Detektor Suhu Resistansi atau RTD | Konstruksi dan Prinsip Kerja
Apa itu RTD (Resistance Temperature Detector)?
Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan (juga dikenal sebagai Termometer Hambatan atau RTD) adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk menentukan suhu dengan mengukur hambatan dari kawat listrik. Kawat ini disebut sebagai sensor suhu. Jika kita ingin mengukur suhu dengan akurasi tinggi, RTD adalah solusi ideal, karena memiliki karakteristik linear 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 toC dan t0oC. α dan β adalah konstanta yang bergantung pada logam.
Ekspresi ini berlaku untuk rentang suhu yang luas. Untuk rentang suhu kecil, ekspresinya dapat menjadi,
Dalam perangkat RTD; Tembaga, Nikel, dan Platina adalah logam yang banyak digunakan. Ketiga logam ini memiliki variasi hambatan yang berbeda terhadap variasi suhu. Hal ini disebut karakteristik hambatan-suhu.
Platina memiliki rentang suhu 650oC, dan kemudian Tembaga dan Nikel memiliki 120oC dan 300oC masing-masing. Gambar-1 menunjukkan kurva karakteristik hambatan-suhu dari tiga logam yang berbeda. Untuk Platina, hambatannya berubah sekitar 0,4 ohm per derajat Celsius suhu.
Kesucian platina diperiksa dengan mengukur R100 / R0. Karena, apa pun bahan yang sebenarnya kita gunakan untuk membuat RTD harus murni. Jika tidak murni, akan menyimpang dari grafik hambatan-suhu konvensional. Jadi, nilai α dan β akan berubah tergantung pada logam.
Konstruksi Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan atau RTD
Konstruksinya biasanya sedemikian rupa sehingga kawat dipilin pada bentuk (dalam koil) 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, koil dilindungi oleh selubung baja nirkarat atau tabung pelindung.
Sehingga, tegangan fisik minimal ketika kawat memanjang dan panjang kawat bertambah dengan perubahan suhu. Jika tegangan pada kawat meningkat, maka ketegangan juga meningkat. Akibatnya, hambatan kawat akan berubah, yang tidak diinginkan. Jadi, kita tidak ingin mengubah hambatan kawat oleh perubahan yang tidak diinginkan selain perubahan suhu. Ini juga berguna untuk pemeliharaan RTD saat pabrik sedang beroperasi. Mika diletakkan antara selubung baja nirkarat dan kawat hambatan untuk isolasi listrik yang lebih baik. Karena tegangan pada kawat hambatan minimal, ia harus dipilin dengan hati-hati di atas lembaran mika. Gambar-2 menunjukkan pandangan struktural dari Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan Industri.
Pengkondisian Sinyal RTD
Kita bisa mendapatkan RTD ini di pasar. Tapi kita harus tahu prosedur bagaimana menggunakannya dan bagaimana membuat rangkaian pengkondisian sinyal. Sehingga, kesalahan kabel penghubung dan kesalahan kalibrasi lainnya dapat diminimalisir. Dalam RTD ini, perubahan nilai hambatan sangat kecil terhadap suhu.
Jadi, nilai RTD diukur dengan menggunakan rangkaian jembatan. Dengan menyuplai arus listrik konstan ke rangkaian jembatan dan mengukur penurunan tegangan yang dihasilkan di seberang resistor, hambatan RTD dapat dihitung. Dengan demikian, suhu juga dapat ditentukan. Suhu ini ditentukan dengan mengonversi nilai hambatan RTD menggunakan ekspresi kalibrasi. Modul-modul RTD yang berbeda ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
Dalam Jembatan RTD dua kawat, kawat dummy tidak ada. Output diambil dari dua ujung yang tersisa seperti yang ditunjukkan pada gambar-3. Namun, resistansi kawat penghubung sangat penting untuk dipertimbangkan, karena impedansi kawat penghubung mungkin mempengaruhi pembacaan suhu. Efek ini diminimalisir dalam rangkaian jembatan RTD tiga kawat dengan menghubungkan kawat dummy C.
Jika kawat A dan B dipasangkan dengan benar dalam hal panjang dan luas penampang, maka efek impedansinya akan saling menghilangkan karena setiap kawat berada di posisi berlawanan. Sehingga, kawat dummy C berfungsi sebagai lead pengukur untuk mengukur penurunan tegangan di seberang hambatan RTD dan tidak membawa arus. Dalam rangkaian ini, tegangan output berbanding lurus dengan suhu. Jadi, kita memerlukan 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 dapat hanya menyelesaikan persamaan 3 untuk mendapatkan ekspresi Rg.
Ekspresi ini diasumsikan, ketika hambatan kawat penghubung RL = 0. Misalkan, jika RL ada dalam situasi, maka ekspresi Rg menjadi,
Jadi, ada kesalahan dalam nilai hambatan RTD karena RL. Itulah sebabnya kita perlu mengkompensasi RL seperti yang telah kita bahas dengan menghubungkan satu garis dummy 'C' seperti yang ditunjukkan pada gambar-4.
Presentasi Video tentang Detektor Suhu Berdasarkan Hambatan atau RTD
