Bagaimana Cara Kerja Sensor Suhu dan Kelembaban?

Tahukah Anda bahwa kemampuan tubuh Anda untuk mendinginkan diri dari lingkungan bergantung pada suhu dan kelembapan? Baik itu manusia, tumbuhan, atau makanan, penggunaan sensor suhu dan kelembapan lingkungan sangat penting untuk menjaga kenyamanan. Suhu dan kelembapan mengontrol kondisi dalam ruangan dan sangat penting untuk mendeteksi kondisi cuaca. Demikian pula, industri pertanian menggunakannya untuk mendeteksi pertumbuhan jamur atau penyakit pada tanaman.

Hubungan antara suhu dan kelembapan membantu kita memahami cara kerja sensor. Tergantung pada jenis sensor yang kita pilih, ada beberapa cara untuk mendeteksi kondisi lingkungan. Dalam blog ini, kita akan mempelajari cara kerja sensor-sensor ini dan aplikasinya dalam berbagai aplikasi domestik atau komersial. Selain itu, kita akan menjelaskan output dari sensor-sensor ini dan proses kalibrasinya.

Hubungan Suhu dan Kelembaban

Suhu dan kelembapan berhubungan langsung dengan kelayakan huni manusia dan tumbuhan. Namun, keduanya sangat penting dalam mengendalikan parameter proses pada aplikasi industri. Mari kita lihat ilmu di balik suhu dan kelembapan, karena hal ini penting untuk membangun pemahaman tentang cara kerja sensor:

◀ Suhu: Panas atau Dingin?

Suhu adalah penilaian kuantitatif terhadap tingkat panas dan dingin suatu lingkungan. Pada tingkat atom, suhu mewakili energi kinetik rata-rata atom yang bergetar dan bertabrakan satu sama lain. Sensor suhu digunakan setiap hari untuk memasak, pendinginan, pendingin ruangan, dan deteksi cuaca.

◀ Suhu dan Panas

Perpindahan panas selalu terjadi dari benda panas ke benda dingin. Atom-atom yang bergerak cepat dalam benda panas bertabrakan dengan atom-atom yang bergerak lambat dalam benda dingin, menyebabkan perpindahan panas. Suhu sangat penting dalam memahami mode perpindahan panas seperti konduksi, konveksi, dan radiasi.

◀ Skala Suhu

Pengukuran suhu secara kuantitatif bergantung pada skala yang kita pilih. Pada dasarnya ada tiga skala untuk mengukur suhu:

● Celcius (°C)

● Fahrenheit (°F)

● Kelvin (K)

◀ Kelembapan: Air di Udara

Pernahkah Anda mandi uap? Atau pernahkah Anda merasa seperti sedang mandi uap dalam kondisi kabut tebal? Dalam kedua kasus tersebut, kelembapan di lingkungan mencapai 95% hingga 100%. Secara definisi, kelembapan adalah jumlah uap air di udara. Peningkatan kelembapan udara atau pembentukan kabut tebal dapat terjadi akibat perubahan suhu lingkungan yang tiba-tiba.

◀ Jenis-jenis Kelembapan

Pengukuran kelembapan bergantung pada jenisnya. Ada dua cara utama untuk mengukur kelembapan, dan setiap jenis memiliki aplikasinya masing-masing.

● Kelembaban Mutlak: Massa air dalam volume udara tertentu. Satuan pengukurannya adalah g/ ^m³ .

● Kelembaban Relatif: Kelembaban relatif adalah jumlah maksimum uap air yang dapat ditampung udara pada suhu tertentu. Ini adalah satuan standar untuk pengukuran kelembaban, yang dinyatakan dalam persentase (RH%).

◀ Persepsi Suhu Berdasarkan Kelembapan

Manusia, hewan, dan tumbuhan merasakan kelembapan dan suhu dengan cara yang berbeda. Manusia mengandalkan proses berkeringat untuk menjaga tubuh tetap dingin. Hewan menggunakan metode lain untuk mendinginkan tubuh, seperti mengibaskan bulu dan adanya bulu. Tumbuhan menggunakan transpirasi untuk menjaga tubuh tetap dingin. Namun, proses berkeringat dan transpirasi dipengaruhi langsung oleh tingkat kelembapan udara. Jika kelembapan mencapai 100%, proses pertukaran panas akan berhenti.

Untuk memperhitungkan efek ini, kami telah merancang skala yang disebut indeks kelembaban. Ini adalah ambang batas yang ditentukan oleh para ilmuwan, di mana tekanan panas mulai terjadi. Inilah alasan utama mengapa sensor suhu dan kelembaban selalu ada bersamaan dalam sistem pendingin udara.

Peran Sensor Suhu dan Kelembaban

Sensor suhu dan kelembaban, jika digabungkan, mendeteksi, mengukur, dan melaporkan kelembapan serta tingkat panas atau dingin. Tersedia berbagai jenis sensor suhu dan kelembaban, dan penggunaannya terutama bergantung pada aplikasinya.

▍ Berbagai Jenis Sensor Suhu

● Termistor NTC

NTC adalah singkatan dari Negative Temperature Coefficient (Koefisien Suhu Negatif). Saat suhu meningkat, resistansi pada termistor menurun. Karena perilakunya yang tidak proporsional, akurasi dan presisi NTC sulit dikelola. Namun, sirkuit digital modern telah mengatasi masalah ini, dan sekarang NTC memberikan koefisien sensitivitas suhu yang lebih baik, sekitar 10 kali lipat dari RTD yang populer. Rentang pengukuran termistor NTC adalah antara -55 dan +200°C.

● Detektor Suhu Resistansi (RTD)

RTD (Resistance Temperature Detector) adalah sensor suhu yang menggunakan resistansi untuk mengukur suhu. Resistansi pada RTD berbanding lurus dengan suhu lingkungan. RTD terdiri dari kawat tipis yang dililitkan di sekitar inti kaca atau keramik. Tergantung pada akurasi detektornya, RTD dapat memiliki tiga atau empat kawat platinum yang dililitkan di sekitar inti. Resistansi pada kawat ini diukur secara terus menerus, dan nilainya meningkat seiring dengan suhu. RTD dapat merespons perubahan suhu dalam waktu 0,5 hingga 5 detik, sehingga ideal untuk aplikasi skala luas. Rentang pengukuran RTD adalah antara -200 hingga 600°C.

● Termokopel

Sensor termokopel menggunakan efek Seebeck untuk mengukur suhu. Dua logam berbeda disambungkan di satu ujung, yang dipanaskan. Ujung logam lainnya terhubung ke sambungan dingin yang dijaga pada suhu referensi. Voltmeter mengukur perubahan tegangan antara kedua kawat, yang mewakili suhu. Ada banyak jenis termokopel, seperti tipe K, J, N, R, S, B, T, dan E. Masing-masing memiliki rentang toleransi dan kode warna tertentu. Beberapa jenis dapat mengukur suhu 0 hingga 1600°C.

● Sensor Berbasis Semikonduktor

Sensor suhu yang menggunakan semikonduktor bergantung pada sambungan PN. Ketika suatu rangkaian menerapkan bias maju ke sambungan PN, sensor semikonduktor bekerja di intinya. Sensor ini menyebabkan arus mengalir secara langsung sebanding dengan suhu, sehingga sensor suhu ini ideal untuk elektronik. Rentang suhunya biasanya antara –55ºC hingga +150ºC.

▍ Berbagai Jenis Sensor Kelembaban

● Sensor Kelembaban Kapasitif

Kapasitansi adalah sifat suatu material untuk menyimpan arus listrik. Namun, kemampuan untuk menyimpan arus dapat berubah tergantung pada kandungan kelembapan di udara. Material yang mengubah kapasitansi dengan kelembapan disebut dielektrik higroskopik. Sensor kelembapan kapasitif menggunakan konfigurasi seperti biskuit sandwich. Dielektrik terletak di antara dua elektroda. Satu elektroda berpori untuk memungkinkan kelembapan melewatinya. Perbedaan tegangan di seluruh elemen dan muatan yang tersimpan di dalam dielektrik mewakili kapasitansinya. Sensor ini dapat memberikan RH dalam persentase.

● Sensor Kelembaban Resistif

Suatu material higroskopis, seperti garam, ditempatkan di antara dua elektroda untuk membentuk sensor kelembaban resistif. Seiring meningkatnya kelembaban, resistansi rangkaian berubah, secara langsung memberikan informasi kelembaban relatif di udara.

● Sensor Kelembaban Termal

Kelembaban absolut, yaitu total keberadaan air di udara tanpa memperhatikan suhu, dihitung menggunakan sensor kelembaban termal. Dua sensor suhu secara bersama-sama membentuk sensor kelembaban termal. Satu sensor suhu terpapar langsung pada uap air, sementara sensor lainnya dijaga tetap kering. Perbandingan konduktivitas termal antara sensor kering dan basah memberikan kelembaban absolut.

Bagaimana Cara Kerja Sensor Suhu dan Kelembaban ?

Output dari semua sensor berupa tegangan, arus, atau kapasitansi. Nilai-nilai ini hanyalah angka sampai diproses, difilter, dan diperkuat hingga kualitas sinyalnya baik untuk akuisisi data. Untuk memahaminya, kita dapat membagi seluruh cara kerja sensor suhu dan kelembaban menjadi 5 langkah:

1. Kalibrasi

Kalibrasi dan standardisasi berjalan beriringan. Setiap sensor dapat memberikan keluaran yang unik tergantung pada proses pembuatan dan karakteristik material. Oleh karena itu, sangat penting untuk memastikan bahwa sensor membaca secara akurat. Instrumen atau perangkat yang sangat akurat merupakan tolok ukur untuk semua sensor suhu dan kelembaban yang diproduksi. Perangkat tersebut dapat ditelusuri ke spesifikasi nasional atau internasional untuk memastikan akurasi dan konsistensi.

2. Pengkondisian Sinyal

Di sini, penyaringan, penguatan, atau semua teknik pemrosesan sinyal lainnya diterapkan untuk memastikan keakuratan hasil keluaran.

3. Konversi Analog ke Digital

Output dari sensor kelembaban atau suhu berupa arus, tegangan, atau kapasitansi. Sangat penting untuk mengubahnya menjadi sinyal digital, yang kemudian dapat masuk ke sistem pengolahan data. ADC (Analog-to-Digital Converter) terkadang tertanam di dalam sensor atau di dalam perangkat pengolahan data.

4. Pemrosesan Data

Mikroprosesor atau perangkat komputasi mengubah data menjadi nilai suhu dan kelembaban yang dapat dirasakan.

5. Konversi Satuan

Terakhir, sistem mengkonversi nilai-nilai tersebut ke dalam satuan yang diinginkan pengguna, seperti Fahrenheit, Celsius, Kelvin, Kelembaban Relatif (%), atau kelembaban absolut (g/m³ ^).).

Industri yang Memanfaatkan Sensor Suhu dan Kelembaban

♦ Aplikasi Sensor Suhu dan Kelembaban

● Pertanian (pemantauan tanaman, irigasi)

● Pelayanan kesehatan (kenyamanan pasien, penyimpanan obat)

● Sistem HVAC (efisiensi energi, kenyamanan)

● Meteorologi (prakiraan cuaca)

● Industri Makanan (pengendalian mutu, penyimpanan)

♦ Jenis-jenis Sensor Berdasarkan Aplikasi

➔ Sensor Kelembapan Daun

Sensor kelembaban kapasitif sangat penting bagi industri pertanian, menyediakan data penting untuk mengoptimalkan pengelolaan tanaman dan mencegah wabah penyakit. Sensor ini berbentuk daun. Konstanta dielektrik berubah saat kelembaban atau air terkumpul di permukaan daun. Perubahan kapasitas dielektrik secara langsung dikonversi menjadi nilai kelembaban yang dapat membantu dalam pencegahan penyakit, pengelolaan irigasi, prediksi embun beku, dan pemilihan waktu penyemprotan.

➔ Sensor Suhu dan Kelembaban Atmosfer

Sensor-sensor ini terutama ditujukan untuk industri meteorologi, tetapi terkadang dapat digunakan di industri manufaktur lainnya. Sensor ini terutama terdiri dari material pelindung dengan peringkat perlindungan masuk (IP). Cangkang pelindung dapat menampung beberapa sensor, seperti suhu, kelembaban, dan tekanan. Rentang deteksi untuk suhu adalah antara -40 hingga 60ºC. Kelembaban antara RH0-100%, dan tekanan antara 10-110 kPa. Sensor ini berguna untuk deteksi dan prediksi cuaca.

➔ Sensor Suhu & Kelembaban HVAC

Dalam sistem pendingin udara, sensor suhu dan kelembaban memainkan peran penting dalam menjaga kenyamanan penghuni. Manusia merasa nyaman pada suhu 22 °C hingga 27 °C dan kelembaban relatif 40% hingga 60%. Sensor suhu dan kelembaban HVAC memastikan bahwa sistem ventilasi menyesuaikan diri dengan kebutuhan pendinginan dan pemanasan atau meningkatkan kadar kelembaban berdasarkan deteksi sensor tersebut.

Kesimpulan

Penemuan komputer dan mikroprosesor telah menyebabkan pergeseran global yang signifikan. Sensor suhu dan kelembaban modern menggunakan teknologi digital untuk meningkatkan kemampuan deteksi dan memberikan hasil yang akurat. Dari pertanian dan perawatan kesehatan hingga proses industri dan pemantauan lingkungan, sensor-sensor ini memainkan peran penting dalam memastikan kondisi optimal dan melindungi kesehatan manusia. Seiring kemajuan teknologi, kita mengharapkan perubahan pada teknologi-teknologi ini yang akan terus meningkat.