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.
Sensor Hall Effect
digunakan untuk mendeteksi kedekatan (proximity), kehadiran atau
ketidakhadiran suatu objek magnetis (yang) menggunakan suatu jarak kritis. Pada
dasarnya ada dua tipe Half-Effect Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off.
Tipe linearn digunakan untuk mengukur medan magnet secara linear,
mengukur arus DC dan AC pada konduktordan funsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe
on-off digunakan sebagai limit switch, sensor keberadaan (presence sensors),
dsb. Sensor ini memberikan logika output sebagai interface gerbang
logika secara langsung atau mengendalikan beban dengan buffer amplifier.
Gambar 1.7. Diagram Hall Effect
Keterangan gambar :
1.
Elektron
2.
Sensor Hall atau Elemen Hall
3.
Magnet
4.
Medan Magnet
5. Power Source
Gambar diagram hall effect
tersebut tersebut menunjukkan aliran elektron. Dalam gambar A menunjukkan bahwa
elemen Hall mengambil kutub negatif pada sisi atas dan kutub positif
pada sisi bawah. Dalam gambar B dan C, baik arus listrik ataupun medan magnet
dibalik, menyebabkan polarisasi juga terbalik. Arus dan medan magnet yang
dibalik ini menyebabkan sensor Hall mempunyai kutub negatif pada sisi atas.
Hall Effect tergantung
pada beda potensial (tegangan Hall) pada sisi yang berlawanan dari
sebuah lembar tipis material konduktor atau semikonduktor dimana arus listrik
mengalir, dihasilkan oleh medan magnet yang tegak lurus dengan elemeh Hall.
Perbandingan tegangan yang dihasilkan oleh jumlah arus dikenal dengan tahanan
Hall,dan tergantung pada karakteristik bahan. Dr. Edwin Hall
menemukan efek ini pada tahun 1879.
Hall Effect dihasilkan oleh
arus pada konduktor. Arus terdiri atas banyak beban kecil yang membawa
partikel-partikel (biasanya elektron) dan membawa gaya Lorentz pada medan
magnet. Beberapa beban ini berakhir di sisi – sisi konduktor. Ini hanya berlaku
pada konduktor besar dimana jarak antara dua sisi cukup besar.
Salah satu yang paling penting
dari Hall Effect adalah perbedaan antara beban positif bergerak dalam
satu arah dan beban negatif bergerak pada kebalikannya. Hall Effect
memberikan bukti nyata bahwa arus listrik pada logam dibawa oleh elektron yang
bergerak, bukan oleh proton. Yang cukup menarik, Hall Effect juga
menunjukkan bahwa dalam beberapa substansi (terutama semikonduktor), lebih
cocok bila kita berpikir arus sebagai “holes” positif yang bergerak
daripada elektron.
Gambar 1.8 Pengukuran
Tegangan Hall
Dengan mengukur tegangan Hall yang melalui bahan, kita dapat
menentukan kekuatan medan magnet yang ada. Hal ini bisa dirumuskan :
Dimana VH
adalah tegangan yang melalui lebar pelat, I adalah arus yang melalui
panjang pelat, B adalah medan magnet, d adalah tebal pelat, e adalah
elektron, dan n adalah kerapatan elektron pembawa. Dalam keberadaan kekuatan
medan magnetik yang besar dan temperatur rendah, kita dapat meneliti quantum
Hall effect, yang dimana adalah kuantisasi tahanan Hall.
Dalam bahan ferromagnetik (dan
material paramagnetik dalam medan magnetik), resistivitas Hall termasuk
kontribusi tambahan, dikenal sebagai Anomalous Hall Effect (Extraordinary
Hall Effect), yang bergantung secara langsung pada magnetisasi bahan, dan
sering lebih besar dari Hall Effect biasa. Walaupun sebagai sebuah
fenomena yang dikenal baik, masih ada perdebatan tentang keberadaannya dalam
material yang bervariasi. Anomalous Hall Effect bisa berupa efek
ekstrinsik bergantung pada putaran yang menyebar dari beban pembawa, atau efek
intrinsik yang dapat dijelaskan dengan efek Berry phase dalam momentum space
kristal.
Hall effect menghasilkan level
sinyal yang sangat rendah dan membutuhkan amplifikasi. Amplifier tabung
vakum pada abad 20 terlalu mahal, menghabiskan tenaga dan kurang andal dalam
aplikasi sehari-hari. Dengan pengembangan IC berharga murah maka Hall Effect
Sensor menjadi berguna untuk banyak aplikasi. Alat Hall Effect saat
disusun den-gan tepat akan tahan dengan debu, kotoran, lumpur dan air. Sifat ini
menyebabkan alat Hall Effect lebih baik untuk sensor posisi daripada
alat alternatif lainnya seperti sensor optik dan elektromekanik.
Hall effect sensor sering dipakai untuk Split ring
clamp-on sensor, Analog multiplication, Power sensing, Position and
motion sensing, Automotive ignition dan fuel injection serta
Wheel rotation sensing. Sensor ini banyak tersedia di berbagai macam
pabrik, dan digunakan untuk sensor-sensor yang bervariasi seperti sensor
aliran cairan, sensor power dan sensor tekanan.
Sensor Efek Hall digunakan untuk mendeteksi kedekatan
(proximity), kehadiran atau ketidakhadirannya suatu objek magnetis
(yang) menggunakan suatu jarak kritis. Pada dasarnya ada dua tipe Hall-Effect
Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off. Tipe linear di-gunakan untuk
mengukur medan magnet secara linear, mengukur arus DC dan AC pada konduktor dan
fungsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe on-off digunakan sebagai limit switch,
sensor keberadaan (presence sensors), dsb. Sensor ini memberikan logika
output sebagai interface gerbang logika secara langsung atau
mengendalikan beban dengan buffer amplifier.
Alat ini terdiri dari pasangan emitter/detektor pada tempat
yang sama. Emitter meradi-asikan cahaya UV dan jika tidak ada halangan yang
akan memantulkan cahaya tersebut, maka tidak akan ada cahaya yang diterima oleh
detektor.
Jika objek pemantul (dengan warna/permukaan yang sesuai)
dibuat menghadap alat ini, detektor (photoresistor) mensaturasi output,
sehingga terbentuk sinyal logika.
Emitter
dan detektor disesuaikan, di mana detektor mempunyai puncak sensitivitas yang
bersesuaian dengan panjang gelombang emitter. Seberapa baik pendeteksian suatu
objek tergantung pada :
·
Jumlah cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya.
·
Kepekaan photodetector.
·
Jarak antara switch dari objek.
·
Kondisi cahaya dari lingkungan sekitar.
·
Kedudukan tegak lurus permukaan dari pantulan cahaya dengan
switch.
1.11. Proximity Switch Induktif
Alat ini diklasifikasikan sebagai
berikut :
·
Bersumber daya AC atau DC.
· 2
terminal, di mana beban dihubungkan antara terminal satu dengan sumber AC atau
DC, sementara terminal lain merupakan GND.
·
terminal, dua terminal di antaranya adalah sumber tegangan
dan GND, sedangkan
terminal
lainnya adalah output beban yang dihubungkan dengan sumber tegangan (tipe NPN )
atau ke GND (tipe PNP).
Alat ini terdiri dari suatu
osilator, demodulator, trigger, dan switching amplifier.
Alat ini beroperasi dengan prinsip transistor osilator yang
operasinya dumped ketika objek metal mendekati elemen yang beresonansi.
Efisiensi dumping effect ini tergantung dari tipe metal dan jarak.
Jika
objek metal memasuki medan magnet kumparan osilator, arus pusar akan diinduksi
pada kumparan yang mengubah amplitudo osilasi. Demodulator akan mengkonversi
perubahan amplitudo menjadi sinyal DC yang akan mengaktifkan trigger.
Keuntungan Penggunaan Proximity Switch induktif :
·
Tidak perlu ada kontak fisik secara langsung antara pemakai
dengan sistem.
·
Dapat bekerja di lingkungan dengan kondisi apapun.
·
Responnya berjalan dengan cepat.
·
Awet dan tahan lama.
1.12. Transduser Pergeseran
Pengubahan
sebuah gaya terpasang menjadi pergeseran merupakan dasar bagi berbagai jenis
tranducer. Elemen mekanis yang digunakan untuk mengubah gaya terpasang menjadi
pergeseran disebut alat-alat penjumlah gaya (force summing devices) yang
bagian-bagiannya berupa :
a. Diagfragma, rata atau
bergelombang
b. Tiupan (bellows)
c. Tabung
Boundon, melingkar atau berbelit
d. Tabung/ pipa
lurus
e. Kantilever
massa (mass cantilever), suspensi tunggal atau dobel
f. Torsi ujung
berputer (pivot torque)
1.12.1. Transduser Kapasitive
Karena kapasitansi berbanding terbalik dengan jarak kedua
pelat paralel, setiap variasi dalam d menyebabkan variasi pada kapasitansi.
Prinsip ini diterapkan pada transducer kapasitif.
Kapasitansi dari sebuah kapasitor
pelat paralel diberikan oleh G = (farad)
Cara kerjanya :
- Gaya
diberikan pada diafragma yang berfungsi sebagai salah satu pelat kapasitor,
mengubah jarak antara diafragma dengan pelat yang diam.
- Perubahan
kapasitansi yang dihasilkan ini dapat diukur dengan jembatan ac atau sebuah
rangkaian osilator.
- Transducer
sebagai bagian dari rangkaian osilator menyebabkan perubahan frekuensi
osilator. Perubahan frekuensi ini merupakan ukuran dari besarnya gaya yang
dipasang.
1.12.2. Transducer induktif
Dalam transducer induktif pengukuran gaya dilakukan dengan
mengubah perbandingan induktansi dari sepasang kumparan atau dengan mengubah induktansi
kumparan tunggal. Dalam masing-masing hal, jangkar feromagenetik yang
digerakkan/ digeser oleh gaya yang akan diukur mengubah reluktansi rangkaian
magnetik. Perubahan induktansi yang dihasilkan merupakan ukuran bagi besarnya
gaya yang diberikan. Gambar 6 memperlihatkan variasi senjang udara dengan
mengubah posisi jangkar. Perubahan induktansi yang dihasilkan merupakan ukuran
bagi besarnya gaya yang diberikan.
(a) Kumparan dobel (b) Kumparan
tunggal
Gambar 1.9. Transducer induktif
1.12.3. Transformator selisih yang
berubah-ubah (LVDT)
Konstruksi
dasar dari sebuah transformator selisih yang berubah secara linier (LVDT -
Liniear Variable Differential Transformer) ditunjukkan pada Gambar 1.10.
Gambar 1.10. LVDT
Transformator ini terdiri dari
satu kumparan primer dan dua kumparan sekunder yang ditempatkan pada kedua sisi
kumparan primer. Kumparan sekunder mempunyai jumlah gulungan yang sama tetapi
mereka dihubungkan seri secara berlawanan sehingga gaya gerak listrik (ggl)
yang diindusir didalam kumparan sekunder tersebut saling berlawanan. Posisi
dari inti yang dapat bergerak menentukan hubungan fluksi antara kumparan primer
yang tereksitasi oleh ac dan masing-masing dari kedua kumparan sekunder.
1.13. Potensiometer
Transduser potensiometrik adalah sebuah alat elektromekanik
yang mengandung elemen tahanan yang dihubungkan oleh sebuah kontak geser yang
dapat bergerak. Gerakan kontak geser menghasilkan suatu perubahan tahanan yang
biasa linier, logaritmis, eksponensial, dan sebagainya, bergantung pada cara
dalam mana kawat tahanan tersebut digulungkan.
Gambar 1.11. Potensiometer
1.14. Alat ukur fluksi dan alat ukur
Gauss
Alat ukur fluksi (fluxmeter) menggunakan mekanisme kumparan
putar khusus yang tidak mempunyai magnet dan potongan kutub. Alat ini
ditemapatkan di dalam medan magnet yang tidak diketahui dan arus lewat melalui
alat ukur. Defleksi alat ukur fluksi bergantung pada besarnya arus dan kekuatan
medan magnet yang tidsak diketahui. Besarnya arus dapat dikontrol dengan sebuah
tahanan geser dan dibaca pada sebuah alat ukur untuk defleksi standar pada alat
ukur fluksi berbanding dengan kuat medan magnet, dan pembacaan arus merupakan
indikasi langsung dari kuat medan magnet.
Alat ukur gauss (gaussmeter)
bekerja dengan prinsip berbeda. Torsi yang dikeluarkan oleh induksi magnet
terhadap sebuah magnet kecil disetimbangkan oleh torsi pemulih dari sebuah
pegas spiral. Magnet kecil ini dibawa ke dalam pengaruh medan magnet yang tidak
diketahui dan diputar untuk penunjukan maksimal sebuah jarum penunjuk yang
tersambung ke pegas spiral pemulih. Skala instrumen dikalibrasi agar langsung
membaca kuat medan medan magnet dalm gauss ataupun weber.
1.15. Galvanometer balistik
Defleksi sebuah galvanometer balistik berbanding langsung
dengan muatan listrik yang mengalir melalui kumparannya. Karena muatan dan
fluksi dihubungkan oleh sebuah konstanta kesebandingan, defleksi galvanomewter
merupakan ukuran fluksi, sehingga untuk memeriksa sifat-sifat bahan magnetic,
biasanya satu pengukuran fluksi tunggal tidak cukup. Susunan pengukuran pada
gambar 22 memperbolehkan penetuan lup histerisis dari sebuah sample cincin
bahan magnetic dengan mengukur fluksimdengan sebuah galvanometer balistik pada
nilai gaya magnetisasi yang berlawanan.
Lup histerisis diukur dengan cara berikut : Sakelar
mula-mula ditutup dan arus di dalam kumparan primer disetel oleh R1 ke suatu
nilai maksimal H yang diinginkan. Sakelar S1 dibalik beberapa kali sehingga
sample berada dalam keadaan berputaer dan defleksi galvanometer balistik
terbaca. Nilai rata-rata dari pengulangan peengukuran memberikan nilai untuk
kerapatan fluksi maksimal B. sekarang sakelar S2 dibuka yang membuat R2 paralel
dengan rangkaian arus dan menurunkan gaya magnetisasi dalam jumlah yang kecil.
Pengurangan dala kerapatan fluksi B, diperoleh dari defleksi galvanometer dan
nilai H yang baru diperoleh dari pembacaan alat ukur.
Beberapa pengukuiran dilakukan dengan memanipulasi
pembalikan sakelar S1 sehingga rata-rata B diperoleh. Sekarang S2 ditutup lagi
dan sample dikembalikan ke posisi mula-mula dari magnetisasi maksimal. Sekarang
tahanan geser R2 diatur sedikit untuk mengurangi arus magnetisasi total, dan
suatu susunan pengukuran dilakukan, dimulai dari tyitik awal dari H paling
besar.
1. Jelaskan macam sensor dan
transduser yang anda ketahui
1.
Sebuah strain-gage tahanan dengan
fakto gage sebesar 2,5 dipasang pada sebuah balok baja yang modulus
elastisitasnya adalah 2 x 106 kg/cm2. Strain-gage memiliki tahanan tanpa
teregang sebesar 120 yang bertambah menjadi 120,5 , bila balok dipengaruhi oleh
takanan geser. Tentukan tekanan geser (stress) pada titik di mana strain gage
terpasang !
2.
Gambar dan terangkan prinsip kerja dari LVDT !
3.
Gambarkan rangkaian kontrol on-off
dengan menggunakan fotosel dan jelaskan cara kerjanya !
4.
Sebutkan empat jenis transducer
pasif dan jelaskan prinsip kerja dan sifat alat untuk masing-masing jenis !
5.
Sebutkan tiga jenis elemen-elemen
termometer tahanan, keuntungan dan kekurangannya !
6.
Apa beda antara fotoemisif,
fotokonduktif, dan sel fototegangan. Sebutkan pemakaian alat untuk
masing-masing sel !
7.
Sebuah strain-gage tahanan dengan
faktor gage sebesar 2,4 dipasang pada sebuah balok baja yang modulus
elatisitasnya adalah 2 x 106 kg/cm2. Strain gage memiliki tahanan tanpa
teregang sebesar 120 yang bertambah menjadi 120,1 bila balok dipengaruhi oleh
tekanan geser. Tentukan tekanan geser (stress) pada titik di mana strain gage
terpasang !
8.
Sebuah strain-gage tahanan dengan
faktot gage sebesar 2 diikat ke sebuah benda baja yang dipengaruhi oleh
tegangan geser sebesar 1050 kg/cm2. Modulus elastisitas baja adalah kira-kira
2,1 x 106 kg/cm2. Hitung perubahan tahanan R dari elemen strain gage yang
disebabkan oleh tegangan geser yang dikenakan !
No comments:
Post a Comment