Sensor Thermal

1. Sensor Thermal

2. Reference Sources • Jacob Fraden • AIP Handbook of Modern Sensors, >2’nd Edition • Ramon Pallas-Areny and John G. Webster • Sensors and Signal Conditioning, 2’nd Edition • Thomas Petruzzellis • The Alarm, Sensor, & Security Cookbook

3. Auxilary References (signals) • Ramon Pallas-Areny & John G. Webster • Analog Signal Processing • Paul Horowitz & Winifield Hill • The Art of Electronics • Don Lancaster • Active Filter Cookbook

4. Auxilary References • Walt Jung • The OpAmp Cookbook • John Brignell & Neil White • Intelligent Sensor Systems • H.R. Everett • Sensors for Mobile Robots

5. Good Niche References • Larry Baxter • Capacitive Sensors • APC International • Piezoelectric Ceramics: Principles & Applications • Anthony Lawrence • Modern Inertial Technology • J.M. Rueger • Electronic Distance Measurement

6. Magazines • Sensors Magazine - Free! • Circuit Cellar - Best EE-hacker magazine out • NASA Tech Briefs - Free! • Test and Measurement - Free! • IEEE Sensors Journal

7. Conferences • Sensors Expo • Big trade show with turorials and proceedings • IEEE Sensors Conference • Very large new state-of-the-art sensors conference • SPIE • Old standby conference for sensors & applications • Transducers • Emphasizes MEMs, but like IEEE Sensors • UIST • ACM conference on user interface technology

8. Websites • http://www.sensorsportal.com/ • References, hints, sources • http://www.sensorsmag.com/ • Sensors Magazine site • Buyers guide, Archive articles • http://www.cs.indiana.edu/robotics/world.html • Robotics sites often list sensor vendors, hints • http://www.billbuxton.com/InputSources.html • Bill Buxton’s encyclopedia on input devices

9. Sensor Thermal Konvensional • Sistem pengisisan termometer (Filled System Thermometers) • Tipe ini termasuk jenis yang paling tua, yang konstruksinya terdiri dari satu tabung gelas yang mempunyai pipa kapiler kecil yang berisi vacum dan cairan serta reservoir cairan dan cairan ini biasanya berupa air raksa. Perubahanpanasmenyebabkanperubahanekspansidaricairanataudikenal temperature to volumetric change kemudian volumetric change to level secarasimultan. Perubahan level inimenyatakanperubahanpanasatautemperatur. Ketelitianjenisinitergantungdarirancanganatauketelitiantabung, jugapenyekalanya.

10. PemilihanJenis Sensor Thermal • Level suhumaksimumdan minimum darisuatusubstrat yang diukur. • Jangkauan (range) maksimumpengukuran • Konduktivitaskalordarisubstrat • Responwaktuperubahansuhudarisubstrat • Linieritas sensor • Jangkauantemperaturkerja

11. Karakteristik Sensor Thermal

12. Logam 1 -----====== Logam 2 Sensor temperatur dwi logam • Jenisinimenggunakanlogamuntuksensornya. Logam yang digunakanadalah 2 buah yang masing-masingnyamempunyaikarakteristiktitikleburnya yang berbeda. • Bila logam dipanaskan maka logam akan memuai atau bertambah panjang. Karea karakteristik pemuaian dari kedua jenis logam pada dwi logam berbeda, maka ujung yang bebas dari logam akan membengkok. • Penggunaan : thermostat electric toaster, foffe pot, dan setrika listrik. sistem pemutus rangkaian (circuit breaker)

13. Rumus Sensor BiMetal

14. + - thermocouple Sambungan referensi Sambungan pengukuran Beda potensial yang terjadi pada kedua ujung logam yang berbeda panas jenisnya + Ujung panas VR Vs - Ujung dingin Beda potensial pada Termokopel Sensor Temperatur, Thermocouple Thermocouple disusundariduajenislogam yang hampirsejenisdanbiladipanaskanakanmenghasilkan thermal electromotive force ketikasambunganbahanmempunyaitemperatur yang berbeda.

15. Sensor thermocouple Koefisien Seebeck dan sensitifitas DVM

16. Temperature Sensor Options • Resistance Temperature Detectors (RTDs) • Platinum, Nickel, Copper metals are typically used • positive temperature coefficients • Thermistors (“thermally sensitive resistor”) • formed from semiconductor materials, not metals • often composite of a ceramic and a metallic oxide (Mn, Co, Cu or Fe) • typically have negative temperature coefficients • Thermocouples • based on the Seebeck effect: dissimilar metals at diff. temps.  signal

17. Cara membaca sensor Thermocouples

20. RangkaianAplikasi

21. Sensor RTD Penemu: Seebeck yang kemudiandikembangkanoleh Sir William Siemens. Prinsipkerja : sensor iniberdasarkanperubahantahanandaribeberapajenislogamapabilamendapatkanperubahanpanas. Semua logam akan mengalami perubahan tahanan positif apabila terjadi perubahan temperatur yang positif.

22. Sensor temperatur RTD • Bahan : untuk sensor ini antara lain platina, nikel, paduan nikel alloy, terutama tembaga karena mempunyai tahanan yang rendah dan perubahan tahanan yang linier • Nilai tahanan untuk RTD platina mempunyai jarak dari 10 sampai dengan 100 ohm untuk model bird gage. Standar koefisien temperatur kawat platina (DIN 43760) adalah = 0.00385. Untuk kawat 100 adalah 0.385/oC. Nilaiiniadalah rata-rata dari 0oC sampai 100oC

23. VCC Thermistror NPN BC108 Sensor temperatur thermistor Thermistor adalahjuga resistor yang sensitifterhadapperubahantemperatur. Thermistor biasanyadibuatdaribahansemikonduktor. Thermistor umumnyamempunyaikoefisientemperaturnegatif (NTC), artinyaapabilatemperaturbertambahmakatahanannyaakanberkurang, tetapijugaada yang mempunyaikoefisientemperaturpositif (PTC).

24. Sensor temperatur dengan IC Sensor dengan Integrated Circuit (IC) tipe LM335 keluarannya 10 mV/0F dan sensor yang lain tipe AD592 aruskeluarannya 1A/oK. IC tipe LM335 adalah sebagai zener diode yang sensitif terhadap temperatur. 3 tipe IC yang mempunyai jarak dan penggunaan yang berbeda-beda. Apabila mendapat pembiasan balik pada daerah breakdown, maka keluarannya adalah Vz = 2,73V + (10mV/oC) T

25. Sensor temperaturdengan IC Untuk menentukan ukuran batasan besarnya tahanan tergantung dari besarnya tegangan suplai pada zener diode dan tegangan pada temperatur nominal, yaitu: R(bias) = V(suplai) – V(nominal) Iz Dalam manufaktur besarnya Iz = 1mA Bila nilainya adalah linier maka hal ini adalah penting, karena arus beban kecil maka dibandingkan dengan arus minimum yang melalui zener yaitu : Vmak >> V(suplai) – V mak RL R(bias) VOH = f(VOL) VOL = f(VOH) VM = f(VM)

26. Penyelesaian Pada temperatur nominal maka outputnya : Vz = 2,73 V + (10mV/0C) (20 oC) = 2,93 V Tetapi, anode pada zener diode pada –2,73 V, maka tegangan keluarannya adalah : Vout = Vz + V(offset) = (2,93 – 2,73) V = 200 mV R(bias) = 5V – 0,2V = 4,8 K 1mA Dipilih harga R(bias) besarnya 4,7 K. Untuk menentukan nilai minimum harus ditentukan R(zero) pada I(bias), sehingga harus dipilih harga R(zero) << R(bias) dan dipilih R(zero) = 500. Untuk koreksi besarnya tahanan beban digunakan persamaan berikut : Vmak . R(bias) : RL >>Vmak – R(bias ) V(supply) – Vmak Vz = 2,73 + (10)(50) = 3,23V Vmak = 3,23V – 2,73V = 0,5V RL >> (0,5V) x (4,7K)= 522 5V – 0.5V CONTOH Jika rangkaian menggunakan IC LM335 yang mempunyai jarak –10 oC sampai dengan +50 oC pada temperatur nominal 20 oC, menggunakan catu daya +5V hitung tahanan beban minimum yang diperbolehkan.

27. MateriTambahan Sensor Thermal2 Oktober 2012 RTD (Resistance Thermal Detector)

28. Spesifikasi RTD • RTD adalahsalahsatudaribeberapajenis sensor suhu yang seringdigunakan. RTD dibuatdaribahankawattahankorosi, kawattersebutdililitkanpadabahankeramik isolator. • Bahantersebutantara lain; platina, emas, perak, nikeldantembaga, dan yang terbaikadalahbahanplatinakrndapatmenjangkau 1500 derajat. • Resistance Thermal Detector (RTD) perubahantahanannyalebih linear terhadaptemperaturujitetapikoefisienlebihrendahdari thermistor

29. Kumparankawatplatina Intidari Quartz Terminal sambungan Kabelkeluaran Konstruksi RTD danBentuklainnya (a) Wire; (b) Ceramic Tube; (c) Thin Film

30. RTD memilikikeunggulandibandingtermokopel • Tidakdiperlukansuhureferensi • Sensitivitasnyacukuptinggi, yaitudapatdilakukandengancaramem-perpanjangkawat yang digunakandanmemperbesarteganganeksitasi. • Teganganoutput yang dihasilkan 500 kali lebihbesardaritermokopel • Dapatdigunakankawatpenghantar yang lebihpanjangkarena noise tidakjadimasalah • Tegangankeluaran yang tinggi, makabagianelektronikpengolahsinyalmenjadisederhanadanmurah.

31. Model Matematis Linier

32. UjiCoba Sensor RTD Cara percobaansamadengan yang laludengan RL digantidengannilai 100 Ohm.

33. MenurutsitusLivescience.commengutippenulisLifes Little Mysteries, gravitasicenderunguntukmenjagamolekuludaraterkonsentrasi di dekattanah. Jadi, atmosfermenipisketikaAndanaik. Udaramenjadisangat tipis padaketinggian 10.000 kaki (3.000 meter). Padaketinggian 35.000 kaki (11.000 m), ketinggianumumdari jet komersial, tekananudaraturunmenjadikurangdariseperempatdarikondisi normal di ataspermukaanlaut, dansuhuluarturun di bawah minus 51 derajatCelcius, menurutThe Engineering Toolbox.Jikajendeladibuka, makadalamhitunganmenitAndaakanmatimenderita hipoksia atau kekurangan oksigen karenaudaradalampesawatmenguapdankondisinyasetaradengankeadaan di luarpesawat.

34. Websites • http://www.sensorsportal.com/ • References, hints, sources • http://www.sensorsmag.com/ • Sensors Magazine site • Buyers guide, Archive articles • http://www.cs.indiana.edu/robotics/world.html • Robotics sites often list sensor vendors, hints • http://www.billbuxton.com/InputSources.html • Bill Buxton’s encyclopedia on input devices

35. Aplication of Sensors Robot was created with the purpose of exploring: Robotic hardware technologies and mechanical components Schematics and circuit solutions Microcontrollers, sensors and other electronic components Embedded software programming Real-time intelligent processing algorithms