Pengertian, fungsi dan cara kerja sensor piezoelektrik. Sensor adalah perangkat yang digunakan untuk mendeteksi atau merasakan berbagai jenis besaran fisik dari lingkungan. Input sensor bisa berupa cahaya, panas, gerakan, kelembaban, tekanan, getaran, dll.
Output yang dihasilkan oleh sensor biasanya berupa sinyal listrik yang besaranya sebanding dengan level input yang diterima. Output ini digunakan untuk mengaktifkan perangkat elektronika lainnya atau dikirim ke modul rangkaian lain untuk diproses lebih lanjut.
Berdasarkan jenis masukan yang diterima oleh sensor, komponen ini terdiri dari banyak jenis yang beragam. Sebagai contoh, termometer berbasis merkuri yang berfungsi sebagai sensor suhu. Sensor Oksigen dalam sistem pemantau emisi gas buang kendaraan mendeteksi kapasitas oksigen oksigen.
Pada artikel ini, kami akan menjelaskan sensor piezoelektrik yang merupakan salah salah jenis sensor lain yang berhubungan dengan tekanan atau gerakan.
Pengertian sensor piezoelektrik
Sensor piezoelektrik adalah jenis sensor yang bekerja berdasarkan prinsip piezoelektrik. Fenomena piezoelektrik terjadi dimana ketika suatu suatu material tertentu diberikan tekanan sehingga menghasilkan arus listrik.
Tidak semua material atau bahan dapat menghasilkan efek piezoelektrik ketika diberikan tekanan atau dorongan. Contoh bahan yang memiliki sifat piezoelektrik adalah kuarsa kristal tunggal. Material ini tersedia secara alami dan juga buatan.
Cara kerja
Besaran fisik yang dapat diterima dan diukur oleh sensor piezoelektrik adalah Percepatan dan Tekanan. Baik sensor tekanan dan percepatan bekerja dengan prinsip piezoelektrik yang sama. Namun mempunyai perbedaan utama di antara keduanya, yaitu cara penerapan gaya pada elemen datektornya.
Pada jenis sensor tekanan, membran tipis ditempatkan di atas material masif untuk mentransfer gaya yang diterapkan ke elemen piezoelektrik . Ketika terdapat tekanan pada material membran tipis ini, bahan piezoelektrik akan timbul dan mulai menghasilkan tegangan listrik. Tegangan yang dihasilkan setara dengan jumlah tekanan yang diberikan.
Dalam akselerometer , massa seismik melekat pada elemen kristal untuk mentransfer gaya yang diberikan pada bahan piezoelektrik. Ketika gerakan diterapkan, beban massa seismik adalah bahan piezoelektrik menurut hukum kedua Newton tentang gerak. Bahan piezoelektrik menghasilkan muatan yang digunakan untuk kalibrasi gerak.
Elemen kompensasi akselerasi digunakan bersama dengan sensor tekanan karena sensor ini dapat menangkap getaran yang tidak diinginkan dan menunjukkan pembacaan yang salah.
Diagram sirkuit sensor piezoelektrik
Sirkuit internal sensor piezoelektrik ddiperlihatkan pada gambar di bawah ini. Resistansi Ri adalah resistansi internal atau resistansi isolator dari sifat material pembuat sensor.
Induktansi disebabkan oleh inersia yang terjadi pada sensor. Kapasitansi Ce berbanding terbalik dengan elastisitas material sensor. Untuk respons sensor yang tepat, resistansi beban dan kebocoran harus cukup besar sehingga frekuensi rendah dapat dipertahankan.
Sebuah sensor dapat disebut transduser tekanan yang menghasilkan sinyal listrik. Sensor ini juga dikenal sebagai transduser primer.
Kelebihan dan kekurangan
Kelebihan piezoelektrik
- Respon frekuensi tinggi. Dapat merespon frekuensi audio hingga 20KHz dengan baik.
- Respon transient cukup baik. Sinyal output yang dihasilkan sensor ini linerar, sehingga dapat menjadi pendeteksi getaran mikro yang cukup baik.
- Kebutuhan daya kecil. Daya yang dibutuhkan oleh perangkat ini terbilang kecil, sehingga cocok dipakai pada modul rangkaian mikrokontroller.
- Dimensi kecil. Ukuran bentuk sensor piezoelektrik cukup kecil sehingga dapat diaplikasikan di berbagai modul rangkaian pengukuran.
Kekurangan
- Sinyal ootput rendah. Sinyal keluaran yang dihasilkan terbilang rendah sehingga masih memerliukan sistem penguat awal atau pre amplifier untuk memperkuat sinyal poezoelektrik.
- Impedansi tinggi. Dengan impedansi yang cukup tinggi, diperlukan rangkaian atau komponen tambahan untuk menyesuaikan impedansi sensor dengan modul rangkaian lainnya.
Data spesifikasi sensor
Beberapa karakteristik sensor piezoelektrik disebut berikut ini :
- Rentang pengukuran : Kemampuan sesnor dalam mengukur tekanan hinga batas tertentu.
- Sensitivitas S : Perbandingan perubahan sinyal output y terhadap sinyal yang menyebabkan perubahan x.
S = y/∆x. - Daya tahan: Stabilitas sensor untuk menerima rangsangan tertentu dalam kondisi yang telah ditetapkan.
Selain itu, ada beberapa faktor karakteristik sensor lain yang perlu diketahui :
- Memiliki nilai Impedansi 500Ω.
- Beroperasi pada suhu sekitar -20°C hingga 60°C.
- Suhu optimal sensor antara -30 ° C hingga 70 ° C .
- Sensor ini memiliki suhu solder yang sangat rendah .
- Sensitivitas regangan dari sensor piezoelektrik adalah 5V/µƐ.
- Karena fleksibilitasnya yang tinggi, Quartz adalah bahan yang paling disukai sebagai sensor piezoelektrik.
Penggunaan
- Digunakan untuk deteksi kejutan .
- Untuk pengukur ketebalan suatu material.
- Untuk mikrofon, akselerometer, pickup musik, dll…
- Digunakan untuk mengukur pencitraan ultrasound.
- Dipakai untuk pengukuran optik, pengukuran gerakan mikro, akustik elektro, dll…
