Jenis-Jenis Sensor Suhu (Temperature Sensors)

 

Jenis Sensor Suhu

Sensor suhu atau temperature sensors adalah sebuah instrument yang digunakan untuk mendeteksi nilai suhu suatu benda atau zat. Sensor suhu termasuk instrumentasi dalam keluarga tranducer input, yaitu suatu alat yang dapat mengubah suatu bentuk energi fisik (seperti suhu, cahaya, tekanan, gelombang suara, dan lain-lain) ke bentuk energi atau sinyal listrik (seperti tegangan, arus dan resistansi).

 

Sensor suhu banyak sekali digunakan dalam teknik kendali pada sebuah sistem kelistrikan, peralatan elektronika dan juga peralatan otomotif. Contohnya adalah sensor yang digunakan untuk kontrol suhu AC (air conditioner), water chiller, rice cooker, setrika, kulkas, freezer, pemanas air, penghangat ruangan, untuk monitor suhu oli mesin dan cairan pendingin mesin kendaraan, dan banyak contoh lainnya hingga untuk kontrol mesin-mesin industri.

 

Sensor suhu memiliki beberapa jenis dengan prinsip kerja yang berbeda. Diantaranya adalah thermostat, thermistor, RTD, thermocouple, dan IR Thermometer. Masing-masing dari kelima jenis sensor suhu tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan sehingga tiap jenis akan cenderung lebih cocok pada suatu aplikasi tertentu dan cenderung kurang cocok pada aplikasi lainnya. Berikut ini, kami akan membahas jenis-jenis sensor suhu (temperature sensors) dengan terperinci.

 

1. Thermostat

 

Thermostat merupakan sebuah sensor suhu kontak (contact temperature sensor) yang menggunakan prinsip electro-mechanical. Komponen utama dari thermostat adalah bimetal strip yang merupakan gabungan dua buah strip dari dua jenis logam yang berbeda, seperti nikel, tembaga, tungsten atau aluminium. Karena merupakan gabungan dari dua metal yang berbeda (memiliki koefisien muai berbeda pula), maka saat thermostat dikenai energi panas baik berupa kenaikan suhu maupun penurunan suhu, maka bimetal strip akan memuai dengan kondisi membengkok atau melengkung, sehingga dapat memutus dan menyambungkan rangkaian listrik.

 

Thermostat banyak digunakan pada aplikasi ON-OFF elemen heater secara otomatis pada sistem pemanas, seperti setrika. Bila kalian perhatikan, setrika akan memanaskan permukaan metalnya dengan mengaktifkan suplai daya pada komponen heater, kemudian ketika suhu tertentu mencapai limit cut-off thermostat, suplai daya akan diputus oleh thermostat sehingga komponen heater mati. Lalu sebaliknya ketika suhu turun mencapai limit cut-on thermostat, suplai daya akan tersambung kembali sehingga heater akan on kembali. Dengan demikian, suhu permukaan setrika dapat terjaga dalam rentang yang stabil.

 

Contoh gambar thermostat

Prinsip yang sama dapat kita temukan pada pemanas air didalam dispenser atau mesin water heater di kamar mandi, rice cooker, oven listrik, dan lain-lain. Thermostat memiliki spesifikasi berupa limit cut-off temperature. Misalnya thermostat dengan limit 85^OC berarti thermostat akan bertindak seperti saklar tertutup (ON) saat suhu sekitarnya dibawah 85^OC, dan akan bertindak sebagai saklar terbuka (OFF) saat suhu mencapai 85^OC.

 

2. Thermistor

 

Thermistor merupakan singkatan dari thermal resistor, yaitu sebuah instrument berupa resistor yang nilai resistansinya dapat berubah secara sensitif terhadap perubahan suhu disekitarnya. Kemampuan perubahan resistansi terhadap suhu tersebut dimiliki oleh beberapa material keramik semikonduktor, seperti kobalt, mangan atau nikel oksida yang dilapisi dengan kaca.

 

Dengan kemampuan material tersebut, bila thermistor disuplai suatu tegangan listrik yang konstan, maka akan mengalir arus listrik dengan nilai tertentu. Lalu ketika suhu sekitar thermistor mengalami perubahan, nilai resistansi thermistor secara alami berubah sehingga nilai arus yang mengalir akan berubah pula. Sebuah kontroler dapat membaca perubahan resistansi pada thermistor dengan membandingkan nilai tegangan dan arus listrik, dan mengkonversi nilai resistansi tersebut menjadi displai nilai suhu yang dapat dibaca oleh kita.

 

Thermistor memiliki dua jenis, yaitu thermistor PTC (positive temperature coefficient) dan thermistor NTC (negative temperature coefficient). PTC memiliki nilai resistansi yang berbanding lurus dengan perubahan suhu, yaitu bila suhu naik, resistansi PTC akan naik pula, dan bila suhu turun, resistansi PTC akan turun pula. Sebaliknya, NTC memiliki nilai resistansi yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu, yaitu bila suhu naik, resistansi NTC akan turun, dan bila suhu turun, resistansi NTC akan naik.

 

Contoh gambar themistor elektronika

Thermistor banyak digunakan pada aplikasi untuk kontrol suhu AC, water chiller, kulkas, freezer, cold storage dan air handling unit (AHU). Selain itu, pada sistem elektronika, banyak digunakan pada sensor alarm kebakaran (heat detector), sensor suhu pada komputer atau laptop, juga pada kontrol charging handphone. Sementara pada sistem otomotif dan mesin, thermistor banyak digunakan untuk monitoring suhu oli, cairan coolant (radiator), seperti pada kendaraan, mesin compressor, dan lain-lain.

 

Gambar thermistor chiller system

Umumnya, spesifikasi thermistor baik PTC maupun NTC dinyatakan dalam nilai resistansinya pada suhu ruangan 25^OC, seperti thermistor 1K, 2K, 5K, 10K, 15K, dan lain-lain (K berarti kilo-ohm). Kita dapat pula mengukur resistansi tersebut dengan ohm meter (avo meter/multimeter) layaknya mengukur resistansi sebuah resistor, dan dapat menguji karakteristik baik PTC maupun NTC secara langsung dengan dikenai suhu yang berbeda beda.

 

3. RTD

 

RTD merupakan singkatan dari resistance temperature detector. RTD memiliki prinsip kerja dan fungsi yang sama dengan thermistor PTC, dimana nilai resistansi RTD akan berubah berbanding lurus dengan perubahan suhu sekitarnya. Bila suhu sekitar RTD mengalami kenaikan, maka nilai resistansi RTD akan naik juga, sebaliknya bila suhu sekitar RTD mengalami penurunan, maka nilai resistansi RTD akan turun juga. Namun demikian, RTD memiliki sensitivitas dan akurasi yang lebih tinggi terhadap pembacaan perubahan suhu disekitarnya dibandingkan dengan probe PTC.

 

Resistancee temperature detector (RTD) umumnya terbuat dari material berupa platinum, sehingga umum juga disebut dengan istilah platinum resistance thermometer (PRT). Beberapa kelebihan RTD dibandingkan dengan PTC adalah rentang pengukuran yang lebih luas, yaitu dapat beroperasi pada suhu -200^OC hingga +650^OC. Kemudian perubahan resistansi RTD terhadap perubahan suhu lebih liner jika dibandingkan probe PTC. Dan yang paling utama adalah lebih presisi, akurasi dan lebih stabil dalam melakukan fungsinya sebagai sensor suhu.

 

Contoh gambar RTD PT100

RTD banyak digunakan dalam instrumentasi proses industri, seperti untuk mengontrol suhu produk cair dalam sebuah tangka, atau untuk mengontrol suhu produkpada mesin proses seperti roaster, grinder, dan banyak mesin lain yang dalam praktiknya membutuhkan kontrol suhu produk dengan stabil. Contoh RTD yang paling banyak digunakan adalah RTD PT100 atau RTD PT1000. Penyebutan PT100 dan PT1000 menunjukan spesifikasi nilai resistansi RTD pada suhu 0^OC. PT100 memiliki resistansi 100 ohm dan PT1000 memiliki resistansi 1000 ohm pada suhu nol derajat celcius.

 

RTD memiliki 3 macam konfigurasi, yaitu RTD 2 wire, RTD 3 wire dan RTD 4 wire. RTD 2 kabel (2 wire) praktis tidak memiliki perhitungan resistansi yang terkait dengan kabel tembaga, sehingga mengurangi keakuratan pengukuran elemen sensor suhu RTD. Akibatnya RTD 2 wire umumnya hanya digunakan untuk kebutuhan pengukuran suhu perkiraan saja. RTD 3 kabel (3 wire) adalah spesifikasi yang paling umum yang biasa digunakan pada aplikasi-aplikasi di industri. RTD 3 wire menggunakan rangkaian pengukuran jembatan wheatstone untuk mengkompensasi nilai resistansi kabel. RTD 4 kabel (4 wire) adalah konfigurasi yang paling akurat dari yang lainnya. Karena dalam RTD 4 kabel ini dapat sepenuhnya mengkompensasi resistansi dari kabel, tanpa perlu memberikan perhatian khusus pada panjang masing – masing kabel.

 

4. Thermocouple

 

Thermocouple bekerja dengan adanya dua jenis kawat logam konduktor yang dihubungkan salah satu ujungnya menjadi satu junction, dan membiarkan kedua ujung lainnya. Bila junction dikenai sumber panas, maka pada kedua ujung lainnya akan terjadi perbedaan suhu, dan perbedaan suhu pada dua logam akan menghasilkan tegangan listrik. Peristiwa ini sering disebut sebagai efek seeback.

 

Perbedaan tegangan listrik yang dihasilkan tersebut berbanding lurus dengan perubahan panas yang dirasakan oleh junction, sehingga sinyal berupa tegangan listrik dari kedua ujung logam tersebut dapat diolah oleh sebuah kontroler untuk mengonversinya menjadi nilai suhu secara akurat. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan Tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti oleh kita.

 

Contoh gambar thermocouple

Selain RTD, thermocouple juga banyak digunakan dalam aplikasi proses industri. Beberapa kelebihan thermocouple yang membuatnya menjadi populer adalah responnya yang cepat terhadap perubahaan suhu dan juga rentang suhu operasionalnya yang luas yaitu berkisar diantara -200˚C hingga 2000˚C. Selain respon yang cepat dan rentang suhu yang luas, thermocouple juga tahan terhadap goncangan/getaran dan mudah digunakan.

 

Thermocouple memiliki beberapa jenis atau tipe dengan spesifikasi rentang suhu tertentu. Untuk pembahasan lebih lengkap tentang thermocouples, silahkan untuk membaca artikel kami dengan judul "Thermocouple, Prinsip Kerja Dan Jenis-Jenisnya".

5. IR Thermometer

 

Infrared (IR) Thermometer memberikan kemampuan untuk mendeteksi suhu secara optik selama objek diamati, radiasi energi sinar inframerah diukur, dan disajikan sebagai suhu. Termometer ini menawarkan metode yang cepat dan akurat dalam pengukuran suhu dengan objek dari kejauhan serta tanpa harus disentuh.

 

Prinsip dasar dari termometer infra merah ialah bahwa seluruh obyek yang memancarkan energi infra merah yang semakin panas, maka molekulnya semakin aktif serta semakin banyak energi infra merah yang akan dipancarkan. Energi inilah yang ditangkap oleh sensor dan mengonversinya menjadi nilai suhu yang dapat dimengerti oleh kita.

 

Contoh gambar IR thermometer

IR thermometer ini banyak digunakan dalam bidang Kesehatan, yaitu untuk mengukur suhu tubuh tanpa menyentuhnya. Selain itu, pada bidang Teknik, prinsip IR thermometer kerap digunakan pada alat IR camera, yang dapat digunakan untuk mendeteksi panas berlebih pada panel listrik atau suatu motor listrik, sehingga dapat mempermudah maintenance preventive.

 

Demikian pembahasan pada kesempatan kali ini tentang jenis-jenis sensor suhu (temperature sensors) yang dapat kami sampaikan. Untuk diskusi lebih lanjut, silahkan tinggalkan komentar kalian. Semoga bermanfaat.

 

Penulis : ER

Share this post