UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
Sensor Temperature ROBOTIK
Muhammad Irfan Ardiansyah 5115100201
1. Resistance Temperature Detector (RTD)
Resistance Temperatur Detectors (RTD) adalah sensor yang mengubah mengubah data pembacaan suhu menjadi hambatan atau resistansi. Sebagian besar terdiri dari unsur RTD panjang kawat halus melingkar melilit sebuah keramik atau gelas inti. Unsur ini biasanya cukup rapuh, sehingga sering ditempatkan di dalam probe berselubung untuk melindunginya. Materi yang memiliki perubahan diprediksi dalam perlawanan karena perubahan suhu; inilah perubahan yang diprediksi
Bahan Bahan yang digunakan dalam RTD: 1. platinum (paling banyak digunakan dan paling akurat) 2. nikel 3. tembaga 4. balco (jarang digunakan) 5. tungsten (jarang digunakan)
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
2
RTD adalah salah satu sensor suhu yang paling akurat. Tidak hanya memberikan akurasi yang baik, tapi juga memberikan stabilitas yang sangat baik . RTD juga relatif kebal terhadap gangguan listrik sehingga cocok untuk pengukuran suhu di lingkungan industri, terutama di sekitar motor, generator dan peralatan tegangan tinggi lainnya. Alat ini sangat jarang dipakai untuk alat-alat umum, dikarenakan harga belinya yang sangat mahal. Komponen ini mempunyai beberapa kekurangan, yaitu komponen memerlukan sumber listrik. Jenis-jenis RTD: 1. RTD elemen RTD elemen adalah bentuk sederhana dari RTD. Ini terdiri dari sepotong kawat dibungkus di sekitar inti keramik atau kaca. Karena ukuran kompak, elemen RTD biasanya digunakan bila ruang sangat terbatas.
2. RTD surface elemen RTD surface elemen adalah tipe khusus dari elemen RTD. Hal ini dirancang untuk menjadi setipis mungkin sehingga memberikan kontak yang baik untuk mengukur suhu permukaan datar.
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
3
3. RTD Probe RTD probe adalah bentuk paling kasar dari RTD. probe terdiri dari unsur RTD terpasang di dalam tabung logam, juga dikenal sebagai selubung. selubung melindungi elemen dari lingkungan.
2. Bimetallic Temperature Sensor
sensor ini mengubah mampu besaran suhu menjadi gerakan. sensor ini terbuat dari dua buah logam yang disatukan atau direkatkan menjadi satu. Cara kerja dari sensor ini adalah didasarkan karena setiap logam mempunyai koefisien muai yang berbeda-beda maka jika dua buah logam yang memiliki koefisien muai yang bebeda disatukan maka gabungan kedua logam itu akan melengkung jika dipanasi. Karena sifatnya yang bisa melengkung jika terkena panas maka bimetal ini sering dipakai sebagai saklar suhu otomatis atau sebagai alat ukur suhu analog.
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
4
salah satu aplikasi dari Bimetallic temperature sensor ini adalah pada setrikaan listrik pada setrika jika suhu melebihi batas yang telah ditentukan maka setrika akan mati sendiri dan akan ada bunyi "tik", itu sebenarnya adalah Bimetallic temperature sensor yang sedang melengkung. Disini bimetal berfungsi sebagai saklar suhu otomatis yang akan memutus kontak listrik jika suhu setrika melebihi batas yang ditentukan.
3. Thermocouple
Pada
intinya
Thermocouple terdiri
dari
sepasang
transduser
panas
dan
dingin
yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Tipenya terdiri dari berbagai macam, antara lain : Tipe B, R, S, K, E, J, T yang disesuaikan dengan kebutuhan dunia industri. Disamping itu material protection tubenya pun tersedia dalam berbagai ukuran dan jenis material dari SUS 304, SUS 316, SUS 310, Sandvik P4, Inconel 600, Inconel 800, Titanium, UMCO 50, Alsint 99.7%, Pythagoras, Silicon Nitride, dan Silicon Carbide. Sedangkan untuk kabel dari thermocouple ke transmitter umumnya dibuat 1 pair cable (2 kabel). thermocouple dibagi menjadi beberapa jenis, pembagian ini didasarkan oleh logam logam penyusun thermocouple. Jenis jenis thermocouple yaitu: 1.Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy) Thermocouple untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C. UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
5
2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy) Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik. 3. Tipe J (Iron / Constantan) Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding ti pe K
Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C 4.Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)) Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe KThermocouple tipe B, R, dan S adalah thermocouple logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah thermocouple yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C). 5. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh) Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 °C. 6. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. 7. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium) Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).] 8. Type T (Copper / Constantan) Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga,
dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C Adapun beberapa kelebihan yang dimiliki oleh Thermocouple, antara lain : UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
6
o
Spesifikasi lebih beragam
o
Biaya rendah (low cost), dan Kisaran temperatur luas sehingga dapat disesuaikan sampai temperature tinggi.
o
Waktu respon cepat
Sedangkan kekurangannya terdiri dari : o
Sensitivitasnya rendah
o
Membutuhkan suhu referensi
o
Nonlinearity
o
Terbatasnya akurasi sistem kesalahan kurang dari 1º C yang sulit dicapai
Karena thermocouple ini mampu mendeteksi rentang suhu yang tinggi maka thermocouple ini biasa dipakai di dunia industri atau para peneliti.
4. Thermistor
Thermistor adalah salah satu jenis sensor suhu yang mempunyai koefisien temperatur yang sangat tinggi. Fungsi utama dari komponen ini dalam suatu rangkaian elektronik adalah untuk mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperatur dalam rangkaian tersebut. Karakteristik yang demikian ini memungkinkan kita untuk dapat mengatasi beberapa masalah yang sederhana, seperti misalnya yang berkaitan dengan sensor temperatur, kompensasi temperatur, atau masalah sistem pengaturan yang lain. Thermistor ini dibedakan dalam tiga jenis, yaitu : 1. thermistor yang mempunyai koefisien temperatur negative yang biasa disingkat NTC (Negative Temperature Coefficient)
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
7
NTC adalah resistor yang mempunyai koefisien temperatur negatif yang sangat tinggi. Thermistor jenis ini dibuat dari oksida logam yang terdapat dalam golongan transisi. Oksidaoksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor yaitu dengan menambahkan beberapa ion lain (sebagai doping) yang mempunyai valensi yang berbeda. Sedangkan perubahan resistansinya karena pengaruh perubahan temperatur diberikan dalam bentuk kurva resistansi sebagai fungsi temperatur. 2. Thermistor yang mempunyai koefisien temperatur positif yang biasa disingkat PTC (Positive Temperature Coefficient) PTC merupakan resistor dengan koefisien temperatur positif yang sangat tinggi. Dalam beberapa hal, thermistor PTC berbeda dengan termistor NTC antara lain seperti yang dijelaskan berikut ini: Koefisien
temperatur
interval temperatur
dari
tertentu,
thermistor sehingga
PTC di
benilai
luar
positif
interval
hanya
tersebul,
dalam koefisien
temperaturnya bisa bernilai nol atau negatif. Pada umumnya, harga mutlak dari koefisien temperalur dari thermistor PTC jauh lebih besar dari pada thermistor NTC. 3. Thermistor yang mempunyai tahanan temperature kritis yang biasa disingkat CTR (Critical Temperature Resistance). Thermislor CTR dibuat dari V2O3 yang dipanaskan dengan serbuk oksida Ba atau oksida Si dan sebagainya, yang hasilnya dalam bentuk kaca. Thermistor jenis ini merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperatur negatif yang sangat tinggi. Penurunan resistansi yang drastis karena adanya pengaruh suhu tersebut terjadi pada transisi logam-semikonduktor dan berubah-ubah tergantung (sebagai fungsi) dari konsentrasi dopant, yaitu oksida logam, seperti Ge, Ni, W, atau M. Ketiga jenis thermistor ini masing-masing mempunyai kegunaan yang berbeda, karena karakteristik dari ketiga jenis termistor tersebut berbeda antara yang satu dengan yang lain. Akan tetapi, pada umumnya, bila kita menyebut kata termistor, maka termistor yang dimaksud adalah termistor NTC.
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
8
5. IC Sensor
IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear. Ada beberapa jenis IC yang sering digunakan sebagai sensor suhu contohnya LM335. Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan kesensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .Secara prinsip sensor akan melakukan penginderaan pada saat perubahan suhu setiap suhu 1 ºC akan menunjukan tegangan sebesar 10 mV. Pada penempatannya LM35 dapat ditempelkan dengan perekat atau dapat pula disemen pada permukaan akan tetapi suhunya akan sedikit berkurang sekitar 0,01 ºC karena terserap pada suhu permukaan tersebut. Dengan cara seperti ini diharapkan selisih antara suhu udara dan suhu permukaan dapat dideteksi oleh sensor LM35 sama dengan suhu disekitarnya, jika suhu udara disekitarnya jauh lebih tinggi atau jauh lebih rendah dari suhu permukaan, maka LM35 berada pada suhu permukaan dan suhu udara disekitarnya . Jarak yang jauh diperlukan penghubung yang tidak terpengaruh oleh interferensi dari luar, dengan demikian digunakan kabel selubung yang ditanahkan sehingga dapat bertindak sebagai suatu antenna penerima dan simpangan didalamnya, juga dapat bertindak sebagai perata arus yang mengkoreksi pada kasus yang sedemikian, dengan mengunakan metode bypass kapasitor dari V in untuk ditanahkan. Berikut ini adalah karakteristik dari sensor LM35. : 1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan faktor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/ºC, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius. 2. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5ºC pada suhu 25 ºC 3. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 ºC sampai +150 ºC. UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
9
4. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt. 5. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 µA. 6. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitu kurang dari 0,1 ºC
pada
udara diam. 7. Memiliki impedansi keluaran yang rendah yaitu 0,1 W untuk beban 1 mA. 8. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar ± ¼ ºC
Kelebihan: o
1.Rentang suhu yang jauh, antara -55 sampai +150 C o
2.Low self-heating, sebesar 0.08 C 3.Beroperasi pada tegangan 4 sampai 30 V 4. Rangkaian tidak rumit 4. Tidak memerlukan pengkondisian sinyal Kekurangan: Membutuhkan sumber tegangan untuk beroperasi
UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA
10
