Prinsip Kerja Pengukuran Kelembaban
Prinsip Kerja Pengukuran Kelembaban – Pengukuran kelembaban adalah alat penting untuk memprediksi iklim di luar ruangan serta mengendalikan iklim di dalam ruangan. Kontrol kelembaban sangat penting di tempat tinggal, penyimpanan, dan pabrik.
Secara ilmiah dinyatakan, kelembaban adalah ukuran uap air yang ada dalam gas. Uap adalah istilah yang mengacu pada bentuk gas dari suatu zat yang biasanya ada sebagai padat atau cair. Ketika cairan ada sebagai gas, ia memberikan tekanan pada sekitarnya. Tekanan ini menentukan jumlah uap di udara pada suhu tertentu. Nilai ini, yang dikenal sebagai tekanan uap, bervariasi dengan suhu dan tekanan, serta dari zat ke zat.
Air, misalnya, memiliki tekanan uap yang tinggi pada suhu mendekati titik didih (pada titik didih tekanan uap = tekanan atmosfer). Tekanan uap rendah pada suhu di bawah titik beku (semua padatan umumnya memiliki tekanan uap rendah; jika tidak, mereka akan menguap). Tekanan uap naik saat tekanan berkurang, yang menjelaskan mengapa air mendidih pada suhu yang lebih rendah di ketinggian yang lebih tinggi (tekanan rendah). Kelembaban mutlak adalah ukuran massa uap air yang ada dalam volume tertentu.
Baca Juga : Prinsip Kerja Sensor Konduktivitas
Karena massa uap air sulit diukur, pengukuran yang lebih umum disebut kelembaban relatif digunakan. Kelembaban relatif (RH) adalah persentase jumlah air yang dapat ditampung oleh udara pada suhu tertentu. Persamaan berikut menghitung persen kelembaban relatif.
Di mana:
Pa = tekanan sebenarnya
Ps = tekanan jenuh
Kelembaban Relatif tergantung pada suhu. Pada 100% RH, tekanan aktual uap air sama dengan tekanan saturasi. Suhu di mana ini ada disebut titik embun. Setiap pendinginan di bawah titik embun menyebabkan air mengembun. Jika atmosfer stabil pada kelembaban konstan di siang hari, suhu yang turun di malam hari dapat turun di bawah titik embun yang menyebabkan uap mengembun. Uap yang mengembun menciptakan fenomena yang biasa dikenal sebagai embun. Fakta penting yang perlu diperhatikan adalah sensor hanya perlu mendapatkan satu pengukuran, kelembaban absolut, RH, atau titik embun, karena dua lainnya dapat dihitung menggunakan suhu, grafik, atau persamaan sekitar.
Baca Juga : Prinsip Kerja Oxygen Analyzer
Secara umum, mendapatkan ukuran kelembaban bukanlah tugas yang mudah. Banyak instrumen memiliki akurasi yang buruk, bandwidth yang sempit, masalah kontaminasi, dan histeresis. Beberapa instrumen adalah peralatan yang besar, canggung, dan mahal. Untuk menambah masalah, ada beberapa perangkat yang sangat akurat untuk menghasilkan dan mengukur kelembaban, yang diperlukan untuk digunakan dalam kalibrasi sensor. Dibahas di bawah ini, adalah berbagai metode penginderaan kelembaban.
Baca Juga : Cara Menentukan Pressure Gauge
Metode tertua untuk mengukur kelembaban relatif adalah metode psychrometric. Psikrometri umumnya dikenal sebagai metode bohlam “basah” dan “kering”. Sensor psychrometric tidak secara langsung merasakan kelembaban, melainkan merasakan suhu untuk secara tidak langsung menemukan kelembaban relatif. Elemen penginderaan dapat berupa termometer, RTD, atau termistor. Elemen penginderaan pertama, bola kering, mengukur suhu sekitar. Elemen penginderaan kedua, bola basah, tertutup dalam sumbu jenuh dengan air suling. Udara yang dipaksa melintasi bola basah menciptakan penguapan, yang mendinginkannya di bawah suhu sekitar. Jumlah penguapan (pendinginan) tergantung pada tekanan uap udara. Dengan menggunakan suhu bola basah dan bola kering, kelembaban relatif dapat dilihat pada grafik psychrometric. Mencari %RH pada grafik untuk setiap pengukuran memakan waktu dan tidak praktis. Dengan teknologi saat ini, grafik psychrometric dan persamaan titik embun dapat disimpan dalam mikroprosesor, sehingga menjadikannya metode penginderaan langsung untuk RH dan titik embun.
Psikrometer selempang berasal dari akhir abad ke-19. Itu menggunakan termometer merkuri untuk pengukuran suhu, dan mengayunkan bola lampu di sekitar menciptakan gerakan udara di bola lampu basah. Saat ini, unit telah dibangun di kipas angin untuk ventilasi bola basah. Sensor psychrometric memiliki presisi yang baik dengan resolusi %RH 0,1%, kelembaban berkisar antara 10 – 100% pada suhu dari 32oF hingga 140oF, dan akurasi + 2%. Kelemahan dari sensor psychrometric adalah waktu respon yang lambat dan harganya jauh lebih mahal.
Baca Juga : Jenis Limit Switch : Prinsip Kerja, Keunggulan, dan Kekurangan
Metode lain untuk mengukur kelembaban adalah menggunakan sensor titik embun. Ada dua jenis sensor titik embun yang umum, jenis permukaan kondensasi yang didinginkan, atau larutan lithium klorida jenuh. Larutan lithium klorida jenuh tidak secara langsung merasakan kelembaban relatif. Menjenuhkan sumbu dengan elektroda resistif dalam larutan dan arus eksitasi melalui sumbu menciptakan pemanasan joule. Pemanasan menyebabkan beberapa larutan menguap, yang mengurangi resistensi dan memperlambat pemanasan. Akhirnya kesetimbangan tercapai dan suhu larutan kemudian dapat dikaitkan dengan titik embun.
Jenis permukaan kondensasi yang didinginkan mendeteksi dengan sangat akurat suhu di mana kondensasi dimulai. Perangkat yang paling umum digunakan adalah cermin untuk mendeteksi kondensasi. Sistem diatur sehingga LED (light emitting diode) memantul dari cermin pada sudut sekitar 45 derajat. Sebuah foto-transistor mendeteksi cahaya yang dipantulkan. Kemudian, suhu cermin dikontrol secara elektronik. Sistem ini bekerja dengan mendinginkan permukaan cermin di bawah suhu sekitar hingga terbentuk kondensasi. Pengembunan pada permukaan cermin menyebabkan cahaya LED menyebar.
Cahaya yang tersebar menciptakan penurunan tiba-tiba pada output fototransistor. Pada titik ini, suhu permukaan cermin dibaca menggunakan sensor suhu seperti RTD atau termistor. Suhu ini adalah titik embun. Dengan loop umpan balik, pendinginan atau pemanasan cermin terus melacak titik embun. Ada beberapa desain berbeda dari permukaan kondensasi yang juga digunakan. Metode cermin dingin adalah metode yang paling stabil dan akurat untuk menentukan kelembaban relatif. Sangat penting untuk menjaga cermin tetap bersih dan memastikan sensor suhu dan cermin berkualitas tinggi. Metode ini memiliki rentang kelembaban terbaik (0-100% RH) dan dapat digunakan untuk banyak gas pada banyak tekanan. Instrumen ini besar dan sangat mahal.
Baca Juga : Prinsip Kerja Mechanical Vibration Switch
Metode higrometrik penginderaan kelembaban relatif adalah yang paling umum. Instrumen umumnya kompak, dapat diandalkan, dan murah. Sensor kelembaban higrometrik memberikan output yang secara langsung menunjukkan kelembaban. Elemen penginderaan kelembaban pertama bersifat mekanis. Dimensi fisik berbagai bahan akan berubah dengan adsorpsi1 air. Beberapa contohnya adalah rambut, selaput hewan, dan beberapa plastik. Untuk membangun sensor dari bahan-bahan ini, elemen dijaga agar tetap tegang dengan pegas.
Strain gage memonitor perpindahan yang disebabkan oleh perubahan kadar air udara. Output dari strain gage berbanding lurus dengan kelembaban relatif. Metode higrometri kedua adalah melapisi kristal berosilasi (kuarsa) dengan lapisan higroskopis. Ketika lapisan menyerap air, massa berubah yang kemudian mengubah frekuensi osilasi kristal. Metode yang lebih tidak jelas adalah higrometer elektrolitik. Metode ini rumit dan tidak cukup sering digunakan untuk menjamin penjelasan.
Kemajuan terbaru dalam film tipis dan teknologi micromachining memungkinkan untMeuk menghasilkan sensor higrometri resistif dan kapasitif berkualitas tinggi. Sensor ini telah menjadi lebih akurat, kompak, dan stabil dalam beberapa tahun terakhir membuatnya populer di industri. Bahan yang digunakan untuk menghasilkan elemen penginderaan ini memiliki kemampuan untuk mengubah karakteristik listriknya dengan adsorpsi air. Bahan telah berubah selama bertahun-tahun dari garam elektrolitik, keramik, hingga polimer yang baru-baru ini populer. Desain baru dalam material penginderaan telah mengatasi banyak masalah. Masalah besar pertama dengan sensor adalah bandwidth yang sempit. Setiap sensor individu hanya dapat diandalkan pada rentang kelembaban relatif 10 hingga 20%. Banyak sensor yang diproduksi dengan rentang tertentu mencakup seluruh rentang %RH. Lalu ada masalah ketika air yang teradsorpsi meninggalkan kotoran di permukaan. Pengotor ini akan mengubah karakteristik listrik dari bahan penginderaan. Polimer yang digunakan sekarang telah mengatasi masalah awal ini.
Sensor kapasitif dibangun seperti kapasitor pelat paralel. Elemen penginderaan berfungsi sebagai dielektrik. Karena kelembaban di udara mengubah uap air, polimer penginderaan berubah dengan adsorpsi, menghasilkan perubahan konstanta dielektrik. Konstanta dielektrik berbanding lurus dengan kapasitansi, yang berbanding terbalik dengan %RH. Teknik-teknik baru dalam memproduksi film tipis telah membuat ini, akurat, stabil, dan mudah untuk memproduksi dalam jumlah besar.
Jenis higrometer resistif adalah sensor yang digunakan ACI dalam produk mereka. Sensor terdiri dari menempatkan film tipis polimer penginderaan di atas satu set elektroda sisir. Gambar 1 merupakan representasi dari bagian fisik sensor kelembaban. Sensor menyerap air ke dalam bahan penginderaan kelembaban, yang mengubah ketahanan polimer. Bahan lain menyerap air, yang hanya mengubah resistivitas permukaan. Karena air diserap resistensi sebagian besar polimer berubah membuat sensor tahan terhadap kontaminasi permukaan. Sensor membutuhkan arus eksitasi AC. Jadi tidak ada kemungkinan elektrolisis atau pemisahan polimer sensor kelembaban dapat terjadi. Teknologi film tipis membuat sensor ini akurat, stabil, dan mudah dibuat. Pilihan bahan memastikan mereka memiliki waktu respons yang cepat dengan sedikit histeresis. Daya tarik lainnya adalah ukurannya yang kecil dan harganya yang murah.
Baca Juga : Prinsip Kerja Penganalisis Gas Buang Inframerah
Dari yang sudah dibahas pada artikel diatas yaitu “Prinsip Kerja Pengukuran Kelembaban” dapat di tarik sebagai kesimpulan, diantaranya adalah :
Sumber : InstrumentationTools.com
