PIEZOELEKTRIK SENSOR

Piezoelektrik sensor merupakan sebuah alat yang dapat mengukur gaya maupun tekanan dengan mengubahnya menjadi muatan listrik menggunakan prinsip efek piezoelektrik. Efek piezoelektrik merupakan efek yang terjadi pada sebuah material solid ketika material tersebut diberikan tekanan mekanik sehingga menyebabkan muatan listrik terakumulasi di dalam material solid tersebut. Efek ini terkadang juga digambarkan sebagai muatan listrik yang dihasilkan oleh tekanan.

Kerugian yang dimiliki oleh piezoelektrik sensor ini yaitu tidak dapat digunakan untuk pengukuran yang benar-benar statis. Gaya yang statik dapat menyebabkan nilai muatan yang tetap pada material piezoelektrik. Hal tersebut menyebabkan berkurangnya hambatan internal sensor sehingga akan terjadi kehilangan elektron secara konstan dan juga penurunan sinyal. Meningkatnya temperatur juga menyebabkan penurunan hambatan internal dan sensitifitas. Efek utama dari efek piezoelektrik yaitu dengan bertambahnya beban tekanan dan temperatur maka sensitifitas semakin berkurang, atau berbanding terbalik nilainya.

Efek transversal dan longitudinal merupakan prinsip operasi dari penggunaan efek piezoelecric sebagai sensor. Pada efek transversal gaya yang diberikan pada sumbu y dan muatan yang dihasilkan sepanjang sumbu x, yaitu tegak lurus arah dari gaya. Nilai dari muatan yang dihasilkan bergantung pada dimensi geometri dari elemen piezoelektrik yang digunakan. Jika dituliskan dengan persamaan menjadi C_x = d_xyF_yb / a, dimana a merupakan dimensi sejajar dengan neutral axis sumbu y, b sejajar dengan muatan yang dihasilkan dan d merupakan koefisien dari piezoelektrik.

Prinsip operasi yang lainnya yaitu efek longitudinal dimana nilai muatan yang dihasilkan proporsional dengan gaya yang diberikan dan independen terhadap bentuk dan ukuran dari elemen piezoelektrik. Dengan menggunakan beberapa elemen yang secara mekanik dipasang seri dan secara elektrik dipasang paralel merupakan satu-satunya cara untuk meningkatkan muatan keluarannya. Muatan yang dihasilkan dapat dinyatakan sebagai berikut C_x = d_xxF_xn dimana d_xx merupakan koefisien piezoelektrik untuk muatan di sumbu x yang dihasilkan oleh gaya yang diberikan sepanjang sumbu x. F_x merupakan gaya yang diberikan pada sumbu x dan n merupakan jumlah atau banyaknya elemen.

Sensor tekanan yang memanfaatkan efek piezoelektrik yaitu menggunakan membran tipis dan lapisan dasar yang besar, tentunya tekanan yang diterima benar-benar mengenai elemen yang ada dalam satu arah. Pada sensor untuk mengukur tekanan ini membran tipis yang ada digunakan untuk mentransfer tekanan atau gaya ke elemen piezoelektriknya. Pada sensor tekanan sering menunjukkan sinyal yang salah atau kurang sensitif ketika terjadi getaran atau vibrasi. Banyak sensor tekanan yang menggunakan elemen acceleration compensation sebagai tambahan pada elemen pengukur tekanannya.