PLATOGEOSAINS | Sensor Kapasitif 1

SENSOR KAPASITIF©

© L. K. Baxter

Zainal Abidin1)

1) Divisi Sistem Mikrokontroler, PLATOGEOSAINS Meteorologi, FITB – ITB – Indonesia

Jum’at, 4 Desember 2009

Sensor kapasitif dapat mengindera langsung berbagai hal, seperti: gerakan, komposisi

kimia dan medan listrik. Sensor kapasitif juga dapat mengindera berbagai variabel yang

dikonversi terlebih dahulu menjadi konstanta gerak ataupun dielektrik, seperti: tekanan,

percepatan, tinggi dan komposisi fluida.

Sensor kapasitif menggunakan elektroda konduktif dengan dielektrik. Rangkaian detektor

hanya membutuhkan tegangan (listrik) 5 Volt yang akan mengubah variasi kapasitansi menjadi

variasi voltase, frekuensi atau lebar pulsa. Sensor kapasitif menjangkau hampir di seluruh

kehidupan masyarakat, diantaranya adalah:

• Detektor gerakan yang dapat mendeteksi perpindahan hingga 10-14 m. Detektor ini stabil,

memiliki respon cepat dan tahan terhadap berbagai kondisi lingkungan ekstrim. Sensor

kapasitif dengan elektroda besar dapat mendeteksi dan mengukur kecepatan sebuah

automobile (kendaraan).

• Teknologi kapasitif menggantikan peran piezoresistance pada implementasi silikon dari

akselerometer dan sensor tekanan. Aplikasi inovatif seperti detektor sidik jari dan infra-

merah muncul pada silikon dengan dimensi sensor ber-orde mikro serta kapasitansi

elektroda 10 fF dengan resolusi hingga 5 aF (10-18 F).

• Sensor kapasitif di kilang minyak dapat mengukur persentase air dalam minyak.

Kelembaban gandum di lumbung juga dapat diukur menggunakan sensor kapasitif.

• Saklar sentuh untuk meredupkan lampu di rumah menjadi lebih efektif dan ekonomis

jika menggunakan sensor kapasitif. Sensor kapasitif membantu teknisi rumah dalam

menyelesaikan pekerjaannya, seperti: wall stud sensor dan digital construction level.

PLATOGEOSAINS | Sensor Kapasitif 2

• Komputer laptop menggunakan sensor kapasitif sebagai pengendali cursor dua dimensi.

Selain itu, sensor kapasitif transparan digunakan sebagai monitor komputer di kios retail

(pengecer).

• Flow – Berbagai flow meter mengkonversi tekanan atau perpindahan menggunakan

sebuah lubang untuk volume flow atau efek gaya Coriolis untuk mass flow. Sensor

kapasitif kemudian mengukur perpindahannya.

• Tekanan – Sebuah diafragma dengan defleksi stabil dapat mengukur tekanan dengan

detektor yang sensitif terhadap jarak.

• Tinggi fluida – Detektor tinggi fluida kapasitif mengindera tinggi fluida di reservoir

(tandon, kolam air) dengan mengukur perubahan kapasitansi diantara pelat konduktif

yang terbenam dalam air. Detektor tinggi fluida kapasitif juga dapat dipasang di luar

tangki non-konduktif.

• Spasi – Jika objek logam dekat dengan elektroda kapasitor, kapasitansi mutual

merupakan pengukur spasi yang sangat sensitif.

• Sensor pemindai (scan) multi-pelat – Pengukuran spasi pelat tunggal dapat

dikembangkan menjadi pengukuran kontur menggunakan multi-pelat. Baik permukaan

konduktif maupun dielektrik dapat diukur menggunakan sensor ini.

• Pengukuran ketebalan – Dua pelat yang mengapit sebuah insulator digunakan untuk

mengukur ketebalan insulator jika konstanta dielektriknya diketahui atau mengukur

konstanta dielektrik jika ketebalan insulator diketahui.

• Detektor es – Pembekuan (icing) sayap pesawat terbang dapat dideteksi menggunakan

potongan (strip) logam terisolasi yang dipasang pada sisi sayap utama.

• Posisi linier atau sudut batang (shaft) – Sensor kapasitif dapat mengukur sudut atau

posisi dengan skema multi-pelat yang memberikan akurasi tinggi dengan keluaran

digital, atau dengan sebuah keluaran analog yang menyebabkan akurasi lebih rendah

tetapi memiliki respon cepat dan rangkaian yang lebih sederhana.

• Saklar lampu redup (dimmer) – Lampu dim soft-touch pelat logam standar

menggunakan frekuensi 60 Hz dan dapat mengindera kapasitansi tubuh manusia.

• Keyswitch – Keyswitch kapasitif menggunakan efek shielding dari jari terdekat atau

menggunakan plunger (pompa) konduktif yang bergerak untuk menginterupsi coupling

diantara dua buah pelat kecil.

PLATOGEOSAINS | Sensor Kapasitif 3

• Limit switch – Limit switch dapat mendeteksi proksimitas (kedekatan) komponen

(mesin) logam yang sebanding dengan peningkatan kapasitansi. Limit switch juga dapat

medeteksi proksimitas komponen plastik berdasarkan peningkatan konstanta

dielektriknya di udara.

• Tablet X-Y – Tablet input grafik kapasitif dengan berbagai ukuran dapat menggantikan

mouse komputer, yaitu sebagai devais input koordinat x-y. Misalnya: finger-touch-

sensitive, z-axis-sensitive dan devais stylus-activated.

• Akselerometer – Analog Devices telah memperkenalkan IC akselerometer dengan

sensitivitas hingga 1.5 gram yang dapat berfungsi sebagai tiltmeter.

Menurut sebuah referensi, sensor kapasitif ditemukan di Nature, 1907. Sensor kapasitif

merupakan teknologi murah dengan rangkaian pengkondisi sinyal yang sederhana tapi memiliki

kestabilan. Sensor kapasitif tidak memerlukan penyesuaian terhadap offset dan gain.

Kelembaban merupakan permasalahan klasik pada berbagai tipe sensor (terutama sensor resistif),

tetapi hal ini dapat dipecahkan dengan menggunakan sensor kapasitif. Konstanta dielektrik udara

yang lembab hanya beberapa ppm (part per million) lebih tinggi dari udara kering.