SENSOR THERMAL

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb

       

• Bimetal

            Bimetal adalah sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena kesederhanaan yang dimilikinya. Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (α) yang  direkatkan menjadi satu.

            Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian, besarnya pemuaian tergantung dari jenis logam dan tingginya temperatur kerja logam tersebut. Bila dua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang sedangkan yang memiliki koefisien muai lebih rendah memuai lebih pendek. Oleh karena perbedaan reaksi muai tersebut maka bimetal akan melengkung kearah logam yang muainya lebih rendah. Dalam aplikasinya bimetal dapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open  (NO).

Bimetal biasa dijumpai pada alat strika listrik, lampu kelap-kelip (dimmer),alarm kebakaran, Actinograph (alat pengukur radiasi matahari), Termometer bimetal mekanik  dll.

• Termistor

           Thermistor ( NTC dan PTC )

Termistor adalah salah satu jenis yang mempunyai koefisien temperature yang sangat tinggi. Fungsi utama dari komponen ini dalam suatu rangkaian elektronik adalah untuk mengubah nilai resistansi karena adanya perubahan temperature dalam rangkaian tersebut. Karakteristrik yang demikian ini memungkinkan kita untuk dapat mengatasi beberapa masalah yang sederhana, seperti yang berkaitan dengan sensor temperature, kompensasi temperature atau masalah system pengaturan yang lain.

Termistor yang dibahs di sini adalah termistor yang mempunyai temperature negative ( disebut sebagai NTC, singkatan dari Negative Temperature Coefficient ) dan termistor yang mempunyai koefisien temperature positif ( disebut sebagai PTC, singkatan dari Positive Temperature Coefficient ).

Dari Kedua termistor di atas, masing – masing mempunyai kegunaan berbeda, karena karakteristrik dari kedua jenis termistor tersebut berbeda antara satu dengan yang lain. Akan tetapi pada umumnya, bila kita menyebut kata termistor, maka termistor yang dimaksud adalah termistor NTC.

Termistor NTC

Sebagaimana telah dijelaskan di atas, termistor NTC adalah resistor yang mempunyai koeficien temperature negative yang sangat tinggi. Termistor jenis ini dibuat dari oksida logam yang terdapat dalam golongan transisi seperti dan sebagainya. Oksida – oksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang tinggi tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor yaitu dengan menambah beberapa ion lain ( sebagai doping ) yang mempunyai valensi yang berbeda. Sedangkan perubahan resistansinya karena pengaruh perubahan temperature diberikan dalam bentuk kurva resistansi sebagai fungsi temperature.

Termistor PTC

Sebagaimana telah dijelaskan, termistor PTC merupakan resistor dengan koefisien temperature positif yang sangat tinggi. Dalam beberapa hal, termistor PTC berbeda dengan termistor NTC antara lain seperti yang dijelaskan berikut ini :

1.     Koefisien temperature dari termistor PTC bernilai positif hanya dalam interval temperature tertentu, sehingga di luar interval tersebut koefisien temperaturnya bisa bernilai nol atau negative.

2.     Pada umumnya, harga mutlak dari koefisien temperature dari PTC jauh lebih besar dari pada termistor NTC.

Termistor PTC adalah semikonduktor yang dibuat dari dan ditambah dengan  dam

Trimpot

Dan

Potensiometer

Trimpot dan Potensiometer, keduanya merupakan komponen dasar elektronika yaitu masuk kategori resistor variable. Resistor variable ialah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah – ubah atau tidak tetap.

Trimpot dan Potensiometer yang nilainya tidak tetap, berubah dengan cara hambatan geser

1.     Trimpot

Trimpot adalah kependekan dari tripotensiometer, bentuk fisiknya kecil dan memiliki nilai tahanan yang dapat di ubah – ubah namun dengan menggunakan alat bantu berupa obeng kecil, karena untuk merubah nilai resistansinya tidak bisa menggunakan tangan. Sebagai tahanan bahan resistansinya adalah menggunakan bahan karbon atau arang.

2.     Potensiometer

Potensiometer merupakan komponen pembagi tegangan yang nilai resistansinya dapat distel dengan keinginan dengan cara memutar tungkai pengaturnya. Nilai resistansinya sendiri tertera pada bodi yang dituliskan dalam bentuk angka, sehingga akan memudahkan untuk pengaturan suara ( tone control ) bass, Treable, Volume dan lain – lain.

Beberapa jenis Potensiometer :

a.     Potensiometer Liniar

b.    Potensiometer Logaritmik

c.     Rheostat

d.    Potensiometer digital

termistor sering di jumpai pada alat penetas telur, alarm, alat pendingin perangkat radio transceiver, kipas otomatis dan pompa air.

• Termokopel

Pembuatan termokopel didasarkan atas sifat thermal bahan logam. Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif. 

 Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet ) yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821) yang menemukan hubungan perbedaan panas (T₁ dan T₂) dengan gaya gerak listrik yang dihasilkan E,  Peltir (1834), menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang diserap pada titik hot-juction dan  cold-junction,  dan Sir William Thomson, menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, sehingga ketiganya menghasilkan rumus sbb: 

E = C₁(T₁-T₂) + C₂(T₁² – T₂²)                                                             (…)

   Efek Peltier      Efek Thomson

atau   E = 37,5(T₁_T₂) – 0,045(T₁²-T₂²)                                                   ( ...)

di mana 37,5 dan 0,045 merupakan dua konstanta C₁ dan C₂ untuk termokopel tembaga/konstanta.

Bila ujung logam yang tidak dipanaskan dihubung singkat, perambatan panas dari ujung panas ke ujung dingin akan semakin cepat. Sebaliknya bila suatu termokopel diberi tegangan listrik DC, maka diujung sambungan terjadi panas atau menjadi dingin tergantung polaritas bahan (deret Volta) dan polaritas tegangan sumber. Dari prinsip ini memungkinkan membuat termokopel menjadi pendingin.

Thermocouple sebagai sensor temperatur memanfaatkan beda workfunction dua bahan metal.

thermocouple serng kita jumpai pada microwave, tungku pembakaran, tangki penyimpanan suatu industri,

 

• Resistance Thermal Detector (RTD)

RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan. RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga, dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500^o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.

RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:

1. Tidak diperlukan suhu referensi

2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.

3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel

4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena noise tidak jadi masalah

5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah.

RTD sering kita jumpai pada tangki bahan bakar kendaraan bermotor, sensor panas pada pipa-pipa industri dan alat-alat meteorologi.

Sensor temperatur dengan IC

Sensor dengan Integrated Circuit (IC) tipe LM335 keluarannya 10 mV/⁰F dan sensor yang lain tipe AD592 arus keluarannya 1A/^oK. IC tipe LM335 adalah sebagai zener diode yang sensitif terhadap temperatur.

3 tipe IC yang mempunyai jarak dan penggunaan yang berbeda-beda. Apabila mendapat pembiasan balik pada daerah breakdown, maka keluarannya adalah

Vz = 2,73V + (10mV/^oC) T

Untuk menentukan ukuran batasan besarnya tahanan tergantung dari besarnya tegangan suplai pada zener diode dan tegangan pada temperatur nominal, yaitu:

                             R(bias) = V(suplai) – V(nominal)           

                                                           Iz 

Dalam manufaktur besarnya Iz = 1mA

Bila nilainya adalah linier maka hal ini adalah penting, karena arus beban kecil maka dibandingkan dengan  arus minimum yang melalui zener yaitu :

                               Vmak       >>    V(suplai) – V mak

                                   RL                           R(bias)