Unit 741

Unit 7PenderiaPENDERIAPengenalanPenderia merupakan alat yang menukarkan satu bentuk tenaga/isyarat kepadasatu bentuk tenaga/isyarat yang lain. Contohnya menukarkan dari tenaga/isyarattekanan kepada tenaga elektrik. Antara jenis-jenis penderia yang biasadigunakan terdiri dari jenis cahaya, suhu, tekanan dan bunyi.Contoh :Tekanan penderia elektrikTekanan piezoelektrik elektrikElektrik motor pusingan sudutPenderia terbahagi kepada dua iaitu :1. Penderia aktif - tidak memerlukan sumber tenaga dari luar untuk berkendali.2. Penderia pasif - memerlukan sumber tenaga dari luar untuk berkendali.Jenis-Jenis Penderia1. Cahaya – LDR (Light Dependent Resistor), Phototransistor, Photodiode2. Suhu – Thermocouple, RTD (Resistance Temperature Detector)3. Bunyi – Ultrasonic4. Tekanan – Strain Gauge, Piezoelectric5. Kelembapan - HumidityInstrumentasi 1/201074

Unit 7PenderiaPenderia cahaya1. LDR (Light Dependent Resistor)Satu elemen dimana kendaliannya bergantung kepada gelombang cahaya. LDR bolehdianggap sebagai perintang yang mana nilai rintangannya dikawal oleh keamatancahaya. Bila keamatan cahaya tinggi rintangan adalah rendah. Bila keamatan cahayarendah rintangan adalah tinggi.RRintangan gelapRintangan cerahCahayaCiri-Ciri Rintangan Melawan Cahaya Bagi LDRInstrumentasi 1/201075

Unit 7PenderiaPenggunaan LDRSebagai suis kawalan cahaya+VRLDRBCEgegantilampu-V• Lampu akan menyala/padam secara automatik bergantung kepada keamatancayaha yang terkena kepada LDR• Pada waktu malam (gelap), rintangan LDR hádala lebih tinggi, voltan pada tapak(B) transistor menjadi tinggi. Transistor ON dan geganti tertutup, lampu menyala.• Pada siang hari (terang), rintangan LDR menjadi rendah, voltan yang dikenakanpada tapak (B) transistor menjadi rendah. Transistor OFF maka geganti terbukadan seterusnya lampu akan terpadam.2. Diod Foto (Photo Diode)• Asasnya penderia photo diode ialah sebuah diode seperti rajah di bawah• Permukaan Permukaan katodnya disaluti dengan bahan-bahan seperti‘cesium antimony’ atau ‘potasium oksida’ yang sangat peka kepada cahaya.Instrumentasi 1/201076

Unit 7Penderia• Apabila pancaran cahaya dikenakan ke atas permukaan katod, ianya akanmengeluarkan elektron dan mengalirkan arus. Arus yang mengalir ini bolehdiukur dengan ammeter yang ditentukur dengan menggunakan unit ‘lumen’iaitu unit untuk cahaya.• Jenis kaca pada tiub akan menentukan kepekaan penderia tersebut kepadapanjang gelombang cahaya. Pada amnya tiub kaca akan memotong sinaranpancaran dalam julat ultra-violet.• Ciri arus-voltan bagi foto diod ini digambarkan oleh lengkung ciri arusvoltannya,apabila voltan mencukupi dikenakan di antara anod dan katod, arusyang mengalir bergantung lepada jumlah cahaya yang dipancarkan.• Ciri arus-cahaya digambarkan oleh lengkung arus-cahayanya. Arus yangmengalir melalui diod foto ini adalah berkadaran dengan keamatan cahayayang terkena pada katod diod ini (boleh ditentukur secara linear)Lengkung ciri arus-voltan bagi diod fotoInstrumentasi 1/201077

Unit 7PenderiaLengkung ciri arus melawan cahaya pada foto diodContoh penggunaan photodiode3. Transistor FotoPenderia jenis ini adalah lebih peka terhadap cahaya daripada jenis diod. Apabila ‘kakitapak’ terkena pancaran cahaya, ianya akan menghasikan pengaliran arus pada ‘kakitapak’ dan mengalirkan arus pada ‘kaki pemungut’. Daripada gambarajah di bawah,apabila persimpangan Je dikenakan pincang hadapan dan simpang Jc dikenakanpincang balikan arus (Ib) adalah kecil dan transistor tidak dapat berfungsi. Tetapi apabilacahaya mengenai transistor, khususnya pada simpang Jc, elektron akan dihasilkandengan banyaknya. Bila ini berlaku Ic akan mengalir dengan nilai yang tinggi danoenderia berfungsi. Pertambahan Ic ini bergantung kepada keamatan cahaya.Instrumentasi 1/201078

Unit 7PenderiaPenderia Suhu1. Thermocouple• Dibina daripada sepasang logam yang berlainan jenis• Pasangan logam ini disambungkan pada satu hujung (cantuman panas) danterbuka pada hujung satu lagi (cantuman sejuk) Hujung terbuka dikekalkan padasatu nilai suhu yang tetap.• Apabila terdapat perbezaan suhu diantara cantuman sejuk dan panas, daya gerakelektrik (d.g.e) akan dihasilkan dan ini akan menyebabkan arus mengalir didalamlitar.• Apabila disambungkan satu meter pada cantuman sejuk yang terbuka itu, nilaiarus yang mengalir dapat diukur.• Arus adalah berkadaran terus dengan perbesaan suhu diantara cantuman panasdan sejuk. Magnitud d.g.e yang dihasilkan bergantung kepada logam dawai danjuga perbezaan suhu di antara cantuman panas dan cantuman sejuk.Instrumentasi 1/201079

Unit 7Penderia• Kesan termo-elektrik yang disebabkan oleh keupayaan sesentuh pada cantumandikenali sebagai “Kesan Seeback”.• Magnitud d.g.e yang dihasilkan bergantung lepada jenis logam pada dawai danjuga perbezaan suhu di antara cantuman.Cantuman panasbahanGmeterTiub TCantuman sejukBinaan ThermocoupleVoltan keluarantermokumelSuhu x 10 2 °CGraf keluaran termokupel melawan suhu untuk beberapa jenis logamInstrumentasi 1/201080

Unit 7PenderiaKerintangan ( Ωcm )Suhu °CCiri rintangan suhu2. Resistor Temperature Detector (RTD)• RTD yang biasa digunakan adalah Termistor (Thermal resistor). Termistormerupakan komponen separa pengalir yang boleh dianggap sebagai perintangyang mempunyai angkali suhu rintangan negatif. Ini bererti bahawa rintangannyaakan berkurangan apabila suhunya bertambah.• Rintangan termistor pada suhu bilik boleh susut sebanyak 6% untuk satu darjahcentigrade kenaikan suhu. Kepekaan yang tinggi pada perubahan suhu inimembuat termistor sangat sesuai untuk ukuran suhu dengan tepat sekali dan jugasebagai alat kawalan dan pemanasan. Julat suhu kegunaannya ialah di antara –100°C hingga 300°C.• Termistor dibuat dari campuran bersinar logam oksida iaitu manganese, nikel,kobalt, tembaga, besi dan uranium.• Julat rintangan termistor adalah dari 0.5 ohm hingga 75 Mohm dan didapati dalamberbagai bentuk dan saiz.Penderia BunyiUltrasonic Sensor• Ultrasonik merupakan penderia yang digunakan untuk mengesan frekuensi bunyi.• Ia menggunakan satu pemancar yang akan mengeluarkan satu gelombang bunyiyang telah disetkan pada satu julat tertentu.Instrumentasi 1/201081

Unit 7PenderiapenyokongWire Strain GaugeDawaihalus• Apabila Strain Gauge dikenakan tegasan dari luar, rintangan dawai akan berubahdisebabkan oleh perubahan panjang dawai akibat dari pemanjangan ataumampatan. Perubahan rintangan pada Strain Gauge adalah berkadaran denganterikan pada bahan dan diukur dengan mengunakan litar Tetimbang Wheatstone.• Kepekaan suatu strain gaufe di beri dalam sebutan Faktor Tolok iaitu nisbahperubahan rintangan per unit (∆R/R) dengan perubahan panjang per unit (∆l/l)FAKTOR TOLOK, K = ∆ R / R∆ l / lDi mana K = Faktor TolokR = rintangan asal Strain Gauge∆R = perubahan rintangan Strain Gaugel = panjang bahan diukurInstrumentasi 1/2010∆ l = perubahan panjang83

Unit 7Penderia2. Piezoelectric• Piezoelektrik merupakan bahan aktif yang berupaya mengeluarkan voltan danarus sendiri apabila dirangsang oleh satu tenaga yang berbentuk fizikal. Bahanyang biasa digunakan didalam penderia ini ialah kuartza. Walaubagaimana pun‘piezoelektrik synthetic’ yang mengandungi bahan titanate seramik adalah terdiridaripada serbuk-serbuk halus dibawah tekanan yang menjadikannya satu bahanyang mempunyai medan elektrik arus terus yang kuat.• Manakala piezoelektrik hablur digunakan sebagai satu cara untuk mengukurtenaga.Tekanan masukanPlet daya(diafram)keluarantapakRajah 17.6 PiezoelektrikPrinsip KendalianBahan binaan piezoelektrik terdiri daripada bahan yang menghasilkan cas-cas elektrikapabila terkena daya atau tekanan. Beban hablur atau kristal akan mengeluarkan dayagerak elektrik. Kristal ini akan diapit di antara tapak dan plet yang mengalami sejumlahdaya bila tekanan dari bahagian atas kristal dan ianya akan tertekan dan mengeluarkandaya gerak elektrik pada punca keluaran 1 dan 2. Pengeluaran daya gerak elektrik padapunca Keluaran 1 dan 2 adalah berkadar terus dengan kekuatan tekanan.Instrumentasi 1/201084

Unit 7PenderiaKegunaanPiezoektrik digunakan untuk mengukur perubahan tekanan, getaran dan bunyi. Jugasebagai meter pecutan frekuensi tinggi kerana ia mempunyai tindakbalas frekuensi yangbaik. Biasanya ia digunakan didalam system penguat.Pengesan KelembapanHumidity SensorHumidity sensor atau penderia kelembapan terbentuk daripada lapisan polimerthermoset, elektrod platinum serta cip silicon voltan bersepadu untuk keluaran isyaratseperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawahHabuk, kotoran & minyak tidakakan memeberi kesan kepadasensorPenderia KelembapanCara OperasiKandungan air pada lapisan dielektrik akan bertindak balas dengan gas di sekelilingnya.Bagi penderia, lapisan platinum poros akan mengenalpasti tindak balas luar dielektrikmanakala lapisan polimer akan menyediakan pertahanan nekanikal untuk lapisanplatinum daripada habuk, kekotoran serta minyak.Sekiranya lapisan kekotoran terlalu tebal, maka ini akan menyebabkan masa bertindakbalas bagi deria akan menjadi semakin perlahan kerana kelembapan air akan lambatbertindak balas dengan penderiaInstrumentasi 1/201085

Unit 7PenderiaLatihan:1. Nyatakan takrifan bagi penderia dan berikan dua contoh penderia yang seringdigunakan.2. Dengan bantuan gambarajah, terangkan contoh penggunaan penderia jenis cahayaiaitu LDR3. Lukiskan binaan bagi sebuah termokupel4. Terangkan kesan termo elektrik (seeback) di dalam penderia termokupel5. Nyatakan dua jenis penderia tekanan (strain gauge) dan lukiskan gambarajahnya6. Berikan tekrifan Faktor Tolok7. Dengan bantuan gambarajah, terangkan kendalian bagi Piezoelektrik8. Berikan keterangan ringkas mengenai ‘penderia kelembapan’ seperti yang terdapatdalam unit ini.9. Apakah dia ‘penderia ultrasonik’, terangkanInstrumentasi 1/201086