Sensor LVDT: Prinsip Kerja dan Aplikasinya dalam Industri

Sensor LVDT (Linear Variable Differential Transformer) adalah salah satu jenis sensor perpindahan yang paling banyak digunakan dalam industri karena keakuratan, keandalan, dan daya tahannya. Sensor ini mampu mengukur perpindahan linier dengan presisi tinggi, bahkan dalam kondisi lingkungan yang ekstrem. LVDT adalah sensor induktif pasif yang mengubah perpindahan linier suatu objek menjadi sinyal listrik yang sebanding. Sensor ini tidak memiliki kontak fisik antara komponen bergerak dan stasioner, sehingga mengurangi keausan dan meningkatkan umur pakainya. LVDT banyak digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan pengukuran posisi, ketebalan, getaran, atau tekanan dengan akurasi tinggi, seperti di industri otomotif, aerospace, manufaktur, dan robotika.  

 

 

 

Prinsip Kerja Sensor LVDT

 

Sensor LVDT bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik, di mana perpindahan linier diubah menjadi sinyal listrik. Berikut ini komponen utama dan fungsinya:

1. Kumparan Primer

- Kumparan ini diberi sinyal AC sebagai sumber eksitasi.

- Arus AC yang mengalir menghasilkan medan magnet bolak-balik di sekitar kumparan.

- Medan ini menjadi sumber induksi untuk kumparan sekunder.

2. Dua Kumparan Sekunder

- Kumparan sekunder diposisikan secara simetris pada kedua sisi dari kumparan primer.

- Keduanya terhubung seri secara berlawanan (differential connection).

- Jika posisi inti berada di tengah, tegangan yang diinduksikan pada masing-masing kumparan sekunder saling berlawanan dan saling meniadakan, menghasilkan tegangan keluaran sebesar nol.

- Jika inti bergerak ke satu sisi, keseimbangan terganggu, dan tegangan output berubah sebanding dengan arah dan besar perpindahan.

3. Inti (Core) Feromagnetik

- Inti tersebut mampu bergerak secara linier dengan leluasa di dalam kumparan.

- Gerakan inti mengubah kopling induktif antara kumparan primer dan sekunder.

- Semakin besar pergeseran inti dari titik tengah, semakin besar sinyal output diferensial yang dihasilkan.

Artinya, LVDT mengonversi gerakan linier menjadi sinyal tegangan AC yang proporsional, di mana polaritas sinyal output menunjukkan arah pergerakan inti. Sensor ini banyak digunakan untuk pengukuran posisi presisi tinggi dalam sistem kontrol dan instrumentasi.

 

Mekanisme Pengukuran

 

1. Ketika inti berada di posisi netral (tengah), tegangan yang diinduksi pada kedua kumparan sekunder sama besar tetapi berlawanan fase, sehingga outputnya nol. 

2. Jika inti bergerak ke arah kumparan sekunder pertama, tegangan pada kumparan tersebut meningkat, sedangkan pada kumparan kedua menurun.  

3. Sebaliknya, jika inti bergerak ke arah kumparan sekunder kedua, tegangan pada kumparan kedua meningkat, dan pada kumparan pertama menurun.  

4. Besarnya perpindahan inti dapat diketahui dari amplitudo dan fase sinyal output.  

Pada umumnya, output LVDT berupa sinyal AC, yang selanjutnya dikonversi menjadi sinyal DC melalui proses demodulasi untuk mempermudah proses pengukuran.

 

Komponen Utama Sensor LVDT

 

1. Body Housing

Body housing berfungsi sebagai pelindung fisik dari seluruh bagian internal sensor, terbuat dari bahan tahan korosi dan kokoh untuk menjamin ketahanan di lingkungan industri. Body ini yang akan melindungi kumparan dan inti dari debu, kelembaban, getaran, dan gangguan mekanis lainnya.

2. Kumparan Primer dan Sekunder

Kumparan ini dililit dari kawat tembaga dan disusun secara silindris di dalam body housing. Kumparan primer berfungsi untuk menghasilkan medan magnet saat dialiri arus AC. Sedangkan kumparan sekunder berfungsi untuk mendeteksi perubahan medan magnet akibat pergerakan inti, lalu menghasilkan sinyal output diferensial. 

3. Inti (Core)

Inti bergerak secara linier di dalam kumparan, terbuat dari bahan feromagnetik seperti besi-nikel atau paduan logam lainnya. Bahan feromagnetik digunakan untuk meningkatkan efisiensi kopling induktif dan sensitivitas pengukuran. Gerakan inti menyebabkan perubahan medan magnet di sekitar kumparan sekunder, sehingga memengaruhi sinyal output.

4. Shaft (Batang Penggerak)

Shaft menghubungkan inti LVDT dengan objek atau permukaan yang posisinya akan diukur. Gerakan linier dari objek akan diteruskan oleh shaft ke inti untuk menghasilkan perubahan posisi. Biasanya terbuat dari logam ringan namun kuat agar tidak mengganggu pergerakan dan akurasi sensor.

5. Elektronika Sinyal (Signal Conditioner)

Elektronika sinyal berfungsi untuk mengubah sinyal output diferensial dari kumparan sekunder menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca oleh sistem kontrol, seperti tegangan DC atau data digital. Komponen ini juga dapat menyaring noise, memperkuat sinyal, dan menyediakan kalibrasi internal. Signal conditioner sangat penting untuk memastikan hasil pengukuran yang akurat, stabil, dan kompatibel dengan perangkat monitoring atau kendali. 

 

Baca juga : Jenis-jenis Sensor Industri dan Fungsinya dalam Sistem Otomasi 

 

Kelebihan Sensor LVDT

 

1. Akurasi Tinggi

LVDT memiliki kemampuan mendeteksi pergeseran posisi linier dengan ketelitian hingga tingkat mikron, sehingga cocok untuk aplikasi pengukuran dengan akurasi tinggi.

2. Resolusi Tak Terbatas

LVDT bekerja dengan mengandalkan variasi induktansi, tidak terikat oleh batas resolusi sebagaimana pada sensor digital, sehingga dapat mendeteksi pergeseran posisi sekecil apa pun secara terus-menerus.

3. Tahan Lama

Tidak ada kontak mekanis langsung antara inti dan kumparan, sehingga tidak terjadi keausan dan umur pakai sensor menjadi sangat panjang.

4. Respons Cepat

Sensor ini sangat responsif terhadap gerakan cepat dan dinamis, seperti getaran atau perubahan posisi mendadak.

5. Tahan terhadap Lingkungan Ekstrem

LVDT dapat dioperasikan dalam kondisi ekstrem seperti suhu tinggi, tekanan tinggi, atau lingkungan dengan gangguan elektromagnetik, karena desainnya yang kokoh dan tertutup.

 

Kekurangan Sensor LVDT

 

1. Memerlukan Sinyal AC

LVDT membutuhkan sinyal AC sebagai sumber eksitasi, serta sistem demodulasi untuk mengolah sinyal keluarannya menjadi sinyal yang mudah dibaca dan dianalisis.

2. Rentan terhadap Noise Elektromagnetik

Sensor ini prinsip kerjanya berbasis induksi, sehingga sensitif terhadap gangguan elektromagnetik dari lingkungan sekitar. Oleh karena itu, memerlukan shielding (pelindung) yang baik.

3. Harga Relatif Mahal

Jika dibandingkan dengan sensor potensiometer atau sensor optik sederhana, harga LVDT cenderung lebih tinggi karena konstruksi dan elektronik pengolah sinyalnya yang kompleks.

4. Batas Pengukuran Terbatas

Jangkauan pengukuran LVDT dibatasi oleh panjang fisik kumparan dan pergerakan inti, sehingga kurang cocok untuk pengukuran jarak sangat panjang.

 

Aplikasi Sensor LVDT dalam Industri

 

1. Industri Otomotif

LVDT digunakan untuk mengukur ketebalan lembaran logam dalam proses stamping secara presisi. Sensor ini memantau pergerakan suspensi dan peredam kejut untuk analisis performa kendaraan. Sensor LVDT diaplikasikan dalam industri otomotif untuk menguji mesin dan bagian transmisi, dengan tujuan memastikan presisi gerakan dan kesesuaian antar komponen.

2. Industri Aerospace

Sensor LVDT mengukur defleksi atau lenturan sayap pesawat selama pengujian struktur untuk memantau pergerakan aktuator pada sistem kendali penerbangan guna memastikan keandalan sistem. Dalam industri aerospace, sensor ini digunakan untuk inspeksi komponen penting seperti turbin dan sistem roda pendarat (landing gear).  

3. Industri Manufaktur

LVDT diterapkan untuk quality control dalam proses permesinan CNC agar dimensi produk tetap presisi. Sensor ini berfungsi untuk mengukur ketebalan lapisan coating guna memastikan keseragaman perlindungan permukaan. Selain itu, sensor LVDT dalam industri manufaktur juga digunakan pada sistem robotik untuk penempatan komponen dengan akurasi tinggi di lini produksi otomatis.  

4. Industri Energi dan Minyak & Gas

Sensor LVDT digunakan untuk mengukur perpindahan katup pada sistem perpipaan bertekanan tinggi secara akurat. LVDT memantau deformasi struktural pada rig pengeboran lepas pantai yang terkena beban besar dan cuaca ekstrem. Selain itu, dipakai juga dalam pengujian material di lingkungan ekstrem seperti tekanan tinggi atau suhu ekstrem.  

5. Industri Medis

LVDT menjadi komponen penting dalam peralatan bedah robotik untuk mendeteksi pergerakan mikro secara presisi. Sensor ini digunakan untuk menguji prostetik dan implan medis guna memastikan kestabilan dan fungsi yang tepat.

 

Faktor Pemilihan Sensor LVDT

 

1. Rentang Pengukuran

Pilih sensor dengan range perpindahan linier sesuai kebutuhan aplikasi, baik mikro maupun makro.

2. Akurasi dan Linearitas

Sensor dengan akurasi dan linearitas tinggi akan memberikan hasil pengukuran yang konsisten dan presisi.

3. Frekuensi Respons

Untuk aplikasi dinamis seperti getaran atau sistem bergerak cepat, pilih LVDT dengan frekuensi respons tinggi.

4. Lingkungan Kerja

Perhatikan ketahanan sensor terhadap suhu, kelembaban, tekanan, serta interferensi elektromagnetik di lokasi kerja.

5. Output Sinyal

Sesuaikan jenis sinyal output dengan sistem kontrol yang digunakan, apakah analog (AC/DC) atau digital (misalnya RS485, USB, dll).

 

Baca juga : Apa Itu Solid State Relay (SSR)? Perbedaan dengan Relay Elektromekanis

 

 

 

 

 

 

 

 

Siap Untuk Membuat Proyek Impianmu Menjadi Kenyataan?

Klik di sini untuk chat langsung via WhatsApp dan dapatkan dukungan langsung dari tim ahli kami!