BLOG TEKNIK & VOKASI: Prinsip Kerja Sensor Dengan Perubahan Suhu

Selasa, 20 Januari 2015

Prinsip Kerja Sensor Dengan Perubahan Suhu

Sobat blogger yang berbahagia, pertemuan yang kedua pada pokok bahasan sensor, transduser dan actuator kali ini penulis akan membahas tentang prinsip kerja sensor dengan perubahan suhu. Untuk lebih jelasnya tentang bahasan kali ini silah simak uraian berikut ini.

Bekerjanya sensor ini karena adanya perubahan suhu disekitar sensor, hasil pendeteksian berupa sinyal bukan listrik diubah menjadi sinyal listrik, biasanya berupa tegangan listrik. Dan umumnya setiap perubahan dalam 10 dejat C menghasilkan tegangan listrik sebesar 1 mV DC. Sensor suhu mempunyai beberapa model dan contoh jenis sensor suhu yang ada di pasaran, diantaranya PTC, NTC, PT100, LM35, thermocouple dan lain-lain. Gambar berikut ini karakteristik beberapa jenis sensor suhu.

Gambar 1. Grafik karakteristik beberapa jenis sensor suhu

Pada gambar diatas IC sensor dan thermocouple memiliki linearitas paling baik, namun karena dalam kinerja ini suhu yang diukur lebih dari 100 derajat C, maka thermocouple yang paling sesuai karena mampu hingga mencapai suhu 1200 derajat C. Sedangkan IC sensor linear mampu hingga 135 derajat C.

1. Thermistor PTC dan NTC

Termistor atau tahanan thermal adalah komponen semikonduktor yang memiliki karakter sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Ada 2 jenis termistor yang sering kita jumpai dalam perangkat elektronika yaitu NTC (Negative Thermal Coeffisien) dan PTC (Positive Thermal Coeffisien). Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1 derajat C. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi. Simbol dan bentuk fisik dari thermistor PTC dan NTC seperti ditunjukan pada gambar di bawah ini.

Gambar 2. Simbol dan bentuk fisik thermistror (PTC dan NTC)

Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti: mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U). Kisaran besar tahanannya adalah mulai dari 0,5 Ohm sampai 75 Ohm dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ukuran paling kecil berbentuk mani-manik (beads) dengan diameter 0,15 mm sampai 1,25 mm, bentuk piringan (disk) atau cincin (washer) dengan ukuran 2,5 mm sampai 25 mm seperti terlihat pada gambar 3 berikut ini. Cincin-cincin dapat ditumpukan dan di tempatkan secara seri atau paralel guna memperbesar disipasi daya.

Gambar 3. Macam-macam bentuk thermistor

Dalam operasinya termistor memanfaatkan perubahan resistivitas terhadap temperatur, dan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara eksponensial untuk jenis NTC (Negative Thermal Coeffisien). Koefisien temperatur α didefinisikan pada temperature tertentu misalnya 25 derajat C adalah sebagai berikut :

2. Teknik Kompensasi Termistor:

Grafik karkateristik termistor berikut ini memperlihatkan hubungan antara temperatur dan resistansi seperti terlihat pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. Grafik karakteristik PTC dan NTC

Untuk pengontrolan termistror perlu mengubah tahanan menjadi tegangan, berikut ini merupakan rangkaian dasar untuk mengubah resistansi menjadi tegangan.

Gambar 5. Rangkaian dasar pengubahan resistansi menjadi tegangan

Grafik karakteristik thermistor dengan jenis koefisien temperatur positif (PTC) diperlihatkan seperti pada gambar 5 nerikut ini.

Gambar 6. Grafik karakteristik PTC

Dalam operasinya termistor jenis PTC memanfaatkan perubahan resistivitas terhadap temperatur, dan umumnya nilai tahanannya naik terhadap temperatur secara eksponensial, dimana daerah resistansinya adalah mendekatil linier Gambar berikut ini merupakan rangkaian operasi dan grafik daerah resistansi thermistor jenis PTC.

Gambar 7. Rangkaian operasi PTC

Gambar 8. Grafik daerah resistansi PTC

Untuk teknik kompensasi temperatur menggunakan rangkaian penguat jembatan lebih baik digunakan untuk jenis sensor resistansi karena rangkaian jembatan dapat diatur titik kesetimbangannya, seperti ditunjukan pada gambar berikut ini.