Sensor Suhu

Berfungsi untuk mengubah temperatur/suhu menjadi beda potensial listrik.

Jenis-jenis sensor suhu:

1. Thermocouple

Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Berfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu serendah 3000F sampai dengan suhu tinggi yang digunakan pada proses industri baja, gelas dan keramik yang lebih dari 30000F. Thermokopel dibentuk dari dua buah penghantar yang berbeda jenisnya (besi dan konstantan) dan dililit bersama.

Prinsip kerja

Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi energi panas menjadi energi listrik). Arus listrik mengalir pada rangkaian tertutup dari 2 konduktor berbeda, apabila kedua sambungan mengalami beda temperatur. Bila rangkaian dibuka maka akan muncul tegangan Seebeck pada kedua terminal.  jadi menurut efek seebeck ketika dua konduktor yang berbeda menerima panas maka akan menimbulkan emf (Electricmotive Force ) yang akan menimbulkan tegangan kecil dengan kisaran range 1 hingga 70 microvolt untuk setiap derajat kenaikan suhu. Dan kemudian akan dikonversikan sesuai dengan  reference table yang telah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe yang dipakai).

Penerapan thermocouple

Beberapa contoh penggunaan Tc yang biasa digunakan.

Untuk mengukur suhu bearing motor penggerak. Untuk mengukur suhu ruangan pada sebuah tanki. Untuk mengukur suhu produksi karet / gum yang ada di dalam sebuah

mixer. Untuk pengukuran pada sebuah alat ukur suhu / thermometer. Dll.

Adapun beberapa kelebihan yang dimiliki oleh Thermocouple, antara lain :

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 referensio Nonlinearityo Terbatasnya akurasi sistem kesalahan kurang dari 1º C yang

sulit dicapai.

2. Thermistor (Thermal Resistor/Thermal Sensitive Resistor)

Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.

Simbol Thermistor :

Konstruksi Thermistor tipe GM102 :

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 thermistor yang mempunyai koefisien temperatur negatifyang biasa disingkat NTC (Negative Temperature Coefficient), thermistor yang mempunyai

koefisien temperatur positif yang biasa disingkat PTC (Positive Temperature Coefficient), dan thermistor yang mempunyai tahanan temperature kritis yang biasa disingkat CTR (Critical Temperature Resistance).

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.

NTC (Negative Temperature Coefficient)

NTC adalah resistor yang mempunyai koefisien temperatur negatif yang sangat tinggi. Thermistor jenis ini dibuat dari oksida logam yang terdapat dalam golongan transisi. Oksida-oksida 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.

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:

o Koefisien temperatur dari thermistor PTC benilai positif hanya dalam interval temperatur tertentu, sehingga di luar interval tersebul, koefisien temperaturnya bisa bernilai nol atau negatif.

o

o Pada umumnya, harga mutlak dari koefisien temperalur dari thermistor PTC jauh lebih besar dari pada thermistor NTC.

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.

Pemakaian thermistor didasarkan pada tiga karakteristik dasar, yaitu:

a. Karakteristik R (resistansi) terhadap T (suhu)b. Karakteristik R (resistansi) terhadap t (waktu)c. Karakteristik V (tegangan) terhadap I (arus)

Grafik hubungan antara resistansi terhadap suhu thermistor :

Cara kerja rangkaian:

Saat temperatur masih dingin hambatan thermistor sangat besar dibandingkan dengan R2, sehingga transistor dalam kondisi menghantar lalu rele kontak (terhubung) dan heater (pemanas) menghasilkan panas. Akan tetapi, ketika ruangan menjadi panas, thermistor juga ikut panas sehingga hambatannya turun. Hambatan paralel thermistor dengan R2 menjadi kecil, sehingga tegangan bias Tr juga kecil, mengakibatkan Tr dalam kondisi cut off, rele tidak kontak dan heater tidak bekerja. Akibatnya, suhu ruangan turun. Demikian seterusnya proses akan berulang dari awal dan suhu ruangan menjadi konstan.

3. RTD (Resistance Temperature Detectors)

Berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi/hambatan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya semakin besar. RTD terbuat dari sebuah kumparan kawat platinum pada papan pembentuk dari bahan isolator. RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.

Konstruksi RTD bahan platinum:

RTD terpasang pada permukaan logam:

Hubungan antara resistansi dan suhu penghantar logam merupakan perbandingan linear. Resistansi bertambah sebanding dengan perubahan suhu padanya.

Besar resistansinya dapat ditentukan berdasarkan rumus :

Besar resistansi pada suhu tertentu dapat diketahui dengan rumus :

Keterangan :

R1 = resistansi pada suhu awal

R2 = resistansi pada suhu tertentu

Kelebihan dari RTD (PT100) :

Ketelitiannya lebih tinggi dari pada termokopel. Tahan terhadap temperatur yang tinggi. Stabil pada temperatur yang tinggi, karena jenis logam platina lebih stabil

dari pada jenis logam yang lainnya. Kemampuannya tidak akan terganggu pada kisaran suhu yang luas.

Kekurangan dari RTD (PT100) :

Lebih mahal dari pada termokopel. Terpengaruh terhadap goncangan dan getaran. Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi

penggunaannya). Jangkauan suhunya lebih rendah dari pada termokopel. RTD (PT100)

mencapai suhu 650 0C, sedangkan termokopel mencapai suhu 1700 0C.

4.IC LM 35

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 NationalSemiconductor. 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.

Rangkaian dasar IC LM 35:

Tegangan keluaran rangkaian bertambah 10 mV/0C. Dengan memberikan tegangan referensi negatif (-Vs) pada rangkaian, sesor ini mampu bekerja pada rentang suhu -550C – 1500C. Tegangan keluaran dapat diatur 0 V pada suhu 00C dan ketelitian sensor ini adalah ± 10C.

5. Sensor infra merah (infrared)

Sistem sensor infra merah pada dasarnya menggunakan inframerah sebagai media untuk komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sensor inframerah terdiri dari photodiode dan phototransistor.

      Prinsip kerja dari sensor inframerah hanya memanfaatkan sifat cahaya yang akan dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jika mengenai benda berwarna gelap. . Sebagai sumber cahaya kita gunakan LED (Light Emiting Diode) berupa phototransistor yang akan memancarkan cahaya merah. Dan untuk menangkap pantulan cahaya LED, kita gunakan photodiode. Jika sensor berbeda diatas garis hitam maka photodioda akan menerima sedikit sekali pantulan cahaya pantulan. Tetapi jika sensor berada diatas garis putih maka photodioda akan menerima banyakcahaya pantulan. untuk membuat rangkainanya berikut rangkaian sensor infra merah .

Sifat dari phtodioda adalah jika kita semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi diodanya semakin kecil. Dengan melakukan sedikit modifikasi, maka besaran resistansinya tersebut dapat diubah menjadi tegangan. Sehingga jika sensor berada diatas garis hitam maka tegangan keluaran sensor akan kecil, demikian pula sebaliknya.

Agar dapat dibaca oleh mikrokontroler, maka tegangan sensor harus disesuaikan dengan tegangan TTL yaitu 0 – 1 volt untuk logika 0 (Hight) dan 3 – 5 volt untuk logika 1 (Low).