Unduh PDF
Setiap sensor memiliki spesifikasinya sendiri pada rentang suhu tertentu. Kini, penggunalah yang akan memutuskan jenis sensor mana yang paling sesuai untuk aplikasinya.
Pemilihan sensor bergantung pada berbagai spesifikasi yaitu: Aplikasi, Toleransi, Akurasi dan rentang suhu tertinggi.
Sekarang masalahnya adalah membedakan antara berbagai jenis sensor yang akan mencakup rentang suhu, toleransi, akurasi, pertukaran dan kekuatan serta kelemahan relatif untuk setiap jenis sensor.
Tinjauan Dasar RTD dan Termokopel
RTD mengandung elemen penginderaan yang merupakan resistor listrik yang mengubah resistansi terhadap suhu. Perubahan resistansi ini dipahami dengan baik dan dapat diulang. Elemen penginderaan dalam RTD biasanya mengandung kumparan kawat, atau kisi film konduktif yang memiliki pola konduktor yang dipotong di dalamnya. Kabel ekstensi dipasang ke elemen penginderaan sehingga resistansi listriknya dapat diukur dari jarak tertentu. Elemen penginderaan kemudian dikemas sehingga dapat ditempatkan pada posisi dalam proses di mana ia akan mencapai suhu yang sama dengan yang ada dalam proses tersebut.
Termokopel, di sisi lain, mengandung dua konduktor listrik yang terbuat dari bahan yang berbeda yang dihubungkan pada satu ujung. Ujung konduktor yang akan terkena suhu proses disebut sambungan pengukuran. Titik di mana konduktor termokopel berakhir (biasanya di mana konduktor terhubung ke perangkat pengukuran) disebut sambungan referensi. Ketika sambungan pengukuran dan referensi termokopel berada pada suhu yang berbeda, potensial milivolt terbentuk di dalam konduktor.
Mengetahui jenis termokopel yang digunakan, besarnya potensi milivolt dalam termokopel, dan suhu sambungan referensi memungkinkan pengguna untuk menentukan suhu pada sambungan pengukuran. Potensi milivolt yang dihasilkan dalam konduktor termokopel berbeda-beda, tergantung pada bahan yang digunakan. Beberapa bahan membuat termokopel lebih baik daripada yang lain karena potensi milivolt yang dihasilkan oleh bahan-bahan ini lebih dapat diulang dan mapan. Termokopel ini telah diberi sebutan jenis khusus seperti Tipe E, J, K, N, T, B, R, dan S.
Batasan Suhu Untuk RTD Dan Termokopel
Bahan yang digunakan dalam RTD dan termokopel memiliki batasan suhu yang dapat menjadi pertimbangan penting dalam penggunaannya.
RTD (Tanggal Tertunda)
Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, RTD terdiri dari elemen penginderaan, kabel untuk menghubungkan elemen penginderaan ke instrumen pengukuran, dan semacam penyangga untuk memposisikan elemen penginderaan dalam proses tersebut. Masing-masing bahan ini menetapkan batasan suhu yang dapat diterima RTD.
Kisaran Suhu yang Dapat Digunakan untuk Material
Platinum -260°C hingga 650°C
Nikel -100°C Hingga 300°C
Tembaga -70°C Hingga 150°C
Nikel/Besi 0°C hingga 200°F
Elemen penginderaan dalam RTD biasanya berisi kawat atau film platinum, rumah keramik dan
semen keramik atau kaca untuk menyegel elemen penginderaan dan menyangga kawat elemen. Biasanya, elemen penginderaan platina dapat terpapar pada suhu hingga sekitar 650°C. Bahan lain seperti Nikel, Tembaga, dan paduan Nikel/Besi juga dapat digunakan, namun, kisaran suhu yang berguna jauh lebih rendah daripada platina. Kabel yang menghubungkan elemen penginderaan ke pembacaan atau instrumentasi kontrol biasanya terbuat dari bahan seperti nikel, paduan nikel, tembaga berlapis timah, tembaga berlapis perak, atau tembaga berlapis nikel. Isolasi kabel yang digunakan juga secara langsung memengaruhi suhu yang dapat diterima RTD. Tabel berisi bahan kawat dan isolasi yang umum digunakan dan suhu penggunaan maksimumnya.
Thermoelemente
Bahan termokopel tersedia dalam Tipe E, J, K, N, T, R, S dan B. Tipe termokopel ini dapat dipisahkan menjadi dua kategori: termokopel Logam Dasar dan termokopel Logam Mulia.
Termokopel Tipe E, J. K, N, dan T dikenal sebagai Termokopel Logam Dasar karena terbuat dari bahan-bahan umum seperti tembaga, nikel, aluminium, besi, kromium, dan silikon. Setiap jenis termokopel memiliki kondisi penggunaan yang lebih disukai, misalnya penggunaan termokopel Tipe J polos (Besi/Konstantan) biasanya dibatasi hingga suhu maksimum 540°C dan tidak direkomendasikan untuk digunakan dalam atmosfer pengoksidasi atau mengandung sulfur karena kerusakan pada konduktor Besi. Termokopel Tipe T polos (Tembaga/Konstantan) tidak digunakan di atas 370°C karena kerusakan pada konduktor tembaga.
Termokopel Tipe R, S, dan B dikenal sebagai Termokopel Logam Mulia karena terbuat dari Platina dan Rhodium. Termokopel ini digunakan dalam aplikasi yang melampaui kemampuan Termokopel Logam Dasar. Termokopel Tipe R dan S dinilai untuk penggunaan pada suhu antara 540°C dan 1480°C, sedangkan Tipe B dinilai untuk penggunaan dari 540°C hingga 1700°C. Jika paparan jangka panjang pada suhu di atas 13700°C diperkirakan terjadi, sebaiknya termokopel Tipe B ditentukan untuk meningkatkan masa pakai termokopel. Termokopel Tipe R & S dapat mengalami pertumbuhan butiran yang signifikan jika dibiarkan mendekati batas penggunaan atasnya untuk jangka waktu yang lama.
Karena termokopel tidak memiliki elemen penginderaan, termokopel tidak memiliki banyak bahan pembatas suhu seperti yang dimiliki RTD. Termokopel biasanya dibuat menggunakan konduktor polos yang kemudian diisolasi dalam bubuk keramik padat atau isolator keramik yang dibentuk. Konstruksi ini memungkinkan termokopel digunakan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada RTD.
Toleransi, Akurasi dan Pertukaran
Toleransi dan Akurasi adalah istilah yang paling disalahpahami dalam pengukuran suhu.
Istilah toleransi mengacu pada persyaratan tertentu, yang biasanya berupa nilai plus atau minus sejumlah tertentu. Di sisi lain, akurasi mengacu pada jumlah toleransi yang tak terbatas pada rentang tertentu.
Misalnya, RTD berisi elemen penginderaan, yang diproduksi agar memiliki resistansi listrik tertentu pada suhu tertentu. Contoh paling umum dari persyaratan ini adalah apa yang dikenal sebagai standar DIN. Untuk memenuhi persyaratan standar DIN, RTD harus memiliki resistansi 100 Ohm ±0,12 % (atau 0,12 Ohm) pada suhu 0°C agar dianggap sebagai sensor Kelas B (sensor Kelas A adalah 100 Ohm ±0,06%). Toleransi ±0,12 Ohm hanya berlaku untuk resistansi pada suhu 32°C dan tidak dapat diterapkan pada suhu lain. Banyak pemasok akan menyediakan kemampuan saling tukar.
Di sisi lain, termokopel ditetapkan secara berbeda dari RTD karena diproduksi secara berbeda. Tidak seperti elemen penginderaan yang ditemukan dalam RTD, potensi mV yang dihasilkan dalam termokopel merupakan fungsi dari komposisi material dan struktur metalurgi konduktor. Oleh karena itu, termokopel tidak diberi nilai pada suhu tertentu, tetapi diberi batas kesalahan, yang mencakup seluruh rentang suhu.
Batasan yang ditetapkan pada termokopel dikenal sebagai batas kesalahan standar atau khusus.
Pengguna dianjurkan untuk melakukan pengujian secara berkala guna menentukan kondisi termokopel yang digunakan dalam aplikasi keandalan tinggi atau akurasi dekat.
Perbandingan waktu respons berbagai sensor
Kekuatan & Kelemahan
Setiap jenis sensor suhu memiliki kekuatan dan kelemahan tertentu.
Kekuatan RTD:
RTD umumnya digunakan dalam aplikasi yang mengutamakan pengulangan dan akurasi. RTD Platinum yang dibangun dengan benar memiliki karakteristik resistansi vs. suhu yang sangat dapat diulang dari waktu ke waktu. Jika suatu proses akan dijalankan pada suhu tertentu, resistansi spesifik RTD pada suhu tersebut dapat ditentukan di laboratorium dan tidak akan berubah secara signifikan dari waktu ke waktu. RTD juga memungkinkan pertukaran yang lebih mudah karena variasi aslinya jauh lebih rendah daripada termokopel. Misalnya, Termokopel tipe K digunakan pada suhu 400°C memiliki batas standar kesalahan ±4°C. RTD platinum DIN 100-Ohm, Kelas B memiliki kemampuan saling tukar ±2,2°C pada suhu yang sama. RTD juga dapat digunakan dengan kabel instrumentasi standar untuk koneksi ke peralatan tampilan atau kontrol di mana termokopel harus memiliki kabel termokopel yang cocok untuk mendapatkan pengukuran yang akurat.
Kelemahan RTD:
Dalam konfigurasi yang sama, Anda dapat membayar 2 hingga 4 kali lebih mahal untuk RTD daripada termokopel logam dasar. RTD lebih mahal daripada termokopel karena ada lebih banyak konstruksi yang diperlukan untuk membuat RTD termasuk pembuatan elemen penginderaan, penyambungan kabel ekstensi, dan perakitan sensor.
RTD tidak bekerja sebaik termokopel di lingkungan dengan getaran tinggi dan guncangan mekanis karena konstruksi elemen penginderaannya. RTD juga dibatasi suhunya hingga sekitar 650°C, sedangkan termokopel dapat digunakan hingga 1700°C.
Kekuatan Termokopel:
Termokopel dapat digunakan pada suhu setinggi 1700°C, umumnya lebih murah daripada RTD dan dapat dibuat lebih kecil ukurannya (hingga sekitar 0,020” diameter) untuk memungkinkan respons yang lebih cepat terhadap suhu. Termokopel juga lebih tahan lama daripada RTD dan karenanya dapat digunakan dalam aplikasi getaran dan guncangan tinggi.
Kelemahan Termokopel:
Termokopel kurang stabil dibandingkan RTD saat terkena kondisi suhu sedang atau tinggi. Dalam aplikasi kritis, termokopel harus dilepas dan diuji dalam kondisi terkendali untuk memverifikasi kinerja. Kabel ekstensi termokopel harus digunakan untuk menghubungkan sensor termokopel ke instrumen termokopel atau peralatan kontrol. Penggunaan kabel instrumentasi (tembaga berlapis) akan mengakibatkan kesalahan saat suhu sekitar berubah.
