Memahami Sensor RTD: Pengertian, Fungsi, dan Cara Kerjanya

Bismillahirrahmanirrahiem

Saat berbicara tentang teknologi pengukuran suhu, Sensor RTD (Resistance Temperature Detector) adalah salah satu perangkat yang sering digunakan dan sangat berguna. Pada kesempatan ini, kita akan membahas secara mendalam tentang sensor RTD, termasuk pengertian, fungsi, dan cara kerjanya.

Pengertian Sensor RTD

Sensor RTD adalah jenis sensor suhu yang berdasarkan perubahan resistansi listrik bahan konduktif dengan perubahan suhu. Sensor ini terdiri dari kawat tipis atau film yang terbuat dari platinum (sering disebut sebagai elemen RTD) yang diletakkan dalam probe atau tabung pelindung. Platinum dipilih karena memiliki resistansi yang sangat stabil dan linear terhadap perubahan suhu.

Fungsi Sensor RTD

Sensor RTD memiliki beberapa fungsi penting:

1. Pengukuran Suhu yang Tepat
Fungsi utama sensor RTD adalah untuk mengukur suhu dengan tingkat akurasi yang tinggi. Mereka sangat dikenal karena memberikan pembacaan yang stabil dan dapat diandalkan dalam berbagai aplikasi.

2. Pemantauan Proses Industri
Sensor RTD digunakan secara luas dalam industri, termasuk proses kimia, farmasi, makanan, dan manufaktur. Mereka memungkinkan pengendalian suhu yang akurat untuk memastikan bahwa proses berjalan dengan baik dan aman.

3. Penggunaan di Laboratorium
Di laboratorium, sensor RTD digunakan untuk percobaan dan penelitian ilmiah yang memerlukan pengukuran suhu yang presisi.

Cara Kerja Sensor RTD

Cara kerja sensor RTD didasarkan pada sifat platinum yang berubah resistansinya dengan perubahan suhu. Ketika suhu naik, resistansi platinum juga meningkat secara linier. Ini diukur dengan mengalirkan arus listrik melalui elemen RTD dan mengukur tegangan yang terjadi. Kemudian, nilai resistansi dihitung berdasarkan hukum Ohm.

Namun, perubahan resistansi ini sangat kecil, sehingga sensor RTD harus memiliki presisi yang tinggi dan sensitivitas yang baik. Biasanya, nilai resistansi diukur dan dibandingkan dengan tabel atau kurva kalibrasi yang telah diketahui untuk menghasilkan pembacaan suhu yang akurat.

Dalam beberapa kasus, sensor RTD dapat dikompensasi terhadap perubahan resistansi kabel penghubung, yang memungkinkan untuk mengukur suhu di lokasi yang berbeda dari elemen RTD itu sendiri.

Perbandingan antara kelebihan dan kekurangan RTD dibandingkan dengan Thermocouple:

Rentang Pengukuran: RTD dapat mengukur suhu hingga 1000⁰ C, tetapi pengukuran yang akurat di atas 400⁰ C sulit. Thermocouple dapat mengukur suhu hingga 1700⁰ C. Biasanya, RTD digunakan pada suhu di bawah 850⁰ C, sedangkan suhu di atas 850⁰ C lebih cocok untuk termokopel. Rentang suhu industri umumnya berada di kisaran 200⁰ C hingga 400⁰ C, sehingga RTD menjadi pilihan yang baik dalam rentang ini.
Waktu Respon: RTD memiliki respons yang cepat terhadap perubahan suhu, tetapi termokopel memiliki respons yang lebih cepat.
Getaran: Termokopel tidak terpengaruh oleh getaran, sementara RTD dapat terpengaruh jika ada getaran atau goncangan. Oleh karena itu, jika RTD diperlukan, biasanya digunakan RTD thin-film karena lebih tahan terhadap getaran dibandingkan dengan RTD standar.
Pemanasan Sendiri: RTD terdiri dari kawat atau pelapis yang sangat halus dan memerlukan tegangan dari power supply, sementara termokopel tidak memerlukan daya. Arus yang diperlukan oleh RTD biasanya kecil, tetapi dapat menyebabkan elemen platina RTD menjadi panas, memengaruhi akurasi pengukuran. Hal ini terjadi terutama saat menggunakan kabel ekstensi panjang, di mana daya tambahan diperlukan untuk mengatasi hambatan kabel, meningkatkan masalah pemanasan sendiri.
Akurasi Pengukuran: Secara umum, RTD lebih akurat daripada termokopel, menghasilkan akurasi hingga 0,1⁰ C, sedangkan termokopel memiliki akurasi sekitar 1⁰ C.
Stabilitas: Stabilitas jangka panjang RTD sangat baik, yang berarti pembacaan akan tetap stabil dalam jangka waktu yang lama. Sementara itu, termokopel cenderung kurang stabil karena EMF yang dihasilkan oleh termokopel dapat berubah seiring waktu karena oksidasi, korosi, dan perubahan dalam sifat metalurgi elemen sensor.
Harga: Secara umum, termokopel memiliki harga yang lebih terjangkau dibandingkan dengan RTD.

Dalam pemilihan antara RTD dan termokopel, penting untuk mempertimbangkan rentang suhu, akurasi, dan kebutuhan spesifik aplikasi Sobat, serta faktor biaya.

Bagian-bagian yang Membentuk RTD

Sekarang, mari kita bahas bahan-bahan yang membentuk sensor RTD (Resistance Temperature Detector) dengan lebih mudah dimengerti:

Memahami Sensor RTD: Pengertian, Fungsi, dan Cara Kerjanya

1. Sensor (Platinum, Nikel, atau Tembaga)

Sensor adalah bagian inti dari RTD yang berfungsi sebagai alat pengindera suhu. Panjang elemennya bisa bervariasi antara 1/8 inci hingga 3 inci. Salah satu koefisien suhu standar yang paling umum digunakan adalah alpha sebesar 0,00385.

2. Pembungkus

Pembungkus adalah lapisan luar RTD yang melindungi sensor. Diameter luar yang sering digunakan adalah 6 mm dan 8 mm, meskipun variasi diameter tersedia mulai dari 2 mm hingga 12 mm. Biasanya, baja tahan karat 316 digunakan untuk aplikasi hingga 500 derajat Fahrenheit. Namun, untuk suhu di atas 500 derajat Fahrenheit, direkomendasikan untuk menggunakan Inconel 600.

3. Pipa Koneksi RTD

RTD seringkali dipasang di dalam pipa atau wadah menggunakan pelindung yang disebut thermowell. Panjang dan diameter thermowell disesuaikan dengan spesifikasi RTD yang digunakan.

4. Kabel RTD

RTD tersedia dalam tiga konfigurasi kawat yang berbeda: 2 kawat, 3 kawat, dan 4 kawat. Konfigurasi dengan 3 kawat adalah yang paling umum digunakan dalam aplikasi industri.

5. Terminasi RTD

Bagian ujung RTD yang berlawanan dengan ujung sensor biasanya terdiri dari colokan, kabel telanjang, atau kepala terminal, tergantung pada kebutuhan aplikasi.

Elemen sensor RTD hadir dalam dua konfigurasi umum yang perlu Sobat ketahui dengan baik:

1. Wire-wound (Lilitan Kawat)

Sebagai poin awal, mari kita bahas tentang wire-wound RTD. Jenis ini terdiri dari kumparan kawat logam, biasanya platina, yang melilit keramik atau kaca. Kemudian, kumparan ini ditempatkan atau dilindungi dengan selubung probe. Ini berfungsi sebagai pelindung elemen sensor.

2. Thin-film (Film Tipis)

Berikutnya, ada thin-film RTD, yang memiliki konfigurasi berbeda. Jenis ini terdiri dari lapisan bahan resistif yang sangat tipis, seringkali platina, yang ditempatkan pada substrat keramik. Lapisan ini kemudian dilapisi dengan epoxy atau kaca sebagai segel atau pelindungnya.

Selanjutnya, mari kita bahas tentang konfigurasi koneksi kabel pada RTD, yang juga memiliki pengaruh signifikan pada pengukuran suhu:

- 2 Wire RTD (RTD 2 Kabel):

Ini adalah jenis RTD yang praktis tidak mempertimbangkan resistansi kabel tembaga. Oleh karena itu, keakuratan pengukuran elemen sensor suhu RTD terbatas, dan biasanya digunakan untuk pengukuran suhu perkiraan.

- 3 Wire RTD (RTD 3 Kabel):

RTD 3 Kabel adalah spesifikasi yang paling umum digunakan di industri. Ini menggunakan rangkaian pengukuran jembatan Wheatstone untuk mengkompensasi resistansi kabel. Penting untuk memastikan bahwa kabel "A" dan "B" memiliki panjang yang sama dalam konfigurasi ini.

- 4 Wire RTD (RTD 4 Kabel):

Ini adalah konfigurasi yang paling akurat dari semua. Dalam RTD 4 Kabel, Sobat dapat sepenuhnya mengkompensasi resistansi kabel tanpa perlu memperhatikan panjang masing-masing kabel. Karenanya, ini adalah pilihan yang paling akurat dalam pengukuran suhu.

Kelebihan dan Kekurangan Sensor RTD

Sensor RTD (Resistance Temperature Detector) memiliki sejumlah kelebihan dan kekurangan yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan dan penggunaannya:

Kelebihan:

Akurasi Tinggi: Salah satu keunggulan utama sensor RTD adalah akurasinya yang tinggi. Mereka dapat memberikan pembacaan suhu yang sangat tepat dan konsisten dalam berbagai kondisi.
Stabilitas Resistansi: Platinum, yang digunakan sebagai elemen RTD, memiliki resistansi yang sangat stabil terhadap perubahan suhu. Ini membuat sensor RTD sangat andal dalam jangka waktu yang panjang.
Linearitas: Perubahan resistansi RTD terhadap perubahan suhu berlangsung secara linear. Ini memudahkan dalam mengkalibrasi dan menginterpretasikan data suhu.
Rentang Suhu Luas: Sensor RTD dapat digunakan dalam rentang suhu yang luas, dari suhu sangat rendah hingga suhu yang sangat tinggi, tergantung pada jenis RTD yang digunakan.

Kekurangan:

Biaya: Salah satu kekurangan utama sensor RTD adalah biayanya yang relatif tinggi dibandingkan dengan jenis sensor suhu lainnya seperti thermocouple atau thermistor.
Waktu Respons: Sensor RTD memiliki waktu respons yang lebih lambat dibandingkan dengan beberapa jenis sensor suhu lainnya. Ini dapat menjadi masalah dalam aplikasi di mana waktu respons yang cepat sangat penting.

Kerapuhan: Platinum yang digunakan dalam elemen RTD rentan terhadap kerapuhan fisik, dan mereka harus dijaga dengan hati-hati agar tidak rusak.

Aplikasi Sensor RTD

Sensor RTD (Resistance Temperature Detector) adalah komponen yang memiliki beragam aplikasi di berbagai perangkat elektronik rumah tangga. Berikut adalah beberapa contoh perangkat dan aplikasi yang menggunakan RTD:

Air Conditioning dan Sistem Pendinginan: Sensor RTD digunakan untuk mengontrol suhu dalam sistem pendinginan udara, memastikan kenyamanan di dalam ruangan.
Freezer Ice Cream: RTD digunakan dalam freezer untuk memonitor dan menjaga suhu yang tepat untuk produk-produk beku seperti es krim.
Pengolahan Makanan: Dalam industri makanan, RTD digunakan untuk memantau suhu selama proses pengolahan dan penyimpanan makanan, memastikan keamanan dan kualitasnya.
Kompor dan Pemanggangan: Sensor RTD digunakan dalam kompor dan oven untuk mengontrol suhu memasak dan memastikan hasil masakan yang konsisten.
Produksi Tekstil: Dalam industri tekstil, RTD digunakan untuk mengontrol suhu dalam proses pencelupan, pengeringan, dan penyelesaian kain.
Sistem Pengolahan Plastik: RTD digunakan dalam mesin pengolahan plastik untuk memonitor suhu saat cetakan dan pembentukan produk plastik.
Sistem Pengolahan Petrokimia: Industri petrokimia menggunakan RTD untuk mengukur dan mengendalikan suhu dalam proses produksi bahan kimia.
Elektronik Mikro: Dalam perangkat elektronik mikro seperti komputer dan perangkat telekomunikasi, RTD digunakan untuk pemantauan suhu dan mencegah overheating.
Alat Ukur Suhu Udara, Gas, dan Cairan: Sensor RTD digunakan dalam alat pengukur suhu yang digunakan di berbagai lingkungan, termasuk udara, gas, dan cairan.
Pengukuran Suhu Gas Buang: Dalam industri otomotif, RTD digunakan untuk mengukur suhu gas buang dari kendaraan, yang penting untuk emisi dan efisiensi bahan bakar.

Demikian pembahasan mengenai RTD sensor ini. Semoga bisa bermanfaat.

Wijdan Kelistrikan