Empat Pilar – Pengertian dan Cara Kerja Sensor Piezoelektrik Secara Lengkap. Penjelasan menyeluruh tentang pengertian dan cara kerja sensor piezoelektrik secara lengkap, termasuk aplikasi dan pertanyaan yang sering diajukan. Pelajari lebih lanjut tentang teknologi ini di sini.
Hai, teman-teman! Pernahkah kalian mendengar tentang Pengertian dan Cara Kerja Sensor Piezoelektrik Secara Lengkap?
Jangan khawatir, karena kita akan membahasnya dalam artikel ini. Sensor piezoelektrik merupakan bagian penting dari teknologi modern dan memiliki banyak aplikasi.
Sensor piezoelektrik adalah jenis sensor yang memanfaatkan efek piezoelektrik untuk mengukur perubahan tekanan, getaran, atau kekuatan.
Bahan piezoelektrik adalah bahan yang menghasilkan tegangan listrik ketika diberi tekanan atau ditekan.
Pengertian Sensor Piezoelektrik
Piezoelektrisitas adalah fenomena di mana penerapan gaya pada suatu bahan menghasilkan muatan listrik pada permukaan bahan tersebut, yang disebabkan oleh distribusi muatan listrik pada sel-sel kristal di dalamnya.
Koefisien muatan piezoelektrik memiliki rentang nilai antara 1 hingga 100 pico coloumb/Newton.
Istilah “piezoelektrik” berasal dari kata bahasa Latin, yaitu “piezein” yang berarti diperas atau ditekan, serta “piezo” yang berarti didorong.
Bahan piezoelektrik pertama kali ditemukan pada tahun 1880-an oleh Jacques dan Pierre Curie.
Efek piezoelektrik terjadi ketika material dikenai tekanan mekanik, sehingga medan listrik terbentuk.
Jacques dan Pierre Curie menggabungkan pengetahuan tentang piroelektrisitas (kemampuan bahan tertentu untuk menghasilkan potensial listrik saat dipanaskan atau didinginkan) dengan pemahaman tentang struktur dan perilaku kristal pada kristal turmalin, kuarsa, dan garam rossel.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa kristal kuarsa dan garam rossel memiliki kemampuan piezoelektrisitas yang paling besar saat itu.
Piezoelektrik merupakan tumpukan muatan dalam materi padat tertentu (seperti kristal atau keramik) yang merespons terhadap regangan mekanik yang dikenakan.
Kata “piezoelektrik” sendiri mengacu pada “listrik yang dihasilkan dari tekanan”, dengan “piezein” yang berarti memeras atau menekan, dan “elektrik” yang berarti listrik atau elektron. Sumber muatan listrik pada piezoelektrik terjadi akibat efek piezoelektrik tersebut.
Cara Kerja Sensor Piezoelektrik
Sensor piezoelektrik dapat mengukur dua besaran fisik, yaitu percepatan dan tekanan. Baik sensor tekanan maupun akselerometer bekerja dengan prinsip piezoelektrik yang sama, namun keduanya memiliki perbedaan utama dalam cara penerapan gaya pada elemen detektornya.
Pada sensor tekanan, terdapat membran tipis yang ditempatkan di atas material padat untuk mentransfer gaya yang diterapkan ke elemen piezoelektrik.
Ketika ada tekanan pada membran tipis tersebut, bahan piezoelektrik akan timbul dan menghasilkan tegangan listrik.
Besarnya tegangan listrik yang dihasilkan setara dengan jumlah tekanan yang diberikan.
Sementara itu, pada akselerometer, massa seismik melekat pada elemen kristal untuk mentransfer gaya yang diberikan ke bahan piezoelektrik.
Ketika ada gerakan yang diterapkan, beban massa seismik tersebut menjadi bahan piezoelektrik menurut hukum kedua Newton tentang gerak.
Bahan piezoelektrik menghasilkan muatan yang digunakan untuk kalibrasi gerakan.
Untuk mengkompensasi getaran yang tidak diinginkan dan membantu menunjukkan pembacaan yang akurat, elemen kompensasi akselerasi digunakan bersama dengan sensor tekanan.
Diagram Sirkuit Sensor Piezoelektrik
Diatas sudah kami bahas mengenai Cara Kerja Sensor Piezoelektrik, selanjutnya gambar di bawah ini menunjukkan sirkuit internal dari sensor piezoelektrik. Resistansi Ri pada gambar adalah resistansi internal atau resistansi isolator dari bahan pembuat sensor.
Induktansi pada sensor disebabkan oleh inersia dari sensor itu sendiri. Kapasitansi Ce berbanding terbalik dengan elastisitas dari bahan sensor.
Untuk mendapatkan respons sensor yang akurat, resistansi beban dan kebocoran harus cukup besar sehingga frekuensi rendah dapat dipertahankan.
Sensor piezoelektrik merupakan jenis transduser tekanan yang menghasilkan sinyal listrik sebagai keluarannya. Oleh karena itu, sensor ini juga dikenal sebagai transduser primer.
Karakteristik Dasar Sensor Piezoelektrik
Piezoelektrik merupakan komponen yang terbuat dari bahan sensitif terhadap tekanan mekanik tertentu.
Saat diberikan tekanan, komponen ini menghasilkan listrik di kedua ujung pelatnya, sebanding dengan besar ketukan atau tekanan yang diberikan.
Hal ini disebabkan oleh perubahan dimensi bahan yang terdapat pada komponen tersebut.
Sebaliknya, jika piezoelektrik diberikan arus listrik dengan sinyal tertentu, maka komponen ini menghasilkan frekuensi nada (beep tone) sesuai dengan sinyal yang diberikan.
Untuk menghasilkan sinyal, piezoelektrik memerlukan driver berupa transistor yang berfungsi memperkuat sinyal yang diberikan.
Piezoelektrik juga dapat berfungsi sebagai output dan disebut dengan piezoelektrik buzzer.
Biasanya, piezoelektrik buzzer yang beredar di pasaran sudah dilengkapi dengan driver di dalamnya, sehingga hanya perlu mengalirkan arus pada buzzer tersebut.
Dari penjelasan di atas, dapat disimpulkan bahwa piezoelektrik memiliki dua karakteristik dasar, yaitu kemampuan untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik, dan sebaliknya.
Kelebihan dan Kekurangan Sensor Piezoelektrik
Setelah memahami Cara Kerja Sensor Piezoelektrik, selanjutnya seperti yang diketahui, setiap alat elektronik memiliki kelebihan dan kekurangan, termasuk sensor piezoelektrik.
Berikut adalah beberapa kelebihan dan kekurangan penggunaan piezoelektrik:
Kelebihan Piezoelektrik
- Frekuensi operasional yang tinggi. Piezoelektrik dapat bekerja pada frekuensi yang tinggi, bahkan dapat merespons frekuensi audio 20kHz dengan baik.
- Respon transien yang cepat. Output yang dihasilkan oleh piezoelektrik linear dan ideal untuk transduser, sehingga dapat mendeteksi hingga mikrodetik.
- Konsumsi daya yang rendah. Pada umumnya, piezoelektrik dapat mengeluarkan output yang tinggi dengan konsumsi daya yang rendah.
- Ukuran yang kecil. Ukuran kecil piezoelektrik sebagai transduser menjadikannya cocok digunakan pada perangkat kecil.
Kekurangan Piezoelektrik
- Sinyal output yang relatif rendah. Sinyal output yang dihasilkan oleh komponen piezoelektrik relatif rendah, sehingga sering memerlukan pre-amp untuk meningkatkan sinyal output agar sesuai dengan kebutuhan untuk mendorong sinyal ke rangkaian berikutnya.
- Impedansi piezoelektrik yang tinggi. Meskipun ini tidak sepenuhnya merupakan kelemahan, kondisi ini memerlukan rangkaian tambahan untuk membuat impedansi dari piezoelektrik sesuai, baik ketika komponen tersebut digunakan sebagai output (buzzer) atau sebagai input.
Aplikasi Sensor Piezoelektrik
Sudah memahami Cara Kerja Sensor Piezoelektrik? Nah berikutnya piezoelektrik memiliki banyak kegunaan, terutama pada perangkat atau rangkaian elektronik yang mengeluarkan bunyi nada (tone).
Beberapa pengaplikasiannya yang sering ditemukan adalah pada peralatan medis, alat ukur elektronik seperti multimeter dan osiloskop, bel rumah, alarm, dan juga pada beberapa jam tangan.
1. Sebagai Output (Buzzer)
Penggunaan piezoelektrik buzzer pada perangkat yang menghasilkan bunyi “beep” beserta variasinya lebih efisien daripada menggunakan loudspeaker pada umumnya.
Selain karena ukurannya yang kecil, daya output audio yang dibutuhkan juga tidak besar sehingga menghemat konsumsi baterai.
Namun, seiring dengan perkembangan teknologi, loudspeaker juga semakin berkembang dan mulai banyak digunakan pada perangkat kecil, meskipun konsumsi baterai buzzer tetap lebih hemat.
Biasanya, piezoelektrik yang berfungsi sebagai buzzer dapat menghasilkan nada dengan frekuensi audio antara 1 kHz hingga 20 kHz, bahkan hingga 50 kHz.
Untuk tegangan rata-rata yang dibutuhkan, berkisar antara 3 Volt hingga 12 Volt dengan arus di bawah 50 mA.
2. Sebagai Input (Sensor)
Selain digunakan sebagai output (buzzer) yang menghasilkan suara, piezoelektrik juga dapat digunakan sebagai input.
Karena sifatnya yang menghasilkan sinyal listrik ketika diberi tekanan, komponen ini sering digunakan untuk sensor yang mendeteksi tekanan.
Oleh karena itu, piezoelektrik sering digunakan pada sensor drum elektrik, sistem pendeteksi gelombang sonar, dan alat ukur elektronik seperti multimeter dan osiloskop, serta pada beberapa perangkat lainnya.
Penggunaan Sensor Piezoelektrik
Berikut beberapa kegunaan Sensor Piezoelektrik yang perlu kalian ketahui :
- Deteksi kejutan.
- Pengukuran ketebalan suatu material.
- Mikrofon, akselerometer, pickup musik, dan lain sebagainya.
- Pengukuran pencitraan ultrasound.
- Pengukuran optik, gerakan mikro, akustik elektro, dan lain sebagainya.
Kesimpulan
Dalam kesimpulan, telah kita bahas mengenai pengertian dan cara kerja sensor piezoelektrik secara lengkap.
Sensor piezoelektrik merupakan perangkat yang mampu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan sebaliknya melalui efek piezoelektrik.
Efek ini terjadi ketika bahan piezoelektrik, seperti kristal atau keramik, mengalami tekanan atau deformasi mekanik yang menghasilkan polarisasi listrik.
Cara kerja sensor piezoelektrik melibatkan perubahan bentuk bahan piezoelektrik, yang menghasilkan muatan listrik yang dapat diukur dan dianalisis.
Sensor ini memiliki beragam aplikasi, mulai dari penggunaan dalam bidang industri, medis, hingga militer.
Keunggulan sensor piezoelektrik terletak pada respons yang cepat, sensitivitas tinggi, serta kemampuan untuk mengukur berbagai jenis getaran dan tekanan.
Semoga artikel dari empatpilar.com mengenai Cara Kerja Sensor Piezoelektrik ini, dapat memberikan pemahaman yang lebih baik mengenai sensor piezoelektrik dan potensi penggunaannya dalam berbagai bidang.
Dengan pengetahuan ini, kita diharapkan dapat lebih memahami teknologi yang ada di sekitar kita dan menggunakannya untuk meningkatkan kualitas hidup dan keberlanjutan lingkungan.
