Efek piezoelctrics ditemukan oleh dua orang bersaudara pieze curie dan Jacques curie pada tahun 1880. baru direkomendasikan pada tahun 1950 setelah ditemukan tabung electrometer unutk memperkuat sinyal pizoelektrics tersebut.

Piezoelektrisitas adalah \nam sebuah fenomena yang agak mirip dengan piezoresitas. Piezoelktrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pda permukaan segmen tersebut. Sumber feonomena ini adalah adanya distribusi muatan listrik pada sel sel kristal .Pada kristal kwarsa bila ada gaya yang diterapkan pada sepanjang sumbu X padas kristal akan menimbulkan muatan positif dan negative pada sisi sisi yang berlawanan dari kristal sepanjang sumbu Z. Reganagn (strain) yang disebabkan oleh gaya tersebut cenderung menimbulkan perprmdahan fisis muatan dalam satuan.

Polarisasi kristal in mengakibatkan terjadinya akumulasi muatan yang tergantung pada persamaan berikut : Q (muatan ) = d F

Pada kenyataanya, gaya adalah suatu besaran vektor, dan d (konstanta regangtan piezoelektrik) adalah suatu matrik 3 x 3. Gaya sepanjang sumbu akan meenghasilakan muatan di sepanjang sumbu x, y dan z. dengan muatan sum\bu x diberikan oleh koefisien d 11 matrik. Muatan sepanjang sumbu y diberikan oleh koefisien d21 dan begitu seterusnya. Koefisien pizoelektrik telah ditabelkan untuk beberapa bahan (terutama dalam bahan koefisien yang besar). Nilai koefisien muatan piezoelktrik berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton.

Sebagai contoh kita mempunyai bahan piezoelektrik dengan ukuran 1 x 1 cm, gaya sebesar 1 Newton, diterapkan di sepanjang sumbu z-nya yang berdimensi 1 mm. berapa tegangan yang terjadi antara elektroda pada permukaan yang besar ?

d23LF ( 110.10‾¹² C / N ) ( 1.10‾³ m) (1 N)

V = = = 1,0.10‾¹ V

ee0 A ( 8,8 .10‾¹² C / Vm) ( 1200) ( 1.10‾² m)²

Kapasitas piranti tersebut adalah :

ee0 A ( 8,8 .10‾¹² C / Vm) ( 1200) ( 1.10‾² m)²

C = = = 1,1. 10‾9 F

d (1.10‾³ m)

Efek piezoelektrisitas adalah refersible (dapat balik) yaitu penerapan tegangan pada kristal kuarsa dapat menghasilkan perubahan dimensi kristal. Efeknya sangat mirip dan koefisiennya juga sama. Pada perhitungan diatas juga diperoleh hasil gaya 1 N akan menghasilkan sinyal 0,1 V.

Perlu dicatat bahwa persamaan tersebut hanya tergantung pada konstanta regangan piezoeelektrik, konstanta dielektrik dan modulus young. Hal ini berarti bahwqa perubahan material piezoelektrik tidak tergantung pada bahan materialnya.

Hal menarik lainnya adalah bahwa piezoelektrik bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik (gambar 2). Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada piezoelektrik setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya.

Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek inmi, piezoelektrik kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda.

Aspek penting lainnya dalam penggunaan piezoelektrik adalah adanya kennyataan bahwa material piezoelektrik dibuat melalui proses kristalisasi kisi-kisi (laticce) dalam susunan tertentu. Hal tersebut dilakukan dengan memanskan kristal samapi diatas suhu Curie sambil menerapkan tegangan pada elektrodanya. Jika kristal telah dipanaskan mendekati suhu Curie, material tersebut dapat menjadi “ de pole “ yang dapat menghasilkan pengurangan sensitifitas piezoelektrik. Untuk beragam material, suhu curie ini berada antara 50 – 600 ° C. pemanasan dibawah suhu Curie dapat membatasi penggunaan sensor ini.

Meskipun demikian, elemen piezoelektrik juga mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensing yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti piezoelektrik sangat berguna. Tambahan lagi, efek piezoelektrik memiliki hukum penyekalaan yang menarik sehingga bermanfaat pada piranti yang kecil. Kekurangan utama sensing piezoelektrik ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah-ubah terhadap waktu. Sensing piezoelektrik tidak dapat beoperasi untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing piezoelectric.

Iklan