Resistance Temperature Detector [PDF]

Citation preview

RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD) A. PENGERTIAN Resistance Temperature Detector (RTD) atau dikenal dengan Detektor Temperatur Tahanan adalah sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya. Semakin panas benda tersebut, semakin besar atau semakin tinggi nilai tahanan listriknya, begitu juga sebaliknya. PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di industri. Resistance Temperature Detector merupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis. Resistance Temperature Detector (PT100) digunakan pada kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C. Gambar 1. RTD



Pada tipe elemen wire-wound atau tipe standar, RTD terbuat dari kawat yang tahan korosi, yang dililitkan pada bahan keramik atau kaca, yang kemudian ditutup dengan selubung probe sebagai pelindung. Selubung probe ini biasanya terbuat dari logam inconel (logam dari paduan besi, chrom, dan nikel). Inconel dipilih sebagai selubung dari RTD karena tahan korosi dan Ketika ditempatkan dalam medium cair atau gas, selubung inconel cepat dalam mencapai suhu medium tersebut. Antara kawat RTD dan selubung



juga terdapat keramik (porselen isolator) sebagai pencegah hubung pendek antara kawat platina dan selubung pelindung. Perhatikan gambar dibawah ini.



Sedangkan jenis logam untuk kawat dari RTD umumnya adalah platina. Kawat RTD biasanya juga terbuat dari tembaga dan nikel. Namun platina adalah bahan yang paling umum digunakan, karena memiliki tingkat akurasi yang lebih baik dan rentang suhu yang lebih luas. B. PRINSIP KERJA RTD Ketika suhu elemen RTD meningkat, maka resistansi elemen tersebut juga akan meningkat. Dengan kata lain, kenaikan suhu logam yang menjadi elemen resistor RTD berbanding lurus dengan resistansinya. elemen RTD biasanya ditentukan sesuai dengan resistansi mereka dalam ohm pada nol derajat celcius (0⁰ C). Spesifikasi RTD yang paling umum adalah 100 Ω (RTD PT100), yang berarti bahwa pada suhu 0⁰ C, elemen RTD harus menunjukkan nilai resistansi 100 Ω. Dalam prakteknya, arus listrik akan mengalir melalui elemen RTD (elemen resistor) yang terletak pada tempat atau daerah yang mana suhunya akan diukur. Nilai resistansi dari RTD kemudian akan diukur oleh instrumen alat ukur, yang kemudian memberikan hasil bacaan dalam suhu yang tepat, pembacaan suhu ini didasarkan pada karakteristik resistansi yang diketahui dari RTD.



Elemen sensor RTD mempunyai dua tipe konfigurasi yang paling umum, yaitu



a. Wire-wound Seperti yang dijelaskan pada sebelumnya, wire-wound merupakan tipe elemen yang terdiri dari kumparan kawat logam (platina) yang melilit keramik atau kaca, yang ditempatkan atau ditutup dengan selubung probe sebagai pelindung.



b. Thin-film Thin-film merupakan tipe elemen RTD yang terdiri dari lapisan bahan resistif yang sangat tipis (umumnya platina), yang diletakkan pada substrat keramik yang kemudian dilapisi dengan epoxy atau kaca sebagai segel atau pelindungnya.



C. BAHAN PEMBUATAN RTD Dengan bahan yang berbeda dalam pembuatan RTD akan menghasilkan hubungan yang berbeda antara resistensi dan suhu. Bahan yang sensitif terhadap temperatur yang digunakan dalam pembangunan RTD adalah platinum, nikel, dan tembaga, platinumlah yang paling banyak digunakan. Karakteristik penting dari RTD adalah koefisien suhu resistansi atau temperature coefisien resintance (TCR), resistansi nominal pada 0 °C dan kelas toleransi. TCR menentukan hubungan antara resistensi dan suhu. Tidak ada batasan untuk TCR yang dicapai, tetapi standar industri yang paling umum adalah untuk platinum 3850 ppm / K. Hal ini berarti bahwa resistansi dari sensor akan meningkat sebesar 0,385



Ohm per 1 °C kenaikan suhu. Resistansi nominal sensor RTD adalah besarnya resistansi sensor pada saat memiliki suhu 0 °C. Meskipun hampir semua nilai resistansi dapat dicapai untuk resistansi nominal, tetapi yang paling umum adalah platinum 100 Ohm atau disingkat PT100. Akhirnya, kelas toleransi menentukan keakuratan sensor, biasanya ditentukan pada titik nominal 0 °C. Ada standar industri yang berbeda yang telah ditetapkan untuk akurasi antara lain standar ASTM dan DIN Eropa. Menggunakan nilainilai TCR, resistansi nominal, dan toleransi karakteristik fungsional dari sensor RTD dapat dikendalikan.



D. KONFIGURASI RTD Selain bahan yang berbeda, RTD juga ditawarkan dalam dua konfigurasi utama yaitu lilitan kawat dan film tipis. Konfigurasi lilitan kawat merupakan jenis RTD kumparan dalam atau RTD kumparan luar. Konstruksi RTD kumparan dalam terdiri dari kumparan resistif yang dililitkan melalui sebuah lubang pada isolator keramik, sedangkan konstruksi RTD kumparan luar melibatkan lilitan bahan resistif yang berliku-liku di sekitar silinder keramik atau kaca, yang kemudian diisolasi.



Gambar 5. Konfigurasi RTD kumparan kawat Sedangkan konstruksi RTD Film tipis memiliki lapisan tipis bahan resistif yang disimpan pada substrat keramik yang melalui proses deposisi, yaitu proses sebuah jalur bahan resistif yang kemudian diukir ke sensor menggunakan pemangkasan laser untuk mencapai nilai nominal sesuai karakteristik sensor. Bahan resistif tersebut kemudian



dilindungi dengan lapisan tipis dari kaca dan dipasang kabel utama yang dilas ke bantalan pada sensor dan ditutup dengan kaca.



Gambar 6. Konfigurasi RTD film tipis RTD film tipis memiliki keunggulan dibandingkan dengan konfigurasi kumparan kawat. Keunggulan utamnya yaitu bahwa lebih murah, lebih kasar, lebih tahan getaran, dimensi lebih kecil, waktu respon lebih baik, karakteristik hysterisis lebih baik serta ketahanan kemasannya lebih tinggi. Untuk rentang waktu yang lama dan suhu yang tinggi RTD kumparan kawat akurasinya jauh lebih baik, tetapi berkat perkembangan teknologi RTD terakhir, sekarang ada teknologi RTD film tipis yang mampu mencapai tingkat akurasi yang sama dengan RTD kumparan kawat. Sebuah RTD dapat dihubungkan dalam konfigurasi dua, tiga, atau empat-kawat. Konfigurasi dua kawat adalah yang paling sederhana dan juga yang paling rawan kesalahan. Dalam konfigurasi ini, RTD terhubung dengan dua lead kawat arus ke sirkuit jembatan Wheatstone dan tegangan output yang terukur, seperti terlihat pada gambar berikut ini.



Gambar 7. Konfigurasu 2 kawat Kerugian dari rangkaian di atas adalah bahwa dua lead kawat yang menghubungkan RTD akan menambah secara langsung besarnya nilai resistansi RTD dan akan menyebabkan terjadinya kesalahan pendeteksian suhu. Konfigurasi tiga-kawat terdiri dari dua lead arus dan satu lead tegangan yang mengukur penurunan tegangan pada RTD. Resistansi lead tegnagan yang tinggi untuk meniadakan efek dari drop tegangan karena arus yang mengalir selama pengukuran, seperti terlihat pada gambar berikut ini.



Gambar 8. Konfigurasi 3 kawat



Konfigurasi di atas sangat ideal untuk membatalkan resistansi kawat pada rangkaian dan menghilangkan efek resistensi yang berbeda, yang mungkin merupakan masalah pada konfigurasi dua-kawat. Konfigurasi tiga-kawat biasa digunakan untuk pengukuran yang memerlukan akurasi yang baik pada aplikasi pengontrolan suhu. Konfigurasi empat-kawat terdiri dari dua lead arus dan dua lead tegangan yang mengukur penurunan tegangan pada RTD. Kedua resistasi yang tinggi pada lead tegangan untuk meniadakan efek dari drop tegangan karena arus yang mengalir selama pengukuran, seperti terlihat pada gambar berikut ini.



Gambar 9. Konfigurasi 4 kawat Konfigurasi di atas sangat ideal untuk membatalkan resistensi kawat pada rangkaian dan menghilangkan efek resistensi yang berbeda, yang mungkin merupakan masalah pada konfigurasi tiga-kawat. Konfigurasi empat-kawat biasa digunakan pada saat pengukuran yang memerlukan akurasi yang sangat tinggi dalam aplikasi pengontrolan suhu. Dalam kombinasi dengan menampilkan diagram pengkabelan, rangkaian yang lebih kompleks sering digunakan. Ada banyak pilihan yang berbeda untuk rangkaian yang bekerja dengan menggunakan sensor RTD. Jenis rangkaian yang paling penting dengan penkondisian sinyal pada sekarang ini adalah, untuk tujuan linearitas bahwa rangkaian



harus dapat memasok eksitasi stabil untuk RTD. Setelah eksitasi stabil saat diterapkan pada RTD, jalur pengkondisian sinyal dari rangkaian akan membatalkan resistansi utama, dan keuntunganya dapat mengubah sinyal digital menggunakan ADC, yang kemudian dapat dibaca oleh controller.



Gambar 10. Konfigurasi RTD yang lebih kompleks



E. BENTUK KONSTRUKSI RTD (PT100) Pada dasarnya ada tiga bentuk dasar konstruksi RTD paltinum (PT100) yaitu RTD (PT100) kumparan kawat pada keramik tubular, RTD (PT100) film tipis pada keramik, dan RTD (PT100) kumparan kawat pada kaca tubular. Platinum digunakan dalam sensor suhu RTD ini, karena sangat cocok untuk pengukuran suhu yang tepat bila diandingkan dengan logam lain dan paduan logam lainnya, karena reaksi kimianya. RTD platinum beroperasi atas dasar perubahan nilai resistamsi linear dengan adanya pengaruh suhu.



Gambar 11.Konstruksi RTD (PT100) kumparan kawat Konstruksi dasar RTD (PT100) film tipis adalah melalui proses deposisi uap platinum pada substrat keramik dengan penataan photolithography dan laser pemangkasan. Hal ini memungkinkan sensor ini akan dibuat dalam ukuran yang sangat kecil, kurang dari 1,5 x 1.5 mm. Heastern Industries di Melbourne – Austarlia telah memasarkan RTD (PT100) film tipisnya, dengan ukuran 1,5 x 1.5 mm untuk PT100 dan ukuran 15 x 30 mm untuk PT1000 guna pengukuran suhu permukaan. Oleh karena biaya operasi rendah dan ukuran kecil, serta akurasi, stabilitas dan masa pemakaian yang lama, maka perangkat RTD (PT100) film tipis cocok untuk berbagai macam pengukuran suhu presisi dalam industri makanan dan minuman, kertas, otomotif, alat rumah tangga, peralatan medis, elektronik, komunikasi dan pembangkitan energi. RTD (PT100) film tipis adalah sensor suhu yang unik dan fleksibel, yang digunakan tidak hanya dalam aplikasi pengontrolan suhu, dimana suhu sendiri adalah penting, tetapi juga informasi parameter terkait lainnya sangat diperlukan. Informasi ini dapat dengan mudah diperoleh dengan menggunakan temperatur sebagai produk sampingan dari proses. Hal ini memungkinkan RTD (PT100) film tipis digunakan untuk mengukur laju aliran, ketegangan aliran, tingkat kekntalan aliran, dan mendeteksi kebocoran aliran.



Macam-macam bentuk konstruksi RTD (PT100) dapat dilihat pada gambar berikut ini.



Gambar 12. Macam-macam bentuk RTD Keterangan : A. Cryogenic RTD B. Hollow Annulus High Pressure LH2 RTD C. Hollow Annulus LH2 RTD D. 1/8" Diameter LN2 RTD



Gambar 13. Bentuk RTD (PT100) tipe probe



Gambar 14. Bentuk RTD (PT100) tipe batang



Gambar 15. Bentuk RTD (PT100) tipe WZP-230



Gambar 16. Bentuk RTD (PT100) tipe WZP-231



Gambar 17. Bentuk



TUGAS GAMBAR TEKNIK



PT1000



RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR (RTD)



DISUSUN OLEH : MUADZ SYAMSUDDIN MUHAMMAD IHSAN YASIN WAHYUNI BACTIAR NURHIDAYAH



JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2015