Sensor thermal

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu.

Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

1. Bimetal

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).

2. Termistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1^oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi.

3. Resistance Thermal Detector (RTD)

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 1500^o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah terserang korosi.

RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu:

1. Tidak diperlukan suhu referensi

2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat dilakukan dengan cara mem-perpanjang kawat yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.

3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel

4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena noise tidak jadi masalah

5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah.

Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi koefisien lebih rendah dari thermistor

4. 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.

Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam. 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. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet ) yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821) yang menemukan hubungan perbedaan panas (T₁ dan T₂) dengan gaya gerak listrik yang dihasilkan E, Peltir (1834), menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang diserap pada titik hot-juction dan cold-junction, dan Sir William Thomson, menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, 

-->

Perilaku beberapa jenis thermocouple diperlihatkan oleh gambar

-->

• tipe E (chromel-konstanta)
• tipe J (besi-konstanta)
• tipe T (tembaga-Konstanta)
• tipe K (chromel-alumel)
• tipe R atau S (platina-pt/rodium

                                                           

5.Dioda (IC hybrid)

Dioda dapat pula digunakan sebagai sensor temperatur yaitu dengan memanfaatkan sifat tegangan junction

Dimanfaatkan juga pada sensor temperatur rangkaian terintegrasi (memiliki rangkaian penguat dan kompensasi dalam chip yang sama).

Contoh rangkaian dengan dioda sebagai sensor temperature

Contoh rangkaian dengan IC sensor

6.Infrared Pyrometer

Sensor inframerah dapat pula digunakan untuk sensor temperatur

                                                            

Gambar 2.21. Infrared Pyrometer sebagai sensor temperatur

Memfaatkan perubahan panas antara cahaya yang dipancarkan dengan diterima yang diterima pyrometer terhadap objek yang di deteksi.

 
Gambar rangkaian sensor thermal (sensor suhu )

Daftar Komponen :

1. Resistor : R1 (100 Kohm), R2 (10 Kohm), R3 (47 Kohm), R4 (1 Kohm) dan VR1 (potensio 10 Kohm)

2. Kapasitor : C1 (10 uF) dan C2 (1 uF)

3. Dioda : D1 (IN 4002)4. Transistor : Q1 (BC 107)

5. Thermistor

6. IC 555

7. Relay 9 volt

8. Rangkaian alarm (sesuai selera)

Prinsip Kerja Sensor Suhu dan Analisa Rangkaian :

1. R3, Thermistor dan VR1 dipasang seri supaya dapat menentukan pembagian tegangan yang sesuai yang akan diberikan ke transistor switching.
2. Tegangan supply adalah sama dengan jumlah tegangan yang jatuh pada R3, Thermistor dan VR1. Tegangan pada VR1 paralel terhadap basis transistor, sehingga pada saat tegangan pada VR1 mencapai 0,7 volt maka transistor akan aktif dan men-trigger rangkaian monostable.
3. Thermistor dipasang pada bagian atas dari VR1 dimaksudkan supaya pada saat suhu naik tegangan pada titik trigger (basis transistor = VR1) akan mengalami kenaikan, dikarenakan thermistor (NTC) tersebut akan mengalami penurunan nilai resistansi seiring dengan kenaikan suhu.
4. Anda bisa saja menukar posisi thermistor dengan VR1 dengan tujuan agar rangkaian alarm akan aktif pada saat suhu mengalami penurunan.
5. Anda bisa juga meengganti nilai R3 dan VR1 untuk mendapatkan sensitifitas yang sesuai dengan karakteristik thermistor yang anda miliki dan sesuai keinginan anda.

Aplikasi

Salah satu aplikasi dari Bimetallic temperature sensor ini adalah pada setrikaan listrik pada setrika jika suhu melebihi batas yang ditentukan maka setrika akan mati sendiri dan akan ada bunyi “tik”, itu sebenarnya adalah bimetallic temperature sensor yang sedang melengkung. Disini bimetal berfungsi sebagai saklar suhu otomatis yang akan memutus kontak listrik jika suhu setrika melebihi batas yang ditentukan.

Ide pengembangan

Jaket Panas Dingin à jaket ini peka terhadap perubahan suhu, apabila suhu lingkungan panas maka jaket ini akan menghasilkan suhu yang dingin saat dipakai sebalikanya apabila suhu lingkungan dingin maka jaket ini akan menghasilkan suhu yang hangat saat dipakai. 

Referensi

http://andyarunner.blogspot.com/2012/11/sensor-thermal.html