Tranduser dan Sensor

4.1. Pengantar

Transduser adalah alat yg mengubah energi dari suatu bentuk ke bentuk yg lain. Tranduser dapat dibagi menjadi kelas: transduser input dan transduser output (gambar 4-15).Transduser input - listrik mengubah energi non listrik, misalnya suara atau sinar menjadi tenaga listrik.Transduser output - listrik bekerja pada urutan  yg sebaliknya, Transduser tsb mengubah energi listrik pada bentuk energi non listrik.

Gambar 4-1 Transducer input-listrik dan output-listrik

Sensor adalah alat yg digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis transduser yg digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikatagorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, untuk otak mikroprosesor dari sistem otomatisasi industry (gambar 4-2).

Gambar 4-2. Sensor

4.1.1. Sensor Kedekatan (PROXIMITY)

Sensor atau saklar kedekatan adalah alat pilot yg mendeteksi adanya objek (biasanya disebut target) tanpa kontak fisik. Sensor tsb adalah alat elektronis solid-state yg terbungkus rapat untuk melindungi terhadap pengaruh getaran, cairan kimiawi dan korosif yg berlebihan yg dijumpai pada lingkungan industri. Sensor kedekatan digunakan apabila:

· Objek yg sedang dideteksi terlalu kecil, terlalu ringan atau terlalu lunak untuk dapat mengoperasikan mekanis saklar.

· Diperlukan respon yg cepat dan kecepatan penghubungan yg tinggi seperti pada pemakaian penghitungan atau pengusiran pengendali.

· Objek harus dirasakan melalui rintangan non logam seperti gelas, plastik dan kertas karton.

Sensor kedekatan induktif

Sensor kedekatan induktif adalah alat yg merasakan keberadaan suatu objek logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat maka aka nada arus listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Suatu pemakaian diperlihatkan pada gambar 4-3 (c).Sensor kedekatan ( A' dan B' ) mendeteksi target A dan B yg bergerak pada arah yg diperlihatkan oleh anak panah. Ketika A mencapai A' mesin berbalik arah putarnya, mesin berbalik lagi ketika B mencapai B'. Pada prinsipnya sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan output elektronis (gambar 4-3).

Gambar 4.3. Sensor kedekatan induktif

Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk gelombang ac dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan, osilator bekerja membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak ada bahan konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk pada medan frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg menyebabkan lebih kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila objek logam meninggakan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi, membuat sensor kembali lagi ke status normalnya.

Sensor Proximity kapasitif

Sensor Proximity kapasitif adalah alat yang merasakan keberadaan benda yang konduktif maupun non-konduktif. Kerja sensor ini didasarkan pada prinsip osilator. Kumparan sisi aktif sensor kapasitif dibentuk oleh dua elektroda logam (agak mirip dengan kapasitor terbuka). Lihat gambar 4-4.

Gambar 4-4. Sensor kedekatan kapasitif

Elektroda-elektroda ditempatkan pada loop umpan balik dari osilator frekwensi tinggi yang tidak aktif dengan "tanpa target". Pada saat target mencapai sisi sensor, target memasuki medan elektrostatis yang dibentuk oleh elektroda-elektroda. Ini menyebabkan kenaikkan kapasitansi perangkaian, dan rangkaian mulai berosilasi. Amplitudo osilasi diukur dengan rangkaian pengevaluasian yang membangkitkan sinyal untuk menghidupkan atau mematikan output elektronis.

Pemakaian tipikal diperlihatkan pada gambar 4-4.b cairan yang mengisi botol gelas atau plastic dapat dimonitor dari luar tabung dengan sensor proximity kapasitif. Sensor kedua mendeteksi pengisian, jika sudah mencapai level tertentu maka pengisian selesai.

4.2. Saklar magnet

Kontak saklar magnet, disusun dari dua plat kontak yang tertutup hermetic (kedap udara) pada tabung gelas yang diisi dengan gas pelindung. Pada saat magnet permanen mendekat ujung-ujung tab kontak saling bertemu, menarik satu sama lain dan menjadi kontak. Kalau magnetnya menjauh maka ujung-ujung kontak lepas lagi (lihat gambar 4-5). Keuntungan saklar ini adalah dia bebas kelembaban, tidak terpengaruh debu, asap atau uap, makanya berumur panjang.

Gambar 4-5. Saklar magnetis

Magnet permanen adalah pengangtif relai yang

Paling umum. Susunan yg paling umum diguna

Kan adalah metoda gerakan proximity, putaran

Dan metoda perlindungan (gambar 4-6). Alat

Gambar 4-6. Pengaktifan saklar magnetis

Ini juga dapat diaktifkan dengan electromagnet

dc. Relai ini menghasilkan bunga api  lebih

sedikit daripada saklar elektromagnetis konvensional, sehingga lebih handal. kekurangannya

adalah kemampuan mengalirkan arus dari relai ini terbatas.

4.3. Sensor Cahaya

Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor cahaya/sinar yg mengubah energi cahaya langsung menjadi energi listrik (gambar 4-7). Sel solar silikon yg modern pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yg transparan. jika ada penyinaran cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, Jadi menghasilkan tegangan dc yg kecil. Tegangan output adalah sekitar 0,5 V per sel pada sinar matahari penuh.

Gambar 4-7. Sel fotovoltaic atau sel solar

Sel fotokonduktif (juga disebut sel fotoresistif) adalah jenis transduser cahaya yg lain yg popular (lihat gambar 4-8). Energi cahaya yg jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan  perubahan tahanan sel. Jenis lain yg lebih populer adalah sel fotosulfida cadmium. Apabila permukaan alat ini gelap, maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dg terang tahanan turun pada tingkat harga yg rendah.

Gambar 4-8. Sel Fotokonduktif

Ada dua jenis sensor fotolistrik utama yg digunakan untuk merasakan posisi. Masing-masing memancarkan sorotan cahaya (cahaya yg dapat dilihat, inframerah atau laser) dan elemen yg memancarkan sinar (gambar 4-9). Sensor fotolistrik jenis reflektif digunakan untuk mendeteksi sorotan cahaya yg dipantulkan dari target. Sensor fotolistrik melalui sorotan digunakan untuk mengukur perubahan jumlah sinar yg disebabkan oleh target yg menyeberang sumbu optik.

Gambar 4-9. Sensor fotolistrik

Gambar 4-10 menunjukan aplikasi sensor fotolistrik sifat sensor tipe ini:

· Deteksi tanpa kontak. Deteksi tanpa kontak membatasi kerusakan pada target maupun kepala sensor, memastikan usia sensor yg lebih lama dan operasi yg bebas perawatan.

· Deteksi target dari setiap bahan yg sebenarnya. Deteksi didasarkan pada jumlah sinar yg diterima atau perubahan jumlah sinar yg dipantulkan. Metode ini memungkinkan deteksi target dari material yg berbeda misalnya kaca, logam, plastik, kayu dan cairan.

· Pendektesian jarak jauh. Jenis reflektif sensor fotolistrik mempuyai jarak pendeteksian 1 m dan jenis melalui sorot mempunyai jarak pendektesian 10 m.

· Respon kecepatan tinggi. Sensor fotolistrik ini mampu merespon kecepatan sebesar 50 mikro detik(1/20.000 detik).

· Diskriminasi warna. sensor ini mempunyai kemampuan mendeteksi sinar dari listrik, didasarkan pada reflektansi dan penyerapan warnanya, jadi memungkinkan pendeteksian dan pendis-kriminasian warna.

· Deteksi sangat cermat, Sistem optik yg unik dan rangkaian elektronis yg presisi memungkinkan penempatan dan pendeteksian yg sangat akurat dari obyek yg sangat kecil.

Sensor fotolistrik jenis reflektif digunakan untuk mendeteksi ada tidaknya label diperlihatkan pada gambar 4-10.(a).Pada gambar 4-10.b, head dari sensor fotolistrik melalui sorotan diletakkan diatas dan dibawah tahanan yang berjalan pada jalur produksi. Variasi pada jalur produksi mengubah jumlah sorotan laser, yang menyebabkan sinar laser terhalang.

Gambar 4-10. Penggunaan Sensor fotolistrik

Pada kebanyakan sensor fotolistrik, Light-Emiting Diode (LED) adalah sumber cahaya yang mentransmisikan, dan fototransistor adalah penerima (Gambar 4-11). Ketika beroperasi, cahaya dari LED jatuh pada input fototransistor, dan jumlah konduksi melalui transistor berubah. Output analognya menyediakan output yang sebanding dengan jumlah sinar yang mengenai fotodetektor.

Gambar 4-11. Operasi sensor fotolistrik

Teknologi kode batang (Bar Code) banyak digunakan di industry dan mencapai rentang penggunaan yang luas dengan capat.teknologi ini dapat digunakan untuk memasukkan data jauh lebih cepat dibandingkan metoda manual dan sangat akurat. Sistim kode batang (Bar code) terdiri dari tiga elemen utama:

- Simbol kode batang (Bar code)

- Scanner

- Dekoder

Simbol kode batang (bar code) berisi sampai tiga puluh karakter yang disandikan dalam bentuk yang bisa dibaca mesin. Karakter biasanya dicetak diatas atau dibawah kode batang sehingga data dapat dimasukkan secara manual jika symbol tidak dapat dibaca oleh mesin. Space (ruangan) kosong pada salah satu sisi dari symbol kode batang disebut daerah tenang, bersama-sama dengan karakter start dan stop, membiarkan scanner mengetahui apakah data memulai atau berakhir (gambar 4-12).

Ada beberapa jenis kode batang. Pada masing-masing kode, jumlah, huruf atau karakter yang lain dibentuk oleh jumlah tertentu dari batang dan spasi. Di Amerika, UPC (universal Product code) adalah symbol kode batang standar untuk pengecer makanan kemasan.

Gambar 4-11 simbol kode-batang (bar code)

Simbol UPC berisi semua informasi yang disajikan pada satu symbol (lihat gambar 4-12). Kode numeric berisi:

§ Jenis UPC (satu karakter)

§ Perusahaan  atau pengecer, nomor identitas (5 karakter).

§ nomor item UPC (5 karakter).

§ Digit pengecekan (1 karakter) digunakan untuk mengecek secara matematis keakuratan pembacaan.

Gambar 4-12. Symbol kode-batang (bar code) UPC.

Scanner kode-batang (bar code scanner) adalah mata rantai sistim pengumpulan data. Sumber cahaya didalam scanner dikenakan pada symbol kode-batang, batang-batang itu menyerap cahaya dan spasi akan memantulkan cahaya. Detektor foto menerima  cahaya yang membentuk pola sinyal elektronik yang kemudian disajikan dalam symbol yang tercetak. Dekoder menerima sinyal dari scanner dan mengubah data menjadi data karakter wakil dari kode symbol yang bersangkutan. Meskipun scanner dan decoder bekerja dalam satu tim, tetapi mereka dapat dipisah atau diintergrasikan tergantung pada pemakaiannya dilapangan.

Gambar 4-13.  Scanner dan decoder kode-batang (bar code)

4.4. Sensor Efek-Hall

Sensor Efek-Hall dirancang untuk merasakan adanya obyek magnetis, biasanya magnet permanen. Digunakan untuk mensinyal posisi komponen. Karena keakuratannya dalam mendeteksi posisi, sensor efek-Hall adalah jenis alat sensor yang popular. Gambar 4-14   menggambarkan bagaimana elemen Hall bekerja. Elemen Hall adalah bahan semikonduktor yang kecil, tipis dengan irisan rata. Apabila arus dilewatkan melalui irisan dan tidak ada medan magnet, tegangan output yang dihasilkan adalah nol. Apabila megnet dibawa menutup bahan semikonduktor, lintasan arus terganggu. Distorsi ini menyebabkan electron dipaksa kebagian sisi kanan bahan yang menghasilkan tegangan antara sisi alat. Sensor Efek-Hall menggunakan dua terminal untuk penguatan dan dua terminal untuk tegangan output.

Gambar 4-14.  Sensor Efek-Hall

Rangkaian terintegrasi digital efek-Hall digunakan pada saklar primity, dapat dianalogikan sebagai saklar mekanis yang mengalirkan arus ketika On dan menghalangi arus ketika Off. Sensor ini dapat digunakan untuk mengukur kecepatan. Ketika magnet melewati sensor, saklar efek-Hall aktif dan denyut atau pulsa akan terbentuk. Dengan mengukur frekwensi pulsa, kecepatan poros dapat ditentukan. Lihat gambar 4-

Transduser Efek-Hall analog mengeluarkan sinyal terus-menerus berbanding lurus dengan medan magnet yang muncul. Sensor Efek-Hall analog dapat digunakan untuk mendeteksi posisi. Karena magnet bergerak maju mundur, maka medan magnet menghasilkan tegangan negative pada saat mencapai kutub utara, dan positif pada saat mencapai kutub selatan. Lihat gambar 4-15.

Gambar 4-15  Sensor Efek-Hall digital dan Analog

4.5. Sensor Ultrasonik

Sensor Ultrasonik bekerja dengan mengirimkan gelombang suara menuju target dan mengukur waktu yang diperlukan  sinyal untuk kembali. Waktu yang diperlukan untuk kembali berbanding lurus dengan jarak atau tinggi okjek, sebab sinyal (suara) mempunyai kecepatan konstan. Pada gambar 4-16 sinyal gema yang kembali secara elektronis diubah kembali menjadi output 4 - 20 mA. Objek padat, cair, butiran dan tekstil dapat dideteksi dengan sensor ultrasonic. Refleksifitas suara dari permukaan cairan sama dengan objek padat. Tekstil dan bih menyerap gelombang suara dan mengurangi rentang penyensoran.

Gambar 4-16. Sensor Ultrasonik

4.6. Sensor  Tekanan

Pengukuran tekanan biasanya melibatkan 2 elemen yaitu: elemen dasar dan elemen transdusernya. Elemen dasar adalah bagian yang dapat berubah bentuk ketika dikenai tekanan, sedangkan elemen transduser mengubah perubahan itu menjadi sinyal listrik.

4.6.1. Elemen dasar pengukuran tekanan.

Transducer tekanan mengukur tekanan dengan cara mengukur distorsi / perubahan yang dihasilkan oleh tekanan pada bagian yang dapat ber-deformasi secara elastis, untuk bahan tertentu perubahan bisa berupa munculnya muatan listrik (electron).

Ada 4 struktur dasar yang biasanya digunakan dalam pengukuran tekanan yaitu:

·

• 
  
• Bellow
  
• Capsules
  

diapragma

· pipa Bourdon

Seperti yang terlihat pada gambar 4-17. (a)-(d) dibawah ini.

Gambar 4-17 . elemen-elemen dasar untuk sensor tekanan

Pressure

Motion

Flat diaphragm

Pressure

Motion

capsule

Pressure

Motionn

bellows

Pressure

Motion

C-shaped bourdon tube

Bellows

Pipa Bourdon

Diapragma

Capsules

motionn

Ketika ada tekanan yang mengenai benda-benda ini, maka akan terjadi deformasi elastis (berubah bentuk, seperti  pada diapragma permukaannya menjadi cekung atau cembung, bellow bentuknya bisa memanjang atau pada pipa bourdon yang bisa melingkar dan lurus. Untuk mengukur tekanannya, deformasi elastis tadi dimonitor oleh sensor lain yang dapat merubah deformasi menjadi sinyal listrik. Sensor-sensor yang biasa digunakan untuk konversi ke sinyal listrik diantaranya adalah strain gage danLVDT (akan dijelaskan nanti).

4.6.2. Sensor Tekanan dengan Strain Gage

Ein

a

C

Eout

D

R1

R2

R3

R4

The basic d-c Wheatstone bridge

B

A

Gambar 4-18 . (a).strain gage dalam formasi Wheatstone bridge. (b) &(c) contoh bentuk strain gegae

(a)

(c)

(b)

Strain gage adalah sejenis bahan yang nilai tahanannya dapat naik ketika dia meregang (membesar) atau turun ketika  menyempit. 'Perubahan tahanan' ini bisa dikonversi menjadi 'perubahan tegangan listrik' dengan menggunakan rangkaian Jembatan Wheatstone, lihat gambar 4-18 Cara kerja singkat dari Jembatan Wheatstone adalah sbb: pada keadaan awal (tidak ada perubahan tahanan), beda tegangan antara titik B dan C adalah 0 V, ketika terjadi perubahan nilai tahanan pada pada salah satu atau semuanya, maka beda tegangan antara B dan C tidak 0 V lagi.

Gambar 4-19 . sensor tekanan strain gage

Untuk mengukur tekanan, Strain gage ini kemudian dipasang pada permukaan diapragma, ketika tekanan bekerja pada diapragma dan diapragma  melengkung maka strain gage juga ikut melengkung, nilai tahanan strain gage berubah dan berarti tegangan antara B dan C berubah. Besarnya 'Perubahan tegangan' akan menunjukan besar tekanan yang bekerja pada diapragma, dengan demikian lahirlah 'transducer tekanan strain gage', bentuk transducer bisa dilihat pada gambar 4-19.Disamping diapragma, struktur lainpun dapat dipakai seperti below atau capsules,

Kemampuan pengukuran transducer ini cukup baik, jangkauan pengukuran (tergantung jenisnya) antara 0.5 psi sampai 3000 psi (sekitar 200 bar). Hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan sensor ini pada mesin adalah masalah getaran karena diapragma bisa ikut bergetar, akibatnya banyak sinyal-sinyal dari sensor ini yang bukan berasal dari tekanan tapi dari getaran, sehingga pengukuran menjadi tidak akurat. Untuk menghindari hal ini sensor dipasang pada daerah yang bebas getaran, antara obyek yang diukur dengan sensor dihubungkan dengan selang (yang khusus).

4.6.3. Sensor Tekanan Piezoelektrik

Transducer tekanan piezoelektrik adalah jenis transducer yang prinsip kerjanya didasarkan pada efek Piezoelektrik. Bahan Piezoelektrik adalah sejenis kristal (kristal quartz) yang apabila bahan ini dikenai tekanan (melengkung), akan muncul muatan listrik pada permukaannya. Dengan bantuan alat-alat elektronika (charge amplifier)  muatan tadi dapat diubah menjadi  tegangan listrik. Transducer ini mempunyai beberapa karakteristik yang khusus diantaranya yaitu:

· Dapat mengukur tekanan yang berubah-ubah sangat cepat (mampu mengukur perubahan sampai 500 kHz).

· Dia hanya bisa mengukur 'perubahan tekanan', tidak bisa mengukur nilai tekanan absolut, untuk itu keadaan tekanan awal harus diketahui, maka dalam penggunaan tekanan ini sering dibarengi sensor tekanan jenis lain yang digunakan hanya untuk mengukur tekanan awal. Hal ini terkait dengan karakter bahan piezoelektrik sendiri.

struktur transducer ini dapat dilihat pada gambar 4-20  .(a).

Gambar 4-20 . transducer tekanan piezoelektrik

(a). skema transducer

(b). transducer piezoelektrik     dengan pendingin air

Dalam kenyataan, transducer ini dapat dijumpai dengan berbagai macam konfigurasi, bahkan ada yang bisa dipasang langsung untuk mengukur tekanan ruang bakar mesin melalui lubang busi. Ada yang perlu air pendingin dan ada yang tidak, gambar 4-20.(b). memperlihat  transducer piezoelektrik yang perlu menggunakan air pendingin.

Aplikasi sensor ini di dunia industri sangat luas, seperti dalam industri otomotive, dengan karakternya yang khas itu, dia sangat cocok untuk mengukur perubahan tekanan di ruang bakar mesin, yang tekanannya memang berfluktuasi sangat tinggi. Dalam peralatan hidraulik dan turbin juga banyak digunakan, karena sensor ini tahan getaran dan kejutan. Akurasinya sekitar 1% dan jangkauan daerah ukurnya antara 0.1 psi sampai 10000 psi.

4.7. Sensor Suhu

Cara mengukur temperature bisa menggunakan bermacam-macam metode, akan tetapi secara garis besar cara kerja sensor temperature bisa digolongkan dalam 4 macam:

1. Sensor yang bekerja berdasarkan  perubahan arus listrik, yaitu Thermocouple.

2. Sensor yang bekerja berdasarkan perubahan tahanan listrik, termasuk dalam kategori ini seperti PRT dan Thermistor.

3. Sensor yang bekerja berdasarkan  analisa pancaran radiasi, sensor ini biasa disebut Pirometer.

4.7.1 Thermocouple

4.7.1.1. Prinsip kerja

Thermocouple bekerja berdasarkan efek Seebeck, yaitu bilamana ada 2 jenis logam berbeda dan kedua ujungnya (junction) disambungkan maka akan timbul e.m.f. (electro motive force), yang besarnya bergantung kepada beda temperatur antara kedua ujungnya. Rangkaian thermocouple bisa dilihat gambar 4-  dibawah ini.

THot

Tref

Tembaga    e.m.f.

Voltmeter

Besi

Gambar 4-21 . Thermocouple

Satu ujungnya digunakan untuk mengukur yang disebut Hot junction (Thot), sedang ujung yang lainya dijadikan referensi (Tref). Besarnya tegangan E yang dihasilkan dapat digambarkan dalam hubungan sbb:

E = a T + bT2

Dimana a dan b adalah konstanta (yang tergantung jenis bahan yang digunakan) dan T adalah THot - Tref. , karena itu jika temperatur kedua ujungnya sama tidak akan ada tegangan, maka biasanya Tref dibuat 0 oC. Untuk berbagai jenis logam yang biasa digunakan sebagai thermocouple, ada tabel standar yang menggambarkan hubungan antara temperatur dan tegangan yang dihasilkan (yang antara satu bahan dengan bahan yang lain berbeda), lihat gambar 4-21  .

70

60

50

40

30

20

10

0

500

1000

1500

2000

Chromal-constan

Iron-constan

Cooper-

constan

Tungsten-rhenium

Platinum-platinum/13% rhodium

Platinum-platinum/10% rhodium

TemperaturoC

Gambar 4-22 . Hubungan antara temperature dengan mV yang       dihasilkan

Ketika pengukuran dilakukan, untuk menjaga Tref supaya tetap 0 oC  digunakan es, , dimana B (sebagai titik referensi) kita masukkan ke dalam bak es yang temperaturnya adalah 0°C. Cara seperti ini disebut  Ice Point  Compensation (kompensasi titik es). Ketika tegangan listrik hasil pengukuran diketahui kemudian lihat di tabel standar, maka Temperatur di titik A diketahui.

Cara diatas seringkali tidak praktis dilapangan karena harus selalu menyediakan es, oleh karena itu ada cara lain dimana Tref tidak dibuat  0 oC, misalnya pada suhu kamar k. untuk itu dibutuhkan sensor tambahan, seperti  thermistor, untuk mengukur temperatur dari titik referensi, lihat gambar 4.23. Akan tetapi tabel standar tidak bisa langsung digunakan (karena dia dibuat pada Tref=0oC), berati koreksi harus dilakukan dengan cara sbb:

ET,0 = ET,k + Ek,0

ET,0 adalah tegangan pada temperatur T dengan Tref = 0 oC,

ET,k adalah tegangan pada temperatur T dengan Tref = k oC

Ek,0 adalah tegangan pada temperatur k dengan Tref = 0 oC

RT

Sensor tambahan

Tref

Gambar 4.23.  kompensasi dengan  sensor tambahan

Kadangkala dalam pengukuran temperatur, jarak antara yang diukur dengan sistim instrumentasinya berjauhan, sementara logam bahan thermocouple mahal, untuk itu digunakan kabel extension yang sifatnya mendekati bahan thermocouple asli tetapi jauh lebih murah.

4.7.1.2. Jenis-jenis Thermocouple

Thermocouple banyak sekali macamnya, beberapa diantaranya digunakan secara luas diberbagai bidang. Karena harganya murah, ketelitiannya lumayan misalnya thermocouple kelas 1 pada daerah pengukuran rendah dibawah 400 oC adalah ± 1 sampai 1.5 oC, dan untuk daerah pengukuran diatas 400 oC ketelitiannya ±0.004 oC. Disamping itu jangkauan pengukuran cukup besar (ada yang bisa mengukur diatas 2000 oC), tabel 1 dibawah ini menggambarkan bermacam-macam jenis Thermocouple:

Tabel 4-1. Jenis-jenis termocouple

Tipe

Kombinasi bahan

Jangkauan Pengukuran (OC)

Kawat +

Kawat -

K

NICKEL-CHROMIUM

NICKEL-ALUMUNIUM

0 sampai +1100

T

COPPER

COPPER-NICKEL

-185 sampai 300

J

IRON

COPPER-NICKEL

+20 sampai +700

N

NICKEL-CHROMIUM-SILICON

NICKEL-SILICON-MAGNESIUM

0 sampai +1100

E

NICKEL-CHROMIUM

COPPER-NICKEL

0 sampai +800

R

PLATINUM-13% RHODIUM

PLATINUM

0 sampai +1600

S

PLATINUM-10% RHODIUM

PLATINUM

0 sampai +1550

B

PLATINUM-30% RHODIUM

PLATINUM

+100 sampai 1600

4.7.2. RESISTANCE THERMOMETER DETECTOR (RTD)

Prinsip dasar dari RTD ini didasarkan pada fenomena bahwa tahanan suatu logam akan bertambah sesuai dengan kenaikan temperaturnya. Perubahan tahanan pada suhu T dapat digambarkan dalam persamaan berikut:

RT = R0 (1 + aT)

R0 adalah tahanan pada temperatur 0 oC,  dan a adalah konstanta yang merupakan koefisien temperatur dari tahanan. Dalam aplikasi, RTD adalah elemen resistor yang sederhana, yang berupa gulung kawat yang terbuat dari bahan Platinum,  Nickel, atau Nickel-Copper. Sensor ini ketelitiannya sangat tinggi akan tetapi jangkauan (range) pengukuran temperaturnya tidak tinggi. Standar tahanan yang biasa digunakan adalah 100W untuk suhu 0 oC.

Sensor jenis ini yang populer diantaranya adalah PRT (Platinum Resistance Thermometer), terbuat dari Platinum, karena akurasinya baik dan jangkauan temperaturnya relatif lebih tinggi dibanding RTD dari bahan Nickel atau copper.

Perbandingan RTD dengan Thermocouple adalah sbb:

Thermocouple

RTD

Akurasi

Kurang akurat

akurat

Jangkauan temperatur

Tinggi, -200 oC sampai +2000oC

Lebih rendah, -200 oC sampai 650 oC

Harga

Relatif murah

Lebih mahal

Stabilitas

kurang

Baik

Pengaruh vibrasi

Tidak masalah

Kurang baik

Kecepatan

cepat

lambat

4.7.3. Thermistor

0      50      100    150

15

10

5

Temperature oC

Gambar 4-24. hubungan antara tahanan dan temperatur dalam thermistor

Thermistor adalah sejenis bahan semikonduktor, dimana resistansinya akan berkurang (secara non-linier) jika temperatur naik. Hubungan antara tahanan dan temperatur dapat digambarkan sbb:

Gambar 2.6. macam-macam bentuk Thermistor.

Bead

Thermistor

Glass envelope

Rod

Thermistor

Thermistor

Disc

Jenis bahan thermistor bisa berasal Chromium, Iron, Nickel, Cobalt, contoh bentuk-bentuk thermistor bisa bermacam-macam seperti Disc, Rod, Bead seperti yang terlihat  pada gambar 4-26.

Keunggulan Thermistor dibanding sensor lain adalah: pertama karena bentuknya kecil sehingga dia bisa mengukur persis dilokasi yang diinginkan dan responnya cepat. Kedua setiap perubahan suhu 1 oC akan terjadi perubahan yang besar pada tahanannya. Kerugian thermistor adalah sifat Non-liniernya.

Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H