Sensor Dan Aplikasinya.docx

SENSOR DAN APLIKASINYA

A. SENSOR ULTRASONIK 1. Pengertian Sensor Ultrasonik Sensor ultrasonik adalah sebuah sensor yang berfungsi untuk mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dan sebaliknya. Cara kerja sensor ini didasarkan pada prinsip dari pantulan suatu gelombang suara sehingga dapat dipakai untuk menafsirkan eksistensi (jarak) suatu benda dengan frekuensi tertentu. Disebut sebagai sensor ultrasonik karena sensor ini menggunakan gelombang ultrasonik (bunyi ultrasonik). Gelombang ultrasonik adalah gelombang bunyi yang mempunyai frekuensi sangat tinggi yaitu 20.000 Hz. Bunyi ultrasonik tidak dapat di dengar oleh telinga manusia. Bunyi ultrasonik dapat didengar oleh anjing, kucing, kelelawar, dan lumba-lumba. Bunyi ultrasonik nisa merambat melalui zat padat, cair dan gas. Reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat padat hampir sama dengan reflektivitas bunyi ultrasonik di permukaan zat cair. Akan tetapi, gelombang bunyi ultrasonik akan diserap oleh tekstil dan busa.

2. Cara Kerja Sensor Ultrasonik Pada sensor ultrasonik, gelombang ultrasonik dibangkitkan melalui sebuah alat yang disebut dengan piezoelektrik dengan frekuensi tertentu. Piezoelektrik ini akan menghasilkan gelombang ultrasonik (umumnya berfrekuensi 40kHz) ketika sebuah osilator diterapkan pada benda tersebut. Secara umum, alat ini akan menembakkan gelombang ultrasonik menuju suatu area atau suatu target. Setelah gelombang menyentuh permukaan target, maka target akan memantulkan kembali gelombang tersebut. Gelombang pantulan dari target akan ditangkap oleh sensor, kemudian sensor menghitung selisih antara waktu pengiriman gelombang dan waktu gelombang pantul diterima.

Gambar cara kerja sensor ultrasonik dengan transmitter dan receiver (atas), sensor ultrasonik dengan single sensor yang berfungsi sebagai transmitter dan receiver sealigus Secara detail, cara kerja sensor ultrasonik adalah sebagai berikut: 





Sinyal dipancarkan oleh pemancar ultrasonik dengan frekuensi tertentu dan dengan durasi waktu tertentu. Sinyal tersebut berfrekuensi diatas 20kHz. Untuk mengukur jarak benda (sensor jarak), frekuensi yang umum digunakan adalah 40kHz. Sinyal yang dipancarkan akan merambat sebagai gelombang bunyi dengan kecepatan sekitar 340 m/s. Ketika menumbuk suatu benda, maka sinyal tersebut akan dipantulkan oleh benda tersebut. Setelah gelombang pantulan sampai di alat penerima, maka sinyal tersebut akan diproses untuk menghitung jarak benda tersebut. Jarak benda dihitung berdasarkan rumus : S = 340.t/2

Dimana S merupakan jarak antara sensor ultrasonik dengan benda (bidang pantul), dan t adalah selisih antara waktu pemancaran gelombang oleh transmitter dan waktu ketika gelombang pantul diterima receiver.

3. Aplikasi Sensor Ultrasonik Dalam bidang kesehatan, gelombang ultrasonik bisa digunakan untuk melihat organorgan dalam tubuh manusia seperti untuk mendeteksi tumor, liver, otak dan menghancurkan batu ginjal. Gelombang ultrasonik juga dimanfaatkan pada alat USG (ultrasonografi) yang biasa digunakan oleh dokter kandungan. Dalam bidang industri, gelombang ultrasonik digunakan untuk mendeteksi keretakan pada logam, meratakan campuran besi dan timah, meratakan campuran susu agar homogen, mensterilkan makanan yang diawetkan dalam kaleng, dan membersihkan benda benda yang sangat halus. Gelombang ultrasonik juga bisa digunakan untuk mendeteksi keberadaan mineral maupun minyak bumi yang tersimpan di dalam perut bumi. Dalam bidang pertahanan, gelombang ultrasonik digunakan sebagai radar atau navigasi, di darat maupun di dalam air. Gelombang ultrasonik digunakan oleh kapal pemburu untuk mengetahui keberadaan kapal selam, dipasang pada kapal selam untuk mengetahui keberadaan

kapal yang berada di atas permukaan air, mengukur kedalaman palung laut, mendeteksi ranjau, dan menentukan puosisi sekelompok ikan.

4. Rangkaian Sensor Ultrasonik 1) Transmitter Transmitter adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai pemancar gelombang ultrasonik dengan frekuensi tertentu (misal, sebesar 40 kHz) yang dibangkitkan dari sebuah osilator. Untuk menghasilkan frekuensi 40 KHz, harus di buat sebuah rangkaian osilator dan keluaran dari osilator dilanjutkan menuju penguat sinyal. Besarnya frekuensi ditentukan oleh komponen RLC / kristal tergantung dari disain osilator yang digunakan. Penguat sinyal akan memberikan sebuah sinyal listrik yang diumpankan ke piezoelektrik dan terjadi reaksi mekanik sehingga bergetar dan memancarkan gelombang yang sesuai dengan besar frekuensi pada osilator.

Gambar rangkaian dasar dari transmitter ultrasonik 2) Receiver Receiver terdiri dari transduser ultrasonik menggunakan bahan piezoelektrik, yang berfungsi sebagai penerima gelombang pantulan yang berasal dari transmitter yang dikenakan pada permukaan suatu benda atau gelombang langsung LOS (Line of Sight) dari transmitter. Oleh karena bahan piezoelektrik memiliki reaksi yang reversible, elemen keramik akan membangkitkan tegangan listrik pada saat gelombang datang dengan frekuensi yang resonan dan akan menggetarkan bahan piezoelektrik tersebut.

Gambar rangkaian dasar receiver sensor ultrasonik

B. THERMOSTAT 1. Pengertian Thermostat Thermostat adalah jenis Sensor suhu Kontak (Contact Temperature Sensor) yang menggunakan prinsip Electro-Mechanical. Thermostat pada dasarnya terdiri dari dua jenis logam yang berbeda seperti Nikel, Tembaga, Tungsten atau aluminium. Dua Jenis Logam tersebut kemudian ditempel sehingga membentuk Bi-Metallic strip. Bi-Metallic Strip tersebut akan bengkok jika mendapatkan suhu tertentu sehingga bergerak memutuskan atau menyambungkan sirkuit (ON/OFF). Thermostat sering digunakan pada peralatan listrik seperti Oven, Seterika dan Water Heater.

2. Aplikasi Thermostat E103 Sebagai Pengontrol Suhu Inkubator/Mesin Penetas Telur

Thermostat E103 (sekarang NE103-RS) adalahgeneral-purpose thermostat yang dapat digunakan sebagai pengontrol suhu pada aplikasi sistem pemanas maupun pendingin dengan jangkauan suhu operasional antara 10-90 derajat celcius. Dengan 3 parameter yang menjadi parameter dasar sebuah kontroler suhu digital, yakni: Suhu Target, Hysteresis, danFaktor Koreksi, Thermostat E013 dapat disetting agar berfungsi sesuai dengan kinerja sistem kontrol suhu yang dibutuhkan. Dengan jangkauan suhu yang lebar dan nilai hysteresis yang dapat disetting hingga +/-0.1 derajat celcius, maka Thermostat E103 dapat diaplikasikan pada berbagai sistem seperti:         

Alarm peringatan suhu dan kontrol otomatis exhaust-fan untuk ruang server dan ruang pemancar Pengontrol suhu bioreaktor Pengontrol suhu kolam pemijahan ikan Pengontrol otomatis pompa air sarang burung walet yang bekerja berdasarkan suhu Pengontrol suhu inkubator/mesin penetas telur Pengontrol suhu pemanas bibit tebu Alarm suhu pada oven tembakau manual Pengontrol suhu akuarium ikan dan reptil Dan lain-lain

SS1 adalah selector-switch atau saklar yang berfungsi menghidupkan atau mematikan sistem secara keseluruhan. Jika SS1=ON, maka catudaya PS-12VDC akan ON sehingga Thermostat E103 juga menjadi ON dan kontroler suhu pun bekerja.

Ketika SUHU AKTUAL < SUHU TARGET, maka RELAY akan ON dan lampu pemanas akan ON, sedangkan lampu penerangan akan OFF. Dan ketika SUHU AKTUAL > SUHU TARGET, maka RELAY akan OFF dan lampu pemanas akan OFF, sedangkan lampu penerangan akan ON. Lampu penerangan adalah sebuah lampu berdaya rendah yang berfungsi untuk menerangi ruangan inkubator selama lampu pemanas OFF, sehingga kita dapat tetap melihat kondisi telur ketika lampu pemanas OFF. Lampu yang ideal adalah lampu tidur yang terbuat dari LED. Instalasi rangkaian mesin penetas telur di atas sangatlah sederhana, namun memiliki sebuah fitur tambahan yang sangat bermanfaat dalam proses penetasan telur.

C. THERMISTOR 1. Pengertian Thermistor Thermistor adalah komponen elektronika yang nilai resistansinya dipengaruhi oleh Suhu. Thermistor yang merupakan singkatan dari Thermal Resistor ini pada dasarnya terdiri dari 2 jenis yaitu PTC (Positive Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya akan meningkat tinggi ketika suhunya tinggi dan NTC (Negative Temperature Coefficient) yang nilai resistansinya menurun ketika suhunya meningkat tinggi.

Thermistor yang dapat mengubah energi listrik menjadi hambatan ini terbuat dari bahan keramik semikonduktor seperti Kobalt, Mangan atau Nikel Oksida yang dilapisi dengan kaca. Keuntungan dari Thermistor adalah sebagai berikut :  Memiliki Respon yang cepat atas perubahan suhu.  Lebih murah dibanding dengan Sensor Suhu jenis RTD (Resistive Temperature Detector).  Rentang atau Range nilai resistansi yang luas berkisar dari 2.000 Ohm hingga 10.000 Ohm.  Memiliki sensitivitas suhu yang tinggi. Thermistor (PTC/NTC) banyak diaplikasikan kedalam peralatan Elektronika seperti Voltage Regulator, sensor suhu kulkas, pendeteksi kebakaran, Sensor suhu pada Otomotif, Sensor suhu pada Komputer, sensor untuk memantau pengisian ulang Baterai pada ponsel, kamera dan Laptop.

2. Alarm Kebakaran Menggunakan Termistor Dengan IC NE555 

       

IC1 (NE555) dikonfigurasi sebagai osilator yang bekerja bebas pada frekuensi audio. dengan komponen utama Transistor T1 dan T2 drive IC1. Output (pin 3) dari IC1 adalah berpasangan untuk basis transistor T3 (SL100), yang memberikan frekuensi ke speaker untuk menghasilkansuara alarm. Frekuensi NE555 tergantung pada nilai-nilai resistansi R5 dan R6 dan kapasitansiC2. Ketika thermistor menjadi panas, memberikan resistansi rendah untuk tegangan positif ke basis transistor T1 melalui dioda D1 dan R2. kapasitor C1 mesuplai tegangan positif danmeningkatkan waktu yang alarm ON. Semakin besar nilai C1, semakin besar bias positif diterapkan pada basis transistor T1 (BC548). kolektor T1 digabungkan ke basis transistor T2, T2 transistor memberikan tegangan positif untuk pin 4 (reset) dari IC1 (NE555). Resistor R4 dipilihsehingga NE555 terus aktif dengan tidak adanya tegangan positif. Diode D1 berhenti menyupalai tegangan ke kapasitor C1 ketika termistor ini terhubung dengan suplai positif dan memberikan resistensi yang tinggi. Hal ini juga menghambat bias maju dari transistor T1.