Jenis Transduser

Transduser: Definisi, Fungsi, dan Klasifikasi

Transduser adalah perangkat elektronik yang memainkan peran penting dalam mengubah kuantitas fisik menjadi sinyal listrik. Ia memiliki dua fungsi dasar: penginderaan dan transduksi. Pertama, ia mendeteksi kuantitas fisik yang diinginkan, seperti suhu, tekanan, atau perpindahan. Kemudian, ia mengubah kuantitas fisik ini menjadi kerja mekanis atau, lebih umumnya, sinyal listrik yang dapat dengan mudah diukur, diproses, dan dianalisis.

Transduser hadir dalam berbagai jenis dan dapat dikategorikan menurut beberapa kriteria yang berbeda:

• Berdasarkan Mekanisme Transduksi yang Digunakan: Klasifikasi ini fokus pada proses fisik atau kimia spesifik yang digunakan oleh transduser untuk mengubah kuantitas fisik input menjadi output listrik. Mekanisme transduksi yang berbeda disesuaikan dengan jenis pengukuran dan aplikasi yang berbeda, memungkinkan penginderaan yang tepat dan andal sepanjang spektrum fenomena fisik yang luas.

• Sebagai Transduser Primer dan Sekunder: Transduser primer secara langsung mengubah kuantitas fisik yang diukur menjadi sinyal listrik. Sebaliknya, transduser sekunder bekerja bersama dengan transduser primer, memodifikasi atau memproses sinyal listrik yang dihasilkan oleh perangkat primer untuk meningkatkan ketergunaan atau keakuratannya.

• Sebagai Transduser Pasif dan Aktif: Transduser pasif bergantung pada sumber daya eksternal untuk beroperasi dan menghasilkan sinyal output yang merupakan fungsi dari kuantitas fisik input dan daya yang diterapkan. Sementara itu, transduser aktif mengandung sumber dayanya sendiri dan dapat menghasilkan sinyal output tanpa memerlukan sumber daya eksternal, sering kali memberikan sensitivitas dan kekuatan sinyal yang lebih besar.

• Sebagai Transduser Analog dan Digital: Transduser analog menghasilkan sinyal output yang bervariasi secara kontinu dengan kuantitas fisik input, biasanya dalam bentuk tegangan atau arus. Transduser digital, sebaliknya, mengubah kuantitas input menjadi sinyal digital diskrit, yang lebih mudah diproses, disimpan, dan ditransmisikan menggunakan sistem elektronik dan komputasi digital modern.

• Sebagai Transduser dan Transduser Invers: Transduser standar mengubah kuantitas fisik menjadi sinyal listrik. Transduser invers, sebaliknya, mengambil sinyal listrik sebagai input dan mengubahnya kembali menjadi kuantitas fisik, secara efektif membalikkan proses transduser tradisional. Konsep ini berguna dalam aplikasi di mana kontrol listrik diperlukan untuk menghasilkan respons fisik tertentu.

Dalam operasi, transduser menerima measurand—kuantitas fisik yang diukur—dan menghasilkan sinyal output yang proporsional terhadap magnitudo input. Sinyal output ini kemudian ditransmisikan ke perangkat kondisional sinyal. Di sini, sinyal menjalani serangkaian proses, termasuk attenuasi (menyesuaikan amplitudo sinyal), penyaringan (menghapus noise atau frekuensi yang tidak diinginkan), dan modulasi (mengkodekan sinyal untuk transmisi atau pemrosesan yang lebih baik). Langkah-langkah ini memastikan bahwa sinyal akhir berada dalam bentuk optimal untuk analisis, tampilan, atau operasi kontrol selanjutnya.

Kuantitas input transduser biasanya adalah kuantitas non-listrik, sementara sinyal listrik output dapat berupa arus, tegangan, atau frekuensi.

1. Klasifikasi Berdasarkan Prinsip Transduksi

Transduser dapat diklasifikasikan menurut media transduksi yang digunakan. Media transduksi dapat berupa resistif, induktif, atau kapasitif. Klasifikasi ini ditentukan oleh proses konversi melalui mana transduser input mengubah sinyal input menjadi resistansi, induktansi, atau kapasitansi. Setiap jenis media transduksi memiliki karakteristik uniknya sendiri dan cocok untuk aplikasi pengukuran yang berbeda, memungkinkan konversi akurat berbagai kuantitas fisik menjadi sinyal listrik.

2. Transduser Primer dan Sekunder

• Transduser Primer
  Transduser sering kali terdiri dari komponen mekanis dan listrik. Bagian mekanis dari transduser bertanggung jawab untuk mengubah kuantitas fisik input menjadi sinyal mekanis. Komponen mekanis ini disebut transduser primer. Ia berfungsi sebagai elemen sensor awal, berinteraksi langsung dengan kuantitas fisik yang diukur, seperti tekanan, suhu, atau perpindahan, dan mengubahnya menjadi bentuk mekanis yang dapat diproses lebih lanjut.

• Transduser Sekunder
  Transduser sekunder mengambil sinyal mekanis yang dihasilkan oleh transduser primer dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Magnitudo sinyal listrik output secara langsung berkaitan dengan karakteristik sinyal mekanis input. Dengan cara ini, transduser sekunder menghubungkan celah antara domain mekanis dan listrik, membuatnya mungkin untuk mengukur dan menganalisis kuantitas fisik asli menggunakan teknik pengukuran dan pemrosesan listrik.

Contoh Transduser Primer dan Sekunder

Ambil contoh Tabung Bourdon, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah. Tabung Bourdon berfungsi sebagai transduser primer. Ia dirancang untuk mendeteksi tekanan dan mengubahnya menjadi perpindahan pada ujung bebasnya. Ketika tekanan diterapkan pada tabung, bentuknya berubah, menyebabkan ujung bebasnya bergerak. Perpindahan ini kemudian berfungsi sebagai input ke tahap selanjutnya dari sistem.

Pergerakan ujung bebas Tabung Bourdon menyebabkan inti Transformer Variabel Displacement Linear (LVDT) berpindah. Ketika inti bergerak di dalam LVDT, ia menginduksi tegangan output. Tegangan yang diinduksi ini secara langsung proporsional dengan perpindahan ujung bebas tabung, dan akibatnya, dengan tekanan asli yang diterapkan pada Tabung Bourdon.

Dalam kasus sistem Tabung Bourdon - LVDT, dua proses transduksi yang berbeda terjadi. Pertama, transduksi primer terjadi ketika Tabung Bourdon mengubah tekanan menjadi perpindahan. Kemudian, transduksi sekunder terjadi ketika LVDT mengubah perpindahan ini menjadi sinyal tegangan listrik. Contoh ini jelas menunjukkan bagaimana transduser primer dan sekunder bekerja bersama-sama untuk mengukur dan mengubah kuantitas fisik dengan akurat menjadi output listrik untuk analisis dan penggunaan lebih lanjut.

Tabung Bourdon berfungsi sebagai transduser primer, sementara L.V.D.T. (Linear Variable Displacement Transformer) berfungsi sebagai transduser sekunder.

3. Transduser Pasif dan Aktif

Transduser juga dapat dikategorikan menjadi jenis aktif dan pasif, masing-masing dengan karakteristik operasional yang berbeda.

Transduser Pasif

Transduser pasif adalah transduser yang bergantung pada sumber daya eksternal untuk beroperasi, itulah sebabnya juga disebut sebagai transduser yang ditenagai eksternal. Transduser kapasitif, resistif, dan induktif adalah contoh tipikal dari transduser pasif. Transduser ini bekerja dengan memodifikasi sifat listrik (seperti resistansi, kapasitansi, atau induktansi) sebagai respons terhadap kuantitas fisik input. Namun, mereka tidak menghasilkan energi listrik mereka sendiri; sebaliknya, mereka memerlukan sumber daya eksternal untuk menghasilkan sinyal output yang dapat diukur yang mencerminkan perubahan dalam kuantitas fisik yang diukur.

Transduser Aktif

Sebaliknya, transduser aktif tidak memerlukan sumber daya eksternal untuk beroperasi. Transduser ini adalah self-generating, artinya mereka dapat menghasilkan tegangan atau arus output mereka sendiri. Sinyal output transduser aktif secara langsung berasal dari kuantitas fisik input. Transduser aktif mampu mengubah berbagai fenomena fisik, seperti kecepatan, suhu, gaya, dan intensitas cahaya, menjadi sinyal listrik tanpa bergantung pada input daya eksternal. Contoh transduser aktif termasuk kristal piezoelektrik, sel fotovoltaik, tachogenerator, dan termokopel.

Contoh: Kristal Piezoelektrik

Untuk mengilustrasikan operasi transduser aktif, pertimbangkan kristal piezoelektrik. Kristal piezoelektrik biasanya diletakkan antara dua elektroda logam, dan seluruh rangkaian tersebut dipasang dengan kuat pada dasar. Massa kemudian ditempatkan di atas struktur yang tersandwich ini.

Kristal piezoelektrik memiliki sifat unik: ketika gaya diterapkan padanya, mereka menghasilkan tegangan listrik. Dalam setup yang dijelaskan, dasar dapat mengalami percepatan, yang menyebabkan massa menimbulkan gaya pada kristal. Gaya ini, gilirannya, menginduksi tegangan output di seberang kristal. Magnitudo tegangan output ini secara langsung proporsional dengan percepatan yang dialami oleh dasar, secara efektif mengubah percepatan mekanis menjadi sinyal listrik. Contoh ini jelas menunjukkan bagaimana transduser aktif dapat menghasilkan output listrik sendiri berdasarkan input fisik, menyoroti fungsionalitas mereka yang berbeda dibandingkan dengan transduser pasif.

Transduser yang disebutkan di atas dikenal sebagai akselerometer, yang dirancang untuk mengubah percepatan menjadi tegangan listrik. Perlu dicatat, jenis transduser ini beroperasi tanpa memerlukan sumber daya bantu selama konversi kuantitas fisik menjadi sinyal listrik, menunjukkan sifat mandirinya dalam pembangkitan sinyal.

4. Transduser Analog dan Digital

Transduser juga dapat dikategorikan berdasarkan sifat sinyal outputnya, yang bisa berupa kontinu atau diskrit.

Transduser Analog

Transduser analog mengubah kuantitas input menjadi fungsi kontinu. Ini berarti bahwa sinyal output bervariasi dengan lancar dan kontinu sebagai respons terhadap perubahan input. Contoh transduser analog termasuk strain gauge, Transformer Variabel Displacement Linear (LVDT), termokopel, dan thermistor. Perangkat-perangkat ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi di mana representasi proporsional dan kontinu dari kuantitas fisik yang diukur diperlukan, seperti dalam sistem pengukuran presisi dan kontrol proses industri.

Transduser Digital

Transduser digital, sebaliknya, mengubah kuantitas input menjadi sinyal digital, biasanya dalam bentuk pulsa. Sinyal digital beroperasi berdasarkan keadaan biner, mewakili informasi sebagai tingkat daya "tinggi" atau "rendah". Format output digital ini menawarkan beberapa keuntungan, termasuk imunitas terhadap gangguan yang lebih baik, integrasi yang lebih mudah dengan elektronik dan sistem komputasi digital, serta pemrosesan dan penyimpanan data yang lebih sederhana. Transduser digital semakin banyak diadopsi dalam sistem pengukuran dan kontrol modern karena prevalensi teknologi digital.

5. Transduser dan Transduser Invers

Transduser

Transduser didefinisikan sebagai perangkat yang mengubah kuantitas non-listrik menjadi kuantitas listrik. Proses konversi ini memungkinkan pengukuran, pemantauan, dan kontrol berbagai fenomena fisik, seperti suhu, tekanan, perpindahan, dan gaya, menggunakan teknik pengukuran dan pemrosesan listrik. Transduser memainkan peran penting dalam berbagai aplikasi, dari otomasi industri hingga penelitian ilmiah dan elektronik konsumen.

Transduser Invers

Transduser invers melakukan fungsi yang berlawanan dengan transduser tradisional. Mereka mengubah kuantitas listrik kembali menjadi kuantitas fisik. Transduser ini biasanya memiliki input listrik yang tinggi dan output non-listrik yang rendah. Transduser invers digunakan dalam aplikasi di mana sinyal listrik perlu diterjemahkan menjadi tindakan atau respons fisik, seperti dalam jenis aktuator dan sistem kontrol tertentu. Konsep transduser invers memberikan cara untuk menutup loop antara kontrol listrik dan operasi fisik, memfasilitasi kontrol yang lebih kompleks dan presisi dari sistem mekanis dan fisik.