan,
dll.
Berdasarkan Fungsinya, Transduser terbagi
menjadi 2 jenis yaitu Transduser Input dan Transder Output. Hampir semua perangkat
Elektronika terdapat kedua jenis Transduser tersebut. Berikut ini adalah Blok
Diagram sederhana dari Transduser Input ke Transduser Output.
Transduser
Input (Input Transducer)
Transduser
Input merupakan Transduser yang dapat mengubah energi fisik (physical energy)
menjadi sinyal listrik ataupun Resistansi (yang kemudian juga dikonversikan ke
tegangan atau sinyal listrik). Energi fisik tersebut dapat berbentuk Cahaya,
Tekanan, Suhu maupun gelombang suara. Seperti contohnya Mikropon (Microphone),
Mikropon dapat mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik yang dapat
dihantarkan melalui kabel listrik. Transduser Input sering disebut juga dengan
Sensor.
Berikut ini beberapa Komponen
Elektronika ataupun perangkat Elektronika yang digolongkan sebagai Transduser
Input.
·
LDR
(Light Dependent Resistor) mengubah Cahaya menjadi Resistansi (Hambatan)
·
Thermistor
(NTC/PTC) mengubah suhu menjadi Resistansi (Hambatan)
·
Variable
Resistor (Potensiometer) mengubah posisi menjadi Resistansi (Hambatan)
·
Mikropon
(Microphone) mengubah gelombang suara menjadi sinyal listrik
Transduser
Output (Output Transducer)
Transduser
Output merupakan Transduser yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi bentuk
energi fisik (Physical Energy). Seperti contohnya Loudspeaker, Loudspeaker
mengubah sinyal listrik menjadi Suara yang dapat di dengar oleh manusia.
Transduser Output sering disebut juga dengan istilah Actuator.
Beberapa Komponen Elektronika
atau Perangkat Elektronika yang digolongkan sebagai Transduser Output
diantaranya adalah sebagai berikut :
·
LED
(Light Emitting Diode) mengubah listrik menjadi Energi Cahaya
·
Lampu
mengubah listrik menjadi Energi Cahaya
·
Motor
mengubah listrik menjadi Gerakan (motion)
·
Heater
mengubah listrik menjadi Panas
·
Loudspeaker
mengubah sinyal listrik menjadi Suara
Berikut
ini menunjukkan klasifikasi transducer berdasarkan prinsip kelistrikannya
1.
Transducer Pasif
Transducer pasif yaitu transducer
yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar. Transducer ini
tidak dapat menghasilkan tegangan sendiri tetapi dapat menghasilkan perubahan
nilai resistansi, kapasitansi, atau induktansi apabila mengalami perubahan
kondisi sekeliling.
Ada beberapa jenis transducer
pasif yang dapat kita peroleh di pasaran, yaitu transducer resistif, transducer
kapasitif, transduscr induktif, dan transducer foto.
a. Transducer Resistif
Table 2.1 Prinsip kerja dan penerapan transducer
resistif berdasarkan jenisnya
Jenis Transducer
|
Prinsip Kerja
|
Jenis Penerapan
|
Potensio meter resistif
|
Perubahan positif (karena gerakan eksternal) menjadi
perubahan resistansi potensiometer atau rangkaian jembatan.
|
Sensor tekanan, posisi
|
Strain Gage
|
Tekanan eksternal mengubah resistansi penghantaran atau
semi konduktor
|
Sensor berat, tekanan, posisi.
|
RTD
(resistance temperature detector)
|
Perubahan sushu mempengaruhi resistansi logam murni yang
mempunyai koefisien suhu positif.
|
Sensor suhu
|
Thermistor
|
Perubahan suhu mempengaruhi resistansi logam teroksidasi yang
mempunyai koefisien suhu negatif.
|
Sensor suhu
|
Hygrometer resistif
|
Resistansi elektroda turun bila kelembapan udara
disekelilingnya naik atau bertambah.
|
Sensor kelembapan
|
Psychrometer
|
Perbedaan suhu pada electrode kering dan electrode basah menghasilkan
perubahan tegangan.
|
Sensor kelembapan
|
b. Transducer Kapasitif dan Transducer Induktif
Prinsip kerja transducer ini
adalah mengubah perubahan besaran nonlistrik menjadi perubahan nilai
kapasitansi atau nilai induktif.
Table 2.2 Prinsip kerja dan penerapan transducer
induktif berdasarkan jenisnya
Jenis transducer
|
Prinsip kerja
|
Jenis penerapan
|
Transducer kapasitif
|
Kapasitas antara dua dielektrik berubah, disebabkan oleh
kondisi fisis seperti tinggi cairan, komposisi larutan, tekanan ketebalan,
kepadatan, aliran, dan panjang.
|
Sensor tinggi cairan, Sensor tekanan, kepadatan ketebalan
|
Transducer induktif LVDT (Linear variable differensial
transformer)
|
Perubahan posisi inti (cern) menyebabkan timbulnya
tegangan pada kumparan skunder.
|
Sensor tekanan, posisi
|
Transducer tekanan
|
Perubahan tekanan fisis seperti tekanan gas atau cairan
menyebabkan perubahan induktansi magnetic.
|
Sensor tekanan
|
c. Transducer Foto
Transducer foto dapat mengubah
besar arus listrik jika dikenai cahaya/sinar. Aris listrik inilah yang
dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang ingin diukur, misalnya gelap
terangnya suatu ruangan. Kondisi lain yang dapat diukur adalah kondisi yang
memanfaatkan sinar sebagai bahan utamanya. Ada beberapa jenis transducer foto
dan masing-masing mempunyai prinsip kerja yang berbeda-beda.
Table 2.3
Prinsip kerja dan penerapan transducer foto berdasarkan jenisnya
|
Jenis transducer
|
Prinsip kerja
|
Jenis penerapan
|
|
Photokonduktif
|
Konduktivitas pada suatu bahan berubah bila terkena
cahaya.
|
|
|
Photodiode
|
Arus reverse berubah sesuai intensitas cahaya pada diode
tersebut.
|
Sakelar cahaya/sensor cahaya
|
|
Phototransistor
|
Intensitas cahaya yang jatuh pada transistor photo
menyebabkan transistor dalam posisi cut off atau saturasi.
|
Sakelar cahaya
|
|
Optocopler
|
Mengubah pulsa menjadi sinar infra merah, sinar infra
merah mentriger detector fhoto.
|
Relay, sakelar cahaya.
|
1.
Transducer Aktif
Transducer aktif, yaitu
transducer yang bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan
energi yang akan diubah itu sendiri. Transducer ini tidak memerlukan catu daya
eksternal. Transducer ini malah dapat menghasilkan energi lisrik.
Table 2.4 Prinsip
kerja dan penerapan transducer aktif berdasarkan jenisnya
Jenis transducer
|
Prinsip kerja
|
Jenis penerapan
|
Thermokopel dan thermofile
|
Energi listrik muncul bila sambungan dua jenis
semikonduktor logam yang berbeda dikenai panas.
|
Sensor suhu, pancaran panas
|
Cell fotovoltaic
|
Energi listrik atau tegangan muncul bila sebuah hubungan
semi konduktor mendapat pancaran sinar.
|
Sensor cahaya, pembangkit tegangan energi sinar (Solar
Cell)
|
Keuntungan dan Kekurangan
Transduser Listrik
Transduser listrik berfungsi untuk mengubah besaran fisika,
mekanik atau optik untuk ditransformasikan langsung dan diubah menjadi besaran
listrik yang berupa tegangan atau arus yang sebanding dengan besaran yang diukur.
Keuntungan transduser listrik meliputi:
a. Output listrik dapat diperkuat menurut
keperluan.
b. Output dapat dilihat dan direkam secara jarak jauh,
selain dapat dibaca atau dilihat untuk beberapa transduser dapat diproses
bersama-sama.
c. Output dapat diubah tergantung keperluan pemeragaan atau
mengontrol alat lain. Besarnya sinyal dapat dinyatakan dengan
tegangan atau arus. Informasi frekuensi atau pulsa. Output yang sama dapat
diubah menjadi format digital, pemeragaan digital, pencetakan (print out) atau
penghitungan dalam proses (on-linecomputation). Karena output dapat dimodifiksi
atau diperkuatmaka sinyal output tersebut dapat direkam pada osilograp perekam
multichannel misalnya, pada transduser listrik yang digunakan
secarabersamaan.
d. Sinyal dapat dikondisikan atau dicampur
untuk mendapatkan kombinasi outputdan transduser sejenis, seperti contohnya
pada komputer on line, atau padasistem kontrol adaptif.
e. Ukuran dan bentuk transduser dapat
disesuaikan dengan rancangan alat untukmendapatkan berat serta volume optimum.
f. Dimensi dan bentuk desain dapat dipilih
agar tidak mengganggu sifat yangdiukur seperti misalnya pada pengukuran
turbulensi arus, ukuran transduserdapat dibuat kecil sekali, ini akan menaikkan
frekuensi natural dan menjadilebih baik. Contohnya pada transduser piezo
elektrik miniatur yang digunakanuntuk mengukur getaran.
Kekurangan transduser listrik ialah :
a. Kurang baik pada pengukuran presisi.
b. Alat kurang andal dibanding dengan jenis mekanik karena umur dan
driftkomponen aktif yang digunakan dapat mempengaruhi besaran listrik.
c. Elemen sensor danpengkondisi sinyal-sinyal relative mahal
d. Ketelitian dan resolusi tidaksetinggi alat mekanik yang dapat
mempunyai ketelitian hingga 0,01%.
Tetapi sekarang dengan
peningkatan teknologi rangkaian terintegrasi, ketelitian dan stabilitasnya
dapat ditingkatkan. Teknik spesial, seperti dengan feedback pada sistem dimana
indikasi nol diterapkan dalam pemrosesan, maka terdapat perbaikan ketelitian
tetapi menambah kekomplekan sistem sehingga ukurannya lebih besar dan
menurunkan frekuensi naturalnya dan harganya lebih mahal.
Aplikasi Transduser
Berdasarkan
Aplikasinya, Transduser dapat dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah
:
- Transducer Electromagnetic, seperti
Antenna, Tape Head/Disk Head, Magnetic Cartridge.
- Transducer Electrochemical, seperti
Hydrogen Sensor, pH Probes.
- Transducer Electromechanical, seperti
Rotary Motor, Potensiometer, Air flow sensor, Load cell.
- Transducer Electroacoustic, seperti
Loadspeaker, Earphone, Microphone, Ultrasonic Transceiver.
- Transducer Electro-optical, seperti
Lampu LED, Dioda Laser, Lampu Pijar, Tabung CRT.
- Transducer Thermoelectric, seperti
komponen NTC dan PTC, Thermocouple.
SUMBER PUSTAKA
Komentar
Posting Komentar