SENSOR SUHU

Oleh:NILIA FITHRIYYATI

14708251128

MACAM-MACAM SENSOR SUHU

• Lempengan bimetal• Termistor• Termokopel• RTD (Resistence Temperature Detector)

Lempengan Bimetal

• Terdiri dari dua buah lempeng logam yang berbeda dengan panjang yang sama yang saling dilekatkan.

• Ketika temperatur bertambah, lempengan akan membengkok menjadi sebuah lempeng lengkung dengan logam berkoefisien lebih tinggi berada di sisi luar lengkungan.

• Pemuaian lempeng dapat digunakan untuk membuka atau menutup suatu rangkaian listrik.

Gambar 1. Lempengan Bimetal

Gambar 2. Lempengan bimetal pada rangkaian alarm

Termistor

• Merupakan salah satu jenis resistor yang berfungsi mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur dalam suatu rangkaian.

• Terdiri dari:1. NTC2. PTC

NTC (Negative Temperature Coefficient)

• Mempunyai koefisien temperatur negatif, dengan kata lain semakin rendah suhu semakin tinggi nilai resistansi.

• NTC berfungsi sebagai pembatas lonjakan arus . Termistor membatasi lonjakan arus untuk menghindari kerusakan komponen secara bertahap dan untuk mencegah sekring atau juga circuit breaker putus atau trip. Jadi pada awalnya resistansi termistor yang tinggi akan menahan aliran arus yang besar, dan ketika dalam beberapa detik arus terus mengalir, termistor NTC akan memanas, sehingga resistansinya menurun dan memungkinkan arus normal mengalir ke rangkaian.

Gambar 3. NTC dan simbolnya

PTC (Positive Temperature Coefficient)

• Pada PTC, semakin tinggi koefisien suhu, maka semakin tinggi nilai resistansi.

• PTC berfungsi dalam proteksi sirkuit. Jadi pada normalnya termistor PTC akan membolehkan aliran arus mengalir ke rangkaian, dan ketika ada arus berlebih yang mengalir melalui termistor, maka termistor PTC akan memanas, dan memanasnya suhu atau meningkatnya suhu ini akan meningkatkan resistansi dari termistor PTC, sehingga aliran arus akan terhambat atau terputus.

Gambar 4. PTC dan simbolnya

Consider a thermistor with a resistance value of 2.2KΩ at 25°C and 50Ω at 80°C. Thermistor is connected in series with a 1kΩ resistor across a 5V power supply.

Contoh perhitungan:

http://www.electro-labs.com/temperature-sensors-types-and-applications/

Hence, its output voltage can be calculated as follows:At 25°C, RNTC = 2200Ω;

At 80°C, RNTC = 50Ω;

Termokopel

• Termokopel adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”

• Pada dasarnya termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya. Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.

Berdasarkan Gambar diatas, ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan Tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti oleh kita.

Cuplikan tabel ASTM E-230-96 untuk termokopel tipe S

EMF IN Millivolts Reference junctions at 0 ˚C

°C 0 1 2 --- 4 5 --- 8 9 10

0 0.000 0.005 0.011 --- --- --- --- 0.044 0.050 0.055

10 0.055 0.061 0.067 --- --- --- --- 0.101 0.107 0.113

20 0.113 0.119 0.125 --- --- --- --- 0.161 0.167 0.173

….. ---- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

…. ---- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

…. ---- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

100 0.646 0.653 0.661 --- --- --- --- 0.705 0.713 0.720

110 0.720 0.727 0.735 --- --- --- --- 0.780 0.788 0.795

120 ---- --- --- --- 0.826 0.834 --- --- --- ---

…. ----- --- --- --- --- --- --- --- --- ---

THERMOELECTRIC VOLTAGE IN MILLIVOLTS

• Penentuan koefisien dari tabel acuan:Dapat dilihat pada tabel, untuk termokopel tipe S pada suhu 100˚C,Apabila suhu naik 1˚C, tegangan naik sebesar 7 μV.

• Contoh penggunaan tabel acuan:Sebuah termokopel tipe S dipakai untuk mengukur sebuah oven. Suhu sambungan acuan adalah 0˚C dan tegangan outputnya diukur dengan digital voltmeter (DVM) yg impedansi inputnya sangat tinggi. Bila penunjukkan DVM = 0.715 mV, berapakah suhu minyak silikon tersebut?

SolusiDari tabel termokopel tipe S (lihat tabel ) dapat dilihat bahwa nilai tegangan yang paling mendekati adalah: Va = 0.713 mV ta = 109˚C Vb = 0.720 mV tb = 110˚C Vx = 0.715 mV antara ta & tb

Contoh Pengukuran dgn sambungan acuan 0˚C

DVM

Cu

Cu

Vx

tx

t1 =0°

Vb

Vx

ta tx tb

Va

Harga tx yang sebenarnya dapat dicari dengan cara interpolasi dengan asumsi bahwa untuk interval suhu 1˚C hubungan antara V dan t adalah linear. Dari grafik dapat dituliskan persamaan :

tx - ta = Vx - Va tb - ta Vb - Va

Jadi, tx = ta +(tb - ta)x Vx - Va Vb - Va = 109 +(1)x 0.715 - 0.713 0.720 - 0.713 = 109,29˚C

RTD (Resistence Temperature Detector)

• Resistance Temperature Detector (RTD) atau dikenal dengan Detektor Temperatur Tahanan adalah sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya. Semakin panas benda tersebut, semakin besar atau semakin tinggi nilai tahanan listriknya, begitu juga sebaliknya.

Resistence Temperature Detector

Penggunaan dan Prinsip Kerja RTD (PT100) pada Crystalizer Tank

• Prinsip kerja dari RTD (PT100) yang digunakan untuk pengukuran minyak ini adalah, ketika RTD pada tangki crystalizer menerima panas dari minyak, maka panas tersebut akan dikonversikan oleh RTD ke dalam bentuk besaran listrik yaitu tahanan. Panas yang dihasilkan berbanding lurus dengan tahanan dari jenis elemen logam platina yang ada pada sensor RTD, kemudian bentuk tahanan tersebut diterima oleh Tranduser kemudian tranduser merubahnya menjadi sinyal fisi dan mengirimnya ke TRC (Temperature Recorder Control ).

• Pada tipe RTD (PT100) ini, jika suhu yang dibaca adalah 0°C berarti tahanan yang dihasilkan oleh RTD dan diterima oleh Tranduser adalah 100Ω, begitu juga jika suhu 100°C berarti tahanan yang dihasilkan oleh RTD dan diterima TRC adalah 138,5 Ω.

Perbandingan antara suhu dengan tahanan yang dibaca, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan, yaitu :

Rt = Tahanan listrik pada temperatur 0C (Ohm) R0 = Tahanan listrik pada temperatur 00C (Ohm) = 100Ω (PT100)

A = 3,9083 x 10 -3

B = -5,775 x 10 -7

t = Suhu

Contoh:

2.

SOAL

1. Hitunglah tegangan keluaran (Vout) pada sebuah termistor yang memiliki nilai resistansi 3,2 kΩ pada suhu 30°C dan 60Ω pada suhu 85 °C. Termistor tersebut dihubungkan secara seri dengan resistor 1 k Ω melewati power supply dengan tegangan 5V!

a. 1,19V dan 4,72Vb. 4,84V dan 4,72Vc. 1,19V dan 0,08Vd. 4,84V dan 0,08V

Penyelesaian

• Soal No.1Vout pada suhu 30 0C =

Vout pada suhu 85 0C =

SOAL

2. Fungsi utama dari NTC adalah ....a. Menentukan nilai atau besaran suatu

temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif

b.Proteksi sirkuitc. Pembatas lonjakan arusd.mengukur suhu melalui dua jenis logam

konduktor berbeda

SOAL

3. Sebuah termokopel tipe S dipakai untuk mengukur sebuah oven. Suhu sambungan acuan adalah 0˚C dan tegangan outputnya diukur dengan digital voltmeter (DVM) yg impedansi inputnya sangat tinggi. Bila penunjukkan DVM = 0.710 mV, berapakah suhu minyak silikon tersebut?

a. 110,6 ˚C b. 109,63 ˚C c. 108,63 ˚C d. 107,38 ˚C

Penyelesaian

Va = 0,705 mV ta = 108˚C Vb = 0,713 mV tb = 109˚C Vx = 0,710 mV antara ta & tb

tx = ta +(tb - ta)x Vx - Va Vb - Va = 108 +(1)x 0,710 – 0,705 0,713 – 0,705 = 108,63˚C

SOAL

4. Perbedaan dari NTC dan PTC adalah ....a. NTC memiliki koefisien temperatur negatif, PTC memiliki

koefisien temperatur positifb. NTC memiliki koefisien temperatur positif, PTC memiliki

koefisien temperatur negatifc. Pada NTC semakin rendah suhu maka semakin rendah nilai

resistansi, pada PTC semakin rendah suhu maka nilai resistansi semakin tinggi

d. Pada NTC semakin tinggi suhu maka semakin tinggi nilai resistansi, pada PTC semakin tinggi suhu maka nilai resistansi semakin rendah

SOAL5. Perhatikan gambar berikut!

Jika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah ....

a. V1= ¼ V2

b. V1= ½ V2

c. V1= 2V2

d. V1= V2

SOAL

6. Fungsi dua logam konduktor pada termokopel adalah ....

a. sebagai referensi dengan suhu konstan dan mendeteksi suhu panas.

b. Sebagai penerima lonjakan arus dan mendeteksi suhu panas.

c. Sebagai referensi dengan suhu konstan dan menghubungkan dengan saklar

d. Sebagai penerima lonjakan arus dan menghubungkan dengan saklar

SOAL

7. Tentukan tahanan listrik (Rt) jika diketahui suhunya sebesar 900C pada PT 100!

a. 135,169 Ωb.134,707 Ωc. 13,4707 Ωd.13,5169 Ω

Penyelesaian

Rt = R0 (1+At+Bt2)

= 100(1+ 3,9083x10-3x90+(-5,775x10-7x902)) = 100(1+35,1747x10-2-467,775x10-5) = 100(1,34706925) = 134,706925 ≈ 134,707 Ω

SOAL

8. Contoh alat yang menggunakan prinsip kerja bimetal adalah ....

a. Kipas angin, alarm kebakaranb.Kompor listrik, bel listrikc. Setrika, alarm kebakarand.Bel listrik, setrika

SOAL

9. Pemuaian lempeng pada bimetal berfungsi untuk ....a. Membuka atau menutup suatu rangkaian listrik.b. Menaikkan atau menurunkan suhuc. Menaikkan atau menurunkan tegangan d. Memperbesar atau memperkecil arus listrik

SOAL

10. Prinsip kerja RTD adalah ....a. Semakin panas benda, semakin cepat transfer

listriknya.b. Semakin panas benda, semakin lambat transfer

listriknya.c. Semakin panas benda, semakin besar atau semakin

tinggi nilai tahanan listriknya.d. Semakin panas benda, semakin kecil atau semakin

rendah nilai tahanan listriknya.