Transcript K-5 Tranduser dan Sensor

Tranduser dan Sensor
“Sensor Thermal”
Kurniawan Teguh Martono
Sistem Komputer UNDIP
Tujuan Perkuliahan

Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa diharapkan :



Mampu menjelaskan tentang sensor thermal
Mampu menjelaskan karakteristik Sensor thermal
Mampu merancang sistem dengan menggunakan sensor
thermal
Pendahuluan





Temperatur merupakan salah satu besaran yang digunakan
dalam pengukuran internasional
Temperatur adalah kondisi penting dari suatu substrat
Satuan yang digunakan adalah Kelvin
Menurut Kelvin skala temperatur pada titik es adalah
273,16°K
Skala temperatur yang lain adalah
5
9

Celcius = (°F-32)

Fahrenheit =

Reanmur =°F +459,69
9
5
°𝐶 + 32
Temperatur


Merupakan kondisi penting dari suatu substrat.
Dapat berupa :



Panas , atau Dingin
Panas atau dingin merupakan salah satu bentuk energi
yang diasosiasikan dengan aktifitas molekul-molekul dari
suatu substrat.
Pergerakan partikel



Benda padat
Benda cair
Benda gas
Pola aliran panas

Konduksi,


Konveksi,


yaitu pengaliran panas melalui benda padat (penghantar)
secara kontak langsung
yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak
langsung
Radiasi,

yaitu pengaliran panas melalui media udara/gas secara kontak
tidak langsung
Pengukuran Kinerja



Penampilan (Performance)
Kehandalan (Reliable) dan
Faktor ekonomis ( Economic)
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam
pemilihan jenis sensor suhu







Level suhu maksimum dan minimum dari suatu substrat
yang diukur.
Jangkauan (range) maksimum pengukuran
Konduktivitas kalor dari substrat
Respon waktu perubahan suhu dari substrat
Linieritas sensor
Jangkauan temperatur kerja
Ketahanan




korosi (karat)
guncangan,
pengkabelan (instalasi),
keamanan
Contoh

Penggunaan Sensor suhu pada beberapa bidang





Pengukuran suhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC,
dapat dipilih sensor NTC, PTC, transistor, dioda dan IC hibrid
suhu menengah yaitu antara 150oC sampai 700oC, dapat dipilih
thermocouple dan RTD.
Untuk suhu yang lebih tinggi sampai 1500oC, tidak memungkinkan lagi
dipergunakan sensor-sensor kontak langsung, maka teknis
pengukurannya dilakukan menggunakan cara radiasi.
Untuk pengukuran suhu pada daerah sangat dingin dibawah 65oK = 208oC ( 0oC = 273,16oK ) dapat digunakan resistor karbon biasa
karena pada suhu ini karbon berlaku seperti semikonduktor.
Untuk suhu antara 65oK sampai -35oC dapat digunakan kristal silikon
dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.
Jenis Sensor Suhu




Bimetal
Termistor
Resistor Thermal Detector (RTD)
Thermokopel
Bimetal




Bimetal adalah sensor temperatur yang sangat populer
digunakan karena kesederhanaan yang dimilikinya.
Bimetal biasa dijumpai pada alat strika listrik dan lampu kelapkelip (dimmer).
Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah
lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (α) yang
direkatkan menjadi satu
Arah melengkung pada bimetal yaitu


mengikuti dari logam yang koefisiennya lebih kecil dari logam yang
satunya bila dipanaskan, sebaliknya melengkung kearah logam yang
koefisiennya besar bila didinginkan
Dalam aplikasinya bimetal dapat dibentuk menjadi saklar
Normally Closed (NC) atau Normally Open (NO).
Contohnya:


Bimetal besi dan tembaga jika dipanaskan akan
melengkung ke besi karena koefisien besi yang terkecil,
sebaliknya jika didinginkan akan melengkung ke tembaga
karena koefisien tembaga terbesar pada bimetal itu.
Bimetal yang terbuat dari tembaga dan kuningan, jika
dipanaskan akan melengkung kearah tembaga, karena
koefisien tembaga kecil, sebaliknya jika didinginkan akan
melengkung kearah kuningan, karena koefisien kuningan
besar.
Ilustrasi
Penerapan pemuaian dalam kehidupan
sehari – hari


alarm kebakaran,
thermostat yaitu pengatur suhu pada setrika,
Persamaan Matematis
2𝑡
𝜌=
3(𝛼𝐴 − 𝛼𝐵 )(𝑇2 − 𝑇1 )
di mana
ρ
t
T2-T1
αA, αB
= radius kelengkungan
= tebal jalur total
= kenaikan temperature
= koefisien muai panas logamA dan logam B
Termistor



Merupakan alat atau komponen atau sensor elektronika yang
dipakai untuk mengukur suhu.
Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan jika
suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah.
Jenis Thermistor



PTC, Positive Temperature Coefficient
NTC, Negative Temperature Coefficient
Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang
diendapkan seperti:






mangan (Mn),
nikel (Ni),
cobalt (Co),
tembaga (Cu),
besi (Fe) dan
uranium (U).

kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi
terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor
sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan
kompensasi temperatur secara presisi
PTC (Positive Temperature Coefisient)


PTC merupakan termistor dengan koefisien yang positif.
Termistor PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara
lain:


Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya
dalam interfal temperatur tertentu, sehingga diluar interval
tersebut akan bernilai nol atau negatif
Harga mutlak dan koefisien temperatur dari termistor PTC
jauh lebih besar dari pada termistor NTC.
NTC (Negative Temperature Coefisient)

NTC merupakan termistor yang mempunyai koefisient
negatif.
Ilustrasi
Rangkaian Pengkondisi

Untuk pengontrolan perlu mengubah tahanan menjadi
tegangan, berikut rangkaian dasar untuk mengubah
resistansi menjadi tegangan
Aplikasi Thermistor



Dalam automotive bisa menggunakan NTC thermistor
untuk memonitor temperatur radiator/mesin yang
dihubungkan ke electronic control unit (ECU) dan
kemudian ditampilakan dalam dashboard mobil.
Dalam bidang kedokteran digunakan untuk memonitor
temperatur pasien pada saat operasi berlangsung.
Dalam bidang space untuk memonitor temperatur baterai,
modul-modul satelit, memonitor ruangan dalam satelit, dll
Contoh di Bidang Automotive

Adalah pada Sensor IAT (Intake Air Temperature)
Sensor ini medeteksi temperatur udara masuk ke
engine dengan mengunakan thermistor.
RTD (Resistor Thermal Detector)


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 1500o C.
Ilustrasi
Model matematis

Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya
lebih linear terhadap temperatur uji tetapi koefisien lebih
rendah dari thermistor dan model matematis linier
adalah:
R T  R 0 (1    t )

dimana :




Ro = tahanan konduktor pada temperature awal ( biasanya
0oC)
RT = tahanan konduktor pada temperatur toC
α = koefisien temperatur tahanan
Δt = selisih antara temperatur kerja dengan temperatur awal
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.
Ilustrasi
+
Ujung panas
Arus elektron akan
mengalir dari ujung panas
ke ujung dingin
e
-
Ujung dingin
Gambar 2.14. Arah gerak electron jika logam dipanaskan
Prinsip Kerja

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.
Model Matematis

Thermocouple sebagai sensor temperatur memanfaatkan
beda workfunction dua bahan metal
Sekian Terima Kasih