Transcript KARAKTERISTIK SENSOR

http://dwisudarnoputra.wordpress.com/
KARAKTERISTIK SENSOR
Dwi Sudarno Putra, ST, MT.
http://unp.ac.id/
Fokus Bahasan










Transfer Function
Full-Scale Input (Span)
Full-Scale Output
Akurasi
Kalibrasi
Hysteresis
Saturation
Repeatability Eror
Deadband
Resolution









Sifat Khusus
Impedansi Output
Format Keluaran
Eksitasi
Karakteristik dinamis
Faktor Lingkungan
Reliability
Karakteristik Aplikasi
Ketidakpastian
Transfer Function

Stimulus biasanya tidak berbentuk elektris,
sehingga dari input menuju output akan
terjadi proses perubahan energi
Transfer Function
Sehingga 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
Volt
%
Grafik hubungan bukaan valve dan tegangan
Transfer Function

Contoh : Representasi grafis hubungan S
dan s pada sebuah Thermo anemoneter
Grafik (a)Transfer Function dan Grafik (b) invers transfer
function
Transfer Function

Bagaimana cara mendapatkan Transfer
Function?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Mathematical Model
Functional Approximations
Polynomial Approximations
Linear Piecewise Approximation
Spline Interpolation
Multidimensional Transfer Functions
Full-Scale Input (Span)

Span
merepresentasikan
nilai maksimum
stimulus yang dapat
diberikan kepada
sensor tanpa
mempegaruhi akurasi
sensor
Full-Scale Output

FSO adalah
perbedaan aljabar
antara keluaran sinyal
elektrik yang diukur
dengan masukan
stimulus maksimum
dan masukan stimulus
terendah
Akurasi
Akurasi 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 ratarata 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
Calibration
Adalah proses verifikasi akurasi suatu
alat/piranti dengan sebuah acuan standard
tertentu
 Acuan dapat berupa

◦ Rancangan awal
◦ Kondisi tertentu
Calibration Error


Adalah 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 Eror


Adalah 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 Eror

Adalah kejenuhan, kondisi dimana output sensor
tidak lagi mampu memberikan nilai seperti yang
diinginkan
Repeatability Eror


Adalah ketidakmampuan sensor untuk memberikan
nilai yang sama pada kondisi (penyensoran) yang
sama
Penyebab :
◦ Derau panas
◦ Plastisitas Material
◦ Build up charge, dll
Dead Band

Adalah ketidakmampuan sensor ketika bekerja
dalam range input tertentu
Resolution

Adalah nilai step kenaikan stimulus terkecil yang
masih bisa dirasakan sensor
Special Properties


Properties 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 Impedance

Impedansi 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 Format


Adalah 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
Eksitasi



Adalah sinyal luar yang diperlukan untuk
mengoperasikan sebuah sensor aktif
Eksitasi dapat berupa tegangan dan atau arus
tertentu
Kesalahan dalam memberikan sinyal eksitasi akan
mengganggu transfer funtion yang berarti akan
menimbulkan kesalahan juga pada outputnya
Dynamic Characteristic


Untuk 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 Factor

Faktor yang dapat mempengaruhi kinerja sensor
salah satunya adalah fator lingkungan
◦ Tempat penyimpanan
◦ Perubahan ekstrim lingkungan
Reliability


Adalah 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 Characteristic


Adalah 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
Referensi
Handbook Of Modern Sensors Physics,
Designs,and Applications 4th Edition
[Chapter 2]
 Related document, video and image from
Youtube, Google
