SlideShare a Scribd company logo
TRANSDUSER MAGNETOSTRIKTIF DAN
PIEZOELEKTRIK
1
Transduser
Transduser merupakan alat yang dapat mengubah suatu bentuk besaran energi ke
bentuk besaran energi yang lain. Umumnya transduser bekerja mengubah energi listrik
menjadi mekanik atau mengubah besaran bukan listrik (seperti temperatur, bunyi dan cahaya)
akan menjadi suatu sinyal listrik. Transduser ultrasonik terdiri dari dua buah kristal
piezoelectric yang digunakan sebagai pemancar serta penerima dari gelombang ultrasonik
(Burczynki, 1982).
Secara umum ada dua macam transduser yang digunakan dalam proses
ultrasonik machining yaitu transduser magnetorestrictive dan transduser piezoelectric.
Transduser Magnetostrictive
Transduser ultrasonik tipe magnetorestrictive bekerja dengan memanfaatkan
prinsip magnetisasi. Gambar 1. menunjukan prinsip kerja dari transduser ultrasonic
tipe magnetorestrictive.
Gambar 1. Prinsip kerja transducers ultrasonic tipe magnetorestrictive
(Kanegsberg, B. & Kanegsberg, E., 2011)
Transduser magnetostriktif terdiri dari sebagian besar bahan nikel (atau
material magnetostriktif lainnya) lempengan logam paralel dengan salah satu ujung
dari masing-masing terpasang lempengan logam ke bagian permukaan untuk bergetar.
2
Sebuah kumparan kawat ditempatkan sekitar bahan magnetostriktif. Ketika aliran arus
listrik disuplai melalui kumparan kawat, terjadi medan magnet (seperti jaringan listrik
tegangan tinggi). Medan magnet ini menyebabkan material magnetostriktif
memendek atau memanjang, dengan demikian transduser magnetostriktif
menghasilkan gelombang ultrasonik yang dihantarkan ke horn/sonotrode pada proses
ultrasonic machining.
Gambar 2. Tranduser magnetostriktif
(Kaczmarek, 1976)
Transduser magnetostriktif memanfaatkan prinsip magnetostriksi di mana
bahan-bahan tertentu akan memanjang dan memendek di dalam medan magnet
bolak-balik. Energi listrik bolak balik dari generator ultrasonik pertama-tama diubah
menjadi bolak medan magnet melalui penggunaan kumparan kawat. Medan magnet
bolak-balik kemudian digunakan untuk menginduksi getaran mekanis pada frekuensi
ultrasonik dalam strip resonansi nikel atau material magnetostrictive lainnya yang
melekat pada permukaan yang akan bergetar. Karena bahan magnetostrictive
berperilaku identik dengan medan magnet polaritas bolak-balik, frekuensi energi
listrik diterapkan untuk transduser adalah 1/2 frekuensi output yang diinginkan.
Transduser magnetostriktif pertama memasok sumber getaran ultrasonik yang kuat
untuk aplikasi listrik tinggi seperti aplikasi ultrasonik pembersih. Karena kendala
3
mekanik yang melekat pada ukuran fisik dari perangkat keras serta komplikasi listrik
dan magnetik, transduser daya tinggi magnetostrictive tidak mampu beroperasi
frekuensi di atas 20 kHz.
Transduser piezoelektrik, di sisi lain, dapat dengan mudah beroperasi dengan
baik berkisar MHz. Magnetostriktif transduser umumnya kurang efisien daripada
piezoelektrik. Hal ini terutama disebabkan bahwa transduser magnetostriktif
memerlukan konversi energi ganda dari listrik ke magnet dan kemudian dari magnetik
untuk mekanik. Sehingga menyebabkan beberapa efisiensi hilang dalam setiap
konversinya. pengaruh histeresis magnetik juga mengurangi efisiensi dari transduser
magnetostriktif.
Tranduser Piezoelektrik
Transduser tipe kedua adalah tipe piezoelectric yang mampu mengatasi
kekurangan-kekurangan pada transduser tipe magnetorestrictive. Berikut adalah
perbandingan antara transduser magnetostriktif dan transduser piezoelektrik.
Tabel 2.2. Perbandingan antara magnetostiktif dan piezoelekrik transduser
Magnetostriktif Tranduser Piezoelektrik Tranduser
1. Efisiensi keseluruhan untuk
mengkonversi/ mengubah energi
listrik menjadi energi mekanik
rendah dan dalam beberapa kasus
hanya 50-60%.
1. Efisiensi tranduser di mana
sebagian besar energi listrik
dikonversi/diubah menjadi energi
mekanik dan efisiensi secara
keseluruhan dapat mencapai
hingga 90%
2. Tranduser ini berukuran besar
yang mungkin memerlukan
2. Tranduser ini relatif kecil dan
ringan yang tidak memerlukan
4
metode pendinginan khusus untuk
menjaga komponen dalam
temperatur operasi yang dapat
diterima
pendinginan yang signifikan.
Dapat diandalkan untuk operasi
jangka panjang.
3. Membutuhkan komponen
elektronik yang mahal dan besar
yang mampu menahan temperatur
operasi yang tinggi.
3. Stabil pada berbagai temperatur,
tetapi dapat dipengaruhi oleh
penggunaan lama pada temperatur
tinggi.
4. Dipengaruhi oleh medan
elektromagnetik sekitarnya yang
membatasi penggunaannya untuk
lingkungan tersebut.
4. Tidak terpengaruh oleh medan
elektromagnetik eksternal.
5. Membutuhkan tempat generator
yang besar yang dapat membatasi
fleksibilitas penggunaan untuk
banyak aplikasi.
5. Sederhana, dapat diandalkan, dan
sangat kuat. Dapat digunakan
dalam berbagai bidang aplikasi
industri, obat-obatan, dan
kedirgantaraan.
6. Tipe frekuensi operasi kurang dari
30kHz yang membatasi
penggunaan dalam aplikasi
frekuensi tinggi.
6. Dapat dirancang untuk berbagai
frekuensi berdasarkan persyaratan
aplikasi.
(Al-Budairi, 2012)
Pada tahun 1880 Curie bersaudara (Pierre dan Jacques Curie) menemukan
efek piezoelectrik langsung (direct piezoelectric effect) pada kristal kuarsa tunggal.
Dibawah tekanan, kuarsa menghasilkan muatan listrik/tegangan dari kuarsa atau
5
material lain. Kata “piezo” berasal dari bahasa Yunani yang artinya “tekanan”; oleh
karena itu arti asli dari kata piezoelectricity adalah “tekanan listrik”. Material
menunjukkan fenomena sebaliknya memiliki regangan geometris yang sebanding
dengan medan listrik yang diterapkan. Hal ini disebut dengan efek piezoelektrik
terbalik (inverse piezoelectric effect), ditemukan oleh Gabriel Lippmann pada tahun
1881 (Uchino, 2010). Contoh-contoh bahan piezoelektrik antara lain : Kristal kuarsa
(SiO), Amonium Dihidrogen Fhosphat (ADF), Tourmalin, Lithium Sulfate (LH),
Lead Zirconate Titanate (PZT), dan lain-lain.
Gambar 3. Efek piezoelektrik langsung (atas) dan efek piezoelektrik terbalik (bawah)
(Kumar, 2013)
Gambar 3. menunjukan efek piezoelektrik dari material, yang digunakan
sebagai dasar dari transducers tipe piezoelectric. Gambar (a) ketika tidak ada gaya
yang diberikan, Gambar (b) ketika material diberi gaya tarik, material menghasilkan
tegangan listrik, Gambar (c) ketika material diberi gaya tekan, material menghasilkan
tegangan listrik yang berlawanan, Gambar (d) ketika material tidak diberi tegangan
listrik, Gambar (e) ketika material diberi tegangan listrik, material memanjang,
Gambar (f) ketika material diberi tegangan listrik yang berlawanan, material
memendek.
(b) (c)
(d) (e) (f)
(a)
6
Inti dari sebuah transduser piezoelektrik adalah lempeng tunggal atau ganda
material keramik piezoelektrik, biasanya material Timbal Zirkonat Titanat (PZT),
terjepit di antara elektroda yang terdapat sumber titik untuk kontak listrik. Perakitan
keramik dikompresi antara blok logam (satu aluminium dan satu baja) untuk
mengetahui kompresi dengan kekuatan tinggi. Ketika tegangan dialirkan di seluruh
keramik melalui elektroda, material keramik piezoelektrik akan mengalami perubahan
bentuk memanjang atau memendek (tergantung pada polaritas) karena perubahan kisi
strukturnya. Dengan ini perubahan bentuk material keramik piezoelektrik
menyebabkan gelombang suara untuk menyebarkan ke tool holder/ horn.
Transduser piezoelektrik mengkonversi energi listrik bolak-balik secara
langsung menjadi energi mekanik melalui penggunaan efek piezoelektrik di mana
material tertentu berubah dimensi ketika energi listrik pada frekuensi ultrasonik
dipasok ke transduser oleh ultrasonik generator. Energi listrik diaplikasikan pada
transduser elemen piezoelektrik yang bergetar. Getaran ini diperkuat oleh massa
resonansi transduser dan diarahkan ke tool holder/ horn melalui lempengan material
piezoelektrik.
Gambar 4. Tranduser piezoelektrik
(Al-Budairi, 2012)
7
DAFTAR PUSTAKA
Sukarno., 2010, Ultrasonik Generator Dengan Frekuensi Maksimum 100 kHz Dan
Daya 100 Watt Berbasis Mikrokontroler AVR ATTINY2313, Tesis, Fakultas
Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Magister Fisika, Universitas
Indonesia.
Sutrisno, T., 2011, Studi Karakteristik Tranduser Ultrasonik Berbahan Piezoelektrik
dan Rangkaian Amplifier Switching Terhadap Perubahan Amplitudo dan
Frekuensi 1 kHz-20 kHz, Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Program Studi Fisika, Universitas Indonesia.

More Related Content

What's hot (20)

2 b 59_utut muhammad_laporan_jembatan wheatstone by umammuhammad27, has 16 slides with 10514 views.
2 b 59_utut muhammad_laporan_jembatan wheatstone2 b 59_utut muhammad_laporan_jembatan wheatstone
2 b 59_utut muhammad_laporan_jembatan wheatstone
umammuhammad27
16 slides10.5K views
Makalah distribusi kecepatan molekul by Desi Elsa, has 10 slides with 2095 views.
Makalah distribusi kecepatan molekulMakalah distribusi kecepatan molekul
Makalah distribusi kecepatan molekul
Desi Elsa
10 slides2.1K views
Definisi tegangan by Muslih Mustofa, has 7 slides with 18117 views.
Definisi teganganDefinisi tegangan
Definisi tegangan
Muslih Mustofa
7 slides18.1K views
Piezoelektrik by Zidan Irfanax, has 14 slides with 8529 views.
PiezoelektrikPiezoelektrik
Piezoelektrik
Zidan Irfanax
14 slides8.5K views
Teori Pita Energi by Hariaty Fisika UNHAS, has 19 slides with 13548 views.
Teori Pita EnergiTeori Pita Energi
Teori Pita Energi
Hariaty Fisika UNHAS
19 slides13.5K views
Detektor radiasi by Ahmad Fajrin, has 36 slides with 11332 views.
Detektor radiasiDetektor radiasi
Detektor radiasi
Ahmad Fajrin
36 slides11.3K views
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit by Beny Nugraha, has 49 slides with 56795 views.
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskritPengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Pengolahan Sinyal Digital - Slide week 2 - sistem & sinyal waktu diskrit
Beny Nugraha
49 slides56.8K views

Similar to Transduser Magnetostriktif & Piezoelektrik (20)

Induksi elektromagnetik by BudiChel1, has 18 slides with 2110 views.
Induksi elektromagnetikInduksi elektromagnetik
Induksi elektromagnetik
BudiChel1
18 slides2.1K views
Piezoelektric_sensor.pptx by AchmadRifaie4, has 10 slides with 90 views.
Piezoelektric_sensor.pptxPiezoelektric_sensor.pptx
Piezoelektric_sensor.pptx
AchmadRifaie4
10 slides90 views
9.1. KEMAGNETAN Up.pptx by ShobySS, has 66 slides with 1576 views.
9.1. KEMAGNETAN Up.pptx9.1. KEMAGNETAN Up.pptx
9.1. KEMAGNETAN Up.pptx
ShobySS
66 slides1.6K views
Am piezoelectric materials by Zulhamidi Zulhamidi, has 23 slides with 1591 views.
Am piezoelectric materialsAm piezoelectric materials
Am piezoelectric materials
Zulhamidi Zulhamidi
23 slides1.6K views
Sofyan inawan (saluran transmisi dan distribusi) by sofyan_inawan, has 11 slides with 4700 views.
Sofyan inawan (saluran transmisi dan distribusi)Sofyan inawan (saluran transmisi dan distribusi)
Sofyan inawan (saluran transmisi dan distribusi)
sofyan_inawan
11 slides4.7K views
Power Point_Bahan Magnetik- Kelompok 6.pptx by AhmadZaenudin23, has 21 slides with 9 views.
Power Point_Bahan Magnetik- Kelompok 6.pptxPower Point_Bahan Magnetik- Kelompok 6.pptx
Power Point_Bahan Magnetik- Kelompok 6.pptx
AhmadZaenudin23
21 slides9 views
Makalah Listrik Dan Magnet by FreddyTaebenu, has 12 slides with 4646 views.
Makalah Listrik Dan MagnetMakalah Listrik Dan Magnet
Makalah Listrik Dan Magnet
FreddyTaebenu
12 slides4.6K views

Transduser Magnetostriktif & Piezoelektrik

  • 1. TRANSDUSER MAGNETOSTRIKTIF DAN PIEZOELEKTRIK
  • 2. 1 Transduser Transduser merupakan alat yang dapat mengubah suatu bentuk besaran energi ke bentuk besaran energi yang lain. Umumnya transduser bekerja mengubah energi listrik menjadi mekanik atau mengubah besaran bukan listrik (seperti temperatur, bunyi dan cahaya) akan menjadi suatu sinyal listrik. Transduser ultrasonik terdiri dari dua buah kristal piezoelectric yang digunakan sebagai pemancar serta penerima dari gelombang ultrasonik (Burczynki, 1982). Secara umum ada dua macam transduser yang digunakan dalam proses ultrasonik machining yaitu transduser magnetorestrictive dan transduser piezoelectric. Transduser Magnetostrictive Transduser ultrasonik tipe magnetorestrictive bekerja dengan memanfaatkan prinsip magnetisasi. Gambar 1. menunjukan prinsip kerja dari transduser ultrasonic tipe magnetorestrictive. Gambar 1. Prinsip kerja transducers ultrasonic tipe magnetorestrictive (Kanegsberg, B. & Kanegsberg, E., 2011) Transduser magnetostriktif terdiri dari sebagian besar bahan nikel (atau material magnetostriktif lainnya) lempengan logam paralel dengan salah satu ujung dari masing-masing terpasang lempengan logam ke bagian permukaan untuk bergetar.
  • 3. 2 Sebuah kumparan kawat ditempatkan sekitar bahan magnetostriktif. Ketika aliran arus listrik disuplai melalui kumparan kawat, terjadi medan magnet (seperti jaringan listrik tegangan tinggi). Medan magnet ini menyebabkan material magnetostriktif memendek atau memanjang, dengan demikian transduser magnetostriktif menghasilkan gelombang ultrasonik yang dihantarkan ke horn/sonotrode pada proses ultrasonic machining. Gambar 2. Tranduser magnetostriktif (Kaczmarek, 1976) Transduser magnetostriktif memanfaatkan prinsip magnetostriksi di mana bahan-bahan tertentu akan memanjang dan memendek di dalam medan magnet bolak-balik. Energi listrik bolak balik dari generator ultrasonik pertama-tama diubah menjadi bolak medan magnet melalui penggunaan kumparan kawat. Medan magnet bolak-balik kemudian digunakan untuk menginduksi getaran mekanis pada frekuensi ultrasonik dalam strip resonansi nikel atau material magnetostrictive lainnya yang melekat pada permukaan yang akan bergetar. Karena bahan magnetostrictive berperilaku identik dengan medan magnet polaritas bolak-balik, frekuensi energi listrik diterapkan untuk transduser adalah 1/2 frekuensi output yang diinginkan. Transduser magnetostriktif pertama memasok sumber getaran ultrasonik yang kuat untuk aplikasi listrik tinggi seperti aplikasi ultrasonik pembersih. Karena kendala
  • 4. 3 mekanik yang melekat pada ukuran fisik dari perangkat keras serta komplikasi listrik dan magnetik, transduser daya tinggi magnetostrictive tidak mampu beroperasi frekuensi di atas 20 kHz. Transduser piezoelektrik, di sisi lain, dapat dengan mudah beroperasi dengan baik berkisar MHz. Magnetostriktif transduser umumnya kurang efisien daripada piezoelektrik. Hal ini terutama disebabkan bahwa transduser magnetostriktif memerlukan konversi energi ganda dari listrik ke magnet dan kemudian dari magnetik untuk mekanik. Sehingga menyebabkan beberapa efisiensi hilang dalam setiap konversinya. pengaruh histeresis magnetik juga mengurangi efisiensi dari transduser magnetostriktif. Tranduser Piezoelektrik Transduser tipe kedua adalah tipe piezoelectric yang mampu mengatasi kekurangan-kekurangan pada transduser tipe magnetorestrictive. Berikut adalah perbandingan antara transduser magnetostriktif dan transduser piezoelektrik. Tabel 2.2. Perbandingan antara magnetostiktif dan piezoelekrik transduser Magnetostriktif Tranduser Piezoelektrik Tranduser 1. Efisiensi keseluruhan untuk mengkonversi/ mengubah energi listrik menjadi energi mekanik rendah dan dalam beberapa kasus hanya 50-60%. 1. Efisiensi tranduser di mana sebagian besar energi listrik dikonversi/diubah menjadi energi mekanik dan efisiensi secara keseluruhan dapat mencapai hingga 90% 2. Tranduser ini berukuran besar yang mungkin memerlukan 2. Tranduser ini relatif kecil dan ringan yang tidak memerlukan
  • 5. 4 metode pendinginan khusus untuk menjaga komponen dalam temperatur operasi yang dapat diterima pendinginan yang signifikan. Dapat diandalkan untuk operasi jangka panjang. 3. Membutuhkan komponen elektronik yang mahal dan besar yang mampu menahan temperatur operasi yang tinggi. 3. Stabil pada berbagai temperatur, tetapi dapat dipengaruhi oleh penggunaan lama pada temperatur tinggi. 4. Dipengaruhi oleh medan elektromagnetik sekitarnya yang membatasi penggunaannya untuk lingkungan tersebut. 4. Tidak terpengaruh oleh medan elektromagnetik eksternal. 5. Membutuhkan tempat generator yang besar yang dapat membatasi fleksibilitas penggunaan untuk banyak aplikasi. 5. Sederhana, dapat diandalkan, dan sangat kuat. Dapat digunakan dalam berbagai bidang aplikasi industri, obat-obatan, dan kedirgantaraan. 6. Tipe frekuensi operasi kurang dari 30kHz yang membatasi penggunaan dalam aplikasi frekuensi tinggi. 6. Dapat dirancang untuk berbagai frekuensi berdasarkan persyaratan aplikasi. (Al-Budairi, 2012) Pada tahun 1880 Curie bersaudara (Pierre dan Jacques Curie) menemukan efek piezoelectrik langsung (direct piezoelectric effect) pada kristal kuarsa tunggal. Dibawah tekanan, kuarsa menghasilkan muatan listrik/tegangan dari kuarsa atau
  • 6. 5 material lain. Kata “piezo” berasal dari bahasa Yunani yang artinya “tekanan”; oleh karena itu arti asli dari kata piezoelectricity adalah “tekanan listrik”. Material menunjukkan fenomena sebaliknya memiliki regangan geometris yang sebanding dengan medan listrik yang diterapkan. Hal ini disebut dengan efek piezoelektrik terbalik (inverse piezoelectric effect), ditemukan oleh Gabriel Lippmann pada tahun 1881 (Uchino, 2010). Contoh-contoh bahan piezoelektrik antara lain : Kristal kuarsa (SiO), Amonium Dihidrogen Fhosphat (ADF), Tourmalin, Lithium Sulfate (LH), Lead Zirconate Titanate (PZT), dan lain-lain. Gambar 3. Efek piezoelektrik langsung (atas) dan efek piezoelektrik terbalik (bawah) (Kumar, 2013) Gambar 3. menunjukan efek piezoelektrik dari material, yang digunakan sebagai dasar dari transducers tipe piezoelectric. Gambar (a) ketika tidak ada gaya yang diberikan, Gambar (b) ketika material diberi gaya tarik, material menghasilkan tegangan listrik, Gambar (c) ketika material diberi gaya tekan, material menghasilkan tegangan listrik yang berlawanan, Gambar (d) ketika material tidak diberi tegangan listrik, Gambar (e) ketika material diberi tegangan listrik, material memanjang, Gambar (f) ketika material diberi tegangan listrik yang berlawanan, material memendek. (b) (c) (d) (e) (f) (a)
  • 7. 6 Inti dari sebuah transduser piezoelektrik adalah lempeng tunggal atau ganda material keramik piezoelektrik, biasanya material Timbal Zirkonat Titanat (PZT), terjepit di antara elektroda yang terdapat sumber titik untuk kontak listrik. Perakitan keramik dikompresi antara blok logam (satu aluminium dan satu baja) untuk mengetahui kompresi dengan kekuatan tinggi. Ketika tegangan dialirkan di seluruh keramik melalui elektroda, material keramik piezoelektrik akan mengalami perubahan bentuk memanjang atau memendek (tergantung pada polaritas) karena perubahan kisi strukturnya. Dengan ini perubahan bentuk material keramik piezoelektrik menyebabkan gelombang suara untuk menyebarkan ke tool holder/ horn. Transduser piezoelektrik mengkonversi energi listrik bolak-balik secara langsung menjadi energi mekanik melalui penggunaan efek piezoelektrik di mana material tertentu berubah dimensi ketika energi listrik pada frekuensi ultrasonik dipasok ke transduser oleh ultrasonik generator. Energi listrik diaplikasikan pada transduser elemen piezoelektrik yang bergetar. Getaran ini diperkuat oleh massa resonansi transduser dan diarahkan ke tool holder/ horn melalui lempengan material piezoelektrik. Gambar 4. Tranduser piezoelektrik (Al-Budairi, 2012)
  • 8. 7 DAFTAR PUSTAKA Sukarno., 2010, Ultrasonik Generator Dengan Frekuensi Maksimum 100 kHz Dan Daya 100 Watt Berbasis Mikrokontroler AVR ATTINY2313, Tesis, Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Magister Fisika, Universitas Indonesia. Sutrisno, T., 2011, Studi Karakteristik Tranduser Ultrasonik Berbahan Piezoelektrik dan Rangkaian Amplifier Switching Terhadap Perubahan Amplitudo dan Frekuensi 1 kHz-20 kHz, Skripsi, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Program Studi Fisika, Universitas Indonesia.