Chapter 2: Transducer

10.0 Transduser PiezoelektrikContoh: kristal1. Prinsip: perubahan tekanan kepada perubahan voltan2. Pembinaan:

a) Jenis kristal : garam Rochelle, quartz, & tourmaline

b) Kirstal diletakkan ditengah-tengah asas pepejal dan penjumlah daya3. Operasi:

a) daya luaran memberi tekanan pada bahagian atas Kristal

b) Daya gerak elektrik dihasilkan antara imbangan kirstal hingga ke tekanan yang dikenakan.

c) Sebahagian daripada tenaga mekanikal yang dikenakan akan ditukarkan kepada tenaga elektrikal, pekali gandingan, k, merupakan sukatan kecekapan:

k = tenaga mekanikal yang ditukarkan kepada tenaga elektrik tenaga mekanikal yang dikenakan

d) Sebagai alternatif, jika voltan ulang-alik luaran dikenakan pada kristal, ia akan menyebabkan kristal tersebut bergetar pada frekuensi resonans semula jadinya. Pekali gandingan, k, merupakan sukatan : k = tenaga mekanikal yang ditukarkan kepada tenaga elektrik tenaga mekanikal yang dikenakan

4. a) Kelebihan:

Frekuensi output kristal adalah sangat stabilb) Kekurangan:

Tekanan yang dikenakan harus sentiasa berubah untuk menghasilkan output.

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)Gambar (a), (b) dan (c) di atas menunjukkan efek piezoelektrik langsung dan gambar (d), (e) dan (f) di bawah menunjukkan efek piezoelektrik terbalik

Gambar Transduser Piezoelektrik11.0 Transduser Suhu11.1 Pengesan Suhu Melalui Rintangan (RTD)

1. Prinsip: perubahan suhu perubahan rintangan2. Bahan:

a) Platinum, nikel, atau sebarang elemen wayar rintangan, dimana variasi rintangannya dengan suhu mempunyai ketepatan intrinsik yang tinggi.

3. Hubungan:

R = rintangan konduktur pada sesuatu suhu (C)

Ro = rintangan konduktur pada suhu rujukan (C) (i = pekali suhu rintanganT = perbezaan antara suhu operasi dan suhu rujukan4. Contoh:

Hubungan antara suhu dan rintangan platinum adalah seperti berikut:

Satu termometer rintangan platinum mempunyai rintangan 150 ohm pada 20C. Kira rintangannya pada 40(C. ( = 0.00392.

Jawapan:

11.2 Thermocouple1. Prinsip: perubahan suhu kepada perubahan daya gerak elektrik2. Pembinaan:a) Sepasang wayar yang diperbuat daripada logam yang berlainan dan dicantumkan pada satu hujung; hujung seterusnya pula menghasilkan voltan antara wayar.

Teori asas kesan thermocouple diasaskan daripada sifat-sifat elektrik dan haba bagi logam yang berbeza. Khususnya , apabila pengkamiran suhu dikekalkan seluruh logam yang diberikan, getaran atom dan gerakan elektron dipengaruhi supaya perbezaan dalam potensi wujud seluruh bahan. Ini adalah disebabkan oleh hakikat bahawa elektron pada akhirnya lebih panas daripada bahan yang mempunyai lebih banyak tenaga haba daripada hujung yang lebih sejuk , dengan itu cenderung untuk hanyut ke arah hujung yang lebih sejuk. Hanyutan ini berbeza bagi logam yang berbeza pada suhu yang sama kerana perbezaan kekonduksian mereka. Jika litar ditutup dengan menyambungkan hujung melalui konduktor lain, kerana perbezaan potensi logan, daya gerak elektrik akan kemudian dijana

3. Operasi:

a) magnitud voltan yang dihasilkan bergantung kepada bahan yang digunakan untuk wayar dan jumlah suhu yang berbeza antara hujung menyertai ( sensing simpang / simpang panas) dan hujung yang lain ( simpang rujukan / simpang sejuk).b)

c1 & c2 = pemalar bahan-bahan thermocouple

T1 = suhu simpang panas

T2 = suhu simpang sejuk / simpang rujukan

Gambar di atas menunjukkan cara operasi termocouple.

4. Kelebihan:

a) Julat luas : -270C to 2700C

5. Aplikasi:

a) Dalam relau-relau industrib) Sukatan suhu berhampiran dengan sifar mutlak (kriogenik) Kelvin

6. Hubungan antara jenis pasangan wayar dan logam yang digunakan sebagai bahan untuk membuat pasangan wayar tersebut di beberapa Negara.

11.3 Termistor = perintang haba1. Prinsip: perubahan suhu kepada perubahan rintangan2. Pembinaan:

3. Operasi:

Ia mempunyai pekali suhu yang negatif4. Kelebihan:

a) Resolusi dan ketepatan yang lebih baikb) boleh digunakan untuk pampasan suhu dalam peranti dan peralatan elektrik disebabkan pekali suhunya yang negatifc) sensitiviti dan rintangan yang tinggid) sesuai digunakan untuk pengukuran jarak jauh dan kawalan5. Contoh:

Litar dibawah digunakan untuk penyukatan suhu. Rintangan thermistor adalah 4k(. Meter yang digunakan adalah ammeter 50mA dengan rintangan 3(, RC ditetapkan pada 17(, dan voltan bekalan VT adalah 15V. Apakah bacaan meter pada 75(F (4k() dan pada 150(F (950() ?

Jawapan:

Untuk T=75(F,

Untuk T= 150(F

12.0 Transduser FotoelektrikTerdapat 3 kategori :

Foto-pancaran : radiasi jatuh pada katod menyebabkan elektron dipancarkan dari permukaan katod Foto-konduktif : rintangan bahan bertukar apabila ia diterangi Foto-voltan : menjana voltan output yang berkadar dengan intensiti sinaran (inframerah , cahaya nampak , ultraungu , sinar gamma , sinar-X )12.1 Tiub Pengganda-foto1. Prinsip: foto-pancaran

2. Pembinaan:

a) Ia terdiri daripada sampul kaca vakum yang mengandungi fotokatod , anod , dan beberapa elektrod tambahan yang dipanggil dynod, masing-masing pada voltan yang lebih tinggi3. Operasi:

a) Elektron yang dipancarkan oleh katod tertarik kepada dynod pertama/ anodb) pancaran sekunder berlaku apabila elektron yang bergerak pada kelajuan yang tinggi terkena dynod (bahan yang sesuai), bahan tersebut memancarkan lebih banyak elektron daripada yang terkena permukaannya.c) halaju yang tinggi dicapai menggunakan voltan yang tinggi antara anod pertama (dynod pertama) dan katodd) elektron ysng dipancarkan daripada dynod pertama tertarik kepada dynod kedua dan pancaran yang seberikutnya berlaku. e) setiap anod berada pada voltan yang lebih tinggi agar elektron dapat mencapai halaju yang diperlukan setiap masa.f) pancaran sekunder berlaku pada setiap tahap dan menyebabkan penggandaan bilangan elektron yang seterusnya manyebabkan amplifikasi yang besar (105 hingga 109) diperolehi.4. a) KekuranganMedan magnetik memberi kesan terhadap faktor penggandaan pengganda-foto, ini disebabkan segelintir elektron dipesongkan daripada laluan pergerakan yang asal antara setiap tahap amplifikasib) KelebihanSensitiviti yang tinggi terhadap cahaya. Contoh: sehingga 2000A se-lumen ke atas.

12.2 Sel foto-konduktif atau foto-sel:1. Prinsip : Foto-konduktif

2. Bahan : Kadmium sulfida , kadmium selenide , kadmium sulfoselenide

3. Pembinaan:

a) bahan foto-konduktif di deposit dalam corak zig-zag untuk memperolehi nilai rintangan dan kadar kuasa yang diinginkanb) bahan foto-konduktif tersebut memisahkan dua kawasan salutan logam yang bertindak sebagai elektrodc) pemasangan tersebut ditutup dalam sebuah bekas logam dengan tetingkap gelas pada bahan foto-konduktif4. Operasi:

a) rintangan elektrikal bahan berubah dengan kuantiti cahaya yang terkena permukaannya5. Aplikasi:

a) Mengira objeki) Sumber cahaya ditumpukan dalam hantaran rasuk diseluruh jalan yang dilalui oleh objek untuk dikira dan dipancarkan pada foto-sel.ii) Biasanya cahaya dipancarkan pada fotosel menyebabkan rintangannya menjadi rendah dan arus elektrik melalui geganti akan menjadi secukup tinggi untuk memberi tenaga kepada geganti.iii) setiap kali sesuatu objek berlalu, ia mengganggu rasuk dan rintangan fotosel adalah tinggi, arus elektrik melalui geganti akan menjadi rendah dan mengurangkan tenaga geganti.12.3 Sel Foto-voltan atau sel solar1. Prinsip: foto-voltan

2. Bahan : Silikon, Gemanium, Selenium (Se), InAs.

3. Aplikasi:

a) Sistem kad perakamb) Pengesan infra-merah4. Prinsip:

a) Ia menghasilkan voltan output yang seimbang dengan intensiti radiasib) Jenis radiasi yang dikesan bergantung kepada jenis bahan yang digunakan dalam pembinaan.

Contoh: Sel-sel germanium yang didopkan dengan emas boleh digunakan untuk mengesan inframerah

12.4 Fotodiod Semi-konduktur1. Prinsip: perubahan intensiti cahaya kepada perubahan rintangan2. Pembinaan:

3. Prinsip:

a) Jika simpang tidak terdedah kepada cahaya, sebuah diod semi-konduktur yang berbalik berat sebelah melepaskan kuantiti arus elektrik bocor yang sangat kurang.b) dibawah illuminasi, arus elektrik meningkat hampir seimbang dengan intensiti cahayac) apabila peranti beroperasi pada voltan berbalik, ia berfungsi sebagai peranti foto-konduktifd) apabila peranti beroperasi tanpa voltan berbalik, ia berfungsi sebagai peranti foto-voltan.4. Kelebihan:

a) Masa responnya lebih pantas berbanding dengan sel foto-konduktif3. Contoh:

Satu fotodiod dengan sifat-sifat illuminasi seperti di atas dipasang secara selardengan perintang 200ohm dan dengan voltan input 0.5V. Kekutuban bekalan menyebabkan peranti dijadikan berbalik berat sebelah. Lukiskan garis beban DC untuk litar tersebut dan tentukan nilai arus elektrik dan voltan bagi diod pada illuminasi 1500, 10,000, dan 20,000 lm/m 2.

12.5 Foto-transistor Semi-konduktur1. Prinsip:

a) perubahan intensity cahaya perubahan rintanganb) dihasilkan daripada fotodiod dengan menambahkan simpang (sensitiviti bertambah sebanyak 100 kali), illuminasi bahagian tengah (asas) foto-transistor menyebabkan pelepasan pasangan elektron-lubang.

c) Kriteria pasangan elektron-lubang merendahkan halangan potensi antara simpang (EB & BC), menyebabkan peningkatan dalam aliran elektron daripada bahagian pemancar kepada bahagian asas dan pada bahagian pengumpul.

2. Kelebihan:

sensitiviti yang lebih tinggi untuk sesuatu kuantiti illuminasi, foto-transistor memberi arus elektrik pada output yang lebih tinggi berbanding fotodiod3. Kekurangan:

masa pensuisan lebih perlahan berbanding dengan fotodiod4. Aplikasi :

Sebagai pengesan cahaya dalan sistem kad perakam

13.0 Perbincangan dan perbandingan Transduser sensor semi-konduktur / sensor jenis IC

sensor ultrasonik sensor optikalPerbandingan Antara Jenis Transduser yang BerbezaTerdapat beberapa peranti pengukuran tidak berkontak di pasaran, setiapnya mempunyaikelebihan dan kekurangan tersendiri. Berikut adalah gambaran yang ringkas.

PERANTI PENGUKURAN TIDAK BERKONTAKPerantiKelebihanKekurangan

Kemuatan, sesat dan tanahKemuatan sesat adalah agak tidak sensitif terhadap sasaran

Kos tinggi, sukar untuk di linearisasi, sensitive kepada persekitaran (perlukan dielektrik yang tetap dan permukaan yang bersih)

Infra-merah atau fotonik dan fiber optik Kos yang munasabah, saiz tempat yang kecil, boleh berfungsi dengan kebanyakkan bahan sasaran. Sensitif terhadap persekitaran(memerlukan sasaran reflektif yang bersih), julat yang kurang, kelinearan yang lemah

Sinar- X dan penyelerak-kembali BetaPeranti sukatan ketumpatan yang efektif, mengendalikan variasi pas garis yang luas, efektif dengan kebanyakkan bahan.Kos tinggi dan merbahaya, terhad kepada ketebalan sahaja

LaserJulat yang lebih besar, resolusi dan linearisasi yang bagus Kos yang sangat tinggi, sukar untuk dipasang, sensitive terhadap persekitaran.

UltrasonikJulat sukatan yang luas, linearisasi yang bagus

Aplikasi dan respon terhadap frekuensi yang terhad, resolusi yang lemah

Arus elektrik Eddy (Colpitts)

Murah, tidak terjejas oleh bahan tidak-konduktif yang berselang, mudah untuk digunakan, sesuai dengan sasaran berintangan tinggi, stability jangka panjangMemerlukan sasaran yang konduktif, julat yang terhad, linearisasi yang lemah untuk seluruh julat, sensitif terhadap suhu, tiada offset sifar, tidak boleh diselaraskan, panjang kabel sensor yang terhad, rintangan output, respon frekuensi yang lemah, tingkat bunyi yang tinggi

Jambatan induktif (Contoh: penyiasat kedekatan induktif + jambatan)

Murah, linearisasi yang bagus, mudah di kalibrasi, stabil terhadap suhu, tidak dijejaskan oleh bahan tidak-konduktif yang berselang, respon frekuensi yang bagus, resolusi yang sangat tinggi, mudah digunakan, stabiliti jangka panjang, rintangan yang rendah, tingkat bunyi yang rendah, boleh diselaraskan, keupayaan offset sifatMemerlukan sasaran yang konduktif

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

EMBED PBrush

1/20

_1101120835.unknown

_1101120203.unknown

_1101120386.unknown

_1101118917.unknown