Sensor Cahaya

 Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat mebangkitkan satu elektron. Sensor cahaya sangat luas penggunaannya, salah satu yang paling populer adalah kamera digital Pada saat ini sudah ada alat yang digunakan untuk mengukur cahaya yang mempuyai 1 buah photon saja. Di bawah ini adalah jenis-jenis sensor cahaya, di antaranya:

• Detektor kimiawi, seperti pelat fotografis, dimana molekul silver halida dibagi menjadi sebuah atom perak metalik dan atom halogen. Pengembangan fotografis menyebabkan terbaginya molekul yang berdekatan secara sama.
• Fotoresistor atau Light Dependent Resistor (LDR) yang berubah resistensinya ketika dikenai cahaya
• Sel Fotovoltaik atau sel matahari yang menghasilkan tegangan dan memberikan arus listrik ketika dikenai cahaya.
• Fotodioda yang dapat beroperasi pada mode fotovoltaik maupun fotokonduktif 
• Tabung fotomultiplier yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya kemudian elektron-elektron tersebut akan dikuatkan dengan rantai dynade.
• Tabung cahaya yang mengandung fotokatoda yang memancarkan elektron ketika dikenai cahaya dan umumnya bersifat sebagai fotoresistor
• Fototransistor menggabungkan salah satu dari metode penyensoran di atas
• Detektor optis yang berlaku seperti termometer, secara murni tanggap terhadap pengaruh panas dari radiasi uang masuk, seperti detektor piroelektrik, sel Golay,  termokopel dan termistor, tapi kedua yang terakhir kurang sensitif
• Detektor cryogenic cukup tanggap untuk mengukur energi dari sinar-x tunggal serta foton cahaya terlihat dan dekat dengan inframerah
  

 

Macam-macam Sensor

1. Sensor Cahaya
2. Sensor Suhu
3. Sensor Proximity
4. Sensor Pressure
5. Displacement Transduser
6. Sensor Putaran /  Velocity (RPM Sensor)

 

Artikel selanjutnya sensor suhu

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar 

Aspek Mekatronika - bagian Sensor

Diagram Block Sensor

 

 

Apasih itu sensor. Sensor merupakan piranti yang mentransformasikan (mengubah) suatu nilai (isyarat/energi) fisik ke nilai fisik yang lain serta menghubungkan antara fisik nyata dan industri listrik dan piranti elektronika. Dalam dunai industri berguna untuk monitoring, controlling, dan proteksi. Sering disebut juga dengan transducer. Sensor umumnya dikategorikan menurut apa yang diukur dan sangat berperan penting dalam proses pengendali manufaktur modern.

Ada 6 (Enam) tipe isyarat sensor :

1. Mechanical, contoh : panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan, kecepatan, percepatan, panjang gel acoustic.
   
2. Thermal, contoh : temperature, panas, entropy, heat flow
   
3. Electrical,   contoh : tegangan, arus, muatan, resistence, frekuensi
   
4. Magnetic,  contoh : intensitas medan, flux density
   
5. Radiant, contoh : intensitas, panjang gelombang, polarisasi
   
6. Chemical,  contoh : komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi.

Sensor mengkonversi dari suatu isyarat input ke suatu isyarat output. Sensor bisa saja menggunakan satu atau lebh pengkonversian untuk menghasilkan suatu isyarat keluaran 

Macam-macam Sensor

1. Sensor Cahaya
2. Sensor Suhu
3. Sensor Proximity
4. Sensor Pressure
5. Displacement Transduser
6. Sensor Putaran /  Velocity (RPM Sensor)
   

Artikel Salanjutnya Sensor Cahaya

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar

 

 

Elemen-Elemen dalam Mekatronik

 Struktur mekatronik dapat dipilih menjadi 2 buah dunia mekanika dan dunia elektronika. Di dunia mekanika terdapat mekanisme mesin sebagai objek yang dikendalikan. Di dunia elektronika terdapat beberapa elemen mekatronika yaiut: sensor, kontroler, rangkaian penggerak, aktulator dan sumber energi. Elemen-elemen mekatronik dapat dijelaskan sebagai berikut :

Mekanisme Mesin

Objek kendali yang bisa berupa lengan robot, mekanisme pengerak otomotif, generator pembangkit listrik dan lain sebagainya. 

Sensor

Elemen yang bertugas memonitor keadaan ojek yang dikendalikan. Sensor ini dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal yang berfungsi memprose sinyal listrik menjadi sinyal yang mengandung informasi yang bisa dimanfaatkan.

 Kontroler

Elemen ini yang mengambil keputusan apakah keadaan objek kendali telah sesuai dengan nilai referens yang diinginkan, dan kemudian memproses informasi untuk menetapkan nilai komando guna merefisi keadaan objek kendali.

Rangkaian Penggerak

Elemen yang berfungsi menerima sinyal komando dari kontroler dan mengkonversinya menjadi energi yang mampu menggerakkan aktuator untuk melaksanakan komando dari kontroler. Elemen in selain menerima informasi dari kontroler juga menerima catu daya berenergi tinggi.

 Aktuator

Elemen ini yang berfungsi megkonversi energi dari energi listrik ke energi mekanik. bentuk konkrit aktuator ini misalnya: motor listrik, tabung hidrolik, tabung pnematik dan lain sebagainya.

Sumber Energi

Elemen yang mencatu daya energi listrik ke semua elemen yang membutukannya. Salah satu bentuk konkrit sumber energi adalah baterai untuk system yang berpindah tempat, atau adaptor AC-DC untuk sistem yang stasioner (tetap ditempat)

Struktur mekatronik yang digambarkan di sini dari segi teori kendali disebut sistem umpan balik (closed loop). Sistem umpan balik ini meyerupai makhluk hidup, dimana dalam melakukan kegiatan selalu merevisi tidakannya berdasarkan informasi umpan balik yang dikirim oleh indra atau otak. Dengan demikian mekatronik adalah merealisasikan system mekanik yang mampu melakukan pekerjaan seperti halnya seorang manusia yang memiliki kondisi yang sempurna.

 

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar

 

 

Aspek Mekatronika - bagian Mekanika

 Otomotif 

adalah ilmu yang mempelajari tentang alat-alat transportasi darat yang menggunakan mesin, terutama mobil dan sepeda motor. Otomotif mulai berkembang sebagai cabang ilmu seiring dengan diciptakannya mesin mobil. Dalam peembangannya, mobil menjadi alat transportasi kompleks yang terdiri dari ribuan komponen yang tergolong dalam puluhan sistem dan subsistem.

Pompa Bahan Bakar

adalah komponen penting dalam sebuah mobil atau mesin kombusi dalam lainnya. Bahan bakar harus dipompa dari tangki bensin ke mesin dan diantar dalam tekanan rendah ke karburator atau dalam tekanan tinggi ke sistem injeksi bahan bakar. Beberapa mesin injeksi bahan bakar memiliki 2 macam pompa untuk tujuan ini: 

1. Pompa Tekanan Rendah / Volume besar di tengki

2. Pompa Tekanan Tinggi / Voume rendah di atau dekat mesin.

 

Suspensi

Komponen tertentu yang berfungsi merendam kejutan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan. Ada dua jenis utama suspensi yaitu sistem suspensi dependen dan sistem suspensi independen.

Peredam Kejut

Shock absorber, shock breaker, atau damper adalah sebuah alat mekanik yang didesain untuk meredam hentakan yang disebabkan oleh energi kinetik. Peredam kejut adalah bagian penting dalam suspensi kendaraan bermotor, roda pendaratan pesawat terbang, dan mendukung banyak mesin industri. Peredam kejut berukuran besar juga digunakan dalam arsitektur dan teknik sipil untuk mengurangi kelemahan struktur akibat gempa bumi dan resonansi. Suspensi dan peredam kejut menjadi kombinasi yang baik dalam membuat kenyamanan dalam menghadapi goncangan. 

Dalam kendaraan, alat ini berfungsi untuk mengurangi efek dari kasarnya permukaan jalan. Tanpa peredam kejut, kendaraan dapat terlempar, seperti energi yang disimpan dalam per/pegas, kemudian dilepaskan pada kendaraan, barangkali melebihi gerakan suspensi. Kontrol gerakan berlebih pada suspensi tanpa peredam kejut diredam secara paksa oleh per yang kaku, yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan dalam berkendara. 

Peredam kejut diperkenankan menggunakan per yang lembut yang mengontrol gerakan suspensi dalam merespon gundukan atau lubang. Dan juga, berhubungan dengan pelambatan efek fisik dalam ban itu sendiri, mengurangi gerakan naik turun per. Karena ban tidak selembut per, untuk meredam hentakan ban mungkin dibetuhkan shock yang kaku menjadi pertimbangan ideal untuk kendaraan.

Peredam kejut pneumatik dan hidrolik umumnya mengambil bentuk sebuah silinder dengan piston yang bergerak di dalamnya. Slinder harus diisi dengan cairan kental, seperti minyak hidrolik atau udara. Cairan ini diisikan ke dalam dashpot. Peredam kejut berbasis per umumnya menggunakan per keong atau per daun. Per ideal itu sendiri, bukan lah peredam kejut seperti per yang hanya menyimpan dan tidak menghilangkan atau menyerap energi. Kendaraan biasanya menggunakan dua per atau palang torsi yang berfungsi sebagaimana peredam kejut hidrolik. Dalam kombinasi ini, peredam kejut secara khusus menyediakan piston hidrolik yang menyerap dan menghilangkan getaran. Per tidak dianggap sebagai peredam kejut. 

Peredam kejut harus menyerap atau menghilangkan energi. Desainya harus dipertimbangkan , oleh karena itu harus dibuat ketika mendesain atau memiliki sebuah peredam kejut adalah ke mana energi akan pergi. Umumnya, dalam kebanyakan dashpot, energi diubah ke dalam panas di dalam cairan kental. Dalam silinder hidrolik, minyak hidrolik akan memanas. Dalam silinder udara, udara panas selalu dilepaskan ke atmosfer. Dalam tipe dashpot yang lain, seperti elektromanetik, energi yang hilang dapat disimpan dan bisa digunakan kemudian jika diperlukan.

Sistem Transmini

Dalam dunia otomotif, Sistem transmisi   adalah sistem yang menjadi penghantar energi dari mesin ke diferensial dan as. Dengan memuat as, roda dapat berputar dan menggerakan mobil. Transmisi diperlukan karena mesin pembakaran yang umumnya digunakan dalam mobil merupakan masin pembakaran internal yang menghasilkan putaran (rotasi) antara 600 sampai 6000 rpm. Sedangkan, rotasi berputar pada kecepatan rotasi antara 0 sampai 2500 rpm.

Sekarang ini terdapat dua modul sistem transmisi yang umum, yaitu manual dan otomatis. Terdapat juga sistem-sistem transmisi yang merupakan gabungan antara kedua sistem tersebut, namun ini merupakan perkembangan terakhir yang baru dapat ditemukan pada mobil-mobil berteknologi tinggi. Transmisi manual merupakan sistem transmisi yang banyak digunakan dengan alasan perawatan yang lebih mudah dan biasanya terdiri dari 3 sampai dengan 7 speed. 

Transmisi otomatis terdiri dari 3 bagian utama, yaitu : Torque converter, Planetary gear unit, dan Hydraulic control unit. Torque converter berfungsi sebagai kopling otomatis dan dapat memperbesar momen mesin. Sedangkan Torque converter terdiri dari Pump Impeller, Turbine runner, dan Stator, Sator terletak diantara impeller dan turbine. Torque converter diisi dengan ATF (Automatic Transmition Fluid). Momen mesin  dipindahkan dengan adanya aliran fluida. 

Contoh sistem mekatronik pada kendaraan bermotor

1. Sistem rem ABS (Anti-Lock Breaking System) dalam artian sistempengeremen yang menghindari terkuncinya roda sehingga mobil tetap dapat dikendalikan dalam pengereman mendadak,
2. ESP (Elektrik Stability Program) 
3. ABC (Active Body COntrol)
4. Motor-Managemen-System

Artikel Selanjutnya Aspek Mekatronik - bagian Sensor

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar

 

Peran Teknologi DIgital dalam Pengendalian pada Mekatronik

 Perkembangan Teknologi rangkaian terintegrasi khususnya system mikroprosesor meberikan kontrubusi yang signifikan pada bidang kendali digital. Teknologi mikroporsesor telah banyak diterapkan untuk mengendalian berbagai paralatan hingga rumah tangga. Kehadiran mikrokontroler menjadi penerapan pengendali digital relatif mudah diterapkan pada berbagai aplikasi yang portabel. 

Hingga akhir tahun 1970, Banyak teknologi yang dikendalikan dengan relai elektromagnet.  Semakin berkembangan teknologi, dan tugas-tugas pengendalian dibuat dalam bentuk pengendalian terprogram yang dapat dilakukan antara lain menggunakan PLC (Program Logic Controller). Adanya PLC, sinyal dari berbagai peralatan luar di-interface sehingga  fleskibel dalam mewujudkan sistem kendali. Disamping itu kemampuannya dalam komunikasi jaringan memungkinkan penerapan yang luas dalam berbagai poperasi pengedalian sistem. Dalam sistem otomasi, PLC merupakan 'Jantung' sistem kendali. 

Program yang disimpan didalam memori PLC, dalam eksekusinya, PLC dapat memonitor keadaan sistem melalui sinyal dari peralatan input, kemudian didasarkan atas logika program menentukan rangkaian aksi pengendalian peralatan output luar.

PLC dapat digunakan untuk mengendalikan tugas-tugas sederhana yang berulang-ulang, atau di-interkoneksi dengan yang lain menggunakan komputer melalui sejenis jaringan komunikasi untuk mengitegrasikan pengendalian proses yang kompleks. Cara kerja sistem kendali PLC dapat dipahami dengan diagaram berikut.

Diagram Blok PLC

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar

Sistem Kendali Loop Terbuka dan Sistem Kendali Loop Tertutup

 Sistem Kendali dibagi menjadi dua, yaitu sistem kendali loop terbuka dan sistem kendali loop tertutup

Sistem Kendali Loop Terbuka

Sistem Kendali Loop Terbuka adalah proses pengendalian di mana variable input mempengaruhi output yang dihasilkan. Gambar berikut di bawah ini menunjukkan diagaram blok sistem kendali loop terbuka.

Diagram blok sistem kendali loop terbuka

 

Dari gambar tersebut di atas, dapat dipahami bahwa tidak ada informasi yang diberikan oleh peralatan output kepada bagian proses sehingga tidak diketahui apakah hasil output sesuai dengan yang dikehendaki. 

Sistem Kendali Loop Tertutup

Sistem kendali loop tertutup adalah suatu proses pengendalian di mana variabel yang dikendalikan (output) disensor secara kontinyu, kemudian dibandingkan dengan besaran acuan.

Variabel yang dikendalikan dapat berupa hasil pengukuran temperatur, kelembaban, posisi mekanik, kecepatan putaran, dan sebagainya. Hasil pengukuran tersebut diumpan-balikkan ke pembanding (komparator) yang dapat berupa peralatan mekanik, listrik, elektronik, atau pneumatik. Pembanding membandingka sinyal sensor yang berasal dari variabel yang dikendalikan dengan besaran acuan, dan hasilnya berupa sinyal kesalahan. Selanjutnya, sinyal kesalahan diumpankan kepada peralatan kendali dan diproses untuk memperbaiki kesalahan sehingga menghasilkan output sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan kata lain, kesalahan sama dengan nol.

Sistem kendali loop tertutup

 Artikel Selanjutnya Peran Teknologi Digital dalam Pengendalian pada Mekatronik

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar

Aspek-Aspek Pengendalian Elektrik

 Sistem Kendali mempunyai tiga unsur yaitu : Input, Proses, dan Output

Unsur-Unsur Sistem Kendali

Input : Pada umumnya berupa sinyal dari sebuah , yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran  listrik, misalnya tombol tekan, saklar batas, termostat, dan lain-lain.

Trensduser merupakan informasi mengenai besaran yang diukur, kemudian informasi ini diperoses oleh bagian prosesor. 

Prosesor : Bagian proses dapat berupa rangkaian kendali yang menggunakan peralatan yang dirangkai secara listrik atau juga berupa suatu sistem kendali yang dapat diprogram misalnya sistem berbasis mikroprosesor, mikrokontroler atau PLC.

Pemrosesan informasi (sinyal Input) menghasilka  sinyal output yang selanjutnya digunakan untuk mengaktifkan aktuator (peralatan output) yang dapat berupa motor listri, kontaktor, katup selenoid, lampu, dan sebagainya. Dengan peralatan output, besaran listrik diubah kembali menjadi besaran fisik.

 

 Artikel Selanjutnya Sistem Kendali Loop Terbuka dan Sistem Kendali Loop Tertutup

Sumber : Bahan Ajar Mekatronika by Abubakar