Apakah Detektor Suhu Rintangan?
Apakah Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan?
Definisi Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan
Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan (juga dikenal sebagai Termometer Hambatan atau RTD) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk menentukan suhu dengan mengukur hambatan kawat listrik. Kawat ini disebut 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 termokopel atau termistor.
Variasi hambatan logam terhadap variasi suhu diberikan sebagai,
Di mana, Rt dan R0 adalah nilai hambatan pada suhu toC dan t0oC. α dan β adalah konstanta yang bergantung pada logam.Ekspresi ini untuk rentang suhu yang luas. Untuk rentang suhu yang kecil, ekspresinya bisa menjadi,
Perangkat RTD biasanya menggunakan logam seperti Tembaga, Nikel, dan Platina. Setiap logam memiliki perubahan hambatan unik yang sesuai dengan variasi suhu, yang dikenal sebagai karakteristik hambatan-suhu.
Platina memiliki rentang suhu 650oC, sementara Tembaga dan Nikel masing-masing 120oC dan 300oC. Gambar-1 menunjukkan kurva karakteristik hambatan-suhu dari tiga logam berbeda. Untuk Platina, hambatannya berubah sekitar 0,4 ohm per derajat Celsius suhu.
Kemurnian platina dalam RTD diverifikasi oleh rasio R100 / R0. Kotoran dalam bahan menyebabkan penyimpangan dari grafik hambatan-suhu yang diharapkan, mempengaruhi nilai α dan β spesifik untuk logam tersebut.
Konstruksi Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan atau RTD
Konstruksinya biasanya sedemikian rupa sehingga kawat dipilin pada bentuk (dalam gulungan) pada kerangka mika bertingkat untuk mencapai ukuran kecil, meningkatkan konduktivitas termal untuk mengurangi waktu respons dan mendapatkan laju transfer panas yang tinggi. Dalam RTD industri, gulungan dilindungi oleh selubung baja nirkarat atau tabung pelindung.
Dengan demikian, tegangan fisik dapat diabaikan saat kawat memanjang dan meningkatkan panjang kawat dengan perubahan suhu. Jika tegangan pada kawat meningkat, maka ketegangan juga meningkat. Akibatnya, hambatan kawat akan berubah, yang tidak diinginkan. Oleh karena itu, kita tidak ingin mengubah hambatan kawat oleh perubahan lain selain perubahan suhu.
Ini juga berguna untuk pemeliharaan RTD saat pabrik beroperasi. Mika diletakkan di antara selubung baja dan kawat hambatan untuk isolasi listrik yang lebih baik. Karena tegangan pada kawat hambatan rendah, harus dipilin dengan hati-hati di atas lembaran mika. Gambar-2 menunjukkan pandangan struktural dari Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan Industri.
Pengkondisian Sinyal RTD
Kita dapat mendapatkan RTD ini di pasaran. Tetapi kita harus mengetahui prosedur bagaimana menggunakannya dan bagaimana membuat rangkaian pengkondisian sinyal. Dengan demikian, kesalahan kabel utama dan kesalahan kalibrasi lainnya dapat diminimalisir. Dalam RTD, perubahan nilai hambatan sangat kecil relatif terhadap suhu.
Hambatan 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 hambatan 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 kedua ujung sisanya seperti ditunjukkan pada gambar-3. Tetapi resistansi kawat ekstensi sangat penting untuk dipertimbangkan, karena impedansi kawat ekstensi mungkin mempengaruhi pembacaan suhu. Efek ini diminimalisir 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 secara 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 untuk Rg.
Ekspresi ini mengasumsikan, ketika hambatan kawat utama RL = 0. Misalkan, jika RL ada dalam situasi tertentu, maka ekspresi Rg menjadi,
Jadi, ada kesalahan dalam nilai hambatan RTD karena adanya hambatan RL. Itulah mengapa kita perlu mengkompensasi hambatan RL seperti yang telah dibahas dengan menghubungkan satu kawat dummy 'C' seperti ditunjukkan pada gambar-4.
Keterbatasan RTD
Dalam hambatan RTD, akan ada disipasi daya I2R oleh perangkat itu sendiri yang menyebabkan efek pemanasan kecil. Ini disebut sebagai pemanasan sendiri dalam RTD. Ini mungkin juga menyebabkan pembacaan yang salah. Oleh karena itu, arus listrik melalui hambatan RTD harus dijaga cukup rendah dan konstan untuk menghindari pemanasan sendiri.
