Transducer

A.  Defenisi Transduser

       Transduser berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti mengubah. Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari transduser disebut “sensor ”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. Transduser juga dapat diartikan sebagai alat yang mengubah suatu energy dari satu bentuk ke bentuk lain yang merupakan elemen penting dalam suatu pengendali.

       Transduser (Inggris: transducer) juga bisa didefinisikan sebagai sebuah alat yang mengubah satu bentuk daya menjadi bentuk daya lainnya untuk berbagai tujuan termasuk pengubahan ukuran atau informasi (misalnya, sensor tekanan). Transduser bisa berupa peralatan listrik, elektronik, elektromekanik, elektromagnetik, fotonik, atau fotovoltaik. Dalam pengertian yang lebih luas, transduser kadang-kadang juga didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal lainnya. Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato, menjadi vibrasi mekanis. Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara kita, bunyi, atau energi akustik menjadi sinyal atau energi listrik.

       Suatu definisai mengatakan “transducer adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh energi di dalam sebuah sitem transmisi, menyalusrkan energi dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi kedua”. Transmisi kedua ini bisa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau termal (panas). Sebagai contoh, definisi transducer yang luas ini mencakup alat-alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik. Alat-alat ini membentuk kelompok transducer yang sangat besar dan sangat penting yang lazim ditemukan dalam instrumentasi industri; dan ahli instrumentasi terutama berurusan dengan jenis pengubahan energi ini.

       Banyak parameter fisis lainnya (seperti panas, intensitas cahaya, kelembaban) juga dapat diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan transducer. Transducer-transducer ini memberikan sebuah sinyal keluaran bila diransang oleh sebuah masukan yang bukan mekanis; sebuah transmistor bereaksi terhadap variasi temperatur; sebuah fotosel bereaksi terhadap perubahan intensitas cahaya; sebuah berkas elektron terhadap efek-efek maknetik, dan lain-lain. Namun dalam semua hal, keluaran elektris yang diukur menurut metoda standar memberikan besarnya besaran masukan dalam bentuk ukuran elektris analog.

B.   Klasifikasi Transduser

       Beberapa jenis transduser dapat diklasifikasikan sesuai denga prinsip pengubahan energy, sinyal keluaran, atau berdasarkan bidang pemakaian.

Dari sisi pola aktivasinya, transduser dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

• Transduser pasif
            Transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar. Transduser ini tidak dapat menghasilkan tegangan sendiri tetapi dapat menghasilkan perubahan nilai resistansi, kapasitansi atau induktansi apabila mengalami perubahan kondisi sekeliling. Jika transduser ini mengalami perubahan kondisi lingkungan sekelilingnya maka nilai resistansinya akan berubah.
            Perubahan ini selanjutnya akan menyebabkan perubahan besar tegangan atau kuat arus yang dihasilkan transduser. Perubahan resitansi ini dapat bernilai positif yang berarti tegangannya juga meningkat atau negative yang berarti tegangannya berkuarang. Perubahan tegangan inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan yang diukur. Ada tiga jenis transduser pasif yang dapat kiat peroleh dari pasaran yakni transduser kapasitif, transduser induktif dan transduser photo.

• Transduser aktif
           Transduser yang bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.

       Tabel dibawah menunjukkan suatu pengelompokan transducer berdasarkan prinsip listrik yang tersangkut. Bagian pertama tabel tersebut memberi daftar transducer yang memberikan daya luar. Ini adalah transducer pasif, yang memberi tambahan dalam sebuah parameter listrik seperti halnya tahanan, kapasitansi dan lain-lain yang dapat diukur sebagai suatu perubahan tegangan atau kuat arus. Kategori berikutnya adalah transducer jenis pembangkit sendiri, yang menghasilkan suatu tegangan atau arus analog bila dirangsang dengan suatu bentuk fisis energi. Transducer pembangkit sendiri tidak memerlukan daya dari luar.

Transduser Pasif (daya dari luar)

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Potensiometer	Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar	Gaya, torsi, posisi
Transformator selisih (LVDT)	Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo	Tekanan, gaya, pergeseran
Gage arus pusar	Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat	Pergeseran, ketebalan

Transduser Aktif (tanpa daya luar)

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Sel fotoemisif	Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif	Cahaya dan radiasi
Photomultiplier	Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katode sensitif cahaya	Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya
Termokopel	Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi	Temperatur, aliran panas, radiasi
Generator kumparan putar (tachogenerator)	Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnet yang membangkitkan tegangan || Kecepatan, getaran
Piezoelektrik	Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar	Suara, getaran, percepatan, tekanan
Sel foto tegangan	Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar	Cahaya matahari
Termometer tahanan (RTD)	Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur || Temperatur, panas
Hygrometer tahanan	Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air	Kelembaban relatif
(NTC Termistor (NTC)	Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur	Temperatur

C.   Karakteristik Tranducer

Tranducer adalah komponen terpenting dalam echosounder karena sebetapapun canggihnya rangkaian listrik yang menghasilkan transmitter receiver dan echo signal processor yang akurat ketelitiannya tetapi jika transducernya tidak memadai maka tidak ada artinya. Maka tepatlah jika pembahasan mengenai transducer dibahas secara tersendiri.

D.   Fungsi

Transducer adalah alat yang berfungsi mengubah energy listrik menjadi energy suara dan sebaliknya. Ditinjau dari fungsinya, transducer dibagi menjadi dua kelompok, yakni projector yang berfungsi memancarkan suara dan hydrophone untuk penerimaan suara.

E.   Jenis dan bahan

Secara umum, jenis dan bahan transducer dibagi menjadi dua, yakni :

1.    Megnetostriction (magnetostriksi) transducer

Bahan utamanya nikel (bahan feromagnetik). Bahan-bahan magnetostriksi dapat mengubah bentuk transducer jika diletakkan dalam suatu medan magnet di dalam dan di sekitarnya jika mengalami tegangan. Sehingga, energy suara dapat diubah menjadi listrik dan sebaliknya.

2.    Electrostriksi/piezoelectric tranducer

Bahan utamanya keramik. Prinsipnya mengubah bentuk transducer untuk menghasilkan medan listrik (piezoelektro) atau medan listrik yang menghasilkan perubahan bentuk transducer (elektrostriksi). Prinsip kerja piezoelektrostriksi secara sederhana,beberapa Kristal dan materi lainnya menghasilkan medan listrik ketika ditekan. Efek elektrostriksi mengakibatkan materi berubah bentuk ketika terpapar medan listrik.

Ø  Kelemahan dan Kekurangan material Piezoelektrik

Piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek ini, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda.

Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kenyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi‐kisi (laticce) dalam susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal sampai diatas suhu Curie sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie, material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C. Pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini.

Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah‐ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing piezoelectric.

Elemen piezoelektrik mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil.