Articles

Prinsip Kerja, Jenis, dan Kelebihan Digital Pressure Sensor

Digital Pressure Sensor adalah perangkat yang mengukur dan mendeteksi tekanan fluida atau gas dan mengubahnya menjadi sinyal digital untuk diproses atau ditampilkan lebih lanjut. Sensor ini biasanya terdiri dari elemen penginderaan, yang dapat berupa elemen piezoresistif, kapasitif, atau piezoelektrik, dan sirkuit elektronik yang mengubah pengukuran tekanan analog menjadi output digital.

Sinyal digital kemudian dapat ditransmisikan ke komputer, mikrokontroler, atau perangkat elektronik lainnya untuk pemantauan, kontrol, atau analisis. Sensor tekanan digital adalah perangkat yang mengubah tekanan fisik menjadi sinyal digital yang dapat ditafsirkan oleh sistem elektronik. Sensor ini merupakan komponen integral dalam berbagai aplikasi di berbagai industri, termasuk otomotif, kedirgantaraan, medis, HVAC, dan kontrol proses industri.

Dalam panduan ini, kita akan membahas jenis output digital yang paling populer untuk sensor tekanan, Anda akan menemukan fitur-fitur utama termasuk protokol I2C, RS485 dan CAN Bus

Baca Juga : Jenis Sensor yang digunakan pada Water Treatment Plant

Prinsip Kerja Digital Pressure Sensor

Sensor tekanan output digital biasanya mengandung elemen piezoresistif, sejenis resistor yang mengubah resistansinya berdasarkan tekanan yang diterapkan padanya. Perubahan resistansi ini diubah menjadi perubahan tegangan oleh sirkuit di dalam sensor.

Sinyal tegangan analog ini kemudian diubah menjadi sinyal digital oleh Analog to Digital Converter (ADC). Resolusi ADC, biasanya 12, 16, 24 atau bahkan 32 bit, menentukan perubahan tekanan terkecil yang dapat dideteksi oleh sensor.

Output Digital Pressure Sensor

Sinyal digital kemudian dikirim ke mikrokontroler atau sistem digital lainnya menggunakan protokol komunikasi digital. Sistem penerima menggunakan sinyal digital ini untuk menentukan tekanan berdasarkan data kalibrasi yang disediakan oleh produsen sensor.

Spesifikasi Teknis sensor tekanan digital

Rentang Tekanan: Kisaran tekanan menunjukkan tekanan minimum dan maksimum yang dapat diukur secara akurat oleh sensor. Sebagai contoh, sensor mungkin memiliki kisaran dari 0 hingga 100 PSI (pound per inci persegi), atau dari -15 hingga 15 PSI untuk aplikasi tekanan diferensial.

Akurasi :  Ini menunjukkan seberapa dekat pengukuran sensor sesuai dengan tekanan sebenarnya. Biasanya dinyatakan sebagai persentase skala penuh (FS), seperti ± 0,25% FS. Ini berarti bahwa jika sensor memiliki kisaran 0 hingga 100 PSI, pembacaan dapat menyimpang sebanyak ±0,25 PSI dari tekanan sebenarnya.

Resolusi : Perubahan terkecil dalam tekanan yang dapat dideteksi oleh sensor. Untuk sensor resolusi tinggi, ini mungkin sekecil 0,001 PSI.

Antarmuka Keluaran : Jenis protokol digital yang digunakan untuk berkomunikasi dengan sensor. Jenis yang umum adalah I2C dan SPI, yang merupakan protokol komunikasi serial yang digunakan untuk komunikasi intra-papan jarak pendek.

Baca Juga : Definisi dan Jenis Sensor Suhu

Jenis Digital Pressure Sensor

Digital Pressure Sensor biasanya digunakan dalam berbagai aplikasi seperti otomasi industri, sistem otomotif, perangkat medis, dan elektronik konsumen.

Berikut adalah beberapa jenis antarmuka digital yang umum untuk sensor tekanan yang diproduksi Eastsensor, juga jenis yang paling umum dengan kecepatan dan jangkauan yang berbeda dari jarak pendek hingga pengiriman data jarak jauh yang sangat jauh.

I2C (Inter-Integrated Circuit) Sensors

Sensor ini menggunakan protokol I2C, protokol komunikasi serial yang memungkinkan beberapa perangkat berkomunikasi satu sama lain melalui bus yang sama.

I2C (Inter-Integrated Circuit) Sensors

Sensor SPI (Serial Peripheral Interface):

Sensor ini menggunakan protokol SPI, jenis protokol komunikasi serial lain yang dikenal karena kecepatannya yang tinggi.

Sensor CAN (Controller Area Network):

Sensor ini menggunakan protokol CAN, protokol komunikasi yang tangguh yang sering digunakan dalam aplikasi otomotif.

Sensor CAN (Controller Area Network)

RS485 Modbus

RS485 is a standard for serial communication transmission of data. It uses differential signaling, which means it transmits information using two complementary signals. This allows it to reject common-mode noise, making it robust in industrial environments.

RS485 Modbus

HART 4-20mA

Sinyal 4-20mA adalah standar di banyak industri untuk sinyal analog jarak jauh. HART (Highway Addressable Remote Transducer) adalah protokol yang dapat digunakan bersama dengan standar 4-20mA. Hal ini memungkinkan komunikasi lapangan dua arah, yang berarti dapat mengirim dan menerima lebih dari satu sinyal melalui kabel yang sama.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja dan Jenis Resistance Temperature Detector

Apa keuntungan dan kerugian dari masing-masing jenis?

I2C (Inter-Integrated Circuit)

  • Kecepatan/Laju Bit Maks: Mode standar hingga 100 kbit/s, mode Cepat hingga 400 kbit/s, dan mode Kecepatan Tinggi hingga 3,4 Mbit/s.
  • Jumlah Pin: 2 (SDA untuk data, SCL untuk clock).
  • Jarak Transfer Data: Biasanya kurang dari 1 meter.
  • Kekebalan Kebisingan: Sedang karena sinyal level tegangan.
  • Inter-Konektivitas: Dapat menghubungkan beberapa perangkat (master dan slave) pada bus yang sama.
  • Aplikasi Khas: Komunikasi intra-board jarak pendek.
  • Kelebihan Kesederhanaan, fleksibilitas dengan beberapa master dan slave, dan pengalamatan bawaan.
  • Kekurangan: Jarak dan kecepatan terbatas, tidak ada pemeriksaan kesalahan.

Baca Juga : Definisi dan Jenis Pressure Sensor

Sensor SPI (Serial Peripheral Interface):

  • Kecepatan/Laju Bit Maks: Biasanya hingga 10 Mbit/detik, bisa lebih tinggi, tergantung pada perangkat tertentu.
  • Jumlah Pin: 4 (MISO, MOSI, SCK, dan SS).
  • Jarak Transfer Data: Biasanya pendek, dalam satu papan sirkuit.
  • Kekebalan Kebisingan: Rendah, karena tidak adanya pensinyalan diferensial.
  • Antar-Konektivitas: Master tunggal dengan beberapa slave menggunakan jalur pemilihan chip terpisah.
  • Aplikasi Khas: Aplikasi jarak pendek, kecepatan tinggi.
  • Kelebihan Kecepatan tinggi, komunikasi dupleks penuh.
  • Kekurangan: Membutuhkan lebih banyak pin daripada I2C, tidak cocok untuk jarak jauh, tidak ada pemeriksaan kesalahan.

Baca Juga : Definisi dan Cara Kerja Thermocouple

CAN (Controller Area Network):

  • Kecepatan/Laju Bit Maks: Hingga 1 Mbit/s pada jarak pendek, lebih rendah pada jarak jauh.
  • Jumlah Pin: 2 (CAN_H dan CAN_L untuk pensinyalan diferensial).
  • Jarak Transfer Data: Hingga 40 meter pada 1 Mbit/detik, dapat diperpanjang hingga 1 kilometer pada kecepatan yang lebih rendah.
  • Kekebalan Kebisingan: Tinggi, karena pensinyalan diferensial dan pengecekan kesalahan.
  • Inter-Konektivitas: Beberapa perangkat pada bus yang sama menggunakan komunikasi berbasis pesan.
  • Aplikasi Khas: Jaringan kendaraan (otomotif), otomasi industri.
  • Kelebihan Penanganan kesalahan yang kuat, kekebalan terhadap kebisingan yang sangat baik, sangat bagus untuk jaringan beberapa perangkat.
  • Kekurangan: Lebih kompleks daripada I2C atau SPI, kecepatan lebih rendah.

Baca Juga : Pengukuran kelembaban menggunakan Dew Point

RS-485

  • Speed/Max Bit Rate: Up to 10 Mbit/s.
  • Number of Pins: 2 (A and B for differential signaling).
  • Data Transfer Distance: Up to 1.2 kilometers.
  • Noise Immunity: High, due to differential signaling.
  • Inter-Connectivity: Multi-point systems, up to 32 devices on the same bus.
  • Typical Application: Long-distance, noisy environments, industrial control systems.
  • Pros: Long-distance capability, high speed, excellent noise immunity.
  • Cons: Half-duplex, requires careful management of bus idle state, more complex than I2C or SPI.

Baca Juga : Definisi dan Cara Kerja Temperature Controller

Keuntungan dari sinyal output digital

Keandalan

Sinyal digital tidak terlalu rentan terhadap kebisingan dan gangguan dibandingkan sinyal analog, yang dapat meningkatkan keandalan pembacaan tekanan, terutama dalam jarak jauh atau di lingkungan yang bising.

Integrasi

Sensor digital lebih mudah diintegrasikan dengan sistem digital lainnya, karena dapat berkomunikasi langsung dengan mikrokontroler dan mikroprosesor.

Kalibrasi

Banyak sensor tekanan digital memiliki kompensasi suhu dan data kalibrasi bawaan, yang dapat meningkatkan akurasi di berbagai kondisi pengoperasian.

Programabilitas

Beberapa sensor tekanan digital memungkinkan pengguna untuk memprogram rentang tekanan, kecepatan data keluaran, dan parameter lainnya, memberikan fleksibilitas untuk aplikasi yang berbeda.

Baca Juga : Prinsip Kerja Liquid in Glass Thermometer

Apa yang biasa digunakan dalam sistem kontrol industri?

Dalam sistem kontrol industri, berbagai protokol output digital digunakan untuk sensor tekanan. Pilihan protokol sering kali bergantung pada persyaratan spesifik sistem, seperti kebutuhan transmisi jarak jauh, kemampuan jaringan, atau ketahanan terhadap gangguan listrik.

Modbus

Modbus adalah protokol komunikasi serial yang biasa digunakan untuk menghubungkan perangkat elektronik industri. Modbus sederhana, kuat, dan memungkinkan komunikasi antara banyak perangkat dalam jarak jauh, menjadikannya pilihan populer untuk aplikasi industri.

HART (Highway Addressable Remote Transducer)

HART adalah protokol komunikasi yang banyak digunakan dalam industri proses. Protokol ini dirancang untuk menumpangkan sinyal komunikasi digital ke sinyal analog 4-20mA tradisional yang digunakan dalam industri ini, memungkinkan komunikasi lapangan dua arah dan memungkinkan fitur tambahan seperti konfigurasi perangkat dan diagnostik.

Berikut ini beberapa poin penting tentang HART 4-20mA:

HART dapat mengirim data digital melalui kabel yang sama dengan sinyal analog 4-20mA. Hal ini memungkinkan informasi tambahan di luar pembacaan sensor utama untuk dikirimkan, seperti status perangkat, diagnostik, atau pembacaan sensor tambahan.
Komunikasi HART dapat mendukung hingga dua master (misalnya, perangkat genggam untuk konfigurasi lapangan dan sistem kontrol) dan beberapa budak (perangkat lapangan).
Ini banyak digunakan dalam industri kontrol proses untuk komunikasi perangkat lapangan, memungkinkan konfigurasi, kalibrasi, dan diagnostik.

Profibus

Profibus (Process Field Bus) adalah protokol umum lainnya dalam industri otomasi proses. Protokol ini menyediakan komunikasi berkecepatan tinggi dan mendukung berbagai perangkat, mulai dari perangkat lapangan sederhana hingga sistem otomasi yang kompleks.

CAN (Controller Area Network)

Meskipun paling dikenal karena penggunaannya dalam aplikasi otomotif, CAN juga digunakan dalam beberapa sistem kontrol industri, terutama dalam kontrol mesin yang memerlukan respons waktu nyata.

Zigbee

Zigbee adalah protokol komunikasi tingkat tinggi yang digunakan untuk membuat jaringan area pribadi dengan radio digital berdaya rendah dan kecil. Zigbee sering digunakan dalam sensor tekanan nirkabel dalam aplikasi seperti otomatisasi rumah, pengumpulan data perangkat medis, dan kebutuhan bandwidth rendah berdaya rendah lainnya.

Baca Juga : Sensor tekanan pneumatik dan hidrolik

Kesimpulan

dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Prinsip Kerja, Jenis, dan Kelebihan Digital Pressure Sensor” dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

  • Digital Pressure Sensor adalah perangkat yang mengukur dan mendeteksi tekanan fluida atau gas dan mengubahnya menjadi sinyal digital untuk diproses atau ditampilkan lebih lanjut.
  • Sensor tekanan output digital biasanya mengandung elemen piezoresistif, sejenis resistor yang mengubah resistansinya berdasarkan tekanan yang diterapkan padanya. Perubahan resistansi ini diubah menjadi perubahan tegangan oleh sirkuit di dalam sensor.
  • Rentang Tekanan: Kisaran tekanan menunjukkan tekanan minimum dan maksimum yang dapat diukur secara akurat oleh sensor. Sebagai contoh, sensor mungkin memiliki kisaran dari 0 hingga 100 PSI (pound per inci persegi), atau dari -15 hingga 15 PSI untuk aplikasi tekanan diferensial.
  • Akurasi :  Ini menunjukkan seberapa dekat pengukuran sensor sesuai dengan tekanan sebenarnya. Biasanya dinyatakan sebagai persentase skala penuh (FS), seperti ± 0,25% FS. Ini berarti bahwa jika sensor memiliki kisaran 0 hingga 100 PSI, pembacaan dapat menyimpang sebanyak ±0,25 PSI dari tekanan sebenarnya.
  • Resolusi : Perubahan terkecil dalam tekanan yang dapat dideteksi oleh sensor. Untuk sensor resolusi tinggi, ini mungkin sekecil 0,001 PSI.
  • Antarmuka Keluaran : Jenis protokol digital yang digunakan untuk berkomunikasi dengan sensor. Jenis yang umum adalah I2C dan SPI, yang merupakan protokol komunikasi serial yang digunakan untuk komunikasi intra-papan jarak pendek.

Referensi : www.eastsensor.com

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.