PENDAHULUAN

Sensor dan transduser merupakan komponen penting yang umum dijumpai

dalam berbagai peralatan embedded modern yang nampaknya semakin dibutuhkan dalam

kehidupan manusia. Tanpa disadari hampir setiap hari pasti berhubungan dengan komponen

ini.Perkembangan teknologi sensor dan transduser saat ini adalah miniaturisasi sensor

kedalam bentuk IC (dikenal dengan istilah Micro electromechanical Sensor ) serta digitalisasi

pengolahan output sensor.

Sensor fisika merupakan jenis sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan

hukum-hukum fisika, yaitu seperti sensor cahaya, suara, gaya, kecepatan,percepatan, maupun

sensor suhu.

Pembahasan kali ini berkaitan dengan salah satu sensor fisika yaitu mengenai sensor

suhu khususnya mengenai resistance temperature detector (RTD). Terdapat 4 jenis utama

sensor suhu yang umum digunakan , yaitu resistance temperature detector (RTD), termistor

dan IC sensor.

Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik

dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi

dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan.

Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu,

kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Selain mengunakan platina resistance temperature

detector (RTD) juga dapat menggunakan elemen sensitif dari tembaga, atau nikel murni,

yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam

kisaran suhunya. PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di

industri. RTD juga memiliki beberapa kelebihan dan kekurangannya salah satu kelebihan dari

RTD yaitu akurasi tinggi (±0.0006ºC sampai 0.1ºC) dan salah satu kekurangan dari RTD

yaitu waktu respons lebih lambat (0.5 sampai 5detik).

A. Pengertian RTD

Resistance Temperature Detector (RTD) adalah salah satu dari beberapa jenis sensor

suhu yang sering digunakan, dikenal juga dengan Detektor Temperatur Tahanan yang

merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu

temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif tahan korosi dari kawat platina,

1

tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-

masing temperatur di dalam kisaran suhunya. Semakin panas benda tersebut, semakin besar

atau semakin tinggi nilai tahanan listriknya, begitu juga sebaliknya. Bahan yang terbaik

adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500o C. Tembaga

dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah, tetapi tembaga mudah

terserang korosi. PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di

industri.

Resistance Temperature 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 (RTD) memiliki

prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu.

Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada

pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan

suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas.

Konstruksi RTD secara umum dan perbandingan resistansi dengan temperatur untuk

variasi RTD metal adalah sebagai berikut:

Gambar 1.a. Kontruksi RTD secara umum

b. Perbandingan resistansi dengan temperatur untuk variasi RTD metal

2

Gambar 2. Bagian dalam dari salah satu jenis RTD

B. Rumus RTD dan Perbandingan dengan Sensor Lain

Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linear terhadap

temperatur uji tetapi koefisien lebih rendah dari thermistor dan model matematis linier

adalah:

dimana : Ro = tahanan konduktor pada temperature awal ( biasanya 0oC)

Rt = tahanan konduktor pada temperatur toC

α = koefisien temperatur tahanan

Δt = selisih antara temperatur kerja dengan temperatur awal.

Untuk menghasilkan tegangan keluaran dapat diperoleh dengan mengalirkan arus

konstan melalui RTD atau dengan memasangnya pada salah satu lengan jembatan

wheatstone. Persamaan rangkaian jembatan wheatstone:

Sedangkan model matematis nonliner kuadratik untuk RTD adalah:

3

Contoh:

RTD tipe PT100 terbuat dari platinum dengan baseline resistansi (Ro) 100 Ohm pada 0 ºC.

Pada setting ini, RTD mempunyai perubahan resistansi atau koefisien temperatur tahanan (α)

platinum sebesar 0.3729 Ω/ºC.

Jadi, Rt = 100 (1+0,3729*30)= 1218,7 Ohm

Untuk perbandingan RTD dengan sensor suhu lainnya dapat dilihat pada tebel di

bawah ini:

4

Tabel 1. Perbandingan RTD dengan sensor lain

4

Berikut overview Resistance Temperature Detector (RTD) sebagai sensor suhu:

Bekerja berdasarkan perubahan resistansi logam karena

perubahan temperatur.

Berbagai logam yang sering digunakan untuk RTD

– platina (linier, sangat mahal, umum dipakai)

– Nikel (range temperatur lebih rendah, lebih murah, nonlinier)

– Nickle alloys (range temperatur lebih rendah, lebih murah)

– Tembaga (range temperatur lebih rendah).

Keunggulan

Resistansi rendah (100Ω – 1000 Ω)

Range operasi lebar (-200 0C sampai 850 0C)

Akurasi Tinggi (±0,0006 0C sampai 0,1 0C)

Repeatability dan stabilitas tinggi

RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 0C

dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.

Kelemahan

Waktu respons lebih lambat (0,5 sampai 5 detik)

Sensitive terhadap shock dan vibrasi

Disupport dengan keramik, glass tube

Internal/self – heating (joule heating = I2R)

C. Prinsip kerja rangkaian RTD pada jembatan wheatstone

Bila RTD berada pada suhu kamar maka beda potensial jembatan adalah 0 Volt.

Keadaan ini disebut keadaan setimbang. Bila suhu RTD berubah maka resistansinya juga

berubah sehingga jembatan tidak dalam kondisi setimbang. Hal ini menyebabkan adanya

5

beda potensial antara titik A dan B. Begitu juga yang berlaku pada keluaran penguat

diferensial.

Amplifier diferensial (penguat diferensial) menggunakan IC op-amp yang berfungsi

untuk menguatkan tegangan keluaran dari rangkaian jembatan menjadi tegangan yang lebih

besar. Jika rangkaian jembatan pada posisi setimbang maka pada titik A dan B mempunyai

tegangan dan arus yang sama.

Gambar 3. Jembatan wheatstone dengan RTD

D. Kontruksi RTD

Penghantar yang digulungkan pada suatu form (biasanya koil). Dilindungi tabung

pelindung (menambah waktu respon)

Hubungan temperatur dan disipasi :

Gambar 4. Kontruksi RTD

DT = Kenaikan temperatur karena self heating

P = Disipasi daya pada RTD dalam W

PD = Konstanta disipasi RTD dalam W/ºC

6

DP

PT D

E. Aplikasi dan Prinsip Kerja RTD (PT100) pada Crystalizer Tank

Pada proses pengkristalan/ pendinginan minyak, RTD (PT100) digunakan untuk

mengukur dan mengatur penurunan suhu dari minyak RBDPO (Refined Bleached Deodorized

Palm Oil). Suhu minyak RBDPO yang masuk (setelah melalui proses pemanasan pada unit

Heat Exchanger) ke dalam tangki Crystalizer adalah 70 0C. Sedangkan suhu yang ingin

dicapai agar minyak dapat menjadi butir-butiran kristal stearin adalah 13 0C, untuk produk

minyak goreng Avena. Pada gambar 2.1 dibawah, dapat dilihat hasil akhir dari minyak

RBDPO yang sudah menjadi butiran-butiran kristal stearin.

Gambar 5. Minyak yang sudah mengkristal

Dalam proses penurunan suhu minyak ini digunakan air sebagai pendingin. Air

pendingin ini berasal dari cooling tower (dengan suhu 28-30 0C) dan dari mesin water chiller

(dengan suhu 7-10 0C). RTD (PT100) dipasang pada tangki crystalizer (untuk mengawasi

penurunan suhu dari minyak) dan dipasang pada saluran pipa masukan air pendingin ke

dalam tangki crystalizer (untuk mengatur debit air dan perubahan penggunaan air cooling

menjadi air chilling).

Prinsip kerja dari RTD (PT100) yang digunakan untuk pengukuran minyak ini adalah,

ketika RTD pada tangki crystalizer menerima panas dari minyak, maka panas tersebut akan

dikonversikan oleh RTD ke dalam bentuk besaran listrik yaitu tahanan. Panas yang

dihasilkan berbanding lurus dengan tahanan dari jenis elemen logam platina yang ada pada

7

sensor RTD, kemudian bentuk tahanan tersebut diterima oleh Tranduser kemudian tranduser

merubahnya menjadi sinyal fisi dan mengirimnya ke TRC.

TRC (Temperature Recorder Control) memberi perintah kepada control valve.

Control valve berfungsi untuk mengendalikan nilai input temperatur agar sesuai dengan set

poin, yaitu dengan cara menutup atau membuka katup secara otomatis sehingga aliran

minyak di tangki crystallizer dapat di control, RTD (PT100) akan mengukur temperatur

tersebut dan mengirimkannya ke tranduser, untuk mengubah sinyal elektrik ke sinyal

pneumatic lalu di kirimkan besaran sinyal tersebut ke input TRC untuk di bandingkan dengan

set point.

Pada tipe RTD (PT100) ini, jika suhu yang dibaca adalah 0°C berarti tahanan yang

dihasilkan oleh RTD dan diterima oleh Tranduser adalah 100Ω, begitu juga jika suhu 100°C

berarti tahanan yang dihasilkan oleh RTD dan diterima TRC adalah 138,5 Ω.

Sedangkan RTD yang berada pada pipa saluran masukan air pendingin ke tangki

crystallizer, terinterkoneksi dengan Control Valve, yang akan mengatur debit/ jumlah dari

aliran air pendingin. RTD untuk air pendingin ini juga berfungsi untuk menentukan

pergantian dari air pendinginan yang menggunakan air dari Cooling Tower, menjadi air

pendingin dari Water Chiller.

Pada proses pengkristalan ini digunakan juga agitator yang berfungsi untuk mengaduk

isi dari crystalizer tank agar suhu minyak menjadi homogen. Kecepatan putar dari motor pada

agitator ini juga diatur dengan menggunakan inverter (mengatur kecepatan putaran dengan

merubah frekuensi dari motor).

F. Tipe-tipe RTD

Resistance Temperature Detector (RTD) yang banyak digunakan pada industri adalah

jenis Platinum Resistance Temperature Detector. Itu semua ditetapkan oleh JIS C 1604 di

Jepang.

Terdapat dua tipe dari RTD, tipe pertama adalah PT100 yang telah disesuaikan

dengan standar internasional, dan tipe kedua adalah JPT100 yang telah disesuaikan dengan

standar Jepang. Keduanya tidak dapat dipertukarkan karena perbandingan dari nilai tahanan

pada 100 0C dan 0 0C (R100/R0) adalah berbeda.

8

Table 2. Tipe dari Platinum Resistance Temperature Detector

Banyak juga Resistance Temperature Detector di negara lain yang telah disesuaikan

dengan IEC Standard. Di Inggris dan Jerman, standarnya sama persis dengan IEC Pub 751.

Singkatan :

JIS : Japanese Industrial Standars

IEC : International Electrotechnical Commission

ASTM : American Society for Testing and Materials

G. Hasil Pertanyaan dan Jawaban Presentasi

1. Aplikasi RTD dalam kehidupan selain yang telah di sebutkan oleh presentator?

(penanya : Galih Puspa S.)

Jawab: RTD selain bisa digunakan untuk pengukur suhu pada proses pengkristalan minyak dapat digunakan sebagai penngontrol suhu pada aplikasi berikut :

- Tabung proteksi pembangkit listrik- Tabung bahan bakar gas

( Penjawab : Agnis Triahadini & Elvira R.Situmorang )

2. Mengapa RTD lebih bagus dari pada termokopel ?

( Penanya : Dessy Dian M.Pardede )

Jawab :

RTD lebih bagus dari pad termokopel karena bahan yang digunakan untuk RTD ( Platina, Nikel, dll) dan karena adanya lilitan dalam RTD sehingga dapat menyerap arus lebih banyak di bandingkan termokopel yang hanya terdiri dari dua logam

( Penjawab : Nurul Laili Kh.T )

3. Apakah super konduktor dapat digunakan untuk bahan RTD atau tidak ?

( Penanya : Hanum Yuda )

9

Jawab :

Superkonduktor dapat Digunakan sebagai bahan RTD asal memenuhi syarat bahan yang bisa di gunakan untuk sensor.Sensor biasanya digunakan pada suhu kamar.Sedangkan Superkonduktor suhunya sangat rendah di bawah suhu kamar ,dan untuk mencapai suhu kamar sanga sulit,jadi belum ditemukan superkonduktor yang dapat di gunakan untuk bahan RTD .

( Penjawab : Nurul Laili Kh.T )

4. Pada RDT terdapat self heating.Apakah self heating berpengaruh pada hasil pengukuran ? bila iya,bagaimana meminimalisir hal tersebut ?

( Penanya : Ika I )

Jawab :

Self heating ada karena kumparan yang terdapat pada RTD yang memicu self heating ketika kumparan dialiri arus listrik . Hal ini berpengaruh kecil pada keakuratan pengukuran.

Untuk meminimalisirnya digunakan inti quart keramik yang bersifat sebagai isolator

( Penjawab : Yasin Y.B.I.C )

10

KESIMPULAN

Resistance Temperature Detector (RTD) adalah sebuah alat yang digunakan untuk

menentukan nilai atau besaran suatu temperatur/suhu dengan menggunakan elemen sensitif

tahan korosi dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni, yang memberikan nilai tahanan

yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam kisaran suhunya.

Adapun kelebihan dari RTD sebagai berikut: Resistansi rendah (100Ω – 1000

Ω),Range operasi lebar (-200 0C sampai 850 0C),Akurasi Tinggi (±0,0006 0C sampai 0,1 0C) ,Repeatability dan stabilitas tinggi dan RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang

mempunyai ketelitian 0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.

Adapun kelemahan dari RTD sebagai berikut: Waktu respons lebih lambat (0,5

sampai 5 detik) ,Sensitive terhadap shock dan vibrasi, Disupport dengan keramik, glass

tube ,Internal/self – heating (joule heating = I2R) dan Lead wire can be significant

Aplikasi resistance tempeture detector (RTD) sangat banyak salah satunya yaitu untuk

mengetahui Crystalizer Tank.

11

DAFTAR PUSTAKA

S. Pakpahan, Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. Terjemahan dari

Instrumentation of Electronic and Measurement Technique, oleh William D. Cooper, Edisi

Kedua (Jakarta: Penerbit Erlangga, 1999)

Sci-Tech Dictionary, Definition of Resistance Thermometer, McGraw-Hill Dictionary of

Scientific and Technical Terms. 2003, oleh McGraw-Hill Companies,Inc.

http://www.answers.com/resistance+thermometer?cat=health

100Ohm RTD Platinum Table,

http://www.prosensor.com/Anglais/Pages/Page02B-B-01-03.htm

RTD Training and Information Resources,

http://www.temperatures.com/rtdtrain.html

12