KARAKTERISTIK SENSORDwi Sudarno Putra, ST, MT.

http://dwisudarnoputra.wordpress.com/

http://unp.ac.id/

Fokus BahasanTransfer FunctionFull-Scale Input (Span)Full-Scale OutputAkurasiKalibrasiHysteresisSaturationRepeatability ErorDeadbandResolution

Sifat Khusus Impedansi OutputFormat KeluaranEksitasiKarakteristik

dinamisFaktor LingkunganReliabilityKarakteristik

AplikasiKetidakpastian

Transfer FunctionStimulus biasanya tidak

berbentuk elektris, sehingga dari input menuju output akan terjadi proses perubahan energi

Transfer FunctionSehingga di dalam sebuah sensor

antara Input (stimulus) dan Output (respon) memiliki hubungan matematis

Jika Output adalah S dan input stimulusnya adalah s, maka dapat dituliskan transfer functionnya S=f(s) dimana S sebagai fungsi s

Transfer Function Contoh : Representasi grafis

hubungan S dan s pada sebuah Position Sensor

Grafik hubungan bukaan valve dan tegangan

Volt

%

Transfer Function Contoh : Representasi grafis hubungan

S dan s pada sebuah Thermo anemoneter

Grafik (a)Transfer Function dan Grafik (b) invers transfer function

Transfer FunctionBagaimana cara mendapatkan

Transfer Function?1. Mathematical Model2. Functional Approximations3. Polynomial Approximations4. Linear Piecewise Approximation5. Spline Interpolation6. Multidimensional Transfer Functions

Full-Scale Input (Span)Span

merepresentasikan nilai maksimum stimulus yang dapat diberikan kepada sensor tanpa mempegaruhi akurasi sensor

Full-Scale OutputFSO adalah

perbedaan aljabar antara keluaran sinyal elektrik yang diukur dengan masukan stimulus maksimum dan masukan stimulus terendah

AkurasiAkurasi adalah seberapa tepat nilai

stimulus dapat direpresentasikan. Dalam kontek akurasi nilai yang

sebeneranya dihitung adalah ketidakakuratan

Ketidakakuratan (inaccuracy) adalah nilai deviasi (penyimpangan) terjauh yang dihasilkan oleh sensor dibandingkan dengan nilai ideal atau nilai sebenarnya dari masukan stimulus

Akurasi Ilustrasi

◦ Sensor perpindahan linear menghasilkan output (S) nilai 1 mV (milivolt) setiap stimulus (s) perpindahan sejauh 1 mm (milimeter), maka idealnya akan memiliki grafik transfer function berbentuk garis dengan kemiringan (sensitifitas) B = 1mV/1mm

◦ Namun pada prakteknya ketika diberikan s = 10mm ternyata menghasilkan S=10.5 mV.

◦ Dengan fungsi invers maka didapatkan stimulus seharusnya adalah sx = S/B = 10.5 mV/1(mV/mm)=10.5 mm

◦ Kemudian kita bandingkan dengan nilai aktual diperoleh adanya kesalahan perkiraan perpindahan oleh sensor yaitu sebesar sx – s = 0.5 mm disebut sebagai kesalahan penyimpangan atau eror

Akurasi Ilustrasi

◦ Sehinga bisa dikatakan bahwa dalam 10mm ketidakakuratan sensor adalah 0.5mm atau bisa dikatakan bahwa ketidak akuratan sensor sebesar 0.5/10 = 5 %

◦ Hal ini memungkinkan adanya eror lebih besar ketika pergeserannya semakin jauh

Jika eksperimen dilakukan berulang dan hasilnya tetap saja memberikan eror 5 % maka boleh disebut bahwa sensor memiliki eror sistematis sebesar 5% setiap 10mm span

Pada kenyataannya eror sistematis yang demikian tidak ada, yang ada eror sistematis adalah nilai rata-rata dari beberapa kali eksperimen

Akurasi Inacuracy bisa

disebabkan :◦ Variasi material◦ Kualitas pekerjaan◦ Kesalahan desain◦ Toleransi dalam

manufaktur, dll Inacuracy tetaplah

tidak boleh melebihi batasan akurasi tertentu

CalibrationAdalah proses verifikasi akurasi

suatu alat/piranti dengan sebuah acuan standard tertentu

Acuan dapat berupa ◦Rancangan awal◦Kondisi tertentu

Calibration ErrorAdalah toleransi ketidakakuratan yang

diijinkan oleh (pabrik) pembuat sensor yang bersifat sistemik

Kalibrasi eror ini dapat ditambahkan dengan porsi yang sama untuk semua kondisi ataupun berbeda bergantung tipe erornya

Hysteresis ErorAdalah pergeseran output sensor pada

kondisi (titik) sinyal masukan tertentu yang dicapai dari arah yang berlawanan

Penyebab :◦ Bentuk geometri desain◦ Friction (gesekan)◦ Perubahan struktur material

Saturation ErorAdalah kejenuhan, kondisi dimana output

sensor tidak lagi mampu memberikan nilai seperti yang diinginkan

Repeatability ErorAdalah ketidakmampuan sensor untuk

memberikan nilai yang sama pada kondisi (penyensoran) yang sama

Penyebab :◦ Derau panas◦ Plastisitas Material◦ Build up charge, dll

Dead BandAdalah ketidakmampuan sensor ketika

bekerja dalam range input tertentu

ResolutionAdalah nilai step kenaikan stimulus

terkecil yang masih bisa dirasakan sensor

Special PropertiesProperties tertentu kadang dibutuhkan

pada beberapa sensor,Misal pada light detector yang sensitif

pada bandwidth optik tertentu sehingga diperlukan spesifikasi tertentu guna medapatkan respon spektral mereka

Output ImpedanceImpedansi keluaran

Penting untuk diketahui agar keterhubungan sensor dan rangkaian elektronik bisa dilakukan dengan lebih baik

Untuk a, Zout dibuat sekecil mungkin agar tegangan yang masuk ke rangkaian besar

Output FormatAdalah bentuk karakteristik dari sinyal

yang dihasilkan oleh sensor. Baik sensor itu sendiri maupun hasil kolaborasi sensor dan rangkaiannya

Karakteristik yang dimaksud bisa berupa tegangan, arus, beban, frekuensi, amplitudo, pase, polaritas, bentuk sinyal, waktu tunda, kode digital

EksitasiAdalah sinyal luar yang diperlukan untuk

mengoperasikan sebuah sensor aktifEksitasi dapat berupa tegangan dan

atau arus tertentuKesalahan dalam memberikan sinyal

eksitasi akan mengganggu transfer funtion yang berarti akan menimbulkan kesalahan juga pada outputnya

Dynamic CharacteristicUntuk beberapa hal, sensor digunakan

dalam kondisi yang berubah secara drastis, sedangkan respon yang diberikan terkadang lambat/kurang bisa mengikuti perubahan (karena sensor ataupun penghubung dengan stimulus) sehingga sensor akan memiliki sebuah karakteristik yang tergantung dengan waktu (time dipendent characteristic) hal inilah yang disebut sebagai Karakteristik dinamis

Banyak terjadi di sistem kendali seperti pada saat fase pemanasan/persiapan sebuah sistem

Dynamic Characteristic

Environmental FactorFaktor yang dapat mempengaruhi kinerja

sensor salah satunya adalah fator lingkungan◦ Tempat penyimpanan◦ Perubahan ekstrim lingkungan

ReliabilityAdalah kemampuan sensor untuk

melakukan fungsinya pada kondisi dan waktu tertentu

Realibility menggambarkan kemungkinan piranti sensor dapat beroperasi setelah berapa lama atau setelah berapa kali pemakaian

Aplication CharacteristicAdalah karakteristik mengenai di mana

sebuah sensor akan diaplikasikan Semakin penting dan khusus aplikasi

yang dibuat maka biasanya akan memerlukan sensor dengan kualitas tinggi dengan konsekuensi harga juga tinggi

Uncertainty Di dunia ini tidak ada sesuatu yang sempurna

termasuk dalam sensor. Lama pemakaian, kondisi lingkungan, kesalahan manusia, komponen yang terlibat dan faktor lainnya sangat bisa mempengaruhi kinerja sensor dalm hal ini adalah merubah sinyal outputnya (meski sangat kecil)

Semua yang telah diketahui adalah kira-kira mulai dari pemodelan sensor hingga proses manufakturnya

Oleh International Committee for Weights and Measures (CIPM) membagi uncertainty dalam 2 tipe◦ Tipe A◦ Tipe B

ReferensiHandbook Of Modern Sensors

Physics, Designs,and Applications 4th Edition [Chapter 2]

Related document, video and image from Youtube, Google