Masih kelanjutan pokok bahasan sensor dan tranduser sobat, pada pertemuan kali ini kita akan membahas tentang sensor suhu bimetal atau dwilogam yang biasa disebut thermoswitch atau thermostat. Oke sobat untuk memahami tentang sensor suhu bimetal sebaiknya sobat blogger simak uraian berikut ini.
Bimetal
adalah sensor suhu atau sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena
kesederhanaannya. Bimetal biasa dijumpai pada peralatan listrik seperti setrika
listrik, lampu dimer atau lampu penerangan daya besar, kulkas dan air conditioner
(AC). Juga dijumpai pada kendaraan sepeda motor dan mobil. 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).
Gambar 1. Susunan bimetal
Dari
penggabungan dua logam yang bebeda koefisien muai tersebut berlaku persamaan
sebagai berikut : ρ = t{3(1 + m)² + (1 + mm) (m² +
1/mn) / 6(αA + αB) (T2 – T1) (1 + m)²
dalam
praktiknya tB / tA = 1 dan (n + 1).n =2, sehingga : ρ = 2t / 3(αA – αB) (T2 – T1)
Dimana : ρ
= radius kelengkungan
t = tebal jalur total
n = perbandingan modulus
elastis, EB / EA
m = perbandingan tebal,
tB/tA
T2-T1 = kenaikan temperatur
αA, αB = koefisien muai panas logamA
dan logam B
Konsep dasar pembuatan sensor suhu
bimetal atau temperatur switch adalah memanfaatkan koefisien muai dari dua
logam yang berbeda dan diaplikasikan sebagai sebuah saklar Normally Closed (NC)
atau Normally Open (NO) yang akan berubah posisi pada saat temperatur/suhu
dingin dan panas.
Seperti namanya maka temperatur
switch adalah switch yang bekerjanya memutuskan atau menyambungkan aliran
listrik karena pengaruh dari suhu. Jadi pada suhu tertentu titik kontak pada
temperatur switch tersebut akan terhubung atau terputus, Temperatur switch
banyak digunakan untuk peralatan pendingin udara, pelindung peralatan terhadap
suhu lebih dan lain-lain. Temperatur switch sering juga disebut thermal switch
atau thermo switch atau thermostat.
a. Prinsip Kerja Thermo Switch (Bimetal)
Thermo swtch biasanya memiliki tuas
titik kontak yang terbuat dari sekeping pelat bimetal. Bimetal adalah dua buah
logam yang memiliki koofisien pemuaian panjang berbeda yang direkatkan dengan
di las menjadi satu. Pada suhu nominal pelat bimetal berbentuk lurus. Jika
Pelat bimetal dipanaskan maka logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih
besar akan memuai lebih panjang daripada logam yang memiliki nilai koefisien
muai panjang lebih kecil. Logam yang memuai lebih panjang akan mendorong logam
yang memuai lebih pendek sehingga pelat bimetal akan melengkung ke arah logam
yang memiliki nilai koofisien muai lebih kecil. Hal sebaliknya akan terjadi
jika pelat bimetal didinginkan.
Gambar 2. Macam-macam bentuk thermoswitch untuk peralatan listrik
Gambar 3 Macam-macam bentuk thermoswitch untuk kendaraan (mobil)
Thermo
switch biasanya memiliki permukaan yang dihubungkan dengan pelat bimetal dan
permukaan tersebut merupakan titik kontak yang akan dihubungkan dengan sumber
panas atau dingin. Pelat bimetal merupakan tuas yang dihubungkan dengan titik
kontak dan titik kontak tersebut dihubungkan ke terminal atau pin untuk
disambung ke sumber arus listrik.
Keping bimetal adalah dua buah keping
logam (biasanya kuningan dan besi) yang memiliki koefisien muai panjang berbeda
yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu.
Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang
koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan
melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya besar. Pada suhu normal
panjang keping bimetal akan sama dan kedua keping pada posisi lurus. Jika suhu
naik kedua keping akan mengalami pemuaian dengan pertambahan panjang yang
berbeda. Akibatnya keping bimetal akan membengkok ke arah logam yang mempunyai
koefisien muai panjang yang kecil. Pembengkokan bimetal dapat dimanfaatkan
untuk berbagai keperluan misalnya saklar alarm bimetal, atau termometer
bimetal. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam
yang koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan
melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya besar. Keping
bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya pada termometer
bimetal, termostat bimetal pada seterika listrik, saklar alarm bimetal, sekring
listrik bimetal.
Gambar 4. Konstruksi keping bimetal
b. Aplikasi Thermo switch (Bimetal)
Pemanfaatan
pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya dapat berguna bagi industri
otomotif, misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai saklar otomatis atau pada
lampu sen (tanda belok) kendaraan. Selain itu keping bimetal digunakan pada
setrika listrik, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau sepeda motor,
rice cooker, oven, pemanas air dispenser, kompor listrik, dan termometer
bimetal.
1) Sebagai
pengaman temperatur lebih
Pada aplikasi ini permukaan
sensor thermal switch diletakan pada perangkat di bagian yang mengasilkan atau tempat
menjalarnya panas. Thermo switch bekerja pada temperatur nominal tertentu. Pada
kondisi normal titik kontak thermal switch terhubung (NC = Normaly Close).
Apabila temperatur maksimum terlampaui maka pelat bimetal akan melengkung dan
titik kontak menjadi terbuka. Biasanya di pasaran tersedia beberapa pilihan
untuk nilai temperatur maksimum dari thermal switch.
Contoh
aplikasi ini adalah thermal switch pada motor listrik, kipas angin listrik, fan
radiator mobil dan lain-lain. Dimana thermal switch di tempelkan pada bodi dari
motor dan pada saat temperatur ambang terlewati maka motor akan mati.
Gambar 5. Bentuk thermoswitch mobil suzuki forsa
Gambar 6. Bentuk thermoswitch mobil suzuki karimun
Gambar 7. Bentuk thermoswitch mobil honda accord
Gambar 8. Letak themoswitch pada fan radiator mobil
Beberapa
jenis thermo switch untuk aplikasi ini dilengkapi pengaturan tekanan pegas terhadap
plat bimetal sehingga temperatur maksimumnya bisa diatur, seperti pada setrika
listrik.
Gambar 9. Thermostat seterika listrik
Gambar 10 Letak thermoswitch pada pemanas air dispenser
2) Sebagai perangkat pendingin
Pada aplikasi ini thermo switch
diletakan pada bagian yang menghasilkan atau dirambati dingin. Thermo switch
bekerja pada temperatur nominal tertentu. Pada kondisi normal titik kontak
thermo switch terhubung (NC = Normaly Close). Apabila temperatur minimum
terlampaui maka pelat bimetal akan melengkung dan titik kontak menjadi terbuka.
Contoh aplikasi ini adalah pada
kulkas dan AC. Untuk aplikasi ini thermo switch memiliki sistim kerja yang
berbeda dan biasanya thermo switch terbuat dari pipa tembaga yang ujungnya di
las, sedangkan ujung lainnya dihubungkan dengan semacam tabung yang bentuknya
berlipat-lipat. Ujung yang di las ditempelkan ke sumber dingin. Perubahan suhu
akan menyebabkan perubahan volume dari tabung tembaga. Perubahan tabung tembaga
akan mendorong tuas titik kontak sehingga saklar menjadi terbuka atau tertutup.
Beberapa jenis thermo switch untuk aplikasi ini dilengkapi pengaturan tekanan
pegas terhadap plat bimetal sehingga temperatur minimumnya bisa diatur.
Gambar 11. Thermoswitch pada pipa aliran