Sensor temperatur adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur temperatur. Ini bisa berupa suhu udara, suhu cairan atau suhu benda padat. Ada berbagai jenis sensor suhu yang tersedia dan masing-masing menggunakan teknologi dan prinsip yang berbeda untuk melakukan pengukuran suhu.
Definisi Sensor Suhu
Pengukuran energi panas dalam suatu benda adalah suhu, suhu menjadi perhatian utama di sebagian besar industri proses. Sifat utama dari suhu adalah bahwa kenaikan atau penurunan suhu akan mempengaruhi kuantitas energi gerak partikel dalam suatu komponen. Semangkuk air panas akan memiliki energi yang sangat besar jika dibandingkan dengan semangkuk air dingin.
Kita dapat mendefinisikan suhu sebagai pengukuran energi kinetik molekuler dalam suatu sistem. Pengukuran suhu sangat penting dalam suatu proses industri, karena dengan adanya variasi tingkat suhu dapat terjadi perubahan keadaan fisik atau kimia. Jadi pengukuran suhu sangat penting untuk melindungi peralatan. Jika suhu tidak dikontrol maka akan menyebabkan kerusakan pada pipa dan juga tangki.
Seberapa pentingnya pengukuran suhu?
- Suhu akan mempengaruhi laju reaksi
- Ini akan mempengaruhi viskositas
- Kenaikan atau penurunan suhu dapat mengubah keadaan materi
- Kekuatan material akan terpengaruh
- Keamanan proses bergantung pada hal ini
- Efisiensi dan kualitas produk dapat ditingkatkan dengan mengontrol suhu
Baca Juga : Jenis dan Aplikasi Proximity Sensor
Jenis Sensor Suhu
Kami juga dapat mengklasifikasikan sensor suhu sebagai metode listrik dan non-listrik.
Non-Electrical Methods
- Dalam metode ini, sensor akan mengukur suhu berdasarkan perubahan volume cairan akibat suhu.
- Pengukuran suhu juga dapat dilakukan berdasarkan perubahan tekanan gas akibat variasi suhu.
- Pengukuran juga dilakukan dengan perubahan tekanan uap selama variasi suhu
Electrical Methods
- Thermocouples
- Pengukuran juga dilakukan dengan variasi resistansi material akibat perubahan suhu
- Pengukuran juga dilakukan dengan menentukan energi yang diterima oleh radiasi
Baca Juga : Klasifikasi Sensor dan Transduser
Mechanical method (Non-electrical)
Bimetallic Thermometer
Termometer adalah sensor suhu tertua dan banyak digunakan untuk melakukan pengukuran suhu. Pada termometer jenis ini, strip bimetalik digunakan dan dibuat dengan mengelas dua strip logam yang memiliki koefisien muai panas yang berbeda.
Jadi ketika strip ini terkena panas maka logam akan mengubah panjangnya sesuai dengan sifat ekspansi termalnya. Jadi ketika panas diberikan padanya maka logam dengan koefisien yang lebih tinggi akan memuai lebih cepat daripada logam yang memiliki koefisien termal yang rendah. Jadi karena itu, seluruh strip logam akan membengkok ke arah logam yang memiliki koefisien termal lebih rendah.
Keuntungan dari Termometer Bimetalik
- Perawatannya mudah
- Biaya rendah
- Tidak memerlukan sumber listrik
- Kisaran suhu yang baik
Kerugian termometer bimetalik
- Pemasangan lokal
- Kalibrasi dapat berubah karena penanganan yang kasar
- Sebagian besar jenis penunjuk tersedia
- Akurasi rendah
- Aplikasi terbatas
Apa saja aplikasi termometer Bimetalik
- Ini digunakan untuk kontrol otomatis peralatan rumah tangga
- Pengukuran suhu mesin
- Ruang reaksi
- Tungku
- Untuk mengontrol suhu udara
- Parameter proses juga dapat diukur
- Sakelar termostat
- Termometer dinding
Baca Juga : Prinsip Kerja dan Aplikasi Magnetic Proximity Sensor
Gas thermometer
Pada termometer jenis ini, pengukuran suhu dilakukan dengan menentukan pemuaian gas. Cairan dan padatan akan memuai dengan cara yang tidak teratur sedangkan dalam kasus gas berbeda, gas akan memuai dengan cara yang teratur sesuai dengan kenaikan suhu.
Jadi karena fitur gas ini, gas digunakan untuk melakukan pengukuran suhu. Dalam sensor ini, gas akan dibungkus dalam zat termostatik. Ketika sensor ini terkena panas maka akan terjadi perubahan tekanan. Prinsip kerja termometer gas adalah sesuai dengan hukum Charles yang menyatakan bahwa akibat kenaikan suhu gas maka volume gas juga akan bertambah. Ketika sensor dipanaskan maka molekul gas akan mendapatkan lebih banyak energi dan akan bergerak lebih cepat sehingga volumenya akan meningkat.
Jadi ketika sensor tidak mengalami suhu maka, molekul gas hanya memiliki energi yang rendah dan molekul-molekul ini akan dikemas bersama dan dengan demikian volumenya lebih sedikit. Gas yang paling banyak digunakan dalam termometer ini adalah nitrogen dan helium. Nitrogen lebih murah dan tidak akan bereaksi dengan bahan bohlam baja pada suhu tinggi. Nitrogen tidak akan bereaksi dengan baik pada suhu rendah dan untuk tujuan ini, kita dapat menggunakan helium.
Keuntungan dari termometer gas
- Sangat akurat
- Jangkauan luas
- Sangat sensitif
- Tidak tergantung pada jenis gas yang digunakan
- Respons suhu akan cepat saat membandingkannya dengan jenis yang berisi cairan
Kekurangan termometer gas
- Tidak mudah untuk ditangani
- Sangat sensitif terhadap perubahan suhu dan juga getaran mekanis
- Untuk melakukan pengukuran, akan memakan waktu lama
- Mahal
- Tidak dapat digunakan untuk mengukur perubahan suhu yang cepat
- Tidak portabel
Aplikasi termometer gas
- Karena akurasinya yang tinggi, termometer ini dapat digunakan untuk melakukan kalibrasi termometer lain
- Digunakan dalam perpipaan dan tangki untuk melakukan pengukuran suhu
Baca Juga : Prinsip Kerja, Kelebihan, dan Aplikasi Optical Proximity Sensors
Electrical method
RTD
RTD adalah sensor suhu dan prinsip operasinya bergantung pada fakta bahwa resistansi logam akan meningkat karena kenaikan suhu. Jadi itulah mengapa dinamakan detektor suhu resistansi, logam yang paling sering digunakan untuk pengukuran suhu adalah nikel dan platina. Sensor suhu ini tersedia dalam berbagai bentuk.
RTD pada dasarnya adalah kawat tipis kumparan platina, sebagian besar RTD diproduksi dengan dua cara menggunakan kawat atau film. Keluaran dari RTD adalah listrik dan karena itu, RTD dapat digunakan di mana pun umpan balik diperlukan dan tindakan korektif dapat dilakukan dalam sistem otomatis.
Jenis RTD
Kita dapat mengklasifikasikan wire wound RTD menjadi dua jenis, salah satunya terdiri dari gulungan kawat yang akan dienkapsulasi oleh kaca dan kita dapat melihat jenis RTD ini untuk sebagian besar aplikasi industri. Jenis RTD luka kawat lainnya akan dililitkan di sekitar inti keramik atau kaca dan kemudian akan ditutup dengan kaca tambahan. Jadi dalam hal ini, kawat penginderaan akan dihubungkan ke timah yang lebih besar dengan menyolder.
Thin-film RTD
Jenis RTD ini dibuat dengan mendeposisikan lapisan tipis platina ke substrat keramik, dan kemudian akan distabilkan. Pengendapan platina akan berada dalam pola resistansi, sebagian besar dengan ketentuan agar resistansi dapat disesuaikan dengan memotong sirkuit di area trim. Setelah itu kabel timah akan dipasang. Ini, RTD dilapisi dengan lapisan kaca untuk perlindungan mekanis dan kelembaban.
Coil element RTD
Jenis RTD ini dibuat dengan menggunakan kumparan heliks dari kawat penginderaan platina, kawat ini akan dimasukkan ke dalam lubang mandrel isolasi dan dengan demikian memberikan elemen penginderaan yang bebas regangan.
Hollow annulus RTD
Jenis RTD ini menggunakan mandrel lilitan logam berujung terbuka dan ini akan meningkatkan kontak fluida dan mengurangi massa termal dan dengan demikian memberikan respons yang lebih cepat. Jenis RTD ini sepenuhnya tersegel tetapi harganya lebih mahal jika dibandingkan dengan jenis RTD lainnya.
Apa saja keunggulan RTD?
- Sangat akurat
- Stabil
- Perubahan resistansi linier
- Kisaran suhu pengoperasian yang baik
- Ini akan bekerja dengan baik pada suhu tinggi
- Responsnya lebih cepat dari termokopel
- Dapat dipertukarkan dengan baik
- Suhu absolut dapat diukur
- Dapat mengukur suhu yang sangat rendah hingga tinggi
- Output dari RTD adalah listrik sehingga dapat digunakan dengan PLC
Apa saja kelemahan dari RTD
- Diperlukan sumber daya
- Mahal
- Guncangan dan getaran dapat mempengaruhi pengukuran
- Itu akan memanas sendiri
Aplikasi RTD
- Produksi tekstil
- Pemrosesan plastik
- Mikroelektronika
- Petrokimia
- Dapat digunakan untuk melakukan pengukuran suhu udara, gas, dan cairan
- Kompor dan pemanggang
- Dapat digunakan untuk pengukuran suhu gas buang
- Laboratorium medis dan kimia
Baca Juga : Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Kelebihan Ultrasonic Proximity Sensor
Thermistor
Termistor dapat digambarkan sebagai bahan resistif, yang terdiri dari oksida logam dan akan dilapisi dengan kaca. Termistor terbuat dari bahan semikonduktor dari campuran oksida tertentu seperti nikel, mangan, tembaga, kobalt, dan bahan lainnya dan bahan ini akan disinter pada suhu yang sangat tinggi.
Pada sensor suhu jenis ini, resistansinya akan menurun dengan adanya peningkatan suhu. Termistor terbuat dari bahan semikonduktor, bahan semikonduktor yang digunakan akan memvariasikan karakteristik termistor seperti sensitivitas, rentang suhu, rentang resistansi, dll. Termistor dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis. Satu memiliki koefisien suhu negatif dan yang lainnya memiliki koefisien suhu positif. Termistor PTC hanya memiliki jangkauan yang terbatas dan karena itu termistor NTC lebih banyak digunakan.
Termistor memiliki sensitivitas yang baik, ia akan menunjukkan perubahan resistansi yang besar untuk perubahan suhu yang kecil. Jadi termistor sangat sensitif. Perbedaan utama antara termistor dan RTD adalah bahan yang digunakan untuk konstruksinya. Bahan yang digunakan dalam termistor dapat berupa keramik atau polimer sedangkan dalam kasus RTD akan menggunakan logam murni. Sensitivitas termistor sangat tinggi jika dibandingkan dengan RTD.
Apa saja keuntungan dari termistor
- Biaya rendah
- Ukurannya kecil
- Sensitivitas tinggi
- Penginderaan titik, sensor ini dapat diubah menjadi pin berukuran kecil untuk penginderaan titik
- Mereka kompatibel dengan banyak perangkat
Apa saja kelemahan termistor
- Output nonlinier
- Kisaran suhu terbatas
- Rapuh
- Pemanasan sendiri
Apa saja aplikasi termistor
- Ini dapat digunakan untuk alarm perjalanan suhu karena sangat sensitif
- Dapat digunakan untuk memantau suhu baterai
- Pemantauan suhu inkubator
- Termistor PTC dapat digunakan sebagai perangkat pembatas arus untuk perlindungan sirkuit
Baca Juga : Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Kelebihan Capacitive Proximity Sensor
Thermocouple
Thermocouple dibuat dengan menyatukan dua buah bahan yang berbeda pada ujungnya. Logam-logam tersebut akan disatukan dengan penyolderan atau pengelasan, prinsip kerja perangkat ini adalah dengan efek Seebeck. Ini menyatakan bahwa ketika dua logam yang berbeda disatukan dan jika kedua persimpangan berada pada suhu yang berbeda, maka akan ada aliran arus dalam sirkuit tertutup dari dua bahan yang berbeda ini. Jadi ketika panas diterapkan pada perangkat ini maka tegangan akan dihasilkan, tegangan yang dihasilkan akan tergantung pada logam yang digunakan dan juga pada suhu antara sambungan.
Thermocouple mampu melakukan konversi energi panas menjadi energi listrik. Jika suhu yang ada pada kedua sambungan sama maka tegangan yang dihasilkan pada masing-masing sambungan akan saling meniadakan dan tidak akan ada aliran arus. Jadi jika ada suhu yang berbeda di setiap persimpangan maka akan dihasilkan tegangan yang berbeda dan juga akan ada aliran arus dalam rangkaian.
Jadi untuk melakukan pengukuran suhu dengan menggunakan termokopel maka salah satu ujung termokopel harus dijaga agar tetap bersentuhan dengan proses dan ujung yang lain harus dijaga agar tetap pada suhu yang konstan. Reference junction adalah bagian dari sensor yang bagian ujungnya memiliki suhu konstan dan bagian sensor yang bersentuhan dengan proses adalah measurement junction.
Apa saja keuntungan dari thermocouple?
- Ini banyak digunakan di banyak industri
- Konstruksinya sederhana
- Kasar
- Operasi suhu tinggi
- Biaya rendah
- Respons cepat terhadap perubahan suhu
- Pengukuran suhu jarak jauh
- Dapat digunakan untuk berbagai macam pengukuran suhu
- Pemeriksaan kalibrasi dapat dengan mudah dilakukan
- Jarak transmisi yang jauh dapat dicapai
Apa saja kelemahan termokopel
- Respons nonlinier
- Tidak stabil
- Pengulangan yang rendah
- Sensitivitas lebih rendah untuk perubahan suhu yang kecil
- Akurasi rendah
- Kabel ekstensi yang digunakan harus sama dengan jenis termokopel
- Kabel harus terlindung jika tidak, kabel dapat menangkap gangguan listrik yang terpancar
- Ini membutuhkan amplifier untuk banyak aplikasi
- Untuk sebagian besar aplikasi kontrol, dibutuhkan aksesori yang mahal
Apa saja aplikasi termokopel
- Peralatan medis
- Perlakuan panas industri
- Peralatan pengemasan
- Pemrosesan semikonduktor
- Peralatan pengolahan makanan
Baca Juga : Prinsip Kerja, Aplikasi, Kelebihan Eddy Current Sensor
Radiation Method
Radiation Pyrometer
Kita dapat mengukur suhu suatu benda dengan menggunakan pirometer dan alat ini akan melakukan pengukuran tanpa kontak. Sebagian besar benda akan memiliki suhu absolut di atas nol dan benda-benda ini akan memancarkan panas.
Energi panas yang dipancarkan yang dipancarkan oleh benda tergantung pada suhu benda dan ini adalah hukum Stefan-Boltzman. Jadi, pirometer melakukan pengukuran sesuai dengan hukum ini. Alat ini akan melakukan pengukuran dengan mengukur radiasi yang akan dipancarkan dari sebuah objek. Pirometer radiasi akan menerima radiasi dari objek dan akan difokuskan dengan menggunakan cermin ke detektor. Detektor sebagian besar bisa berupa termokopel dan termokopel akan menciptakan EMF yang sebanding dengan suhu dan ini akan ditransmisikan ke milivoltmeter.
Baca Juga : Prinsip Kerja, Jenis, dan Aplikasi Limit Switch
Optical pyrometer
Akan ada lampu filamen dalam pirometer ini, radiasi dari objek akan difokuskan oleh lensa ke lampu. Dalam gambar, kita bisa melihat filter merah di antara lensa mata dan lampu, dan ini ditempatkan untuk memungkinkan hanya panjang gelombang pita sempit yang melewatinya. Lensa mata akan disesuaikan sampai lampu berada dalam fokus yang tajam.
Dengan memvariasikan nilai rheostat, lampu akan dipanaskan akibat arus yang melewatinya. Jika arus meningkat, maka suhu dan juga resistensi lampu meningkat. Jika intensitas radiasi lampu sama dengan intensitas radiasi target atau sumber suhu maka filamen tidak dapat dibedakan. Jadi multimeter yang terhubung ke lampu akan mengukur arus yang melewatinya dan dengan ini kita dapat menentukan suhu filamen dan dengan demikian suhu target juga dapat ditentukan.
Apa saja keuntungan dari pirometer?
- Tidak ada kontak dengan produk
- Waktu respons sangat cepat
- Tidak ada korosi atau oksidasi yang mempengaruhi akurasi pengukuran
- Stabilitas
- Pengulangan yang tinggi
- Pengukuran benda bergerak
- Kita dapat mengukur objek tertentu yang sulit diakses
Apa saja kerugian dari pirometer
- Biaya awal yang tinggi
- Sangat kompleks karena dukungan elektronik yang diperlukan untuk pengukuran
- Keakuratan pengukuran akan dipengaruhi oleh debu atau latar belakang asap
- Radiasi
- Penerapan sensor akan terbatas pada bidang pandang dan juga ukuran titik
- Tidak dapat digunakan untuk mendapatkan nilai kontinu untuk suhu
Apa saja aplikasi pirometer
- Ini digunakan dalam otomatisasi dan kontrol umpan balik
- Sensor ini digunakan untuk proses manufaktur seperti kaca, logam, semen, semikonduktor, dll
- Sensor ini akan berguna dalam pemadaman kebakaran
Baca Juga : Jenis Sensor yang digunakan pada Water Treatment Plant
Kesimpulan
dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Definisi dan Jenis Sensor Suhu”, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
- Sensor temperatur adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur temperatur. Ini bisa berupa suhu udara, suhu cairan atau suhu benda padat. Ada berbagai jenis sensor suhu yang tersedia dan masing-masing menggunakan teknologi dan prinsip yang berbeda untuk melakukan pengukuran suhu.
- Terdapat 3 Jenis Sensor Suhu, yaitu : Mechanical method (Non-electrical), Electrical method, dan Radiation Method
- Jenis sensor suhu mechanical method : Bimetallic Thermometer, dan Gas thermometer
- Jenis sensor suhu electrical method : RTD, Thermistor, dan Thermocouple
- Jenis sensor suhu radiation method: Radiation Pyrometer, dan Optical pyrometer.
Referensi : automationforum.co
