Piezoelectric pressure sensors adalah kelas perangkat unik yang mengubah tekanan mekanis menjadi sinyal listrik. Sensor ini semakin populer karena aplikasinya yang beragam, sensitivitasnya yang tinggi, dan kemampuannya untuk beroperasi di lingkungan yang keras. Dalam artikel ini, kita akan mengeksplorasi prinsip-prinsip di balik sensor tekanan piezoelektrik, keunggulannya, dan beberapa aplikasi umum.
Prinsip Kerja Piezoelectric pressure sensors
Istilah “piezoelektrik” berasal dari kata Yunani “piezo,” yang berarti tekanan, dan “elektrik,” yang mengacu pada listrik. Bahan piezoelektrik menunjukkan sifat khusus di mana mereka menghasilkan muatan listrik ketika mengalami tekanan mekanis, seperti tekanan atau gaya. Fenomena ini, yang dikenal sebagai efek piezoelektrik, pertama kali ditemukan pada tahun 1880 oleh Curie bersaudara, Pierre dan Jacques.
Sensor tekanan piezoelektrik terdiri dari bahan piezoelektrik, biasanya kristal atau keramik, yang diapit di antara dua elektroda. Ketika tekanan diberikan pada sensor, bahan piezoelektrik berubah bentuk, menyebabkan perbedaan tegangan pada elektroda. Tegangan ini kemudian dapat diukur dan dikorelasikan dengan tekanan yang diberikan.
Baca Juga: Definisi dan Jenis Pressure Sensor
Jenis Sensor Tekanan Piezoelektrik
Ada beberapa jenis sensor tekanan piezoelektrik, masing-masing dirancang untuk aplikasi dan persyaratan tertentu. Beberapa jenis yang paling umum meliputi:
- Sensor diafragma piezoelektrik: Sensor ini menggunakan diafragma tipis untuk mentransfer tekanan mekanis yang diinduksi tekanan ke bahan piezoelektrik. Sensor ini banyak digunakan untuk pengukuran tekanan rendah dan sangat cocok untuk aplikasi tekanan dinamis dan sementara.
- Sensor gaya piezoelektrik: Sensor ini mengukur tekanan dengan mengubah gaya yang diterapkan pada benda kaku menjadi sinyal listrik. Sensor ini biasanya digunakan dalam aplikasi industri yang membutuhkan akurasi dan daya tahan tinggi.
- Sensor akselerometer piezoelektrik: Sensor ini mendeteksi perubahan tekanan dengan mengukur percepatan massa yang melekat pada bahan piezoelektrik. Sensor ini terutama digunakan untuk pengukuran getaran dan aplikasi tekanan dinamis.
Baca Juga: Sensor tekanan pneumatik dan hidrolik
Keunggulan Piezoelectric pressure sensors
Ada beberapa keuntungan menggunakan piezoelectric pressure sensors dalam berbagai aplikasi, antara lain:
- Sensitivitas tinggi: Bahan piezoelektrik dapat menghasilkan sinyal listrik yang signifikan sebagai respons terhadap gaya mekanis yang kecil, sehingga memungkinkan pendeteksian perubahan tekanan yang sangat kecil.
- Jangkauan dinamis yang luas: Sensor ini dapat mengukur tekanan dalam rentang yang luas, dari beberapa milibar hingga beberapa ratus atmosfer, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi.
- Waktu respons yang cepat: Karena massanya yang rendah dan kekakuannya yang tinggi, sensor piezoelektrik dapat merespons perubahan tekanan dengan cepat, sehingga ideal untuk pengukuran tekanan dinamis dan transien.
- Stabilitas yang sangat baik: Bahan piezoelektrik pada dasarnya stabil dan tidak menunjukkan penyimpangan yang signifikan dari waktu ke waktu, memastikan akurasi pengukuran jangka panjang.
- Ketahanan terhadap lingkungan yang keras: Sensor piezoelektrik dapat beroperasi pada suhu, tekanan, dan lingkungan korosif yang ekstrem, sehingga cocok untuk digunakan dalam kondisi yang menantang.
Baca Juga: Jangkauan dan Akurasi Sensor Tekanan
Batasan Piezoelectric pressure sensors
- Memiliki sensitivitas suhu tinggi
- Beberapa kristal larut dalam air dan larut dalam lingkungan yang sangat lembab
- Transduser piezoelektrik hanya digunakan untuk pengukuran dinamis, tidak cocok untuk kondisi statis
- Dibutuhkan kabel piezoelektrik yang tinggi untuk antarmuka listrik karena perangkat beroperasi dengan muatan listrik yang kecil
- Output yang diperoleh dari transduser piezoelektrik rendah, sehingga sirkuit elektronik eksternal harus dihubungkan
Baca Juga: Prinsip Kerja, Jenis, dan Kelebihan Digital Pressure Sensor
Aplikasi Piezoelectric pressure sensors
Sensor tekanan piezoelektrik digunakan dalam berbagai industri dan aplikasi, seperti:
- Otomotif: Mereka digunakan untuk memantau kinerja mesin, tekanan ban, dan tekanan cairan dalam sistem pengereman.
- Penerbangan: Sensor piezoelektrik memainkan peran penting dalam mengukur tekanan udara, tekanan kabin, dan tekanan bahan bakar pada sistem pesawat terbang.
- Proses industri: Sensor ini digunakan untuk memantau tekanan fluida dalam pipa, tangki, dan reaktor, untuk memastikan operasi yang aman dan efisien.
- Medis: Sensor tekanan piezoelektrik digunakan dalam pemantauan tekanan darah, perangkat terapi pernapasan, dan pemantauan tekanan intrakranial.
- Pemantauan lingkungan: Mereka digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer, kedalaman laut, dan tekanan air tanah untuk berbagai tujuan penelitian dan pemantauan.
Baca Juga: Prinsip Kerja, Kelebihan, dan Kekurangan Capacitive Pressure Sensor
Memilih Piezoelectric pressure sensors yang Tepat
Saat memilih sensor tekanan piezoelektrik untuk aplikasi tertentu, penting untuk mempertimbangkan beberapa faktor, termasuk:
- Rentang tekanan: Pilih sensor dengan rentang tekanan yang sesuai untuk aplikasi Anda untuk memastikan pengukuran yang akurat.
- Sensitivitas: Pertimbangkan tingkat sensitivitas yang diperlukan untuk mendeteksi perubahan tekanan terkecil dalam aplikasi Anda.
- Kisaran suhu: Pastikan sensor dapat beroperasi dalam kisaran suhu aplikasi Anda, terutama di lingkungan yang ekstrem.
- Respons frekuensi: Pilih sensor dengan respons frekuensi yang sesuai untuk mengukur tekanan dinamis dan transien.
- Kompatibilitas material: Pilih sensor dengan bahan yang kompatibel dengan media yang diukur, khususnya di lingkungan korosif.
Baca Juga: Prinsip Kerja, Keuntungan, dan Aplikasi Piezoresistive pressure sensors
Kesimpulan
dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Prinsip Kerja, Keunggulan, dan Batasan Piezoelectric pressure sensors” dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
- Piezoelectric pressure sensors adalah kelas perangkat unik yang mengubah tekanan mekanis menjadi sinyal listrik. Sensor ini semakin populer karena aplikasinya yang beragam, sensitivitasnya yang tinggi, dan kemampuannya untuk beroperasi di lingkungan yang keras.
- Istilah “piezoelektrik” berasal dari kata Yunani “piezo,” yang berarti tekanan, dan “elektrik,” yang mengacu pada listrik. Bahan piezoelektrik menunjukkan sifat khusus di mana mereka menghasilkan muatan listrik ketika mengalami tekanan mekanis, seperti tekanan atau gaya.
- Sensor tekanan piezoelektrik terdiri dari bahan piezoelektrik, biasanya kristal atau keramik, yang diapit di antara dua elektroda. Ketika tekanan diberikan pada sensor, bahan piezoelektrik berubah bentuk, menyebabkan perbedaan tegangan pada elektroda.
- Sensor tekanan piezoelektrik adalah perangkat serbaguna yang menawarkan banyak manfaat dalam berbagai industri dan aplikasi. Dengan sensitivitas tinggi, rentang dinamis yang luas, waktu respons yang cepat, dan kemampuan untuk beroperasi di lingkungan yang keras, sensor ini telah menjadi bagian integral dari banyak sistem pengukuran. Dengan memahami prinsip-prinsip di balik sensor ini dan mempertimbangkan faktor-faktor yang memengaruhi kinerjanya, para insinyur dan peneliti dapat memilih sensor tekanan piezoelektrik yang paling sesuai untuk kebutuhan spesifik mereka.
Referensi : www.electricity-magnetism.org
