Thermistor: Definisi, Rumus, Fungsi dan Prinsip Kerja

Definisi Thermistor?

Thermistor (resistor termal) didefinisikan sebagai jenis resistor yang hambatan listriknya bervariasi dengan perubahan suhu. Meskipun resistansi semua resistor akan sedikit berfluktuasi dengan suhu, Thermistor sangat sensitif terhadap perubahan suhu.

Thermistor bertindak sebagai komponen pasif dalam suatu rangkaian. Mereka adalah cara yang akurat, murah, dan kuat untuk mengukur suhu.

Sementara Thermistor tidak bekerja dengan baik dalam suhu yang sangat panas atau dingin, mereka adalah sensor pilihan untuk banyak aplikasi yang berbeda.

Thermistor ideal ketika pembacaan suhu yang tepat diperlukan. Simbol rangkaian untuk Thermistor ditunjukkan di bawah ini:

Fungsi Thermistor

Thermistor memiliki berbagai aplikasi. Mereka banyak digunakan sebagai cara untuk mengukur suhu sebagai termometer Thermistor di banyak lingkungan cair dan udara ambien yang berbeda. Beberapa penggunaan Thermistor yang paling umum meliputi:

• Termometer digital (termostat)
• Aplikasi otomotif (untuk mengukur suhu oli dan cairan pendingin di mobil & truk)
• Peralatan rumah tangga (seperti microwave, lemari es, dan oven)
• Perlindungan sirkuit (yaitu perlindungan lonjakan arus )
• Baterai isi ulang (pastikan suhu baterai yang benar dipertahankan)
• Untuk mengukur konduktivitas termal bahan listrik
• Berguna di banyak sirkuit elektronik dasar (misalnya sebagai bagian dari starter kit Arduino pemula )
• Kompensasi suhu (yaitu mempertahankan resistensi untuk mengkompensasi efek yang disebabkan oleh perubahan suhu di bagian lain dari sirkuit)
• Digunakan di sirkuit jembatan wheatstone

Prinsip Kerja Thermistor

Prinsip kerja Thermistor adalah bahwa resistansinya bergantung pada suhunya. Kita dapat mengukur resistansi Thermistor menggunakan ohmmeter .

Jika kita mengetahui hubungan yang tepat antara bagaimana perubahan suhu akan mempengaruhi resistansi Thermistor – maka dengan mengukur resistansi Thermistor kita dapat menurunkan suhunya.

Seberapa besar perubahan resistansi tergantung pada jenis bahan yang digunakan dalam Thermistor. Hubungan antara suhu dan resistansi Thermistor adalah non-linear. Grafik Thermistor khas ditunjukkan di bawah ini:

Jika kita memiliki Thermistor dengan grafik suhu di atas, kita dapat dengan mudah menyejajarkan resistansi yang diukur oleh ohmmeter dengan suhu yang ditunjukkan pada grafik.

Dengan menggambar garis horizontal di seberang resistansi pada sumbu y, dan menggambar garis vertikal ke bawah dari tempat garis horizontal ini berpotongan dengan grafik, maka kita dapat menurunkan suhu Thermistor.

Jenis Thermistor

Ada dua jenis Thermistor:

• Koefisien Suhu Negatif (NTC) Thermistor
• Koefisien Suhu Positif (PTC) Thermistor

Thermistor NTC

Dalam Thermistor NTC, ketika suhu meningkat, resistansi menurun. Dan ketika suhu menurun, resistensi meningkat. Oleh karena itu dalam Thermistor NTC suhu dan resistansi berbanding terbalik. Ini adalah jenis yang paling umum darimereka.

Hubungan antara resistansi dan suhu dalam Thermistor NTC diatur oleh ekspresi berikut:

Di mana:

• R T adalah hambatan pada suhu T (K)
• R 0 adalah hambatan pada suhu T 0 (K)
• T 0 adalah suhu referensi (biasanya 25 o C)
• adalah konstanta, nilainya tergantung pada karakteristik material. Nilai nominalnya diambil 4000.

Jika nilai tinggi, maka hubungan resistor-suhu akan sangat baik. Nilai yang lebih tinggi berarti variasi resistansi yang lebih tinggi untuk kenaikan suhu yang sama – karenanya Anda telah meningkatkan sensitivitas (dan karenanya akurasi) Thermistor.

Dari ekspresi (1), kita dapat memperoleh koefisien temperatur resistansi. Ini tidak lain adalah ekspresi untuk sensitivitas Thermistor.

Di atas kita dapat dengan jelas melihat bahwa T memiliki tanda negatif. Tanda negatif ini menunjukkan karakteristik suhu resistansi negatif dari Thermistor NTC.

Jika = 4000 K dan T = 298 K, maka T = –0,0045/ o K. Ini jauh lebih tinggi daripada sensitivitas platinum RTD. Ini akan dapat mengukur perubahan suhu yang sangat kecil.

Namun, bentuk-bentuk alternatif Thermistor yang didoping berat sekarang tersedia (dengan biaya tinggi) yang memiliki koefisien suhu positif.

Ekspresi (1) sedemikian rupa sehingga tidak mungkin untuk membuat pendekatan linier ke kurva bahkan pada rentang suhu yang kecil, dan karenanya Thermistor sangat jelas merupakan sensor non-linear.

Baca juga: 

1. Dioda: Pengertian, Simbol, dan Jenis, Yuk Cari Tau Disini 

2. Sistem SCADA: Apa itu? (Kontrol Pengawasan dan Akuisisi Data) 

Thermistor PTC

Thermistor PTC memiliki hubungan terbalik antara suhu dan resistansi. Ketika suhu meningkat, resistensi meningkat.

Dan ketika suhu menurun, resistensi menurun. Oleh karena itu dalam Thermistor PTC suhu dan resistansi berbanding terbalik.

Meskipun Thermistor PTC tidak biasa seperti Thermistor NTC, mereka sering digunakan sebagai bentuk perlindungan sirkuit. Mirip dengan fungsi sekering, Thermistor PTC dapat bertindak sebagai:pembatas arusperangkat.

Ketika arus melewati perangkat itu akan menyebabkan sejumlah kecil pemanasan resistif. Jika arus cukup besar untuk menghasilkan lebih banyak panas daripada yang dapat hilang dari perangkat ke sekelilingnya, maka perangkat memanas.

Pada Thermistor PTC, pemanasan ini juga akan menyebabkan resistansinya akan meningkat. Ini menciptakan efek penguatan diri yang mendorong resistansi ke atas, sehingga membatasi arus. Dengan cara ini, ia bertindak sebagai perangkat pembatas arus – melindungi sirkuit.

Karakteristik Thermistor

Hubungan yang mengatur karakteristik Thermistor diberikan di bawah ini sebagai:

Di mana:

R 1 = resistansi Thermistor pada suhu absolut T 1 [ o K]

R 2 = resistansi Thermistor pada suhu T 2 [ o K]

= konstan tergantung pada bahan transduser (misalnya transduser osilator )

Kita dapat melihat dalam persamaan di atas bahwa hubungan antara suhu dan resistansi sangat nonlinier. Thermistor NTC standar biasanya menunjukkan koefisien suhu resistansi termal negatif sekitar 0,05/ o C.

Konstruksi Thermistor

Untuk membuat Thermistor, dua atau lebih serbuk semikonduktor yang terbuat dari oksida logam dicampur dengan pengikat untuk membentuk bubur.

Tetesan kecil bubur ini terbentuk di atas kabel timah. Untuk tujuan pengeringan, kita harus memasukkannya ke dalam tungku sintering.

Selama proses ini, bubur akan menyusut ke kabel timah untuk membuat sambungan listrik.

Oksida logam yang diproses ini disegel dengan meletakkan lapisan kaca di atasnya. Lapisan kaca ini memberikan sifat kedap air pada Thermistor – membantu meningkatkan stabilitasnya.

Dua Thermistor Oksida Logam

Ada berbagai bentuk dan ukuran Thermistor yang tersedia di pasaran. Thermistor yang lebih kecil berbentuk manik-manik dengan diameter dari 0,15 milimeter hingga 1,5 milimeter.

Thermistor juga dapat berbentuk piringan dan ring yang dibuat dengan menekan bahan Thermistor di bawah tekanan tinggi menjadi bentuk silinder datar dengan diameter dari 3 milimeter hingga 25 milimeter.

Ukuran khas Thermistor adalah 0,125 mm hingga 1,5 mm. Thermistor yang tersedia secara komersial memiliki nilai nominal 1K, 2K, 10K, 20K, 100K, dll. Nilai ini menunjukkan nilai resistansi pada suhu 25 o C.

Thermistor tersedia dalam berbagai model: tipe manik, tipe batang, tipe cakram, dll. Keuntungan utama Thermistor adalah ukurannya yang kecil dan biaya yang relatif rendah.

Keuntungan ukuran ini berarti bahwa konstanta waktu Thermistor yang dioperasikan dalam selubung kecil, meskipun pengurangan ukuran juga menurunkan kemampuan disipasi panasnya dan dengan demikian membuat efek pemanasan sendiri lebih besar. Efek ini dapat merusak Thermistor secara permanen.

Untuk mencegah hal ini, Thermistor harus dioperasikan pada tingkat arus listrik yang rendah dibandingkan dengan termometer resistansi – menghasilkan sensitivitas pengukuran yang lebih rendah.

Thermistor vs Termokopel

Perbedaan utama antara Thermistor dan termokopel adalah:

Thermistor:

• Rentang penginderaan yang lebih sempit (55 hingga +150 o C – meskipun ini bervariasi tergantung pada mereknya)
• Parameter penginderaan = Resistansi
• Nonlinierhubungan antara parameter penginderaan (resistensi) dan suhu
• Thermistor NTC memiliki penurunan resistensi yang kira-kira eksponensial dengan meningkatnya suhu
• Baik untuk merasakan perubahan suhu yang kecil (sulit untuk menggunakan Thermistor secara akurat dan dengan resolusi tinggi pada rentang lebih dari 50 o C).
• Rangkaian penginderaan sederhana dan tidak memerlukan amplifikasi & sangat sederhana
• Akurasi biasanya sulit untuk mendapatkan lebih baik dari 1 o C tanpa kalibrasi

Termokopel:

• Memiliki rentang penginderaan suhu yang luas (Tipe T = -200-350 o C; Tipe J = 95-760 °C; Tipe K = 95-1260 °C; tipe lain mencapai suhu yang lebih tinggi)
• Bisa sangat akurat
• Parameter penginderaan = tegangan yang dihasilkan oleh sambungan pada suhu yang berbeda
• Tegangan termokopel relatif rendah
• Memiliki hubungan linier antara parameter penginderaan (tegangan) dan suhu
• Thermistor vs RTD (Resistance Temperature Detectors)
• Resistor Suhu Detektor (juga dikenal sebagai sensor RTD ) sangat mirip dengan Thermistor. Baik RTD dan Thermistor memiliki resistansi yang bervariasi tergantung pada suhu.

Perbedaan utama antara keduanya adalah jenis bahan yang mereka buat. Thermistor biasanya dibuat dengan bahan keramik atau polimer sedangkan RTD terbuat dari logam murni. Dalam hal kinerja, Thermistor menang di hampir semua aspek.

Thermistor lebih akurat, lebih murah, dan memiliki waktu respons lebih cepat daripada RTD. Satu-satunya kelemahan nyata dari Thermistor vs RTD adalah dalam hal kisaran suhu. RTD dapat mengukur suhu pada rentang yang lebih luas daripada Thermistor. Selain itu, tidak ada alasan untuk menggunakan Thermistor di atas RTD.  Semoga bermanfaat.