[MATERI] Karakteristik Statis dan Dinamis Transduser

1. Karakteristik Statis

Merupakan karakteristik yang didasarkan pada masukan maupun keluaran ketika berada dalam keadaan steady state, karakteristik ini tidak dipengaruhi oleh waktu. Ada berbagai macam karakteristik statis, diantaranya:

a. Akurasi (ketelitian)

Merupakan ukuran maksimum ketidakpastian yang muncul dalam suatu pengukuran. Akurasi biasanya dinyatakan sebagai ketidaktelitian (inakurasi). Akurasi terbagi menjadi beberapa bentuk, yaitu:

- Persentase terhadap nilai pembacaan

Contoh: Sebuah termometer memiliki nilai akurasi sebesar ±3%. Sehingga apabila termometer menunjukkan suhu sebesar 80⁰C, maka nilai ketidakpastiannya adalah ±2.4 (77,6-82.4⁰C)

- Persentase terhadap pembacaan skala penuh (full scale-FS)

Contoh: Sebuah amperemeter memiliki skala penuh 100 A dan nilai akurasi sebesar ±0.3% FS. Sehingga dalam setiap pengukuran, terdapat ketidakpastian sebesar ±0.3. Misalkan didapatkan pengukuran 10 A, sehingga nilai ketidakpastiannya 9.7-10.3 A.

- Persentase terhadap span (kisaran/range pengukuran)

Contoh: sebuah alat dengan akurasi 5% mengukur arus dengan range antara 40-80mA, maka akurasinya adalah

b. Sensitivitas

Merupakan perbandingan antara perubahan output dengan perubahan input. Sensitivitas dapat dirumuskan sebagai,

Sensitivitas = ΔXo/ΔXi

Contoh: Sensor gaya memiliki sensitivitas 40lb/V, yang artinya setiap perubahan tegangan 1 volt, maka outputnya akan berubah sebesar 40lb.

c. Resolusi

Merupakan variabel input terkecil yang dapat diukur. Resolusi juga dapat diartikan sebagai perubahan input terkecil yang dapat mengakibatkan perubahan output. Sensor yang bagus akan memiliki resolusi yang sangat kecil.

Contoh: Sebuah termometer memiliki skala terkecil 0.1⁰C. Jadi apabila suhu yang sebenarnya 36,53⁰C, maka yang terbaca dalam termometer adalah 36.5⁰C, nilai 0.003⁰C tidak mempengaruhi perubahan output.

Datasheet Sensor Flexiforce A201

d. Hysteresis

Merupakan persentase deviasi maksimum antara kurva naik dan kurva turun terhadap nilai skala penuh. Semakin kecil nilai hysterisis, maka semakin bagus transduser/sensor bekerja
Contoh: Pada datasheet Sensor Flexiforce A201 diatas, sensor memiliki nilai hysteresis sebesar < 4.5% FS. Yang artinya sensor tersebut memiliki penyimpangan sebesar < 4.5% FS antara kurva naik dan kurva turun.

e. Repeatability
Merupakan pengukuran seberapa baik ouput apabila diukur berkali-kali dengan nilai input yang sama. Repeatability dapat dirumuskan dengan,

Repeatability = (nilai max - nilai min) / FS x 100%

Contoh: Sebuah amperemeter memiliki repeatability 2%, jika pengukuran sebenarnya 50 A dan dilakukan pengukuran berulang-ulang (missal 10 kali) maka hasil pengukurannya berkisar antara (49-51 A).

f. Linearitas

Merupakan simpangan terbesar antara kurva sebenarnya dengan kurva linier. Semakin kecil nilai linearitas, maka semakin bagus transduser/sensor bekerja. Linearitas dapat dirumuskan sebagai,

Linearitas = ΔXi / FS x 100%

Contoh: Sebuah sensor gaya flexiforce A201 memiliki linearitas sebesar < ±5%, yang artinya sensor tersebut memiliki error atau simpangan sebesar < ±5%

2. Karakteristik Dinamis

Merupakan karakteristik yang respon yang masukannya dipengaruhi oleh waktu. Ada berbagai macam karakteristik dinamis, diantaranya:

Kurva a

Kurva b

a. Rise time

Merupakan waktu yang dibutuhkan oleh respon untuk naik dari 10-90% (Overdamped) atau 0- 100% (Underdamped) dari nilai akhir. Pada kurva diatas, rise time ditunjukkan dengan simbol tr.
Contoh: Sebuah kurva respon sistem overdamped mencapai keadaan steady state saat output 1, sehingga nilai rise timenya adalah waktu saat respon mencapai 10% dari 1 (0,1) hingga saat respon mencapai 90% dari 1 (0.9).

b. Time konstan

Merupakan waktu yang dibutuhkan output untuk mencapai nilai 63.2% dari nilai maksimum.
Contoh: Sebuah respon sistem mempunyai nilai maksimum 1, sehingga nilai time konstannya adalah lamanya waktu yang dibutuhkan output untuk mencapai nilai 0.632.

c. Dead time atau delay

Merupakan perbedaan waktu antara input dengan ouput. Atau dengan maksud lain, waktu yang dibutuhkan untuk transisi (perpindahan logika) pada input dengan respon perpindahan logika pada output.

d. Respon frekuensi

Merupakan representasi dari respon sistem terhadap masukan yang berupa sinyal sinusoida dengan frekuensi yang bervariasi.

e. Parameter orde ke 2

Rasio redaman adalah proses berkurangnya amplitudo diakibatkan terdisipasinya energi karena gesekan atau hal lainnya. Rasio redaman dapat dirumuskan dengan,
ξ = δ / 2Π
Frekuensi natural adalah frekuensi yang muncul tanpa adanya pengaruh dari luar.
Settling time merupakan waktu yang dibutuhkan respon untuk mencapai nilai 2% atau 5% dari keadaan steady state. Pada kurva a diatas, settling time ditunjukkan dengan simbol ts.
Contoh: Suatu respon sistem mencapai keadaan steady state saat output atau amplitudonya 0.7 selama 1 detik. Sedangkan respon tersebut mencapai nilai 2% dari keadaan steady state (nilai output atau amplitudonya 0.686) selama 0.8 detik. Sehingga, nilai settling time (ts) adalah 0.8 detik.
Maximum overshoot merupakan nilai puncak maksimum pada suatu respon yang diukur dari satu (1). Pada kurva diatas, maximum overshoot ditunjukkan pada kurva a (Mp) dan kurva b (overshoot). Apabila keadaan steady state sistem jauh dari nilai 1 maka nilai maximum overshoot dapat dicari dengan menggunakan persentase maximum overshoot yang dirumuskan dengan,
Mp (%) = (c(tp) - c(∞)) / c(∞) x 100%
Contoh: sebuah respon sistem memiliki nilai puncak maksimum 1,5. Sehingga nilai maximum overshoot adalah: Mp = 1.5 - 1 = 0.5