jasaservis

Tag: RTD Pt 100

  • Resistance Temperature Detector Instrumentasi Pengukur Suhu

    Resistance Temperature Detector Instrumentasi Pengukur Suhu

    RTD adalah singkatan dari Resistance Temperature Detector. RTD adalah sensor suhu yang mengukur suhu menggunakan prinsip kenaikan tahanan logam sebanding dengan kenaikan suhu. Saat suhu yangterdeteksi oleh elemen RTD naik maka tahanan listrik yang diukur dalam ohm (Ω) juga meningkat.

    Elemen RTD umumnya ditentukan menurut nilai tahanannya dalam ohm pada nol derajat Celcius (0 Deg C). Spesifikasi RTD yang paling umum adalah PT100,  yang berarti bahwa pada 0 derajat celcius elemen RTD harus menunjukkan tahanan 100 Ω.

    Platinum adalah logam yang paling umum digunakan untuk elemen RTD karena bebrapa  faktor diantaranya;

    – Kelembaman kimia yang handal

    – Kenaikan suhu linear terhadap nilai tahanan

    – Memiliki koefisien suhu resistansi yang cukup besar

    – Stabilitas di mana nilai tahanan tidak berubah secara drastis seiring waktu.

    Logam lain yang bisa digunakan sebagai elemen sensor pada RTD selain platinum adalah nikel, tembaga, dan balco.

    Elemen sensor dalam konstruksi RTD adalah potongan kecil yang dilindungi oleh bahan pembungkus berupa metal keras seperti stainless steel. Gambar-1 menunjukkan sensor platina hanyalah berupa sebuah komponen kecil yang tersembunyi di dalam pembungkus logam.

    Seperti yang dapat kita lihat pada Gambar-1, hanya sebagian kecil dari seluruh rakitan RTD yang terbuat dari platina, hal ini tidak lepas dari keterkaitan terhadap baya pembuatan.

    Sebuah sensor temperature RTD tidak akan berguna tanpa dihubungkan dengan instrumentasi ukur seperti transmitter, controller, PLC atau alat monitoring lainnya. Untuk tujuan ini maka kabel tembaga berinsulasi dipergunakan sebagai komponen penghubung antara sensor RTD ke alat pengukur.

    Seperti halnya platina, tembaga pada kabel penghubung juga memiliki nilai tahanan. Tahanan sepanjang kabel tembaga berinsulasi dapat mempengaruhi hasil pengukuran, oleh karena itulah maka kabel RTD dikonfigurasi dengan format 2 kawat, 3 kawat dan 4 kawat.

    Resistance Temperature detector dengan dua kawat tidak memiliki kawat referensi, adapun manfaat daripada kabel referensi yaitu untuk mengkompensasi tahanan yang dapat dihasilkan oleh kabel tembaga penghubung RTD ke alat monitor. Akibatnya, RTD dua kabel umumnya digunakan untuk keperluan pembacan suhu yang tidak kritik

    RTD tiga kabel adalah spesifikasi paling umum untuk aplikasi industri. RTD tiga kabel biasanya menggunakan rangkaian pengukuran jembatan Wheatstone untuk mengkompensasi resistansi kabel timah seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

    rtd

    Dalam konfigurasi RTD tiga kabel, kabel “A” & “B” harus memiliki panjang yang hampir sama. Panjang ini penting karena maksud dari jembatan Wheatstone adalah untuk membuat impedansi kabel A dan B, masing-masing bertindak sebagai kaki jembatan yang berlawanan, meniadakan yang lain, meninggalkan kabel “C” untuk bertindak sebagai kabel indra yang membawa a sangat kecil (kisaran microamperage) saat ini.

    RTD empat kabel  lebih akurat daripada  RTD tiga kabel  karena desain empat kabel mampu sepenuhnya mengkompensasi hambatan kabel tanpa harus memberi perhatian khusus pada panjang masing-masing kabel. Ini dapat memberikan akurasi yang sangat baik  dengan biaya yang relatif rendah.

    Bahan umum konstruksi RTD

    • Sensor (platinum, nickel or coper)

    Ini adalah komponen bagian pendeteksi suhu dari RTD. Panjang elemen bervariasi dari 1/8″ hingga 3″. Koefisien suhu standar yang paling populer adalah alfa 0,00385.

    • RTD sheathed

    Diameter luar yang paling umum adalah 6 mm dan 8 mm, namun diameter luar berkisar antara 2 mm hingga 12 mm. Baja tahan karat 316 umumnya digunakan untuk rakitan hingga 500 derajat F, dan untuk suhu di atas 500 derajat F disarankan menggunakan Inconel 600.

    • RTD process connection

    Fitting koneksi proses mencakup semua fitting standar yang digunakan dengan thermowell.

    • RTD lead wire

    RTD tersedia dalam konfigurasi 2, 3 dan 4 kabel. 3 konfigurasi kabel adalah yang paling umum untuk aplikasi industri.

    • RTD cold end termination

    RTD dapat berakhir di ujung dingin dengan colokan, kabel kosong, atau kepala terminal.

    RTD

  • Penyimpangan hasil ukur pada RTD 2 wire dan RTD 3wire

    Penyimpangan hasil ukur pada RTD 2 wire dan RTD 3wire

    Sebuah percobaan dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui adanya penyimpangan indikasi pada sensor pengukur suhu type Resistance Temperature Detektor (RTD), dengan metode ini dapat diketahui  apakah pengaruh daripada RTD dengan 2 kabel koneksi (2 wire RTD) dibandingkan dengan RTD dengan 3 kabel koneksi (3wire RTD).  Langkah pertama yaitu mempersiapkan rangkaian sepeti pada gambar dibawah ini.

    Material yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian diatas adalah; AVO meter, tahanan  100 Ohm sebanyak 3 buah, sensor temperature RTD  2 wire type PT 100, regulator power supply, potongan kabel, thermometer dan sumber panas. Buat rangkaian seperti pada gambar dengan nilai dari masing-masing komponen sebagai berikut; R1, R2, dan R3 masing-masing 100 Ohm, atur objek panas agar berada pada suhu 100 °C  pergunakan  thermometer untuk mengukur keadaan ini, dari table konversi  RTD diketahui  bahwa tahanan RTD pada  100 °C  adalah 139,1 Ohm, atur  regulator power supply  agar memberikan keluaran 10 Volt, jadi E sama dengan 10 V. Jika dalam percobaan ini diasumsikan temperature ambient adalah 20°C  sehingga kabel koneksi RTD ke rangkaian memiliki tahanan 10 Ohm (RL1 dan RL2 masing-masing 10 Ohm) maka AVO meter akan menunjukan nilai sebagaimana hasil perhitungan dibawah ini

    Ingat rumus V=IR maka I=V/R

    I1 = E/ (R1 + RL1 + RTD + RL2)
    = 10/ (100 + 10 + 139,1 + 10)= 0,0386 A
    I2 = E/ (R2 + R3)
    = 10/ (100 + 100) = 0,05A
    V=0,0386 X (10 + 139,1 + 10) – 0,05 X 100
    = 6,141 – 5 = 1,141 V

    Nilai yang ditunjukkan oleh AVO meter pada rangkaian ini yaitu 1,141 Volt ,  nilai ini merupakan  hasil kalibrasi RTD 2 wire untuk suhu 100 derajat Celsius dengan ambient 20 °C
    Catatan;
    *RTD 2 wire yang dipakai untuk mengukur suhu 100°C  memberikan keluaran  (output ) sebesar 1,141 Volt  jika komponen-komponen yang terpasang memiliki nilai seperti pada gambar diatas*

    Keluaran disini maksudnya adalah keluaran parangkat pengukur yaitu AVO meter bukan keluaran daripada RTD itu sendiri , adapun keluaran RTD untuk 100 °C  tetap setara dengan 139,1 Ohm.

    Untuk selanjutnya  kita akan membuat ilustrasi lanjutan agar dapat memahami apa pengaruh ambient temperature terhadap output perangkat pengukur suhu.

    Dengan rangkaian yang sama seperti pada gambar di atas kita asumsikan ambient temperature naik menjadi 30°C sehingga kabel koneksi RTD ke rangkaian yaitu RL1dan RL 2 menjadi masing-masing 11 Ohm.

    Ingat rumus V=IR maka I=V/R

    I1 = E/ (R1 + RL1 + RTD + RL2)
    = 10/ (100 + 11 + 139,1 + 11) = 0,0383 A
    I2 = E/ (R2 + R3)
    = 10/ (100 + 100) = 0,05A
    V = 0,0383 X ( 11 + 139,1 + 11) – 0,05 X 100
    = 6,170– 5 = 1,170 V

    Perhitungan kedua menunjukkan bahwa nilai pengukuran oleh AVO meter  menjadi  1,170 Volt, padahal  objek panas yang diukur besarnya tetap yaitu 100 derajat Celsius dan tahanan RTD tetap 139,1 Ohm. Artinya adanya  perubahan nilai tahanan daripada kabel penghubung RTD ke rangkaian dapat  mengakibatkan perangkat pengukur menunjukkan hasil  pengukuran yang menyimpang dari nilai 100 derajat Celsius, mari kita hitung besarnya penyimpangan tersebut dengan menggunakan rumus persamaan proporsional

    1,141 Volt  = 100 °C maka 1,17 Volt sama dengan  X °C
    1,141 = 100 : 1,170 = X
    X = (100 X 1,170)/ 1,141 = 102,5 °C

    Jadi ketika  ada perubahan ambient yang mengakibatkan kabel 2 wire RTD naik dari 10 Ohm menjadi 11 Ohm menyebabkan hasil  pengukuran menyimpang dari 100  °C menjadi  102,5 °C  atau sekitar 2.5%

    Sekarang kita akan melihat bagaimana efeknya jika ilustrasi yang sama diterapkan  pada RTD 3 wire.
    Pertama,  buat rangkaian seperti pada  gambar dibawah ini.

    Perangkat yang diperlukan antara lain, AVO meter, tahanan  100 Ohm sebanyak 3 buah, sensor temperature RTD  3 wire type PT 100, regulator power supply, potongan kabel, thermometer dan sumber panas.
    Nilai dari masing-masing komponen pada gambar tersebut adalah sebagai berikut; R1, R2, dan R3 masing-masing 100 Ohm, dengan menggunakan thermometer atur  dan ukur agar objek panas memiliki suhu 100 derajat Celsius, dari table konversi  RTD diketahui  bahwa tahanan RTD pada  100 derajat Celsius adalah 139,1 Ohm, atur  regulator power supply  agar memberikan keluaran 10 Volt, jadi E sama dengan 10 V. Lalu asumsikan  suhu ambient adalah 20 derajat Celsius sehingga kabel koneksi RTD ke rangkaian memiliki tahanan 10 Ohm (RL1, RL2 dan RL3 masing-masing 10 Ohm) maka AVO meter akan menunjukan nilai sebagaimana hasil perhitungan dibawah ini

    Ingat rumus V=IR maka I=V/R

    I1 = E/ (R1 + RL3 + RTD + RL1)
    = 10/ (100 + 10 + 139,1 + 10 )= 0,0386 A
    I2 = E/ (R2 + R3)
    = 10/ (100 + 100) = 0,05A
    V = 0,0386 X (10 + 139,1) – 0,05 X 100
    = 5,755 – 5 = 0,755 V

    Nilai yang ditunjukkan oleh AVO meter pada rangkaian ini yaitu 0,755 Volt ,  nilai ini merupakan  hasil kalibrasi RTD 3 wire untuk suhu 100 derajat Celsius dengan ambient 20 derajat celsius.
    Catatan;
    *RTD 3 wire yang dipakai untuk mengukur suhu 100 derajat Celsius memberikan keluaran  (output ) sebesar 0,755 Volt jika komponen-komponen yang terpasang memiliki nilai seperti pada gambar diatas*

    Keluaran disini maksudnya adalah keluaran  AVO meter sebagai perangkat pengukur,  bukan keluaran daripada RTD itu sendiri , adapun keluaran RTD untuk 100 derajat Celsius tetap setara dengan 139,1 Ohm.

    Kita akan melanjutkan ilustrasi ini dengan mengasumsikan suhu ambient naik menjadi 30 derajat Celsius sehingga nilai  tahanan kabel koneksi RTD ke rangkaian yaitu RL1, RL 2 dan RL 3 ketiganya memiliki nilai tahanan 11 ohm,maka output yang terbaca oleh AVO menjadi seperti berikut ini;

    Ingat rumus V=IR maka I=V/R

    I1 = E/ (R1 + RL3 + RTD + RL1)
    = 10/ (100 + 11 + 139,1 + 11 )= 0,0383 A
    I2 = E/ (R2 + R3)
    = 10/ (100 + 100) = 0,005A
    V = 0,0383 X (11 + 139,1) – 0,05 X 100
    = 5,749 – 5 = 0,749 V

    Seperti yang  sudah dilakukan pada RTD 2 wire kita hitung  penyimpangan yang  terjadi terhadap RTD 3 wire dengan menggunakan rumus persamaan proporsional

    0,755 Volt  = 100 °C maka 0,749 Volt sama dengan  X °C
    0,755 = 100 : 0,749 = X
    X = (100 X 0,749)/ 0,755 = 99,2

    Ketika  ada perubahan ambient dari 20 derajat celsius menjadi 30 derajat celsius, menyebabkan hasil  pengukuran menyimpang dari 100 derajat celsius menjadi 99,2 derajat Celsius  yaitu sekitar 0,8%

    Dengan percobaan seperti  diatas terlihat penyimpangan indikasi pada RTD 2 wire adalah 2,5% sedangkan pada RTD 3 wire hanya 0,8% untuk kondisi suhu ambient yang sama, sehingga dapat disimpulkan RTD 3 memiliki akurasi lebih baik  dibandingkan dengan  RTD 2 wire, demikian pula RTD 4 wire memiliki tingkat akurasi yang lebih baik daripada RTD 2 wire dan RTD 3 wire,  atau dengan kata lain, secara teknis  RTD dengan 3 wire memiliki reliability lebih baik jika dibandingkan dengan RTD 2 wire, tetapi pada prakteknya  RTD 2 wire masih dipakai dengan pertimbangan budget dan kriticality proses,   jika akurasi pengukuran tidak diutamakan maka penggunaan  RTD type 2 wire dapat diterima.
    Baca artikel terkait instrument pengukur suhu pada artikel: “Mengenal instrumentasi pengukur suhu”