Ultrasonic sensor Aplication

Using Ultrasonic Sensors to Measure and Log Oil Tank Levels

Mike] lives in a temperate rainforest in Alaska (we figured from his website’s name) and uses a 570 gallon oil tank to supply his furnace. Until now, he had no way of knowing how much oil was left in the tank and what his daily usage was. As he didn’t find any commercial product that could do what he wanted, . In his write-up, [Mike] started by listing all the different sensors he had considered to measure the oil level and finally opted for an ultasonic sensor. In his opinion, this kind of sensor is the best compromise between cost, ease of use, range and precision for his application. The precise chosen model was the ping))) bought from our favorite auction website for around $2.5.

[Mike] built the custom enclosure that you can see in the picture above using PVC parts. Enclosed are the ultrasonic sensor, a temperature sensor and an LED indicating the power status. On the other side of the CAT5 cable can be found an Arduino compatible board with an XBee shield and a 9V battery. Using another XBee shield and its USB adapter board, [Mike] can now wirelessly access the tank oil level log from his computer.

Electromagnetic Flow Meter

Electromagnetic Flowmeter merupakan jenis flow meter yang mempunyai populasi tertinggi untuk Flowmeter yang digunakan mengukur aliran fluid baik berupa air atau cairan lainnya baik aliran yang corosive, kotor dan lumpur. Karena pemakiannya yang cukup banyak sebagian besar para produsen flow meter mempunyai produk jenis electromagnetic flow meter.

Electromagnetic Flowmeter yang paling banyak digunakan dalam aplikasi pengukuran aliran air dan limbah dan chemical. Sebagaian besar aplikasi dari pemakaian Elecromagnetic flow meter adalah untuk dunia industri seperti industri makanan, minuman, farmasi, perhotelan dan pengolahan limbah karena harus menggunakan flowmeter yang memenuhi persyaratan sanitasi.

Electromagnetic Flow Meter banyak dipakai pada aplikasi pengukuran liquid yang berupa cairan dan lumpur, yang mempunyai sifat penghantar listrik ( electrically conductive) dimana komponen utama dari flowmeter electromagnetic adalah berupa adalah tabung flow (unsur utama) yang di pasng kumparan listrik baik didalam tabung maupun diluar flow tube.

Pressure drop di flow meter electromanetic adalah sama seperti halnya aliran liquid yang melalui pipa panjang, hal ini dikarenakan karena tidak ada bagian yang bergerak atau hambatan untuk flow. Voltrmeter posisinya ada yang dipasang langsung pada tabung flowmeter yang sering disebut dengan sistem local atau bisa juga dipasang di tempat lain yang dihubungkan dengan kabel sesuai dengan kondisi lapangan dimana ini sering disebut dengan sistem remote.

Magnetic flowmeters pada prinsipnya menggunakan Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik. Menurut prinsip ini, ketika medium konduktif melewati medan magnet, tegangan yang dihasilkan. tegangan ini berbanding lurus dengan kecepatan medium konduktif, kerapatan medan magnet, dan panjang konduktor. Dalam Hukum Faraday, ketiga nilai tersebut dikalikan bersama-sama, bersama dengan konstan, untuk menghasilkan besarnya tegangan. karena itu cairan yang diukur oleh flowmeter electromagnetic harus bersifat sebagai conductor electric.

Magnetic Flow meter memiliki keunggulan utama bahwa flowmeter electromagnetic ini dapat mengukur cairan konduktif dan cairan korosif dan lumpur, dan Akurasi pengukuran flow cukup akurat

Keterbatasan utama untuk magnetic flow meter adalah tidak dapat mengukur hidrokarbon (yang nonconductive), dan karenanya tidak banyak digunakan dalam minyak dan gas dan industri pengolahan.

Readmore:http://www.flowiratama.com/2010/11/electromagneticflowmeter.html#ixzz2sshUE0yj

Robot  pendeteksi kebocoran nuklir

Sebagai pekerja terus bergulat dengan powerplant Fukushima Daiichi rusak nuklir di Jepang, krisis telah bersinar sorotan pada reaktor nuklir di seluruh dunia. Pada bulan Juni, The Associated Press merilis hasil dari penyelidikan selama setahun, mengungkapkan bukti “memakai henti” dalam banyak berjalan tertua-fasilitas di Amerika Serikat.

Penelitian tersebut menemukan bahwa tiga perempat dari situs nuklir negara itu telah bocor reaktor tritium radioaktif dari pipa terkubur yang mengangkut air untuk kapal reaktor dingin, sering mencemari air tanah. Menurut laporan terbaru oleh Kantor Akuntabilitas Pemerintah AS, industri memiliki metode terbatas untuk memonitor kebocoran pipa bawah tanah untuk.

“Kami memiliki 104 reaktor di negara ini,” kata Harry Asada, Profesor Ford Teknik di Departemen Teknik Mesin dan direktur dari MIT d’Arbeloff Laboratorium Sistem Informasi dan Teknologi. “Lima puluh dua dari mereka adalah 30 tahun atau lebih, dan kita perlu solusi segera untuk menjamin operasi yang aman dari reaktor.”

Asada mengatakan salah satu tantangan utama bagi inspektur keselamatan adalah mengidentifikasi korosi pada pipa bawah tanah sebuah reaktor. Saat ini, inspektur tanaman menggunakan metode tidak langsung untuk memantau pipa terkubur: menghasilkan gradien tegangan untuk mengidentifikasi area mana pelapis pipa mungkin telah berkarat, dan menggunakan gelombang ultrasonik untuk panjang pipa untuk layar retak. Pemantauan hanya langsung membutuhkan menggali pipa dan visual memeriksa mereka – sebuah operasi yang mahal dan waktu-intensif.

Sekarang Asada dan koleganya di d’Arbeloff Laboratorium bekerja pada pemantauan langsung alternatif: kecil, telur berukuran robot yang dirancang untuk menyelam ke dalam reaktor nuklir dan berenang melalui pipa bawah tanah, memeriksa tanda-tanda korosi. Para petugas patroli bawah air, dilengkapi dengan kamera, mampu menahan ekstrim reaktor, lingkungan radioaktif, transmisi gambar secara real-time dari dalam.

Kelompok ini disajikan rincian prototipe terbaru pada Konferensi Internasional IEEE pada 2011 Robotika dan Otomasi.

Cannonball!

Pada pandangan pertama, inspektur Asada robot terlihat seperti tidak lebih dari sebuah meriam logam kecil. Tidak ada baling-baling atau kemudi, atau mekanisme yang jelas pada permukaannya kekuasaan robot melalui lingkungan bawah air. Asada mengatakan seperti “pelengkap,” umum dalam banyak kendaraan bawah air otonom (AUVs), terlalu besar untuk tujuan-Nya – robot dilengkapi dengan pendorong eksternal atau baling-baling dengan mudah akan mengajukan dalam struktur rumit reaktor, termasuk probe sensor, jaringan pipa dan sendi. “Anda harus menutup pabrik hanya untuk mendapatkan robot keluar,” kata Asada. “Jadi kami harus membuat [desain kami] sangat gagal-aman.”

Dia dan mahasiswa pascasarjana nya, Anirban Mazumdar, memutuskan untuk membuat robot lingkup halus, merancang sistem propulsi yang dapat memanfaatkan kekuatan besar air mengalir melalui reaktor. Kelompok ini merancang katup khusus untuk beralih arah aliran dengan perubahan kecil dalam tekanan dan tertanam jaringan Y berbentuk katup dalam lambung, atau “kulit,” dari robot, kecil bulat, menggunakan 3-D pencetakan untuk membangun jaringan katup, lapis demi lapis. “Pada akhir hari, kita mendapatkan jaringan pipa akan di segala arah …,” kata Asada. “Mereka benar-benar kecil.”

Tergantung pada arah yang mereka ingin robot mereka untuk berenang, para peneliti dapat menutup berbagai saluran untuk menembak air melalui katup tertentu. Air tekanan tinggi mendorong membuka jendela di ujung katup, bergegas keluar dari robot dan menciptakan aliran jet yang mendorong robot dalam arah yang berlawanan.

Robo-patroli

Sebagai robot menavigasi sistem pipa, kamera onboard mengambil gambar di sepanjang interior pipa itu. Rencana awal Asada adalah untuk mengambil robot dan memeriksa gambar sesudahnya. Tapi sekarang ia dan murid-muridnya bekerja untuk melengkapi robot dengan komunikasi bawah laut nirkabel, menggunakan optik laser untuk mengirimkan gambar secara real time melintasi jarak sampai 100 meter.

Tim ini juga bekerja pada mekanisme “bola mata” yang akan membiarkan panci dan kemiringan kamera di tempat. Mahasiswa pascasarjana Ian Rust menjelaskan konsep tersebut sebagai mirip dengan bola hamster.

“Hamster Perubahan lokasi pusat massa bola dengan berlari ke sisi bola,” kata Karat. “Bola kemudian bergulir ke arah itu.”

Untuk mencapai efek yang sama, kelompok memasang sumbu dua gimbal dalam tubuh robot, yang memungkinkan mereka untuk mengubah pusat robot massa sewenang-wenang. Dengan setup ini, kamera, tetap ke luar robot, dapat menggeser dan miring sebagai robot tetap stasioner.

Asada membayangkan robot sebagai jangka pendek, petugas patroli pakai, dapat memeriksa pipa untuk beberapa misi sebelum mogok dari paparan radiasi berulang.

“Sistem ini memiliki kesederhanaan yang sangat menarik untuk ditempatkan di lingkungan yang bermusuhan,” kata Henrik Christensen, direktur Pusat Robotika dan Mesin Cerdas di Institut Teknologi Georgia. Christensen, yang tidak terlibat dalam pekerjaan, mengamati bahwa robot seperti Asada itu dapat berguna tidak hanya untuk pemantauan reaktor nuklir, tetapi juga untuk memeriksa ketat lainnya, ruang terbatas – pipa selokan kota yang luas, misalnya. “Salah satu ingin memiliki sistem yang dapat digunakan dengan biaya terbatas dan risiko, sehingga sistem otonomi ukuran minimal sangat menarik,” katanya.

LVDT, RVDT, Strain GaGe

Ø    train gauge (SG)

Strain gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan (deformasi atau strain) pada alat ini.Strain gage mengukur gaya luar(tekanan) yang terhubung dengan kawat. Strain gauge dapat dijadikan sebagai sensor posisi. SG dalam operasinya memanfaatkan perubahan resistansi sehingganya dapat digunakan untuk mengukur perpindahan yang sangat kecil akibat pembengkokan (tensile stress) atau peregangan  (tensile strain). Definisi elastisitas (ε) strain gauge adalah perbandingan perubahan panjang (ΔL) terhadap panjang semula (L) yaitu:ΔL:L

atau perbandingan perubahan resistansi (ΔR) terhadap resistansi semula (R) sama dengan faktor gage (G_f) dikali elastisitas starin gage (ε) :ΔR:R

Secara konstruksi SG terbuat dari bahan metal tipis (foil) yang diletakkan diatas kertas. Untuk proses pendeteksian SG ditempelkan dengan benda uji dengan dua cara yaitu:

 1.  Arah perapatan/peregangan dibuat sepanjang mungkin (axial)

 2.  Arah tegak lurus perapatan/peregangan dibuat sependek mungkin (lateral)

Gambar 3.1. Bentuk phisik strain gauge

Faktor gauge (G_f) merupakan tingkat elastisitas bahan metal dari SG.

   • metal incompressible Gf = 2

   • piezoresistif Gf =30

   • piezoresistif sensor digunakan pada IC sensor tekanan

Untuk melakukan sensor pada benda uji maka rangkaian dan penempatan SG adalah

   • disusun dalam rangkaian jembatan

   • dua strain gauge digunakan berdekatan, satu untuk peregangan/perapatan , satu untuk  kompensasi temperatur pada posisi yang tidak terpengaruh peregangan/ perapatan

   • respons frekuensi ditentukan masa tempat strain gauge ditempatkan

Ø    Sensor Induktif dan Elektromagnet

        Sensor induktif memanfaatkan perubahan induktansi

       • sebagai akibat pergerakan inti feromagnetik dalam koil

       • akibat bahan feromagnetik yang mendekat

Gambar 3.3. Sensor posisi: (a) Inti bergeser datar  (b) Inti I bergser berputar,

(c) Rangkaian variable induktansi

      Rangkaian pembaca perubahan induktansi

      • dua induktor disusun dalam rangkaian jembatan, satu sebagai dummy

      • tegangan bias jembatan berupa sinyal ac

      • perubahan induktasi dikonversikan secara linier menjadi perubahan tegangan

               K_L = sensistivitas induktansi terhadap posisi

      • output tegangan ac diubah menjadi dc atau dibaca menggunakan detektor fasa

      Sensor elektromagnetik memanfatkan terbangkitkannya gaya emf oleh pada koil  yang mengalami perubahan medan magnit

     • output tegangan sebanding dengan kecepatan perubahan posisi koil terhadap sumber magnit

                     

     • perubahan medan magnit diperoleh dengan pergerakan sumber medan magnit atau pergerakan koilnya (seperti pada mikrofon dan loudspeaker)

                     

Ø    Linier Variable Differential Transformer (LVDT)

Sensor Linear Variable Differential Transformers (LVDT) adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara gandengan variable antara kumparan primer dan kumparan sekunder. Prinsip ini pertama kali dikemukakan oleh Schaevits pada tahun 1940-an. Pada masa sekarang sensor LVDT telah secara luas diunakan. Pada aplikasinya LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak, sensor sudut, dan sensor mekanik lainnya.Untuk kali ini sensor ini diaplikasikan sebagai sensor jarak. Suatu LVDT pada dasarnya terdiri dari sebuah kumparan primer, dua buah kumparan sekunder, dan inti dari bahan feromagnetik. Kumparan-kumparan tersebut dililitkan pada suatu selongsong, sedangkan inti besi ditempatkan didalam rongga selongsong tersebut. Selongsong ini terbuat dari bahan non-magnetik. Kumparan primer dililitkan ditengah selongsong, sedangkan kedua kumparan sekunder dililitkan disetiap sisi kumparan primer. Kedua kumparan sekunder ini dihubungkan seri secara berlawanan dengan jumlah lilitan yang sama.

Cara Kerja

– memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan    sekunder

   – dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama

   – dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya   turun

– tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan perubahan posisi inti    magnetic

KESIMPULAN

1. LVDT adalah suatu sensor yang bekerja berdasarkan prinsip trafo diferensial dengan gandengan variabel antara kumparan primer dan kumparan sekunder.

2. LVDT dapat digunakan sebagai sensor jarak dan sensor mekanik lainnya.

3. Sebelum menggunakan LVDT kita harus mengetahui daerah linier LVDT tersebut pada tegangan eksitasi tertentu dan frekuensi tertentu.

4. Perubahan tegangan eksitasi akan menghasilkan tegangan yang berbeda untuk tiap pergeseran jarak, tetapi tegangan eksitasi yang lebih besar akan menghasilkan sensitivitas yang tinggi.

5. Perubahan frekuensi akan merubah koefisien dari daerah linieritas sensor, tetapi daerah kerjanya tetap sama,

Gambar 3.7. Rangkain uji elektronik LVDT

Tranduscer

Transduser
Transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas). Berdasarkan output yang dihasilkan, maka transduser dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu transduser output pasif (yang berupa resistansi, kapasitansi dan induktansi), dan transduser aktif memberikan output berupa sinyal elektrik seperti tegangan maupun arus dalam bentuk DC maupun AC). Transduser pasif membutuhkan sumber energi listrik dari luar sedangkan transduser aktif tidak.

Karakteristik Transduser

Karakteristik transduser dibagi menjadia tiga :
1. Karakteristik Statis.
Karakteristik statis adalah hubungan dalam keadaan steady – state antara besaran fisik input dan output elektrik. Karakteristik statis terdiri dari :
- Accuracy, adalah perbedaan antara true output dan actual output.
- Resolusi, adalah perubahan input yang paling kecil yang masih bisa dideteksi oleh transduser.
- Repeatability, adalah kemampuan transduser untuk menghasilkan output yang sama pada pengukuran yang sama berulang kali.
- Hysteresis, adalah perbedaan antara kalibrasi dengan cara naik dengan kalibrasi dengan cara turun.
- Linearity, adalah linieritas output dari transduser.
- Conformance, adalah perbedaan antara kurva hasil kalibrasi dengan suatu kurva linier.
- Sensitivity, adalah perbandingan perubahan output dengan nilai perubahan dari pengukuran.

2. Karakteristik Dinamis.
Karakteristik dinamis adalah seberapa cepat suatu output berubah ketika mendapat perubahan pada input. Karakteristik dinamis terdiri dari :
- Rise time, adalah waktu yang dibutuhkan agar dapat mencapai 10 % hingga 90 % dari respon seluruhnya.
- Time constant, adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai 63.2% dari harga maksimum.
- Dead time, adalah perbedaan waktu antara input dan output.
- Settling time, adalah waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kurang lebih 2% dari nilai steady state.

3. Karakteristik lingkungan
Karakteristik lingkungan adalah performa dari suatu transduser, baik ketika beroperasi maupun tidak, terhadap kondisi external. Misalnya suhu, tekanan, getaran, kecepatan, dan lain lain

Transduser Aktif
Beberapa hal yang membedakan tranduser aktif dengan pasif yakni Transduser pasif membutuhkan sumber energi listrik dari luar sedangkan transduser aktif tidak

Pengelompokan Tranduser Aktif
Pengelompokan tranduser berdasarkan parameter listrik dan kelas transduser :
ü Sel fotoemisif
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif 
Ø Pemakaian alat : Cahaya dan radiasi

ü Photomultiplier 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya 
Ø Pemakaian alat : Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya

ü Termokopel 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi
Ø Pemakaian alat : Temperatur, aliran panas, radiasi

ü Generator kumparan putar (tachogenerator) 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan
Ø Pemakaian alat : Kecepatan, getaran

ü Piezoelektrik 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar
Ø Pemakaian alat : Suara, getaran, percepatan, tekanan

ü Sel foto tegangan 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar
Ø Pemakaian alat : Cahaya matahari

ü Termometer tahanan (RTD)
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur
Ø Pemakaian alat : Temperatur, panas

ü Hygrometer tahanan 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air
Ø Pemakaian alat : Kelembaban relatif

ü Termistor (NTC) 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur
Ø Pemakaian alat : Temperatur

ü Mikropon kapasitor 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat
Ø Pemakaian alat : Suara, musik,derau

ü Pengukuran reluktansi 
Ø Prinsip kerja dan sifat alat : Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan
Ø Pemakaian alat : Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

Piezo Electric Transduser
Piezo electric transduser adalah suatu bahan yang berbentuk Kristal yang pada permukaannya dapat menghasilkan tegangan listrik, bila dimensi Kristal diubah oleh gaya mekanik. Tegangan ini dihasilkan oleh pergeseran atau perpindahan muatan, disebut pisezo electric effect. Elemen yang merupakn sifat piezo electric disebut electro resistive element. 
Bahan dari piezo electric umumnya mengandung : 
· Rochelle Salt
· Ammonium dihydrogen phosphate
· Lithium Sulphate
· Quartz
Sifat piezo electric yang diperlukan adalah :
ü Kestabilan
ü Tidak peka terhadap temperature dan kelembaban
ü Mudah dibentuk sesuai dengan kebutuhan
ü Respon tinggi
ü Output 1 s/d 30 mV per g percepatan
ü Tidak sesuai untuk pengukurn yang statis
Quartz adalah bahan piezo electric yang paling stabil, tetapi outputnya kecil, sedang Rochell Salt outputnya tinggi tetapi peka terhadap kelembaban.

Thermocouple
Thermocouple yaitu suatu tranduser yang mendeteksi perubahan temperature atau panas. Pembuatan termokopel didasarkan atas sifat thermal bahan logam. Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.
Thermocouple, terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan/dilebur bersama, perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.

Thermistor
Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi. 
Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti: mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U). Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 W sampai 75 W dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ukuran paling kecil berbentuk mani-manik (beads) dengan diameter 0,15 mm sampai 1,25 mm, bentuk piringan (disk) atau cincin (washer) dengan ukuran 2,5 mm sampai 25 mm. Cincin-cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.

Terminologi Pada Sensor

Span 

Span merupakan faktor penting dalam mencari kekuatan dan ukuran penahan karena menentukan maksimum tekukan dan defleksi.

Maksimum saat lipatan dan defleksi pada penahan dapat digambarkan sebagai berikut :

momen :   M_max = 1/8 · q · L²

defleksi: f_max = 5/48 · M_max· L² / (E · I)

Dari hal berikut ini jika span adalah dua kali lipat, saat maksimum (dan dengan itu di tekanan) akan meningkat empat kali atau akan meningkatkan defleksi sebanyak enambelas kali.

Error

Sumber variasi data yang tidak dapat dimasukkan ke dalam model. Dalam literatur statistika, galat dikenal pula sebagai sesatan, pengotor,sisa, residu, atau noise.

Pada suatu model data sederhana, masing-masing nilai pengamatan (pengamatan) dapat dipilah menjadi rerata(mean) dan simpangannya (deviation). Di sini, galat sama dengan simpangan. Galat yang demikian ini disebut sebagai galat pengamatan.

Dalam pengambilan contoh (sampel) data dari suatu populasi, galat diukur dari penyimpangan nilai rerata contoh dari rerata populasi. Galat ini dikenal sebagai galat pengambilan contoh (sampling error) atau galat contoh saja.

Akurasi

Tingkat kedekatan pengukuran kuantitas terhadap nilai yang sebenarnya. Kepresisian dari suatu sistem pengukuran, disebut juga reproduktifitas (bahasa Inggris: reproducibility) atau pengulangan bahasa Inggris: repeatability, adalah sejauh mana pengulangan pengukuran dalam kondisi yang tidak berubah mendapatkan hasil yang sama.

Sensitivitas

analisis yang berkaitan dengan perubahan diskrit parameter untuk melihat berapa besar perubahan dapat ditolerir sebelum solusi optimum mulai kehilangan optimalitasnya. Jika suatu perubahan kecil dalam parameter menyebabkan perubahan drastis dalam solusi, dikatakan bahwa solusi sangat sensitive terhadap nilai parameter tersebut. Sebaliknya, jika perubahan parameter tidak mempunyai pengaruh besar terhadap solusi dikatakan solusi relative insensitive terhadap nilai parameter itu. 

Dalam membicarakan analisis sensitivitas, perubahan-perubahan parameter dikelompokan menjadi:

1. Perubahan koefisien fungsi tujuan

2. Perubahan konstan sisi kanan

3. Perubahan batasan atau kendala

4. Penambahan variable baru

5. Penambahan batasan atau kendala baru.

Histerisis error

Ketergantungan sebuah sistem, tidak hanya pada keadaannya sekarang, tetapi juga pada keadaannya pada masa lalu. Ketergantungan ini muncul karena sistem tersebut dapat berada di lebih dari satu kondisi internal. Untuk mengira-ngira perubahan berikutnya, baik kondisi internal maupun sejarahnya harus diketahui.Bila sebuah masukan yang diberikan naik dan turun secara bergantian, keluarannya akan cenderung membentuk sebuah ikal.

Repeatability

tingkat kedekatan pengukuran kuantitas terhadap nilai yang sebenarnya. Kepresisian dari suatu sistem pengukuran, disebut juga reproduktifitas (bahasa Inggris: reproducibility) atau pengulangan bahasa Inggris: repeatability, adalah sejauh mana pengulangan pengukuran dalam kondisi yang tidak berubah mendapatkan hasil yang sama

Stabilitas

Sebuah keadaan dimana peralatan dapat bergerak ataupun instrumen elektronika dapat bekerja dengan keadaan teratur tanpa adanya gangguan.

Dead time

Dead time, adalah perbedaan waktu antara input dan output.

Resolusiperubahan input yang paling kecil yang masih bisa dideteksi oleh transduser.

SENSOR AND TRANDUSCER

Sensor  dan  Transducer

Definisi 

sensor adalah  Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Sensor biasa digunakan untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor merupakan jenis transducer yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan / arus listrik. Sensor dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari system otomatisasi industri.  gambar sensor:

Gambar LDR

Gambar diatas adalah gambar Sensor cahaya / yang biasa disebut dengan LDR, gambar diataas menujukkan bahwa sensor masih membutuhkan komponen lain untuk menghasilkan tegangan.

Ø Transducer adalah alat yang biasa pada elektonika, kelistrikan, mekanik elektronik, elektromagnetik, digunakan mengubah energi dari satu energi ke bentuk energi yang lain untuk berbagai pengukuran atau transfer informasi contohnya seperti gambar berikut:

LM35 merupakan sebuah transducer temperatur, pada gambar diatas menjelaskan bahwa transducer tidak membutuhkan komponen lain untuk menghasilkan tegangan jadi dapat disimpulkan bahwa sensor masih membutuhkan komponen lain untuk mengeluarkan sinyal tegangan tetapi transducer tidak membutuhkan komponen yang laen untuk mengeluarkan sinyal tersebut.

Persyaratan Umum Sensor dan Transducer

A. Linearitas

B. Sensitivitas

C. Tanggapan Waktu 

A. Linearitas

Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. 

B. Sensitivitas

Ø Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap kuantitas yang diukur

Ø Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan “perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan”

C. Tanggapan Waktu

Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah termometer merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi merkuri. 

Jenis Sensor dan Transducer 

Ø  Internal Sensor

Internal sensor adalah sensor yang dipasang di dalam bodi robot. Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi berbagai sambungan mekanik pada robot, 

Ø  External Sensor

External sensor adalah sensor yang dipasang diluar bodi robot. Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu:

1) Untuk keamanan

2) Untuk penuntun

Klasifikasi Sensor Berdasarkan fungsi dan penggunaannya, sensor dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian yaitu :

A. Sensor Thermal (panas)

B. Sensor Mekanis

C. Sensor Optik (cahaya) 

A. Sensor Thermal 

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

Bimetal 

Bimetal adalah sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena kesederhanaan yang dimilikinya. Bimetal biasa dijumpai pada alat setrika listrik dan lampu kelap-kelip (dimmer). Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (α) yang direkatkan menjadi satu.

Termistor

Termistor adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi.

RTD

RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan. RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga, dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi. 

Termokopel 

Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :

1.      Industri besi dan baja

2.      Pengaman pada alat-alat pemanas

3.      Untuk termopile sensor radiasi

3.      Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop, salah satu aplikasi termopile.

Photo Dioda 

Photo Dioda adalah jenis dioda yang berfungsi mendektesi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda peka cahaya ini mulai dari cahaya inframerah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda peka cahaya mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan dibidang medis

Hygrometer 

Higrometer adalah sejenis alat untuk mengukur tingkat kelembapan pada suatu tempat. Biasanya alat ini ditempatkan di dalam bekas (container) penyimpanan barang yang memerlukan tahap kelembapan yang terjaga seperti dry box penyimpanan kamera. Kelembapan yang rendah akan mencegah pertumbuhan jamur yang menjadi musuh pada peralatan tersebut.

Higrometer juga banyak dipakai di ruangan pengukuran dan instrumentasi untuk menjaga kelembapan udara yang berpengaruh terhadap keakuratan alat-alat pengukuran.

Pengaplikasian Hygrometer

Selain rumah kaca dan ruang industri, higrometer juga digunakan dalam beberapa sauna , humidors dan museum. Dalam pengaturan perumahan, higrometer digunakan untuk membantu mengendalikan kelembaban 

Photo Multiplier 

Photo multiplier ini berfungsi untuk mengubah percikan cahaya tersebut menjadi berkas elektron, sehingga dapat diolah lebih lanjut sebagai pulsa / arus listrik.

Photovoltaik 

Photovoltaik (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar matahari menjadi listrik.

Kegunaan Photovoltaik

Listrik untuk penerangan rumah tangga

Jasa energi untuk fasilitas umum: pompa air irigasi/minum, penjernihan air, rumah peribadatan, telepon umum atau pedesaan, televisi umum, penerangan jalan dan lainnya

Listrik perdesaan dan pemasok energi bagi kegiatan produktif masyarakat, misal dengan sistem teknologi PLT Hibrida

Catudaya pada sarana telekomunikasi, misal: BTS, TVRO, dan stasiun pancar ulang.

Infrared Pyrometer

Berfungsi Untuk mengukur suhu menggunakan radiasi hitam (biasanya infra merah) yang dipancarkan dari objek. Kadang-kadang disebut termometer laser jika laser digunakan untuk membantu tujuan termometer, atau termometer non-kontak untuk menggambarkan kemampuan perangkat untuk mengukur suhu dari jarak jauh. Dengan mengetahui jumlah energi infra merah yang dipancarkan oleh objek.

B. Sensor Mekanis

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dsb.

Contoh; strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb.

Jenis – Jenis Sensor Mekanis

Sensor Posisi

Sensor Kecepatan (Motion Sensor)

Sensor Tekanan

Sensor Aliran Fluida

Sensor Level 

Sensor Posisi

Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog dan digital. Untuk pergeseran yang tidak terlalu jauh pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara-cara analog, sedangkan untuk jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan cara digital.

Hasil sensor posisi atau perpindahan dapat digunakan untuk mengukur perpindahan linier atau angular. Teknis perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara terhubung langsung ( kontak ) dan tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ).

Sensor Kecepatan (Motion Sensor)

Pengukuran kecepatan dapat dilakukan dengan cara analog dan cara digital. Secara umum pengukuran kecepatan terbagi dua cara yaitu: cara angular dan cara translasi. Untuk mengukur kecepatan translasi dapat diturunkan dari cara pengukuran angular. Yang dimaksud dengan pengukuran angular adalah pengukuran kecepatan rotasi (berputar), sedangkan pengukuran kecepatan translasi adalah kecepatan gerak lurus beraturan dan kecepatan gerak lurus tidak beraturan.

Sensor Aliran Fluida

Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan besaran dan vektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana fluida tersebut berubah dari titik ke titik.

Pengukuran atau penyensoran aliran fluida dapat digolongkan sebagai berikut:

1. Pengukuran Kuantitas

2. Pengukuran Laju Aliran

3. Pengukuran Metoda Diferensial Tekanan 

Sensor Level

Pengukuran level dapat dilakukan dengan bermacam cara antara lain dengan: pelampung atau displacer, gelombang udara, resistansi, kapasitif, ultra sonic, optic, thermal, tekanan, sensor permukaan dan radiasi. Pemilihan sensor yang tepat tergantung pada situasi dan kondisi sistem yang akan di sensor. 

C Sensor Optic (cahaya) 

Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda atau ruangan.

Contoh; photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb.

Waktu respons lambat hingga 10ms

Sensitivitas dan stabilitas tidak sebaik dioda foto

Photo Transistor

Sama halnya dioda foto, maka transistor foto juga dapat dibuat sebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkain.

Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto

Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip

Transistor sebagai penguat arus

Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto

Gambar Karakteristik Photo Transistor

Pyrometer Optis dan Detektor Radiasi Thermal

Salah satu sensor radiasi elektro magnetik: flowmeter

Radiasi dikumpulkan dengan lensa untuk diserap pada bahan penyerap radiasi

Energi yang terserap menyebabkan pemanasan pada bahan yang kemudian diukur temperaturnya menggunakan thermistor, termokopel dsb

Sensitivitas dan respons waktu buruk, akurasi baik karena mudah dikalibrasi (dengan pembanding panas standar dari resistor)

Lensa dapat digantikan dengan cermin

Detektor sejenis: film pyroelektrik

Dari bahan sejenis piezoelektrik yang menghasilkan tegangan akibat pemanasan

Hanya ber-respons pada perubahan bukan DC

Pirometer optik dapat diguanakanuntuk mengukur atau mendeteksi totalradiation dan monochromatic radiation.

Klasifikasi Transducer

A. Self Generating Transducer (Transducer Pembangkit Sendiri)

B. External Power Transducer (Transducer Daya Dari Luar) 

A. Self Generating Transducer

Self Generating Transducer adalah transducer yang hanya memerlukan satu sumber energi.

Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic, termistor, dsb. 

B. External Power Transducer

External power transduser adalah transduser yang memerlukan sejumlah energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran.

Contoh: RTD (resistance thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier variable differential transformer), Potensiometer, NTC, dsb

Strain Gage

Strain-gage adalah salah satu elemen yang mengubah pergeseran mekanis yang diberikan dalam hal ini adalah tekanan menjadi tahanan. Strain-gage merupakan sebuah alat berbentuk lembaran tipis yang dapat disatukan ke berbagai bahan guna mengukur regangan yang diberikan

kepadanya.

Strain-gage bentuk terikat (bonded strain-gage)

Strain-gage tanpa ikatan (unbonded strain-gage)

Strain Gage Bentuk Terikat (Bonded Strain Gage)

Bentuk strain-gage terikat terdiri dari jenis kawat-metal, foil atau semikonduktor yang terikat pada permukaan regangan atau pada lapisan tipis terisolasi. Ketika permukaan tersentuh, regangan dikirimkan ke jaringan material melalui bahan perekat. Perubahan tahanan listrik dari jaringan menunjukkan indikasi dari regangan.

Strain Gage Tanpa Ikatan (Unbonded Strain Gage)

Strain-gage ini terdiri dari sebuah kerangka diam dan sebuah jangkar yang ditopang pada pertengahan kerangka. Jangkar hanya dapat bergerak dalam satu arah. Gerakannya dalam arah tersebut dibatasi oleh empat filamen kawat sensitif regangan, dililitkan antara isolator-isolator kaku yang terpasang pada kerangka dan pada jangkar.

Linier Variabel Deferential Transformer (LVDT)

Linier Variabel Deferential Transformer (LVDT) adalah jenis listrik transformator yang digunakan untuk mengukur perpindahan linier. transformator memiliki tiga solenoidal ditempatkan gulungan end-to-end sekitar tabung. Pusat kumparan utama, dan dua kumparan terluar adalah sekunder. Sebuah inti feromagnetik silinder, melekat pada objek yang posisinya akan diukur, slide sepanjang sumbu tabung.

Potensiometer 

Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick.

Jenis – Jenis Potensiometer

1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganya cukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.

2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang menggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya. Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan serta kerapihan penggulungannya.

3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan ke bahan isolator

Keuntungan Penggunaan Potensiometer

Pengontrolan posisi cukup praktis

Hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi

Biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal yang rumit

Load Cell

Cara kerja mirip dengan sensor tekanan yaitu mengubah gaya menjadi perpindahan

Menggunakan rangkaian jembatan untuk pembacaan, kalibrasi dan kompensasi temperatur

Alternatif lain menggunakan kristal piezoelektrik untuk mengukur perubahan gaya 

Konfigurasi Load Cell

Tacho Generator

Tacho generator adalah sebuah generator kecil yang membangkitkan tegangan DC ataupun tegangan AC. Dari segi eksitasi tacho generator dapat dibangkitkan dengan eksitasi dari luar atau imbas elektromagnit dari magnit permanent.

Tacho Generator DC

Tacho generator DC dapat membangkitkan tegangan DC yang langsung dapat menghasilkan informasi kecepatan, sensitivitas tacho generator DC cukup baik terutama pada daerah kecepatan tinggi. Tacho generator DC yang bermutu tinggi memiliki kutub-kutub magnit yang banyak sehingga dapat menghasilkan tegangan DC dengan riak gelombang yang berfrekuensi tinggi sehingga mudah diratakan.

Tacho Generator AC

Tacho generator AC berupa generator singkron, magnet permanent diletakkan dibagian tengah yang berfungsi sebagai rotor. Sedangkan statornya berbentuk kumparan besi lunak. Ketika rotor berputar dihasilkan tegangan induksi di bagian statornya. Kelebihan utama dari tacho generator AC adalah relatif tahan terhadap korosi dan debu, sedangkan kelemahannya adalah tidak memberikan informasi arah gerak. 

Rotameter

Rotameter terdiri dari tabung vertikal dengan lubang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap vertical sesuai dengan laju aliran melalui tabung. Untuk laju aliran yang diketahui, pelampung tetap stasioner karena gaya vertical dari tekanan diferensial, gravitasi, kekentalan, dan gaya-apung akan berimbang. Jadi kemampuan menyeimbangkan diri dari pelampung yang digantung dengan kawat dan tergantung pada luas dapat ditentukan. Gaya kebawah (gravitasi dikurangi gaya apung) adalah konstan dan demikian pula gaya keatas (penurunan tekanan dikalikan luas pelampung) juga harus konstan.

Flow Nozzle

Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P1 dibagian inlet dan P2 dibagian outlet. Tekanan P2 lebih kecil dibandingkan P1. Sensor jenis ini memiliki keunggulan dibanding venture dan orifice plate yaitu:

Masih dapat melewatkan padatan

Kapasitas aliran cukup besar

Mudah dalam pemasangan

Tahan terhadap gesekan fluida

Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi

Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminar

Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser berdasarkan sifat kelistrikannya.

Tabel 1. Kelompok Transduser

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Transduser Pasif
Potensiometer	Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar	Gaya, torsi, posisi
Transformator selisih (LVDT)	Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo	Tekanan, gaya, pergeseran
Gage arus pusar	Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat	Pergeseran, ketebalan
Transduser Aktif
Sel fotoemisif	Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif	Cahaya dan radiasi
Photomultiplier	Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya	Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya
Termokopel	Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi	Temperatur, aliran panas, radiasi
Generator kumparan putar (tachogenerator)	Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan	Kecepatan, getaran
Piezoelektrik	Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar	Suara, getaran, percepatan, tekanan
Sel foto tegangan	Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar	Cahaya matahari
Termometer tahanan (RTD)	Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur	Temperatur, panas
Hygrometer tahanan	Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air	Kelembaban relatif
Termistor (NTC)	Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur	Temperatur
Mikropon kapasitor	Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat	Suara, musik,derau
Pengukuran reluktansi	Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan	Tekanan, pergeseran, getaran, posisi