Apa itu Detektor Suhu Berbasis Resistansi?
Apa itu Resistance Temperature Detector?
Definisi Resistance Temperature Detector
Resistance Temperature Detector (juga dikenal sebagai Resistance Thermometer atau RTD) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk menentukan suhu dengan mengukur resistansi kawat listrik. Kawat ini disebut sebagai sensor suhu. Jika kita ingin mengukur suhu dengan akurasi tinggi, RTD adalah solusi ideal, karena memiliki karakteristik linier yang baik dalam rentang suhu yang luas. Perangkat elektronik umum lainnya yang digunakan untuk mengukur suhu termasuk thermocouple atau thermistor.
Variasi resistansi logam dengan variasi suhu diberikan sebagai,
Di mana, Rt dan R0 adalah nilai resistansi pada suhu toC dan t0oC. α dan β adalah konstanta yang tergantung pada logam. Ekspresi ini untuk rentang suhu yang luas. Untuk rentang suhu kecil, ekspresinya dapat menjadi,Ekspresi ini untuk rentang suhu yang sangat luas. Untuk rentang suhu yang kecil, ekspresinya dapat menjadi,
Perangkat RTD biasanya menggunakan logam seperti Tembaga, Nikel, dan Platina. Setiap logam memiliki perubahan resistansi unik yang sesuai dengan variasi suhu, yang dikenal sebagai karakteristik resistansi-suhu.
Platina memiliki rentang suhu 650oC, sedangkan Tembaga dan Nikel masing-masing 120oC dan 300oC. Gambar-1 menunjukkan kurva karakteristik resistansi-suhu dari tiga logam berbeda. Untuk Platina, resistansinya berubah sekitar 0,4 ohm per derajat Celsius suhu.
Kemurnian platina dalam RTD diverifikasi oleh rasio R100 / R0. Impuritas dalam bahan menyebabkan penyimpangan dari grafik resistansi-suhu yang diharapkan, mempengaruhi nilai α dan β khusus untuk logam tersebut.
Konstruksi Resistance Temperature Detector atau RTD
Konstruksinya biasanya sedemikian rupa sehingga kawat dipilin pada form (dalam bentuk coil) pada rangka silang mika bergerigi untuk mencapai ukuran kecil, meningkatkan konduktivitas termal untuk mengurangi waktu respons dan mendapatkan laju transfer panas yang tinggi. Dalam RTD industri, coil dilindungi oleh selubung baja nirkarat atau tabung pelindung.
Dengan demikian, tegangan fisik minimal saat kawat memanjang dan meningkatkan panjang kawat dengan perubahan suhu. Jika tegangan pada kawat meningkat, maka ketegangan juga meningkat. Akibatnya, resistansi kawat akan berubah, yang tidak diinginkan. Jadi, kita tidak ingin mengubah resistansi kawat oleh perubahan lain selain perubahan suhu.
Ini juga berguna untuk pemeliharaan RTD saat pabrik beroperasi. Mika diletakkan di antara selubung baja nirkarat dan kawat resistansi untuk isolasi listrik yang lebih baik. Karena tegangan pada kawat resistansi rendah, harus dipilin dengan hati-hati di atas lembaran mika. Gambar-2 menunjukkan pandangan struktural dari Resistance Temperature Detector Industri.
Pengkondisian Sinyal RTD
Kita bisa mendapatkan RTD ini di pasaran. Tetapi kita harus mengetahui prosedur bagaimana cara menggunakannya dan bagaimana membuat rangkaian pengkondisian sinyal. Dengan demikian, kesalahan kabel penghubung dan kesalahan kalibrasi lainnya dapat diminimalisir. Dalam RTD, perubahan nilai resistansi sangat kecil terhadap suhu.
Resistansi RTD ditentukan menggunakan rangkaian jembatan, di mana arus listrik konstan disuplai dan penurunan tegangan di seberang resistor diukur untuk menghitung suhu. Suhu ini ditentukan dengan mengonversi nilai resistansi RTD menggunakan ekspresi kalibrasi. Modul-modul RTD yang berbeda ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Dalam jembatan RTD dua kawat, kawat dummy tidak ada. Output diambil dari dua ujung sisanya seperti ditunjukkan pada gambar-3. Namun, resistansi kabel penghubung sangat penting untuk dipertimbangkan, karena impedansi kabel penghubung dapat mempengaruhi pembacaan suhu. Efek ini diminimalkan dalam rangkaian jembatan RTD tiga kawat dengan menghubungkan kawat dummy C.
Dalam RTD tiga kawat, jika kawat A dan B identik dalam panjang dan area penampang, efek impedansinya saling netral. Kawat dummy C kemudian berfungsi sebagai kawat penginderaan untuk mengukur penurunan tegangan tanpa membawa arus. Dalam rangkaian-rangkaian ini, tegangan output langsung proporsional dengan suhu. Jadi, kita membutuhkan satu persamaan kalibrasi untuk menemukan suhu.
Ekspresi untuk Rangkaian RTD Tiga Kawat
Jika kita mengetahui nilai VS dan VO, kita dapat menemukan Rg dan kemudian kita dapat menemukan nilai suhu menggunakan persamaan kalibrasi. Sekarang, asumsikan R1 = R2:
Jika R3 = Rg; maka VO = 0 dan jembatan seimbang. Ini dapat dilakukan secara manual, tetapi jika kita tidak ingin melakukan perhitungan manual, kita hanya perlu menyelesaikan persamaan 3 untuk mendapatkan ekspresi Rg.
Ekspresi ini mengasumsikan, ketika resistansi kabel penghubung RL = 0. Misalkan, jika RL ada dalam situasi tertentu, maka ekspresi Rg menjadi,
Jadi, ada kesalahan dalam nilai resistansi RTD karena adanya resistansi RL. Itulah sebabnya kita perlu mengkompensasi resistansi RL seperti yang telah dibahas dengan menghubungkan satu kawat dummy 'C' seperti ditunjukkan pada gambar-4.
Keterbatasan RTD
Dalam resistansi RTD, akan ada disipasi daya I2R oleh perangkat itu sendiri yang menyebabkan efek pemanasan kecil. Ini disebut pemanasan diri dalam RTD. Hal ini juga dapat menyebabkan pembacaan yang salah. Oleh karena itu, arus listrik melalui resistansi RTD harus dijaga cukup rendah dan konstan untuk menghindari pemanasan diri.
