Thermostat

          Thermostat adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi sebagai pengatur suhu atau sebagai sensor suhu. Berikut pembahasan mengenai thermostat. :

Sejatinya thermostat adalah sebuah sensor suhu yang berfungsi sebagai saklar pemutus saat suhu yang ditentukan sudah tercapai. Batas suhu ini sudah ditentukan pada spesifikasi thermostat.

Cara kerja thermostat adalah ditentukan dari bahan didalamnya. Dimana sirkuit saklar didalam thermostat adalAh sebuah plat yang terbuat dari dua buab lempeng logam yang berbeda jenis, dimana masing-masing jenis mempunyai daya bengkok yang berbeda saat menerima panas. Inilah yang membuat plat tersebut akan berfungsi sebagai pemutus, yaitu saat menerima panas, plat akan membengkok dan memutus sirkuit.

Thermistor

             Termistor (Inggris: thermistor) adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan (atau hambatan atau werstan atau resistance) jika suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah. Termistor ini merupakan gabungan antara kata termo (suhu) danresistor (alat pengukur tahanan).

Termistor NTC yang tersambung pada kabel terisolasi

           Termistor ditemukan oleh Samuel Ruben pada tahun 1930, dan mendapat hak paten di Amerika Serikat dengan nomor #2.021.491. Ada dua macam termistor secara umum: Posistor atau PTC (Positive Temperature Coefficient), dan NTC (Negative Temperature Coefficient). Nilai tahanan pada PTC akan naik jika perubahan suhunya naik, sementara sifat NTC justru kebalikannya.

Jenis-jenis Termistor

Termistor atau Thermistor (inggris) ada 2 jenis yakni:

1. NTC (Negative Temperature Coefisient)   
   
   
   NTC merupakan termistor yang mempunyai koefisient negatif. Termistor ini terbuat dari logam oksida yaitu dari serbuk yang halus kemudian dikompress dan disinter pada temperatur yang tinggi. Kebanyakan material penyusun termistor mengandung unsur – unsur seperti O3,Cu2 O, Mn2 O3, NiO,CO2, Fe2 O3 TiO2, dan U2 O3. Oksida-oksida tersebut sebetulnya mempunyai resistansi yang cukup tinggi, akan tetapi bisa diubah menjadi semikonduktor dengan menambahkan beberapa unsur lain.
2. PTC (Positive Temperature Coefisient)
   
   
   PTC merupakan termistor dengan koefisien yang positif. Termistor PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara lain:1. Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya pada interfal suhu tertentu, sehingga diluar interval tersebut akan bernilai nol atau negatif. Nilai dan koefisien temperatur dari termistor PTC jauh lebih besar dari pada termistor NTC.

Termistor biasanya bekerja pada suhu relatif kecil, dibandingkan dengan sensor suhu, dan dapat sangat akurat dan tepat dalam rentang tersebut, meskipun tidak semua. Karena termistor sangat peka, oleh karena itu dapat mendeteksi perubahan kecil di dalam suhu. Termistor termasuk ke dalam transducer aktif. Dimana transducer aktir ini adalah transducer yang dapat bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri. Prinsip kerja dari termistor ini adalah penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur.

Resistance temperature detector (RTD)

Resistance temperature detector (RTD) 

Resistance Temperatur Detectors (RTD), seperti namanya, adalah sensor yang mengubah mengubah data pembacaan suhu menjadi hambatan atau resistansi. Sebagian besar terdiri dari unsur RTD panjang kawat halus melingkar melilit sebuah keramik atau gelas inti. Unsur ini biasanya cukup rapuh, sehingga sering ditempatkan di dalam probe berselubung untuk melindunginya. Unsur RTD terbuat dari bahan murni yang hambatan pada berbagai suhu telah didokumentasikan. Materi yang memiliki perubahan diprediksi dalam perlawanan karena perubahan suhu; inilah perubahan yang diprediksi.

Bahan Bahan yang digunakan dalam RTD: 

1. platinum (paling banyak digunakan dan paling akurat)
2. nikel
3. tembaga
4. balco (jarang digunakan)
5. tungsten (jarang digunakan)

RTD adalah salah satu sensor suhu yang paling akurat. Tidak hanya memberikan akurasi yang baik, tapi juga memberikan stabilitas yang sangat baik . RTDs juga relatif kebal terhadap gangguan listrik sehingga cocok untuk pengukuran suhu di lingkungan industri, terutama di sekitar motor, generator dan peralatan tegangan tinggi lainnya.Resistance Thermal Detector merupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel, tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi terhadap kerusakan mekanis. Resistance Temperature Detector (PT100) digunakan pada kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C. 

jenis-jenis RTD: 
1. RTD elemen RTD elemen adalah bentuk sederhana dari RTD. Ini terdiri dari sepotong kawat dibungkus di sekitar inti keramik atau kaca. Karena ukuran kompak, elemen RTD biasanya digunakan bila ruang sangat terbatas. 










2. RTD surface elemen RTD surface elemen adalah tipe khusus dari elemen RTD. Hal ini dirancang untuk menjadi setipis mungkin sehingga memberikan kontak yang baik untuk mengukur suhu permukaan datar. 











3. RTD Probe RTD probe adalah bentuk paling kasar dari RTD. probe terdiri dari unsur RTD terpasang di dalam tabung logam, juga dikenal sebagai selubung.sarung melindungi elemen dari lingkungan.

Thermocouple

Thermocouple adalah sensor  suhu , thermocouple sering digunakan untuk industri pengolahan minyak atau baja.

Thermocouple adalah transduser  suhu aktif yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya. Thermocouple merupakan salah satu sensor yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu karena relatif murah namun akurat . Thermocouple dapat beroperasi pada suhu panas maupun dingin.Pada kondisi level noise yang tinggi, Sensor suhu termokopel memiliki nilai output yang kecil,  agar nilai output tersebut dapat dibaca Thermocouple memerlukan pengkondisi sinyal.

gambar Konstruksi Thermocouple

Sejarah Thermocouple

Berasal dari kata “Thermo” yang berarti energi panas dan “Couple” yang berarti pertemuan dari dua buah benda. Tahun 1821 ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck menemukan fenomena thermoelectric pertama kali, Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Ini di karenakan aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut dikenal dengan efek Seebeck.

Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Sir William Thomson, menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya. Efek Seebeck, Peltier, dan Thomson inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.

Tipe – tipe Thermocouple

Tipe – tipe thermocouple dibagi menjadi 2 spesifikasi utama yaitu

1. Thermocouple berdasarkan probenya
2. Thermocouple berdasarkan logam pembentuknya.

1. Tipe thermocouple berdasarkan probe atau sambungannya

Berdasarkan jenis probe atau sambungannya thermocouple dibagi menjadi 3 yaitu

1.1. Exposed Junction (Probe) themocouple

• thermocouple yang menggunakan tipe probe ini memiliki reponse yang paling cepat diantara tipe probe yang lain
• memiliki daya tahan yang cukup terbatas dikarenakan terkorosi,
• probe ini tidak memiliki pelindung atau bisa dikatakan di luar dari cover.

1.2. Insulated Junction (Probe) thermocouple

• Tipe probe yang paling banyak digunakan
• Memiliki response yang cukup lambat dikarenakan probe dalam kondisi tertutup cover
• Memiliki lifetime yang cukup lama dikarenakan sensor tertutupi oleh cover

1.3. Junction reference to electrical ground (Probe) thermocouple

• Probe tipe ini adalah probe yang memiliki grounding dengan cara  menempelkan thermcouple dengan cover dengan cara dilas.
• Memiliki response yang lebih cepat dari insulated namun tidak lebih cepat dari tipe exposed.
• Memliki lifetime yang tidak kalah lama dengan tipe insuleted karena sama – sama tercover.

untuk lebih jelasnya kita bisa lihat gambar

2. Tipe thermocouple berdasarkan bahan penyusunnya

Berdasarkan jenis bahan penyusunnya thermocouple dibagi menjadi 9 yaitu

1. Tipe K (Nikel – Chromel / Nikel – Alloy)

Termokopel tipe K terdiri dari;   nikel dan kromoium pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) terdiri dari  nikel dan alumunium. Thermocouple jenis ini sering dipakai pada  tujuan umum dikarenakan cenderung lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu 0 °C hingga +1100 °C

2. Tipe E (Nikel – Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))

Termokopel tipe E terdiri dari  nikel dan kromium  pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) nikel dan tembaga. Thermocouple ini memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur antara  0 °C hingga +800 °C. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.

3. Tipe J (Iron / Constantan)

Termokopel tipe J terdiri dari  Besi  pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) sekitar  nikel dan tembaga. Rentangnya terbatas (20 hingga +700 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K. thermocouple tipe J  ini memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C

4. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))

Termokopel tipe N terdiri dari   nikel , 14 kromium dan 1.4 silikon pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) nikel, silicon  dan magnesium . Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K.

Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).

5.Type B (Platinum-with 30% Rhodium /Platinum-with 6% Rhodium)

Termokopel tipe B terdiri dari Rhodium dan platinum 30% pada sisi positif (Thermocouple Grade)  sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) platinum. Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output yang sama pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu 50 °C.

6.Type R (Rhodium with Platinum  13%  / Platinum )

Termokopel tipe R terdiri dari  Rhodium dan platinum 13%  pada sisi positif (Thermocouple Grade) dan sisi negatif negatif (Extension Grade) Platinum. Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

7.Type S (Platinum with 10% Rhodium/Platinum )

Termokopel tipe S terdiri dari  Rhodium dan platinum 10%  pada sisi positif (Thermocouple Grade) dan sisi negatif negatif (Extension Grade) nikel dan tembaga. Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).

8.Type T (Copper / Constantan)

Termokopel tipe T terdiri dari  Tembaga dan pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif (Extension Grade) Constanta. Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C

Berikut adalah table Tipe thermocouple menurut standar International hingga berbagai negara.