Sensor Kelembaban

27
Tugas Satuan Operasi Humidity (Kelembapan) Disusun Oleh Andy Warizky Matondang (070403073) Khairunnisa Batubara (070403119) Hendra Novirza Chaniago (080403002) Tri Utari (100403014) Utami Bela Ningsih (100403022) M. Yusuf Ritonga (100403027) Dosen Pembimbing: Ir. Parsaoran Parapat, MT. D E P A R T E M E N T E K N I K I N D U S T R I

description

karakteristik sensor kelembapan

Transcript of Sensor Kelembaban

Page 1: Sensor Kelembaban

Tugas Satuan Operasi

Humidity (Kelembapan)

Disusun Oleh

Andy Warizky Matondang (070403073)

Khairunnisa Batubara (070403119)

Hendra Novirza Chaniago (080403002)

Tri Utari (100403014)

Utami Bela Ningsih (100403022)

M. Yusuf Ritonga (100403027)

Dosen Pembimbing: Ir. Parsaoran Parapat, MT.

D E P A R T E M E N T E K N I K I N D U S T R I

F A K U L T A S T E K N I K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

2 0 1 2

Page 2: Sensor Kelembaban

Kelembapan (Humidity)

1.1. Kelembapan dan Moisture

Air yang terkandung di sekeliling udara adalah faktor yang penting untuk

kesehatan manusia dan binatang. Level kenyamanan ditentukan oleh kombinasi

dari dua factor: kelembaban relatif dan temeperatur lingkungan. Kelembaban

adalah faktor penting dalam mengoperasikan peralatan tertentu, seperti rangkaian

elektronik impedansi tinggi, komponen yang sensitif terhadap listrik statik,

peralatan tegangan tinggi, alat mekanis yang halus dan lain-lain. Petunjuk

praktisnya adalah memastikan bahwa kelembaban relatif mendekati nilai 50%

pada temperatur ruang yang normal (20-25°C). ketentuan ini bisa bervariasi dari

serendah 38% untuk ruang bersih kelas 10 sampai 60% dalam ruang operasi

rumah sakit. Kelembaban adalah unsur umum pada barang-barang manufaktur

dan bahan-bahan olahan.

Kelembaban dapat diukur dengan alat yang disebut higrometer. Higrometer

pertama ditemukan oleh Sir John Lelie (1766-1832). Untuk mendeteksi

kandungan air di udara sensor higrometer harus selektif terhadap air dan sifat-sifat

sensor tersebut harus dapat diatur oleh konsentrasi air. Pada umumnya sensor uap

air, kelembaban dan sensor temperatur embun dapat berupa sensor kapasitif,

konduktif, osilasi, ataupun optik. Sensor optik untuk gas mendeteksi temperatur

titik pengembunan sedangkan higrometer optik untuk mendeteksi larutan organik

menggunakan sifat penyerapan larutan organik terhadap cahaya near-infrared

(NIR) dengan rentang spektrum dari 1,9 sampai 2,7 µm.

Banyak cara untuk menyatakan kandungan air di udara dan kelembaban, hal

ini sering tergantung pada aplikasi industri atau aplikasi khusus. Kandungan air

pada gas kadang-kadang dinyatakan dalam pound uap air per juta kaki kubik gas.

Kandungan air pada zat cair dan zat padat pada umumnya dinyatakan dalam

persentase air per total massa (berdasarkan berat basah), akan tetapi dapat juga

dinyatakan berdasarkan berat kering. Kandungan air dalam zat cair dengan daya

campur air yang rendah biasanya dinyatakan dalam PPMw (part per million by

weight).

Page 3: Sensor Kelembaban

Istilah moisture pada umumnya berkenaan dengan kandungan air pada

beberapa material, tetapi untuk alasan praktis istilah ini hanya digunakan pada zat

cair dan zat padat, sedangkan istilah humidity berkenaan dengan kandungan uap

air pada gas.

Moisture : jumlah air yang terkandung dalam zat cair atau zat padat karena

penyerapan dan dapat dihilangkan tanpa merubah sifat-sifat kimianya. Mixing

ratio (humidity ratio/r) : massa uap air per satuan massa gas kering.

1.2. Jenis-Jenis Kelembapan

Terdapat dua jenis kelembapan, yaitu:

1. Absolute humidity/kelembaban absolut

Bilangan yang menunjukkan berapa gram uap air yang tertampung dalam satu

meter kubik udara. Dapat dikatakan kelembaban absolut adalah berat jenis uap air.

Kelembaban absolut dapat diukur dengan menggunakan rumus:

dw=m/v.

dimana, m = massa uap air

v = volum gas basah

Sebagai contoh, melewatkan sejumlah udara yang telah diukur melalui bahan

penyerap kandungan air (seperti silica gel) dengan menimbang sebelum dan

sesudah penyerapan. Kelembaban absolut dinyatakan dalam gram per meter

kubik, atau grain per kaki kubik. Karena pengukuran ini tergantung tekanan

atmosfir maka pada umumnya tidak bermanfaat dalam teknik praktis.

2. Kelembaban relatif

Bilangan yang menunjukkan berapa persen perbandingan antara uap air yang

ada dalam udara saat pengukuran dan jumlah uap air maksimum yang dapat

ditampung oleh udara tersebut. Kelembapan ini merupakan perbandingan tekanan

uap sebenarnya pada udara dalam beberapa temperatur sampai tekanan uap jenuh

maksimum pada temperatur yang sama. Kelembaban relatif dalam persen

didefinisikan sebagai berikut:

Page 4: Sensor Kelembaban

Dimana ,

Pw : tekanan uap parsial

Ps : tekanan uap air jenuh pada temperatur yang diberikan.

H : persentase konsentrasi dari kandungan uap

Sebuah cara alternatif untuk menampilkann RH adalah sebagai rasio atau

perbandingan fraksi mol uap air dalam udara dengan fraksi mol uap air dalam

udara pada saat jenuh. Nilai Pw dengan tekanan parsial udara kering Pa sama

dengan tekanan atmosfer Patm.

Pada temperatur di atas titik didih, tekanan air dapat menggantikan semua

gas dalam tempat tertutup. Kemudian atmosfir akan seluruhnya terdiri dari uap

super panas. Dalam kasus ini, Pw=Patm.. Pada temperatur di atas 100°C, RH tidak

dapat dijadikan indikator kandungan air karena pada temperatur ini Ps selalu lebih

besar daripada Patm, dan RH maksimum tidak pernah dapat mencapai 100%. Jadi,

pad tekanan atmosfir normal dan temperatur 100°C, RH maksimumadalah 100%,

sedangkan pada temperatur 200°C RH maksimum hanya mencapai 6%. Di atas

suhu 374°C, tekanan jenuh tidak ditetapkan secara termodinamika.

Kelembaban relatif menunjukkan hubungan terbalik dengan temperatur

absolut. Temperatur titik pengembunan biasanya diukur dengan cermin yang

didinginkan. Bagaimanapun juga, pengukuran titik pengembunan di bawah 0°C

hasil pengukuran menjadi tidak menentu, sebagaimana kandungan air akhirnya

akan membeku dan akan terjadi pertumbuhan pola krital secara perlahan, mirip

dengan pembentukan kepingan salju. Meskipun demikian, kandungan air dapat

tetap ada pada fase zat cair selama waktu yang panjang dalam temperatur di

bawah 0°C tergantung beberapa variabel sperti agitasi molekuler, laju konveksi,

temperatur sampel gas, kontaminasi-kontaminasi dan seterusnya.

Persamaan berikut ini menghitung titik pengembunan dari kelembaban

relatif dan temperatur. Semua temperatur dalam Celcius.

Page 5: Sensor Kelembaban

Tekanan uap jenuh pada air dapat ditemukan dari:

Dan temperatur titik pengembunan ditemukan dari perkiraan:

Dimana:

Tabel 1.1 Kelembaban Relatif pada Larutan Garam jenuh

1.3. Sensor Kelembapan

Sensor kelembaan adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk membantu

dalam proses pengukuran atau pendifinisian yang suatu kelembaban uap air yang

terkandung dalam udara. Jenis-jenis sensor kelembapan yaitu:

1. Sensor Kapasitif

Kapasitor dielektrik udara dapat berguna sebagai sensor kelembaban, karena

kandungan air dalam atmosfir merubah permitifitas elektrik udara menurut

persamaan berikut:

Page 6: Sensor Kelembaban

Dimana

T : temperatur absolut (dalam Kelvin),

P : tekanan udara basah (dalam mm Hg),

Ps : tekanan uap air jenuh pada temperatur T (dalam mm Hg),

H : kelembaban relatif (dalam %).

Persamaan di atas menunjukkan bahwa konstanta dielektrik udara basah dan

oleh karena itu kapasitansi sebanding dengan kelembaban relatif.

Selain udara, ruang antara plat kapasitor dapat diisi dengan isolator yang tepat

yang memiliki konstanta dielektrik yang berubah secara signifikan terhadap

perubahan kelembaban. Sensor kapasitif dapat dibuat dari lapisan tipis polimer

higroskopis dengan elektrode logam yang diletakkan pada sisi yang berlawanan.

Dalam salah satu desain, dielektrik tersusun atas lapisan tipis polimer higrofil

(tebal 8-12µm) yang terbuat dari serat acetate butyrate dan dimetyleptalate

sebagai plasticizer. Ukuran sensor lapisan tipis sebesar 12x12 mm. Elektrode

keping berpori yang dibuat dari emas dengan diameter 8mm dengan tebal 200 Å

diletakkan pada polimer dengan teknik pengendapan vacum. Lapisan tipis tersebut

diapit oleh pemegang dan elektrode yang disambungkan ke terminal. Kapasitansi

dari sensor dengan susunan sperti itu mendekati sebanding dengan kelembaban

relatif H.

Dimana C0 adalah kapasitansi pada saat H=0.

Untuk membuat sensor kapasitif dengan akurasi 2% dalam rentang RH 5%

sampai 90% dapat dicapai dengan rangkaian sederhana seperti yang terlihat pada

gambar 2.1. Kapasitansi nominal pada RH 75% adalah 500 pF. Rangkaian ini

mempunyai fungsi transfer yang tidak benar-benar linier dengan offset pada

kelembaban 0% kira-kira sebesar 370 pF dan slope 1,7 pF/% RH. Rangkaian ini

secara efektif membentuk dua fungsi: membuat konfersi kapasitansi ke tegangan

dan mengurangi offset kapasitansi untuk menghasilkan tegangan output dengan

intersep nol. Inti dari rangkaian ini adalah saklar analog self-clocking LT1043

yang memultiplex beberapa kapasitor pada sambungan penambahan (virtual

ground) dari Opamp U1. Kapasitor C1 adalah untuk pengurangan offset kapasitansi

Page 7: Sensor Kelembaban

sedangkan kapasitor C2 dihubungkan seri dengan sensor kapasitif S1. Tegangan

rata-rata yang melintasi sensor harus nol, jika tidak, migrasi elektrokimia bisa

merusak sensor secara permanen. Kapasitor non-polar C2 melindungi sensor dari

muatan dc. Trimpot P2 berfungsi untuk mengatur jumlah muatan yang dikirim ke

sensor dan trimpot P1 untuk mengatur muatan offset yang telah dikurangi dari

sensor. Muatan bersih digabungkan dengan muatan kapasitor feedback C3.

Kapasitor C4 mempertahankan keluaran tegangan dc ketika sensor dilepas.

-

Gambar 1. Rangkaian sederhana untuk mengukur kelembaban dengan

sensor kapasitif

Page 8: Sensor Kelembaban

Gambar 2. Fungsi Transfer Sensor Kapasitif Dan Sistem

Teknik yang serupa dapat digunakan untuk mengukur kadar air dalam sample.

Metode pengukuran kadar air ini benar-benar bermanfaat dalam kontrol

pembuatan produk-produk farmasi. Konstanta dielektrik dari kebanyakan tablet

medis benar-benar kecil (antara 2,0 sampai 5,0). Sample yang akan diukur

diletakkan diantara dua plat, kedua plat ini membentuk sebuah kapasitor dengan

bahan dielektrik sample tersebut, dan dihubungkan dengan rangkaian osilator LC.

Kemudian frekuensinya diukur dan frekuensi ini berhubungan dengan kandungan

air pada sample. Metode ini memilki beberapa kelemahan, misalnya: akurasi yang

rendah pada saat mengukur kadar air dibawah 0,5%, sample harus dibersihkan

dari material asing yang memiliki konstanta dielektrik yang relatif tinggi

(misalnya, logam, plastik, ketebalan bungkus) serta bentuk sample harus

dipertahankan.

Gambar 3. Sistem Sensing Kelembaban Dengan Sensor Kapasitif

Page 9: Sensor Kelembaban

Gambar 4. Sensor kelembaban kapasitif lapisan film tipis: (A) bentuk plat

kapasitor interdigitized electrode; (B) irisan melintang dari sensor

Sensor kelembaban kapasitif lapisan tipis (thin film) dapat dibangun diatas

substrat silikon lapisan SiO2 stebal 3000 Å ditumbuhkan diatas subtrat Si jenis n

(gambar 1.1.4B). Dua elektrode logam diendapkan pada lapisan SiO2.Elektrode

ini terbuat dari aluminium, chrom, atau phosphorus-doped polysilicon dengan

teknik LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) atau pengendapan uap

kimia tekanan rendah. Ketebalan elektrode antara 2000-5000 Å. Elektrode

dibentuk sedemikian rupa seperti terlihat pada gambar 1.1.4A. Untuk

menyediakan kompensasi temperatur maka dibuat dua resitor yang sensitif

terhadap temperatur pada substrat yang sama. Lapisan atas sensor dilapisi lapisan

dielektrik. Untuk lapisan ini beberapa bahan dapat dipakai seperti pengendapan

uap SiO2 secara kimiawi (CVD=chemically vapor-deposited) atau atau lapisan

phosphorsilicate (PSG=phosphorosilicate glass). Ketebalan lapisan ini antara

300-4000 Å.

Rangkaian listrik ekuivalen yang disederhanakan ditunjukkan pada gambar

1.1.5. setiap bagian dari rangkaian mewakili jalur transmisi RC. Ketika

kelembaban relatif naik maka resistansi permukaan akan turun dan kapasitansi

antara terminal 1 dan 2 akan naik. Kapasitansi bergantung kepada frekuensi, oleh

sebab itu untuk range pengukuran kelembaban yang rendah, sebaiknya frekuensi

dipilih mendekaati 100 Hz, sebaliknya untuk range pengukuran kelembaban yang

lebih tinggi sebaiknya frekuensi dipilih antara 1-10 kHz.

Page 10: Sensor Kelembaban

Gambar 5. Rangkaian listrik ekuivalen yang disederhanakan

Secara singkat prinsip kerja dari sensor kapasitif yakni:

Memanfaatkan perubahan kapasitif

perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping

pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan langsung

Perubahan jarak antara kedua keping

Contoh sensor

Gambar 6. Sensor Relative Humidity HS-15P

Pada prinsipnya cara kerja sensor  ini adalah mendeteksi besarnya

kelembaban relatif udara di sekitar sensor tersebut. HS15P yang mendeteksi

kelembaban di sekitarnya akan merubah frekuensi oscilator dan akan

mengirimkan data ke mikrokontroler slave. Dari mikro slave akan dilanjutkan ke

mikro master. Selanjutnya mikro akan menganalisa data, mikro melakukan

dengan cara membandingkan antara data yang dikirim dan data masukan. Apabila

dalam membandingkan tersebut diatas kelambaban yang ditentukan dibawah atau

diatas dari data yang dikirim sensor maka alat akan bekerja untuk menyesuaikan

kelembaban menjdi sesuai dengan yang diharapkan.

Page 11: Sensor Kelembaban

Karakteristik sensor HS15P

1. Bekerja pada rating temperatur 0°C sampai dengan 50°C

2. Bekerja pada rating kelembaban 20 % sampai dengan 100 % RH

3. Tegangan kerja adalah tegangan AC 1 Vrms

4. Frekuensi kerja adalah 50 Hz sampai dengan 1 KHz

5.Konsumsi daya adalah 0,3 mW

Dengan perubahan temperatur dengan kenaikan 5°C maka kurva karakteristik

Relative Humidity  akan bergeser berbanding  terbalik (logarimatik) dengan

perubahan impedansi.

Dalam dunia industri sensor ini banyak diaplikasikan dalam:

Sistem Pengendalian Suhu Dan Kelembaban

Pada Mesin Pengering Kertas

2. Sensor Konduktifitas Listrik

Resistansi konduktor non-logam pada umumnya tergantung kandungan airnya,

fenomena ini sebagai dasar sensor kelembaban resistif atau yang disebut hygristor.

Konsep umum pada sensor kelembaban konduktif dapat dilihat pada gambar

1.2.1. Sensor mengandung bahan yang memiliki resistifitas rendah yang berubah

secara signifikan terhadap kondisi kelembaban yang bervariasi. Bahan ini

diletakkan diatas dua elektrode yang dibuat sedimikian rupa agar dapat

memberikan kontak yang luas terhadap udara. Ketika molekul air diserap oleh

lapisan atas, maka resistifitas antara elektrode berubah dan dapat diukur dengan

rangkaian elektronik. Sensor seperti ini pernah dikembangkan oleh F. W Dunmore

pada tahun 1935, sensor ini terdiri dari lapisan tipis higroskopis yang mengandung

2-5% larutan LiCl. Contoh lain dari sensor kelembaban konduktif adalah yang

disebut sebagai “pope element” yang mengandung lapisan tipis polystyrene yang

diperlakukan dengan asam sulfur untuk mendapatkan karakteristik resistifitas

permukaan yang diinginkan.

Page 12: Sensor Kelembaban

Gambar 7. Komposisi sensor kelembaban konduktif

Gambar 8. (A) Struktur Al2O3 dalam sensor kelembaban; (B) rangkaian

ekuivalen sensor.

Bahan-bahan lainya yang diharapkan bisa dibuat untuk sensor konduktifitas

adalah polielektrolit padat karena konduktifitasnya bervariasi terhadap

kelembaban. Stabilitas dan repeatabilitas yang bagus dari senyawa ini, meskipun

pada umumnya besar dan secara signifikan dapat diperbaiki dengan memasukkan

jaringan polimer, pembawa dan alat pembantu. Ketika diukur pada 1kHz, sampel

Page 13: Sensor Kelembaban

percobaan menunjukkan perubahan impedansi dari 10 MΩ sampai 100 Ω pada

perubahan RH dari 0% sampai 90%.

Sensor kelembaban solid-state dapat dibuat pada substrat silikon (Gambar

8.A). silikon yang dipakai harus memilki konduktifitas tinggi, yang dapat

menyediakan jalur listrik dari elektrode alumunium yang diendapkan secara

vacum diatas permukaannya. Sebuah lapisan oksida terbentuk pada sisi atas

lapisan konduktif alumunium, dan diatasnya, elektrode lainnya dibentuk. Lapisan

alumunium dibuat menjadi anoda untuk membuat permukaan oksida berpori-pori.

Bentuk dari pori-pori cukup untuk ditembus oleh molekul air. Elektrode yang

lebih atas dibuat dari emas berpori-pori yang dapat ditembus oleh gas dan dapat

menyediakan hubungan listrik. sambungan listrik dibuat dari lapisan emas dan

silikon. Seperti kebanyakan bahan-bahan lainnya, alumunium oksida (Al2O3),

dapat menyerap air ketika bersentuhan dengan gas yang mengandung air dalam

fase uap. Jumlah serapan air sebanding dengan tekanan uap parsial dan

berbanding terbalik dengan temperatur absolut. Alumunium oksida adalah bahan

dielektrik. Konstanta dielektrik dan resistifitas permukaannya berubah karena

penyerapan air. Oleh karena itu bahan ini dapat digunakan sebagai bahan sensor

kelembaban.

Gambar 8.B menunjukkan rangkaian ekifalen, nilai R1 dan C1 tergantung

pada ukuran dan kepadatan rata-rata dari pori-pori. Komponen resitansi dan

kapasitansi bervariasi terhadap jumlah molekul air yang menembus pori-pori dan

menempel pada permukaan. R2 dan C2 mewakili resitansi dan kapasitansi dari

bahan oksida antara pori-pori, oleh karena itu nilai ini tidak terpengaruh oleh

kelembaban. C3 adalah ekifalen kapasitansi yang ditentukan oleh pengukuran

resitansi total dalam udara kering pada frekuensi yang sangat rendah. Resistansi

sensor menjadi sangat tinggi (> 108Ω) pada frekuensi mendekati dc. Jadi

pengukuran kelembaban meliputi pengukuran impedansi sensor. Resistansi dan

kapasitansi sisa yang tergantung faktor selain kelembaban tetap ada dan terhubung

langsung dengan variabel yang bergantung kelembaban, hal ini menyebabkan

pengurangan yang terus menerus terhadap slope (sensitifitas) ketika kelembaban

turun, yang sebaliknya mengurangi akurasi pada pengukuran kelembaban yang

Page 14: Sensor Kelembaban

rendah. Karena temperatur adalah faktor dalam pengukuran kelembaban, sensor

biasanya mengkombinasikan sensor kelembaban denagn thermistor serta

kapasitansi referensi pada kemasan yang sama yang dapat melindungi pengaruh

kelembaban dan agar sensor mempunyai koefisien temperatur yang rendah.

3. Sensor Konduktifitas Panas

Penggunaan konduktifitas panas gas untuk mengukur kelembaban dapat

dikerjakan dengan menggunakan sensor thermistor (Gambar 9. A). Dua thermistor

kecil (Rt1 dan Rt2) didukung oleh kabel tipis untuk meminimalkan hilangnya

konduktifitas panas ke kemasan sensor. Thermistor sebelah kiri dialiri gas melalui

lubang fentilasi dan thermistor sebelah kanan ditutup rapat-rapat dalam udara

kering, kedua thermistor disambungkan ke rangkaian jembatan R1 dan R2 yang

diberi tegangan dari +E. Thermistor panas dengan sendirinya karena ada arus

yang melewatinya, temperaturnya naik sampai diatas 170 °C melebihi temperatur

sekitar. Awalnya jembatan resistor imbang dalam udara kering untuk membuat

titik referensi nol. Output sensor ini berangsur-angsur naik seiring kelembaban

absolut yang naik dari nol. Pada kelembaban sekitar 150 g/m3, outputnya

mengalami saturasi dan pada kelembaban 345 g/m3 kemudian outputnya turun

dengan polaritas yang berubah (Gambar 9. B)

Gambar 9. Sensor Absolut Humidity dengan self-heating thermistor:

(A) Desain dan sambungan listrik (B) Tegangan keluaran

Page 15: Sensor Kelembaban

4. Higrometer Optik

Kebanyakan sensor kelembaban memperlihatkan masalah kehandalan,

khususnya histerisis dengan nilai dari 0.5% sampai 1% RH. Dalam kontrol proses

yang presisi, hal ini bisa menjadi faktor pembatas, oleh karena itu metode

pengukuran kelembaban secara tidak langsung sebaiknya dipertimbangkan.

Metode yang paling efisien adalah penghitungan kelembaban absolut dan

kelembaban relatif melalui temperatur titik embun. Seperti yang telah dinyatakan

didepan bahwa titik embun adalah temeperatur dimana fase cair dan fase uap

airnya dalam keadaan seimbang. Temperatur dimana fase uap dan fase padat

dalam keadaan seimbang disebut titik beku. Pada titik embun hanya ada nilai

tekanan uap. Oleh karena itu, kelembaban absolut dapat diukur dari temeperatur

ini sepanjang tekananya diketahui. Metode yang terbaik dalam pengukuran

kandungan air dengan efek histerisis minimum dapat dicapai dengan

menggunakan higrometer optik.

Ide dasar dibalik higrometer optik adalah penggunaan cermin yang suhu

permukaannya dipertahankan dengan presisi oleh pompa panas thermolistrik.

Temperatur cermin dikontrol agar berada pada ambang batas pembentukan

embun. Sampel udara dilewatkan agar mengenai permukaan cermin, jika

temperatur cermin melewati titik embun maka sampel udara akan melepaskan

kandungan airnya dalam bentuk tetesan air. Sifat reflektif cermin akan berubah

pada saat pengembunan air karena tetesan air akan menyebarkan sinar. Perubahan

reflektifitas cermin dapat dideteksi dengan photodetektor yang tepat.

Gambar 10. menunjukkan digram blok higrometer cermin. Higrometer ini

terdiri dari pompa panas yang dioperasikan pada efek peltier. Pompa panas

memindahkan panas dari permukaan cermin tipis telah dipasang sensor. Sensor ini

adalah bagian dari termometer digital yang menampilkan temperatur cermin.

Rangkaian higrometer ini bertipe diferensial, dimana optokopler bagian atas yaitu

sebuah LED dan photodetektor digunakan untuk kompensasi drift, optokopler

bawah untuk mengukur reflektifitas cermin. Kesimetrian sensor dapat

diseimbangkan dengan memasukkan keseimbangan optik ke dalam jalur cahaya

pada optokopler atas. Optokopler bawah ditempatkan dengan sudut 45° terhadap

Page 16: Sensor Kelembaban

cermin. Di atas titik embun cermin dalam keadaan kering dan reflektifitasnya

tertinggi. Pompa pengontrol panas menurunkan temperatur cermin. Sesaat

kemudian terjadi pengembunan, reflektifitas cermin berangsur-angsur turun dan

menyebabkan berkurangnya arus yang melewati photodetektor. Sinyal

photodetektor melewati pengontrol dengan tujuan mempertahankan arus yang

melalui pemompa panas agar temperatur permukaan cermin tetap pada level titik

embun supaya tidak terjadi pengembunan dan penguapan lagi pada permukaan

cermin. Sebetulnya molekul air terus menerus terperangkap dan lolos dari

permukaan, akan tetapi rata-rata kepadatan pengembunan tidak merubah

keseimbangan setelah keseimbangan pertama telah dicapai.

Karena temperatur sensor permukaan cermin menentukan titik embun yang

berlaku, hal ini menjadi pertimbangan metode paling akurat dan paling mendasar

dalam pengukuran kelembaban. Histerisis sebenarnya telah dihilangkan dan

sensitifitasnya mendekati 0,03 °C DP (dew point). Darai titik embun, semua

parameter kelembaban seperti %RH, tekanan uap dan sebagainya bisa didapatkan

selama tekanan diketahui.

Ada beberapa masalah yang berhubungan dengan metode ini. Yaitu biaya

yang mahal, kontaminasi cermin dari kotoran serta konsumsi daya yang relatif

tinggi oleh pompa panas. Masalah kontaminasi sebenarnya dapat dihilangkan

dengan menggunakan filter partikel dan dengan teknik khusus yaitu dengan

sengaja mendinginkan cermin sampai dibawah titik embun agar terjadi

pengembunan yang berlebihan kemidian diikuti dengan pemanasan cermin

dengan cepat. Ini akan membersihkan partikel yang mengotori cermin, sehingga

cermin akan tetap bersih.

Page 17: Sensor Kelembaban

Gambar 10.Diagram Blok Sensor Higrometer Optik

5. Higrometer Osilasi

Ide pembuatan higrometer osilasi mirip dengan sensor higrometer optik.

Perbedaanya adalah pada pengukuran titik embun tidak ditentukan dengan

reflektifitas optik permukaan cermin tetapi ditentukan dengan mendeteksi

perubahan massa dari plat yang didinginkan. Plat yang didinginkan ini dibuat dari

kristal quartz tipis yang menjadi bagian dari rangkaian osilator. Ini menunjukkan

nama lain dari sensor, yaitu piezoelectric hygrometer, karena plat quartz ini

bekerja berdasarkan efek piezoelectric.

Kristal quartz digandeng dengan pendingin peltier yang mengontrol

temperatur kristal dengan derajat keakuratan yang tinggi (Gambar 11). ketika

temperatur turun sampai titk embun, lapisan tipis air yang tertinggal pada

permukaan kristal quartz, karena massa kristal berubah, frekuensi resonansi juga

berubah dari f0 – f1. frekuensi baru ini (f1) sesuai dengan ketebalan lapisan air yang

menempel pada kristal. Perubahan frekuensi mengontrol arus yang melewati

pendingin peltier agar temperatur pada kristal quartz tetap di titik embun.

Kesulitan utama dalam mendisain higrometer ini adalah penyediaan sambungan

panas (thermal coupling) antara pendingin dan kristal dalam mempertahankan

Page 18: Sensor Kelembaban

ukuran kristal yang kecil pada beban mekanik yang minimum. Tentu saja metode

ini dikerjakan dengan menggunakan sensor gelombang akustik permukaan

(SAW=surface acoustic-wave).

Gambar 11. Sensor Kelembaban Osilasi

Page 19: Sensor Kelembaban

DAFTAR PUSTAKA

Ciputra, Ahmad. 2009. Sensor Kelembaban

Fraden, Jacob. 2003. Modern Sensor. San Diego: Advance Monitor Corporation

http://kuliah.andifajar.com/sensor-kelembaban/

http://dc302.4shared.com/doc/fp8ft7vZ/preview.html

http://do-stupid-things.blogspot.com/2010/05/sensor-kelembaban-humidity-and-

moisture.html