JENIS-JENIS SENSOR DAN
FUNGSINYA
Sensor Suhu
Berfungsi
untuk mengubah temperatur/suhu menjadi beda potensial listrik.
Jenis-jenis
sensor suhu:
- Thermokopel
Berfungsi
sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu serendah 3000F sampai dengan
suhu tinggi yang digunakan pada proses industri baja, gelas dan keramik yang
lebih dari 30000F. Thermokopel dibentuk dari dua buah penghantar yang berbeda
jenisnya (besi dan konstantan) dan dililit bersama.
Prinsip
Kerja :
Jika
salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung penghantar
yang lain akan muncul beda potensial (emf). Thermokopel ditemukan oleh Thomas
Johan Seebeck tahun 1820 dan dikenal dengan Efek Seebeck.
Efek
Seebeck:
Sebuah
rangkaian termokopel sederhana dibentuk oleh 2 buah penghantar yang berbeda
jenis (besi dan konstantan), dililit bersama-sama. Salah satu ujung T merupakan
measuring junction dan ujung yang lain sebagai reference junction. Reference
junction dijaga pada suhu konstan 320F (00C atau 680F (200C). Bila ujung T
dipanasi hingga terjadi perbedaan suhu terhadap ujung Tr, maka pada kedua ujung
penghantar besi dan konstantan pada pangkal Tr terbangkit beda potensial
(electro motive force/emf) sehingga mengalir arus listrik pada rangkaian
tersebut.
Kombinasi
jenis logam penghantar yang digunakan menentukan karakteristik linier suhu
terhadap tegangan.
Tipe-tipe
kombinasi logam penghantar thermokopel:
- Tipe E (kromel-konstantan)
- Tipe J (besi-konstantan)
- Tipe K (kromel-alumel)
- Tipe R-S (platinum-platinum
rhodium)
- Tipe T (tembaga-konstantan)
Tegangan
keluaran emf (elektro motive force) thermokopel masih sangat rendah, hanya
beberapa milivolt. Thermokopel bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran. Oleh
karena itu jika ukntuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus
diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference temperature). Bila
thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi makaa akan muncul
tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya adalah selisih antara Vc dan Vh yang
disebut net voltage (Vnet).
Besarnya
Vnet ditentukan dengan rumus:
Vnet = Vh
- Vc
Keterangan
:
Vnet =
tegangan keluaran thermokopel
Vh =
tegangan yang diukur pada suhu tinggi
Vc =
tegangan referensi
Gambar
grafik tegangan terhadap suhu pada thermokopel tipe E, J, K dan R :
Gambar di
bawah ini menunjukkan beberapa thermokopel yang dihubungkan secara seri
membentuk thermopile. Thermopile ini diletakkan di titik tengah pyrometer
radiasi dan lensa yang digunakan untuk memfokuskan radiasi (pancaran panas)
agar jatuh pada thermopile.
Gambar
Thermopile:
Gambar
Pyrometer Radiasi:
Untuk
masa sekarang thermokopel sudah dibuat dengan kemasan yang mempunyai unjuk
kerja yang lebih peka yang disebut thermopile yang digunakan sebagai pyrometer
radiasi.
Grafik
hubungan suhu terhadap arus keluaran:
- Thermistor
(Thermal Resistor/Thermal Sensitive Resistor)
Berfungsi
untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding
terbalik dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.
Simbol
Thermistor :
Konstruksi
Thermistor tipe GM102 :
Thermistor
dibentuk dari bahan oksida logam campuran, kromium, kobalt, tembaga, besi atau
nikel.
Bentuk
Thermistor :
- Butiran
Digunakan
pada suhu > 7000C dan memiliki nilai resistansi 100 Ω hingga 1 MΩ.
- Keping
Digunakan
dengan cara direkatkan langsung pada benda yang diukur panasnya.
- Batang
Digunakan
untuk memantau perubahan panas pada peralatan elektronik, mempunyai resistansi
tinggi dan disipasi dayanya sedang. Thermistor dibuat sekecil-kecilnya agar
mencapai kecepatan tanggapan (respon time) yang baik.
Pemakaian
thermistor didasarkan pada tiga karakteristik dasar, yaitu:
- Karakteristik
R (resistansi) terhadap T (suhu)
- Karakteristik R (resistansi)
terhadap t (waktu)
- Karakteristik V (tegangan)
terhadap I (arus)
Grafik hubungan
antara resistansi terhadap suhu thermistor :
Rangkaian
Pengendali Suhu Ruangan Sederhana (karakteristik R terhadap t):
Cara
kerja rangkaian:
Saat
temperatur masih dingin hambatan thermistor sangat besar dibandingkan dengan
R2, sehingga transistor dalam kondisi menghantar lalu rele kontak (terhubung)
dan heater (pemanas) menghasilkan panas. Akan tetapi, ketika ruangan menjadi
panas, thermistor juga ikut panas sehingga hambatannya turun. Hambatan paralel
thermistor dengan R2 menjadi kecil, sehingga tegangan bias Tr juga kecil,
mengakibatkan Tr dalam kondisi cut off, rele tidak kontak dan heater tidak
bekerja. Akibatnya, suhu ruangan turun. Demikian seterusnya proses akan
berulang dari awal dan suhu ruangan menjadi konstan.
- RTD
(Resistance Temperature Detectors)
Berfungsi
untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang sebanding dengan
perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya semakin besar. RTD terbuat
dari sebuah kumparan kawat platinum pada papan pembentuk dari bahan isolator.
RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 0C
dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.
Konstruksi
RTD bahan platinum:
RTD
terpasang pada permukaan logam:
Hubungan
antara resistansi dan suhu penghantar logam merupakan perbandingan linear.
Resistansi bertambah sebanding dengan perubahan suhu padanya. Besar
resistansinya dapat ditentukan berdasarkan rumus :
Besar
resistansi pada suhu tertentu dapat diketahui dengan rumus :
Keterangan
:
R1 =
resistansi pada suhu awal
R2 =
resistansi pada suhu tertentu
Untuk
menghasilkan tegangan keluaran dapat diperoleh dengan mengalirkan arus konstan
melalui RTD atau dengan memasangnya pada salah satu lengan jembatan wheatstone.
Gambar
rangkaian jembatan wheatstone dengan RTD:
Persamaan
rangkaian jembatan wheatstone:
Prinsip
kerja rangkaian: Bila RTD berada pada suhu kamar maka beda potensial jembatan
adalah 0 Volt. Keadaan ini disebut keadaan setimbang. Bila suhu RTD berubah
maka resistansinya juga berubah sehingga jembatan tidak dalam kondisi
setimbang. Hal ini menyebabkan adanya beda potensial antara titik A dan B.
Begitu juga yang berlaku pada keluaran penguat diferensial.
Amplifier
diferensial (penguat diferensial) menggunakan IC op-amp yang berfungsi untuk
menguatkan tegangan keluaran dari rangkaian jembatan menjadi tegangan yang
lebih besar. Jika rangkaian jembatan pada posisi setimbang maka pada titik A
dan B mempunyai tegangan dan arus yang sama.
- IC
LM 35
Berfungsi
untuk mengubah suhu menjadi tegangan tertentu yang sesuai dengan perubahan
suhu.
Rangkaian
dasar IC LM 35:
Tegangan
keluaran rangkaian bertambah 10 mV/0C. Dengan memberikan tegangan referensi
negatif (-Vs) pada rangkaian, sesor ini mampu bekerja pada rentang suhu -550C –
1500C. Tegangan keluaran dapat diatur 0 V pada suhu 00C dan ketelitian sensor
ini adalah ± 10C. Data yang lebih lengkap dapat diunduh (didownload) di
www.national.com/catalog/sg2261.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar