RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)

A. PENGERTIAN

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. PT100 merupakan tipe

RTD yang paling populer yang digunakan di industri.

Resistance Temperature Detector merupakan sensor pasif, karena sensor ini

membutuhkan energi dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi

adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna

untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis. Resistance Temperature Detector

(PT100) digunakan pada kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C.

Gambar 1. RTD

Pada tipe elemen wire-wound atau tipe standar, RTD terbuat dari kawat yang tahan

korosi, yang dililitkan pada bahan keramik atau kaca, yang kemudian ditutup dengan

selubung probe sebagai pelindung. Selubung probe ini biasanya terbuat dari logam

inconel (logam dari paduan besi, chrom, dan nikel). Inconel dipilih sebagai selubung dari

RTD karena tahan korosi dan Ketika ditempatkan dalam medium cair atau gas, selubung

inconel cepat dalam mencapai suhu medium tersebut. Antara kawat RTD dan selubung

juga terdapat keramik (porselen isolator) sebagai pencegah hubung pendek antara kawat

platina dan selubung pelindung. Perhatikan gambar dibawah ini.

Sedangkan jenis logam untuk kawat dari RTD umumnya adalah platina. Kawat RTD

biasanya juga terbuat dari tembaga dan nikel. Namun platina adalah bahan yang paling

umum digunakan, karena memiliki tingkat akurasi yang lebih baik dan rentang suhu yang

lebih luas.

B. PRINSIP KERJA RTD

Ketika suhu elemen RTD meningkat, maka resistansi elemen tersebut juga akan

meningkat. Dengan kata lain, kenaikan suhu logam yang menjadi elemen resistor RTD

berbanding lurus dengan resistansinya. elemen RTD biasanya ditentukan sesuai dengan

resistansi mereka dalam ohm pada nol derajat celcius (0⁰ C). Spesifikasi RTD yang

paling umum adalah 100 Ω (RTD PT100), yang berarti bahwa pada suhu 0⁰ C, elemen

RTD harus menunjukkan nilai resistansi 100 Ω.

Dalam prakteknya, arus listrik akan mengalir melalui elemen RTD (elemen resistor)

yang terletak pada tempat atau daerah yang mana suhunya akan diukur. Nilai resistansi

dari RTD kemudian akan diukur oleh instrumen alat ukur, yang kemudian memberikan

hasil bacaan dalam suhu yang tepat, pembacaan suhu ini didasarkan pada karakteristik

resistansi yang diketahui dari RTD.

Elemen sensor RTD mempunyai dua tipe konfigurasi yang paling umum, yaitu

a. Wire-wound

Seperti yang dijelaskan pada sebelumnya, wire-wound merupakan tipe elemen

yang terdiri dari kumparan kawat logam (platina) yang melilit keramik atau kaca,

yang ditempatkan atau ditutup dengan selubung probe sebagai pelindung.

b. Thin-film

Thin-film merupakan tipe elemen RTD yang terdiri dari lapisan bahan resistif

yang sangat tipis (umumnya platina), yang diletakkan pada substrat keramik yang

kemudian dilapisi dengan epoxy atau kaca sebagai segel atau pelindungnya.

C. BAHAN PEMBUATAN RTD

Dengan bahan yang berbeda dalam pembuatan RTD akan menghasilkan hubungan

yang berbeda antara resistensi dan suhu. Bahan yang sensitif terhadap temperatur yang

digunakan dalam pembangunan RTD adalah platinum, nikel, dan tembaga, platinumlah

yang paling banyak digunakan. Karakteristik penting dari RTD adalah koefisien suhu

resistansi atau temperature coefisien resintance (TCR), resistansi nominal pada 0 °C dan

kelas toleransi. TCR menentukan hubungan antara resistensi dan suhu. Tidak ada batasan

untuk TCR yang dicapai, tetapi standar industri yang paling umum adalah untuk platinum

3850 ppm / K. Hal ini berarti bahwa resistansi dari sensor akan meningkat sebesar 0,385

Ohm per 1 °C kenaikan suhu. Resistansi nominal sensor RTD adalah besarnya resistansi

sensor pada saat memiliki suhu 0 °C. Meskipun hampir semua nilai resistansi dapat

dicapai untuk resistansi nominal, tetapi yang paling umum adalah platinum 100 Ohm

atau disingkat PT100. Akhirnya, kelas toleransi menentukan keakuratan sensor, biasanya

ditentukan pada titik nominal 0 °C. Ada standar industri yang berbeda yang telah

ditetapkan untuk akurasi antara lain standar ASTM dan DIN Eropa. Menggunakan nilai-

nilai TCR, resistansi nominal, dan toleransi karakteristik fungsional dari sensor RTD

dapat dikendalikan.

D. KONFIGURASI RTD

Selain bahan yang berbeda, RTD juga ditawarkan dalam dua konfigurasi utama yaitu

lilitan kawat dan film tipis. Konfigurasi lilitan kawat merupakan jenis RTD kumparan

dalam atau RTD kumparan luar. Konstruksi RTD kumparan dalam terdiri dari kumparan

resistif yang dililitkan melalui sebuah lubang pada isolator keramik, sedangkan

konstruksi RTD kumparan luar melibatkan lilitan bahan resistif yang berliku-liku di

sekitar silinder keramik atau kaca, yang kemudian diisolasi.

Gambar 5. Konfigurasi RTD kumparan kawat

Sedangkan konstruksi RTD Film tipis memiliki lapisan tipis bahan resistif yang

disimpan pada substrat keramik yang melalui proses deposisi, yaitu proses sebuah jalur

bahan resistif yang kemudian diukir ke sensor menggunakan pemangkasan laser untuk

mencapai nilai nominal sesuai karakteristik sensor. Bahan resistif tersebut kemudian

dilindungi dengan lapisan tipis dari kaca dan dipasang kabel utama yang dilas ke bantalan

pada sensor dan ditutup dengan kaca.

Gambar 6. Konfigurasi RTD film tipis

RTD film tipis memiliki keunggulan dibandingkan dengan konfigurasi kumparan

kawat. Keunggulan utamnya yaitu bahwa lebih murah, lebih kasar, lebih tahan getaran,

dimensi lebih kecil, waktu respon lebih baik, karakteristik hysterisis lebih baik serta

ketahanan kemasannya lebih tinggi. Untuk rentang waktu yang lama dan suhu yang

tinggi RTD kumparan kawat akurasinya jauh lebih baik, tetapi berkat perkembangan

teknologi RTD terakhir, sekarang ada teknologi RTD film tipis yang mampu mencapai

tingkat akurasi yang sama dengan RTD kumparan kawat.

Sebuah RTD dapat dihubungkan dalam konfigurasi dua, tiga, atau empat-kawat.

Konfigurasi dua kawat adalah yang paling sederhana dan juga yang paling rawan

kesalahan. Dalam konfigurasi ini, RTD terhubung dengan dua lead kawat arus ke sirkuit

jembatan Wheatstone dan tegangan output yang terukur, seperti terlihat pada gambar

berikut ini.

Gambar 7. Konfigurasu 2 kawat

Kerugian dari rangkaian di atas adalah bahwa dua lead kawat yang menghubungkan

RTD akan menambah secara langsung besarnya nilai resistansi RTD dan akan

menyebabkan terjadinya kesalahan pendeteksian suhu.

Konfigurasi tiga-kawat terdiri dari dua lead arus dan satu lead tegangan yang

mengukur penurunan tegangan pada RTD. Resistansi lead tegnagan yang tinggi untuk

meniadakan efek dari drop tegangan karena arus yang mengalir selama pengukuran,

seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar 8. Konfigurasi 3 kawat

Konfigurasi di atas sangat ideal untuk membatalkan resistansi kawat pada rangkaian

dan menghilangkan efek resistensi yang berbeda, yang mungkin merupakan masalah

pada konfigurasi dua-kawat. Konfigurasi tiga-kawat biasa digunakan untuk pengukuran

yang memerlukan akurasi yang baik pada aplikasi pengontrolan suhu.

Konfigurasi empat-kawat terdiri dari dua lead arus dan dua lead tegangan yang

mengukur penurunan tegangan pada RTD. Kedua resistasi yang tinggi pada lead

tegangan untuk meniadakan efek dari drop tegangan karena arus yang mengalir selama

pengukuran, seperti terlihat pada gambar berikut ini.

Gambar 9. Konfigurasi 4 kawat

Konfigurasi di atas sangat ideal untuk membatalkan resistensi kawat pada rangkaian

dan menghilangkan efek resistensi yang berbeda, yang mungkin merupakan masalah

pada konfigurasi tiga-kawat. Konfigurasi empat-kawat biasa digunakan pada saat

pengukuran yang memerlukan akurasi yang sangat tinggi dalam aplikasi pengontrolan

suhu.

Dalam kombinasi dengan menampilkan diagram pengkabelan, rangkaian yang lebih

kompleks sering digunakan. Ada banyak pilihan yang berbeda untuk rangkaian yang

bekerja dengan menggunakan sensor RTD. Jenis rangkaian yang paling penting dengan

penkondisian sinyal pada sekarang ini adalah, untuk tujuan linearitas bahwa rangkaian

harus dapat memasok eksitasi stabil untuk RTD. Setelah eksitasi stabil saat diterapkan

pada RTD, jalur pengkondisian sinyal dari rangkaian akan membatalkan resistansi utama,

dan keuntunganya dapat mengubah sinyal digital menggunakan ADC, yang kemudian

dapat dibaca oleh controller.

Gambar 10. Konfigurasi RTD yang lebih kompleks

E. BENTUK KONSTRUKSI RTD (PT100)

Pada dasarnya ada tiga bentuk dasar konstruksi RTD paltinum (PT100) yaitu RTD

(PT100) kumparan kawat pada keramik tubular, RTD (PT100) film tipis pada keramik,

dan RTD (PT100) kumparan kawat pada kaca tubular. Platinum digunakan dalam sensor

suhu RTD ini, karena sangat cocok untuk pengukuran suhu yang tepat bila diandingkan

dengan logam lain dan paduan logam lainnya, karena reaksi kimianya. RTD platinum

beroperasi atas dasar perubahan nilai resistamsi linear dengan adanya pengaruh suhu.

Gambar 11.Konstruksi RTD (PT100) kumparan kawat

Konstruksi dasar RTD (PT100) film tipis adalah melalui proses deposisi uap platinum

pada substrat keramik dengan penataan photolithography dan laser pemangkasan. Hal ini

memungkinkan sensor ini akan dibuat dalam ukuran yang sangat kecil, kurang dari 1,5 x

1.5 mm. Heastern Industries di Melbourne – Austarlia telah memasarkan RTD (PT100)

film tipisnya, dengan ukuran 1,5 x 1.5 mm untuk PT100 dan ukuran 15 x 30 mm untuk

PT1000 guna pengukuran suhu permukaan.

Oleh karena biaya operasi rendah dan ukuran kecil, serta akurasi, stabilitas dan masa

pemakaian yang lama, maka perangkat RTD (PT100) film tipis cocok untuk berbagai

macam pengukuran suhu presisi dalam industri makanan dan minuman, kertas, otomotif,

alat rumah tangga, peralatan medis, elektronik, komunikasi dan pembangkitan energi.

RTD (PT100) film tipis adalah sensor suhu yang unik dan fleksibel, yang digunakan

tidak hanya dalam aplikasi pengontrolan suhu, dimana suhu sendiri adalah penting, tetapi

juga informasi parameter terkait lainnya sangat diperlukan. Informasi ini dapat dengan

mudah diperoleh dengan menggunakan temperatur sebagai produk sampingan dari

proses. Hal ini memungkinkan RTD (PT100) film tipis digunakan untuk mengukur laju

aliran, ketegangan aliran, tingkat kekntalan aliran, dan mendeteksi kebocoran aliran.

Macam-macam bentuk konstruksi RTD (PT100) dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 12. Macam-macam bentuk RTD

Keterangan :

A. Cryogenic RTD

B. Hollow Annulus High Pressure LH2 RTD

C. Hollow Annulus LH2 RTD

D. 1/8" Diameter LN2 RTD

Gambar 13. Bentuk RTD (PT100) tipe probe

Gambar 14. Bentuk RTD (PT100) tipe batang

Gambar 15. Bentuk RTD (PT100) tipe WZP-230

Gambar 16. Bentuk RTD (PT100) tipe WZP-231

Gambar 17. Bentuk PT1000

TUGAS GAMBAR TEKNIK

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)

DISUSUN OLEH :

MUADZ SYAMSUDDIN

MUHAMMAD IHSAN YASIN

WAHYUNI BACTIAR

NURHIDAYAH

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG

2015