Bahan 1 Sensor Dan Transduser

Diktat Sensor dan Transduser Irwan Kurniawan, ST POLITEKNIK JAMBI BAB I Sensor dan Transduser Kemajuanilmupengetahuandanteknologidarimasakemasaberkembangcepat terutama dibidang otomasi industri. Perkembangan ini tampak jelas di industri pemabrikan, dimanasebelumnyabanyakpekerjaanmenggunakantanganmanusia,kemudianberalih menggunakanmesin,berikutnyadenganelectro-mechanic(semiotomatis)dansekarang sudahmenggunakanrobotic(fullautomatic)sepertipenggunaanFlexibleManufacturing Systems (FMS) dan Computerized Integrated Manufacture (CIM) dan sebagainya. Model apapun yang digunakan dalam sistem otomasi pemabrikan sangat tergantung kepadakeandalansistemkendaliyangdipakai.Hasilpenelitianmenunjukansecanggih apapunsistemkendaliyangdipakaiakansangattergantungkepadasensormaupun transduser yang digunakan. Sensordantransdusermerupakanperalatanataukomponenyangmempunyai perananpentingdalamsebuahsistempengaturanotomatis.Ketepatandankesesuaian dalammemilihsebuahsensorakansangatmenentukankinerjadarisistempengaturan secara otomatis.Besaranmasukanpadakebanyakansistemkendaliadalahbukanbesaranlistrik, sepertibesaranfisika,kimia,mekanisdansebagainya.Untukmemakaikanbesaranlistrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer Sebelumlebihjauhkitamempelajarisensordantransduseradasebuahalatlagi yangselalumelengkapidanmengiringikeberadaansensordantransduserdalamsebuah sistem pengukuran, atau sistem manipulasi, maupun sistem pengontrolan yaitu yang disebut alat ukur. Definisi-definisi -Sensoradalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyalyangberasaldariperubahansuatuenergisepertienergilistrik,energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Contoh;Camerasebagaisensorpenglihatan,telingasebagaisensorpendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya. -Transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas -Alat Ukur adalah sesuatu alat yang berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi.Contoh: voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik; tachometer, speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya. Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor berikut ini : 1.Linearitas Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah secara kontinyu sebagaitanggapanterhadapmasukanyangberubahsecarakontinyu.Sebagai contoh,sebuahsensorpanasdapatmenghasilkantegangansesuaidenganpanas yangdirasakannya.Dalamkasussepertiini,biasanyadapatdiketahuisecaratepat bagaimanaperubahankeluarandibandingkandenganmasukannyaberupasebuah grafik.Gambar1memperlihatkanhubungandariduabuahsensorpanasyangberbeda. Garisluruspadagambar1(a).memperlihatkantanggapanlinier,sedangkanpada gambar 1(b). adalah tanggapan non-linier. 2.Sensitivias Sensitivitasakanmenunjukanseberapajauhkepekaansensorterhadapkuantitas yangdiukur.Sensitivitasseringjugadinyatakan denganbilanganyang menunjukan perubahankeluarandibandingkanunitperubahanmasukan.Beberepasensor panasdapatmemilikikepekaanyangdinyatakandengansatuvoltperderajat, yang berarti perubahansatu derajat pada masukan akan menghasilkanperubahansatu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan dua volt per derajat, yang berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. Linieritassensorjugamempengaruhi sensitivitas darisensor. Apabilatanggapannya linier,makasensitivitasnyajugaakansamauntukjangkauanpengukuran keseluruhan.Sensordengantanggapanpadagambar1(b)akanlebihpekapada temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang rendah. 3.Tanggapan Waktu Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat tanggapannya terhadap perubahanmasukan.Sebagaicontoh,instrumendengantanggapanfrekuensiyang jelekadalahsebuahtermometermerkuri.Masukannyaadalahtemperaturdan keluarannyaadalahposisimerkuri.Misalkanperubahantemperaturterjadisedikit demi sedikit dan kontinyu terhadap waktu, seperti tampak pada gambar 1.2(a).Frekuensiadalahjumlahsiklusdalamsatudetikdandiberikandalamsatuanhertz (Hz).{1hertzberarti1siklusperdetik,1kilohertzberarti1000siklusperdetik]. Padafrekuensirendah,yaitupadasaattemperaturberubahsecaralambat, 100 Temperatur (masukan) 1 100 Temperatur (masukan) 1 0 0 Tegangan (keluaran) (a) Tangapan linier(b) Tangapan non linier Gambar 1.Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982), Tegangan (keluaran) termometerakanmengikutiperubahantersebutdengansetia.Tetapiapabila perubahan temperatur sangat cepat lihat gambar 1.2(b) maka tidak diharapkan akan melihatperubahanbesarpadatermometermerkuri,karenaiabersifatlambandan hanya akan menunjukan temperatur rata-rata. Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah sensor. Misalnya satumilivoltpada500hertz.Tanggapanfrekuensidapatpuladinyatakandengan decibel(db),yaituuntukmembandingkandayakeluaranpadafrekuensitertentu dengan daya keluaran pada frekuensi referensi. Ketentuan lain yang perlu diperhatikan dalam memilih sensor yang tepatadalah dengan mengajukan beberapa pertanyaan berikut ini: a.Apakahukuranfisiksensorcukupmemenuhiuntukdipasangpadatempatyang diperlukan?b. Apakah ia cukup akurat? c. Apakah ia bekerja pada jangkauan yang sesuai? d. Apakah ia akan mempengaruhi kuantitas yang sedang diukur?. Sebagaicontoh,bilasebuahsensorpanasyangbesardicelupkankedalamjumlah airairyangkecil,malahmenimbulkanefekmemanaskanairtersebut,bukan menyensornya.e. Apakah ia tidak mudah rusak dalam pemakaiannya?.f. Apakah ia dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya?g. Apakah biayanya terlalu mahal? Rata-rata Waktu Temperatur 1 siklus 50 40 30 50 40 30 (a) Perubahan lambat(b) Perubahan cepat Gambar 1.2Temperatur berubah secara kontinyu (D. Sharon, dkk, 1982)BAB II SENSOR CAHAYA Pokok bahasan : -Photovoltaik -LDR -Photodiodadan Photo-transistor Elemen-elemensensitivecahayamerupakanalatterandalkanuntukmendeteksienergi cahaya.Alatinimelebihisensitivitasmatamanusiaterhadapsemuaspectrumwarnadan jugabekerjadalamdaerah-daerahultravioletdaninframerah.Energicahayabiladiolah dengancarayangtepatakandapatdimanfaatkansecaramaksimaluntukteknik pengukuran, teknik pengontrolan dan teknik kompensasi. A.PHOTOVOLTAIK Efek sel photovoltaik terjadi akibat lepasnya elektron yang disebabkan adanya cahaya yang mengenailogam.Logam-logamyangtergolonggolongan1padasistemperiodikunsur-unsursepertiLithium,Natrium,Kalium,danCessiumsangatmudahmelepaskanelektron valensinya.Selainkarenareaksiredoks,elektronvalensilogam-logamtersebutjugamudah lepas olehadanya cahaya yang mengenai permukaan logam tersebut. Diantara logam-logam diatasCessiumadalahlogamyangpalingmudahmelepaskanelektronnya,sehinggalazim digunakan sebagai foto detektor. Tegangan yang dihasilan oleh sensor foto voltaik adalah sebanding dengan frekuensi gelombangcahaya(sesuaikonstantaPlankE=h.f).Semakinkearahwarnacahayabiru, makintinggiteganganyangdihasilkan.Tingginyaintensitaslistrikakanberpengaruh terhadap arus listrik. Bila foto voltaik diberi beban maka arus listrik dapat dihasilkan adalah tergantung dari intensitas cahaya yang mengenai permukaan semikonduktor. Gambar 4.7. Pembangkitan tegangan pada Foto volatik Berikut karakteristik dari foto voltaik berdasarkan hubungan antara intensitas cahaya dengan arus dan tegangan yang dihasilkan. B.LDR (Light Dependent Resistor) PRINSIP KERJA LDRLDR(LightDependentResistor)adalahsuatukomponenelektronikyang resistansinyaberubahubahtergantungpadaintensitascahaya.Jikaintensitascahaya semakin besar maka resistansi LDR semakin kecil, jika intensitas cahaya semakin kecil maka resistansi LDR semakin besar. LDR sering juga disebut dengan sensor cahaya.CaramerangkaiLDRada2,tergantungdenganresponyangdiinginkan.Rangkaian itu antara lain: + - Katoda dariSelenium Anoda dariCessium Sinar datang Electron keluar dari permukaan Tegangan keluaran Tabung Hampa LDRR1+5VTitik 1 Cara kerja rangkaian 1 adalah pada saat intensitas cahaya disekitar LDR membesar, makahambatanLDRakanmengecil.HalinimenyebabkanteganganpadaTitik1semakin besar.Dansebaliknya,jikaintensitascahayadisekitarLDRsemakinkecil,makahambatan LDR semakin besar. Hal ini menyebabkan tegangan pada Titik 1 semakin kecil. R2LDR+5VTitik 2 Carakerjarangkaian2adalahpadasaatintensitascahayadisekitarLDRmengecil, maka hambatan LDR akan membesar. Hal ini menyebabkan tegangan pada Titik 2 semakin membesar.Dansebaliknya,jikaintensitascahayadisekitarLDRsemakinbesar,maka hambatanpadaLDRsemakinkecil.HalinimenyebabkanteganganpadaTitik2semakin mengecil. LDR memanfaatkan bahan semikonduktor yang karakteristik listriknya berubah-ubah sesuai dengan cahaya yang diterima. Bahan yang digunakan adalah Kadmium Sulfida (CdS) dan Kadmium Selenida (CdSe). APLIKASI LDR UNTUK LAMPU JALAN Contohpenggunaannyaadalahpadalamputamandanlampujalanyangbisa menyala di malam hari dan padam di siang hari secara otomatis Resistor VariabelLDRLampu JalanRelaySumber TeganganAC220 VCEBSaklar Relay Padadasarnyarangkaiandiatasdirancangbagaimanasupayadenganadanya kenaikanresistansipadaLDRakanbisamemposisikansaklarrelaykeposisiON.Karena karakteristik dari LDR adalah naiknya tingkat kegelapan kondisi cahaya akan menaikkan nilai tahanandariLDRtersebutdengankatalain semakinterangatausemakinbesarintensitas cahaya akan menurunkan nilai resistansinya.JadisesuaisifatLDRtadimaka LDRtersebutdihubungkanseridengantahananVR (variableresistor)sehinggaterjadipembagianteganganantarakeduanya.Kemudian posisikanbesarnyateganganpadasalahsatudiantarakeduanyauntukdijadikansebagai pemicu pada basis transistor.PadasaatkondisisemakingelapnilaitahananLDRakannaikdanterjadipula kenaikannilaiteganganpadaLDR(sesuaihukumpembagitegangan)makaartinya teganganpadaLDRinibisakitajadikansebagaisupplyteganganuntukpemicubasis transistorsehinggaakanmengaktifkantransistordanrangkaianrelay.Kemudianrelay akan menarik saklar ke posisi ON dan arus dari sumber mengalir ke lampu sehingga lampu akan menyala. PHOTO DIODA dan PHOTO-TRANSISTOR Prinsipkerja,karenaphotodiodaterbuatdarisemikonduktorp-njunction makacahayayangdiserapolehphotodiodaakanmengakibatkanterjadinya pergeseranfotonyangakanmenghasilkanpasanganelectron-holedikeduasisidari sambungan.Ketikaelektron-elektronyangdihasilkanitumasukkepitakonduksi makaelektron-elektronituakanmengalirkearahpositifsumbertegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arusakanmengalirdidalamrangkaian.Besarnyapasanganelektronataupunhole yangdihasilkantergantungdaribesarnyaintensitascahayayangdiserapoleh photodioda. Photodiodesdibuatdari semikonduktordenganbahanyangpopuleradalah silicon( Si)ataugaliumarsenida (GaAs),danyang lain meliputiInSb,InAs,PbSe.Material inimenyerapcahayadengankarakteristikpanjanggelombangmencakup:2500- 11000untuk silicon,8000 20,000untukGaAs.Ketikasebuahphoton (satu satuanenergidalamcahaya)darisumbercahayadiserap,haltersebut membangkitkansuatuelektrondanmenghasilkansepasangpembawamuatan tunggal,sebuahelektrondansebuahhole,dimanasuatuholeadalahbagiandari kisi-kisisemikonduktoryangkehilanganelektron.ArahArusyangmelaluisebuah semikonduktoradalahkebalikandengangerakmuatanpembawa.caratersebut didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon - menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di bagian-bagian elektroda. Photodiodadigunakansebagaipenangkapgelombangcahayayang dipancarkanolehInfrared.Besarnyateganganatauaruslistrikyangdihasilkanoleh photodioda tergantung besar kecilnya radiasi yang dipancarkan oleh infrared. Gambar : panjang gelombang yang dihasilkan oleh bahan photodioda yang berbeda terhadap pengliatan mata Photodiodadigunakansebagaikomponenpendeteksiadatidaknya cahaya maupundapatdigunakanuntukmembentuksebuahalatukurakuratyang dapatmendeteksiintensitascahayadibawah1pW/cm2sampaiintensitasdiatas 10mW/cm2.Photodiodamempunyairesistansiyangrendahpadakondisiforward bias,kitadapatmemanfaatkanphotodiodainipadakondisireversebiasdimana resistansi dari photo dioda akan turun seiring dengan intensitas cahaya yang masuk. Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka tidak ada arus yang mengalir ke rangkaianpembanding,jikaphotodiodaterkenacahayamakaphotodiodeakan bersifatsebagaitegangan,sehinggaVccdanphotodiodatersusunseri,akibatnya terdapat arus yang mengalir ke rangkaian pembanding. i Gambar: simbol photodioda Sifat dari Photodioda adalah : 1.Jika terkena cahaya maka resistansi nya berkurang 2.Jika tidak terkena cahaya maka resistansi nya meningkat. KenapaPhotodiodadipasangbiasmundur??Berdasarkanteorimengenai dioda.Padasaatdiodadipasangbiasmundur,makaarustidakakanmengalir karenahambatanygsangatbesarsekali.Jadibisadikatakaninidiodasebagai kondisiOpenCircuitjikadianalogikansepertisakelar.namunpadaphotodioda, hambatan yang besar tadi bisa menjadi kecil karena pengaruh cahaya yang masuk. Halsepertiinibisamenyebabkanarusmengalirsehinggakondisisepertiinibisa dikatakan sebagai Close Circuit jika dianalogikan seperti sakelar Menunjukkan hasil bahwa tegangan keluaran (Vout) sebanding dengan LUX (Intensitascahaya)yangditerimaolehphotodioda.Halinimenunjukkanbahwa padasaatphotodiodadibiasreverse,resistansiphotodiodaakanturunseiring denganintensitascahayangditerimaphotodiodanaik.Sehingga,resistansiyang turun menyebabkan tegangan Vout akan naik. Padasaatintensitascahayayangditerimaphotodiodarendah,photodioda memilikiresistansiyangtinggisehinggamenyebabkannilaitegangankeluarannya juga rendah. Hal ini dikarenakan nilai arus yang mengalir pada photodioda kecil. Alarm Otomatis Dengan Sensor Infrared Dan Photodioda AlarmRelayAC220 VCEBSaklar RelayCEBTR1TR2PhotoDiodaInfrarediVCC Ketikacahayainfraredterpotongmakaarus(i)tidakmengalirpadaphotodiode sehingga menon-aktifkan TR1 dan sebaliknya TR2 akan menjadi aktifdan rangkaian relaypun ikutmenjadiaktif.Karenarelayaktif makaakanmenariksaklarkeposisi ONsehinggategangansumberdapatmengalirkealarm.Sehinggaalarmakan berbunyi. Photo Transistor Samahalnyadiodafoto,makatransistorfotojugadapatdibuatsebagai sensor cahaya. Teknis yang baik adalah dengan menggabungkan dioda foto dengan transistor foto dalam satu rangkain. Karakteristik transistor foto yaitu hubungan arus, tegangan dan intensitas foto Kombinasi dioda foto dan transistor dalam satu chip Transistor sebagai penguat arus Linieritas dan respons frekuensi tidak sebaik dioda foto

Karakteristik transistor foto, (a) sampai (d) rangkaian uji transistor foto 40 30 20 10 Intensity (W/m2) 2 4 6810121416 Collector-Emitter Voltage 28 20 12 8 4 Collector Current (mA) Alarm Otomatis Dengan Sensor Infrared Dan Photodioda AlarmRelayAC220 VCEBSaklar RelayTR1TR2PhotoTransistorInfrarediVCC KetikacahayainfraredterpotongmakaTR1(phototransistor)tidakaktifdan sebaliknyaTR2akanmenjadiaktifdanrangkaianrelaypunikutmenjadiaktif. Karena relay aktif maka akan menarik saklar ke posisi ON sehingga tegangan sumber dapat mengalir ke alarm. Sehingga alarm akan berbunyi. BAB III SENSOR THERMAL AC.Srivastava,(1987),mengatakantemperaturmerupakansalahsatudariempat besaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional (The International MeasuringSystem).LordKelvinpadatahun1848mengusulkanskalatemperature termodinamikapadasuatutitiktetaptriplepoint,dimanafasepadat,cairdanuap berada bersama dalam equilibrium, angka ini adalah 273,16 oK ( derajat Kelvin) yang jugamerupakantitikes.SkalalainadalahCelcius,FahrenheitdanRankinedengan hubungan sebagai berikut: oF = 9/5 oC + 32atauoC = 5/9 (oF-32)atauoR = oF + 459,69Yayan I.B, (1998), mengatakan temperatur adalah kondisi penting dari suatu substrat.Sedangkanpanasadalahsalahsatubentukenergiyangdiasosiasikan denganaktifitasmolekul-molekuldarisuatusubstrat.Partikeldarisuatusubstrat diasumsikanselalubergerak.Pergerakanpartikelinilahyangkemudiandirasakan sebagaipanas.Sedangkantemperaturadalahukuranperbandingandaripanas tersebut.Pergerakan partikel substrat dapat terjadi pada tiga dimensi benda yaitu:1. Benda padat,2. Benda cair dan 3. Benda gas (udara) Aliran kalor substrat pada dimensi padat, cair dan gas dapat terjadi secara : 1.Konduksi,yaitupengaliranpanasmelaluibendapadat(penghantar)secara kontak langsung 2. Konveksi, yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung3.Radiasi,yaitupengaliranpanasmelaluimediaudara/gassecarakontaktidak langsung Pada aplikasi pendeteksian atau pengukuran tertentu, dapat dipilih salah satu tipe sensor dengan pertimbangan : 1. Penampilan (Performance)2. Kehandalan(Reliable) dan3. Faktor ekonomis ( Economic) Pemilihan Jenis Sensor Suhu Hal-halyangperludiperhatikansehubungandenganpemilihanjenissensor suhu adalah: (Yayan I.B, 1998) 1. Level suhu maksimum dan minimum dari suatu substrat yang diukur. 2. Jangkauan (range) maksimum pengukuran 3. Konduktivitas kalor dari substrat 4. Respon waktu perubahan suhu dari substrat 5. Linieritas sensor 6. Jangkauan temperatur kerja Selaindariketentuandiatas,perlujugadiperhatikanaspekphisikdankimia darisensorsepertiketahananterhadapkorosi(karat),ketahananterhadap guncangan, pengkabelan (instalasi), keamanan dan lain-lain. SENSOR BIMETAL Bimetaladalahsensortemperaturyangsangatpopulerdigunakankarenakesederhanaan yangdimilikinya.Bimetalbiasadijumpaipadaalatstrikalistrikdanlampukelap-kelip (dimmer).Bimetaladalahsensorsuhuyangterbuatdariduabuahlempengan logamyang berbeda koefisien muainya () yangdirekatkan menjadi satu. Bilasuatulogamdipanaskanmakaakanterjadipemuaian,besarnyapemuaian tergantungdarijenislogamdantingginyatemperaturkerjalogamtersebut.Biladua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebihtinggiakanmemuailebihpanjangsedangkanyangmemilikikoefisienmuailebih rendahmemuailebihpendek.Olehkarenaperbedaanreaksimuaitersebutmakabimetal akanmelengkungkearahlogamyangmuainyalebihrendah.Dalamaplikasinyabimetal dapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open(NO). Kontruksi Bimetal( Yayan I.B, 1998) Sistem Tanda Belok dengan Flasher Tipe Bimetal Sistem tanda belok tipe ini yaitu dengan mengandalkan kerja dari dua keping/bilah (strip) bimetal untuk mengontrol kedipannya. Bimetal terdiri dari dua logam yang berbeda (biasanya kuningan dan baja) yang digabung menjadi satu. Jika ada panas dari aliran listrik yang masuk ke bimetal, maka akan terjadi pengembangan/pemuaian dari logam yang berbeda tersebut dengan kecepatan yang berbeda pula. Hal ini akan menyebabkan bimetal cenderung menjadi bengkok ke salah satu sisi. Dalam flasher tipe bimetal terdapat dua keping bimetal yang dipasang berdekatan dan masing-masing mempunyai plat kontak pada salah satu ujungnya. Bimetal sesudah dipanaskan Bimetal sebelum dipanaskan Logam A Logam B Cara kerja sistem tanda belok dengan flasher tipe bimetal Pada saat saklar lampu sein digerakan (ke kiri atau kanan), arus mengalir ke voltage coil (kumparan) yang akan membuat kumparan tersebut memanas dan bengkok. Setelah kebengkokannya sampai menghubungkan kedua plat kontak di bagian ujungnya, arus kemudian mengalir ke current coil (kumparan arus) terus ke lampu sein/tanda belok dan akhirnya ke massa (gambar dibawah ). Saat ini lampu sein menyala dan current coil akan mulai bengkok menjauhi voltage coil. Setelah kebengkokan current coil membuat plat kontak terpisah/terbuka, maka lampu sein mati. Selanjutnya current coil akan menjadi dingin setelah arus yang mengalir hilang dan akhirnya bimatalnya akan lurus kembali posisinya sehingga plat kontak menempel kembali dengan plat kontak yang dari voltage coil. Arus akan mengalir kembali untuk menghidupkan lampu sein. Begitu seterusnya proses ini berulang sehingga lampu tanda belok berkedip. THERMISTOR Thermistoratautahananthermaladalahalatsemikonduktoryangberkelakuansebagai tahanandengankoefisientahanantemperaturyangtinggi,yangbiasanyanegatif. UmumnyatahananThermistorpadatemperaturruangdapatberkurang6%untuksetiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuatThermistorsangatsesuaiuntukpengukuran,pengontrolandankompensasi temperatur secara presisi. Thermistorterbuatdaricampuranoksida-oksidalogamyangdiendapkanseperti: mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U). Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 sampai 75 dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. Ukuranpalingkecilberbentuk mani-manik (beads)dengandiameter0,15 mmsampai1,25 mm,bentukpiringan(disk)ataucincin(washer)denganukuran2,5mmsampai25mm. Cincin-cincindapatditumpukandanditempatkansecaraseriatauparalelguna memperbesar disipasi daya. DalamoperasinyaThermistormemanfaatkanperubahanresistivitasterhadap temperatur, dan umumnya nilai tahanannya turun terhadap temperatur secara eksponensial untuk jenis NTC ( Negative Thermal Coeffisien) Koefisien temperatur didefinisikan pada temperature tertentu, misalnya 25oC sbb.: Gambar berikut memperlihatkan simbol thermistor dan beberapa contoh thermistor di pasaran. .

TA Te R R(2.3) (2.4) Termistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930, dan mendapat hak paten di Amerika Serikat dengan nomor #2.021.491. Ada dua macam termistor secara umum: Posistor atau PTC (Positive Temperature Coefficient), dan NTC (Negative Temperature Coefficient). Nilai tahanan pada PTC akan naik jika perubahan suhunya naik, dengan kenaikan resistansi linier terhadap temperature. Sementara sifat NTC justru kebalikannya, dengan kenaikan resistansi secara exponential terhadap temperature..

Aplikasi Thermistor Ada banyak aplikasi thermistor, misalnya dalam bidang automotive, militer, kedokteran, telekomunikasi, space, dll. Dalam automotive bisa menggunakan NTC thermistor untuk memonitor temperatur radiator/mesin yang dihubungkan ke electronic control unit (ECU) dan kemudian ditampilakan dalam dashboard mobil. Dalam bidang kedokteran digunakan untuk memonitor temperatur pasien pada saat operasi berlangsung. Dalam bidang space untuk memonitor temperatur baterai, modul-modul satelit, memonitor ruangan dalam satelit, dll. Contoh Aplikasi Thermistor Pada contoh aplikasi ini digunakan thermistor jenis NTC untuk mengukur temperatur ruangan. Pertama kali dilakukan karakterisasi thermistor NTC tersebut yaitu dengan cara memasukkan ke dalam air es untuk temperatur dingin dan mendekatkan pada alat pemanas untuk temperatur panas, kemudian mencatat besar resistansinya. Gambar berikut hasil karakterisasi thermistor NTC. Hasil dari karakterisasi thermistor NTC tersebut kemudian diplot dalam software mathematic versi 5.1. Dari software tersebut diperoleh persamaan perubahan resistansi terhadap temperatur. dimana: R : Resistansi Thermistor (Kohm) T : Temperatur ruangan (oC) Persamaan di atas merupakan persamaan resistansi terhadap perubahan temperatur. Thermistor tersebut rencananya akan dihubungkan dengan data acquisition system supaya dapat dibaca besar temperatutnya. Untuk itu perlu adanya rangkaian tambahan, yaitu rangkaian pengkondisi sinyal untuk mengubah besaran resistansi menjadi tegangan analog. Rangkaian pengkondisi sinyal diperlihatkan dalam gambar berikut. Dalam Gambar tersebut, thermistor dihubungkan dengan sebuah resistor 10Kohm sehingga rangkaian tersebut berfungsi sebagai pembagi tegangan. Tegangan Vout dapat dicari menggunakan persamaan: dimana: Vout: Tegangan output yang merepresentasikan temperatur. R2 : Thermistor. R3 : Resistansi pembagi. Vcc : Tegangan sumber. Setelah dilakukan percobaan didapatkan hubungan antara temperatur ruangan terhadap tegangan output, hasilnya dapat dilihat dalam gambar berikut. Dari gambar tersebut didapatkan persamaan hubungan antara temperatur dengan tegangan output dari rangkaian sinyal kondisioning. dimana: T : Temperatur ruangan. V : Tegangan output yang merepresentasikan temperatur. Dari keluaran tegangan tersebut bisa langsung dihubungkan dengan data acquisition system untuk menampilkan hasil pengukuran temperatur ke dalam display Resistor VariabelThermistor NTCRelaySumber TeganganAC220 VCEBSaklar RelayPanas Contoh rangkaian aplikasi thermistor pada alarm panas otomatis RTD (Resistansi Thermal Detektor) 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 tersebutantaralain;platina,emas,perak,nikeldantembaga,danyangterbaikadalah bahanplatinakarenadapatdigunakanmenyensorsuhusampai1500oC.Tembagadapat digunakanuntuksensorsuhuyanglebihrendahdanlebihmurah,tetapitembagamudah terserang korosi. RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu: 1. Tidak diperlukan suhu referensi 2.Sensitivitasnyacukuptinggi,yaitudapatdilakukandengancaramem-perpanjangkawat 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.Tegangankeluaranyangtinggi,makabagianelektronikpengolahsinyalmenjadi sederhana dan murah. Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi koefisien lebih rendah dari thermistor dan model matematis linier adalah:) 1 (0t R RT dimana : Ro=tahanan konduktor pada temperature awal ( biasanya 0oC) RT =tahanan konduktor pada temperatur toC =koefisien temperatur tahanan t= selisih antara temperatur kerja dengan temperatur awal Sedangkan model matematis nonliner kuadratik adalah:

Kabel keluaran Kumparan kawat platina Inti dari Quartz Terminal sambungan Gambar 2.9. Konstruksi RTD THERMOCOUPLE 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. Thermocouple adalah salah satu dari beberapa jenis sensor temperatur yang menggunakan metode secara elektrik dan sensor ini adalah sensor yang paling luasdigunakan pada dunia penindsutrian.Sensoriniterdiri dariduakawatdarilogam-logamyangberbedayang kemudiandilas(dikonneksikan)menjadisatusamalainpadasalahsatuujungnya. thermocouplememilikipalingsedikitduaataulebihhubunganyangberfungsisebagai hubunganpertama sebagaivariablepengukuran (HotJunction)danhubunganyangkedua sebagaireferensivariable(ColdJunction)yangnantinyaakandigunakansebagai pembanding antar element. Vs + -Ujung dingin Beda potensial yang terjadi pada kedua ujung logam yang berbeda panas jenisnya Beda potensial pada TermokopelUjung panas VRR SV V Vout Prinsip Kerja Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi energipanasmenjadienergilistrik).Aruslistrikmengalirpadarangkaiantertutupdari2 konduktorberbeda,apabilakeduasambunganmengalamibedatemperatur.Bila rangkaian dibukamakaakanmunculteganganSeebeckpadakeduaterminal. jadimenurutefek seebeck ketika dua konduktor yang berbeda menerima panas maka akan menimbulkan emf (ElectricmotiveForce)yangakanmenimbulkantegangankecildengankisaranrange1 hingga 70 microvolt untuk setiap derajat kenaikan suhu. Dan kemudian akan dikonversikan sesuaidengan referencetableyangtelahada(tableinisesuaidengantipedari thermocoupe yang dipakai). Tentunyathermocouple memilikikelebihandankekurangansehinggadalampemakaiannya perluditempatkansesuaidenganpenggunaannyasehinggabisamendapatkanhasilyang lebihbaik.berikutkelebihandankekurangandarithermocoupleyang sayadapatkandari beberapa sumber referensi saya. Kelebihan Biaya pengadaan awal : rendah Tidak ada bagian yang bergerak (No moving parts) Range pengukuran : lebar (0 ~ 5000F) Response time singkat / pendek Repeatability : cukup baik

Kekurangan Hubungan temperature dan tegangan tidak linear penuh Sensitivitas rendah, umumnya 50 V/C (28 V/F) atau lebih rendah (tegangan rendah rentan dengan noise). Accuracy pada umumnya tidak lebih baik dari pada 0.5 C (0.9F), tidak cukup tinggi untuk beberapa aplikasi .Memerlukan suatu acuan temperatur yang dikenal, umumnya temperature air es 0C (32F). Modern thermocouple mengacu pada suatu acuan yang dihasilkan secara elektris.