Sensor Suhu Bimetal atau Dwilogam (Thermoswitch atau Thermostat)

          Masih kelanjutan pokok bahasan sensor dan tranduser sobat, pada pertemuan kali ini kita akan membahas tentang sensor suhu bimetal atau dwilogam yang biasa disebut thermoswitch atau thermostat. Oke sobat untuk memahami tentang sensor suhu bimetal sebaiknya sobat blogger simak uraian berikut ini. 

      Bimetal adalah sensor suhu atau sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena kesederhanaannya. Bimetal biasa dijumpai pada peralatan listrik seperti setrika listrik, lampu dimer atau lampu penerangan daya besar, kulkas dan air conditioner (AC). Juga dijumpai pada kendaraan sepeda motor dan mobil.  Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (α) yang direkatkan menjadi satu. Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian, besarnya pemuaian tergantung dari jenis logam dan tingginya temperatur kerja logam tersebut. Bila dua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang sedangkan yang memiliki koefisien muai lebih rendah memuai lebih pendek. Oleh karena perbedaan reaksi muai tersebut maka bimetal akan melengkung kearah logam yang muainya lebih rendah. Dalam aplikasinya bimetal dapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open (NO).

Gambar 1. Susunan bimetal

          Dari penggabungan dua logam yang bebeda koefisien muai tersebut berlaku persamaan sebagai berikut : ρ = t{3(1 + m)² + (1 + mm) (m² + 1/mn) / 6(αA + αB) (T2 – T1) (1 + m)²

dalam praktiknya tB / tA = 1 dan (n + 1).n =2, sehingga : ρ = 2t / 3(αA – αB) (T2 – T1)

Dimana : ρ = radius kelengkungan

               t = tebal jalur total

               n = perbandingan modulus elastis, EB / EA

               m = perbandingan tebal, tB/tA 

               T2-T1 = kenaikan temperatur

               αA, αB = koefisien muai panas logamA dan logam B

          Konsep dasar pembuatan sensor suhu bimetal atau temperatur switch adalah memanfaatkan koefisien muai dari dua logam yang berbeda dan diaplikasikan sebagai sebuah saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open (NO) yang akan berubah posisi pada saat temperatur/suhu dingin dan panas.

    Seperti namanya maka temperatur switch adalah switch yang bekerjanya memutuskan atau menyambungkan aliran listrik karena pengaruh dari suhu. Jadi pada suhu tertentu titik kontak pada temperatur switch tersebut akan terhubung atau terputus, Temperatur switch banyak digunakan untuk peralatan pendingin udara, pelindung peralatan terhadap suhu lebih dan lain-lain. Temperatur switch sering juga disebut thermal switch atau thermo switch atau thermostat.

a.   Prinsip Kerja Thermo Switch (Bimetal)

          Thermo swtch biasanya memiliki tuas titik kontak yang terbuat dari sekeping pelat bimetal. Bimetal adalah dua buah logam yang memiliki koofisien pemuaian panjang berbeda yang direkatkan dengan di las menjadi satu. Pada suhu nominal pelat bimetal berbentuk lurus. Jika Pelat bimetal dipanaskan maka logam yang memiliki koefisien muai panjang lebih besar akan memuai lebih panjang daripada logam yang memiliki nilai koefisien muai panjang lebih kecil. Logam yang memuai lebih panjang akan mendorong logam yang memuai lebih pendek sehingga pelat bimetal akan melengkung ke arah logam yang memiliki nilai koofisien muai lebih kecil. Hal sebaliknya akan terjadi jika pelat bimetal didinginkan.

Gambar 2. Macam-macam bentuk thermoswitch untuk peralatan listrik

Gambar 3 Macam-macam bentuk thermoswitch untuk kendaraan (mobil)

          Thermo switch biasanya memiliki permukaan yang dihubungkan dengan pelat bimetal dan permukaan tersebut merupakan titik kontak yang akan dihubungkan dengan sumber panas atau dingin. Pelat bimetal merupakan tuas yang dihubungkan dengan titik kontak dan titik kontak tersebut dihubungkan ke terminal atau pin untuk disambung ke sumber arus listrik.

        Keping bimetal adalah dua buah keping logam (biasanya kuningan dan besi) yang memiliki koefisien muai panjang berbeda yang dikeling menjadi satu. Keping bimetal sangat peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya besar. Pada suhu normal panjang keping bimetal akan sama dan kedua keping pada posisi lurus. Jika suhu naik kedua keping akan mengalami pemuaian dengan pertambahan panjang yang berbeda. Akibatnya keping bimetal akan membengkok ke arah logam yang mempunyai koefisien muai panjang yang kecil. Pembengkokan bimetal dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan misalnya saklar alarm bimetal, atau termometer bimetal. Jika keping bimetal dipanaskan, maka akan melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang koefisien muai panjangnya besar. Keping bimetal dapat dimanfaatkan dalam berbagai keperluan misalnya pada termometer bimetal, termostat bimetal pada seterika listrik, saklar alarm bimetal, sekring listrik bimetal.

Gambar 4. Konstruksi keping bimetal

b.   Aplikasi Thermo switch (Bimetal)

          Pemanfaatan pemuaian zat yang tidak sama koefisien muainya dapat berguna bagi industri otomotif, misalnya pada bimetal yang dipasang sebagai saklar otomatis atau pada lampu sen (tanda belok) kendaraan. Selain itu keping bimetal digunakan pada setrika listrik, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau sepeda motor, rice cooker, oven, pemanas air dispenser, kompor listrik, dan termometer bimetal.

1)  Sebagai pengaman temperatur lebih

        Pada aplikasi ini permukaan sensor thermal switch diletakan pada perangkat di bagian yang mengasilkan atau tempat menjalarnya panas. Thermo switch bekerja pada temperatur nominal tertentu. Pada kondisi normal titik kontak thermal switch terhubung (NC = Normaly Close). Apabila temperatur maksimum terlampaui maka pelat bimetal akan melengkung dan titik kontak menjadi terbuka. Biasanya di pasaran tersedia beberapa pilihan untuk nilai temperatur maksimum dari thermal switch.

          Contoh aplikasi ini adalah thermal switch pada motor listrik, kipas angin listrik, fan radiator mobil dan lain-lain. Dimana thermal switch di tempelkan pada bodi dari motor dan pada saat temperatur ambang terlewati maka motor akan mati.

Gambar 5. Bentuk thermoswitch mobil suzuki forsa

Gambar 6. Bentuk thermoswitch mobil suzuki karimun

Gambar 7. Bentuk thermoswitch mobil honda accord

Gambar 8. Letak themoswitch pada fan radiator mobil

          Beberapa jenis thermo switch untuk aplikasi ini dilengkapi pengaturan tekanan pegas terhadap plat bimetal sehingga temperatur maksimumnya bisa diatur, seperti pada setrika listrik.

Gambar 9. Thermostat seterika listrik

Gambar 10 Letak thermoswitch pada pemanas air dispenser

2)  Sebagai perangkat pendingin

         Pada aplikasi ini thermo switch diletakan pada bagian yang menghasilkan atau dirambati dingin. Thermo switch bekerja pada temperatur nominal tertentu. Pada kondisi normal titik kontak thermo switch terhubung (NC = Normaly Close). Apabila temperatur minimum terlampaui maka pelat bimetal akan melengkung dan titik kontak menjadi terbuka.

          Contoh aplikasi ini adalah pada kulkas dan AC. Untuk aplikasi ini thermo switch memiliki sistim kerja yang berbeda dan biasanya thermo switch terbuat dari pipa tembaga yang ujungnya di las, sedangkan ujung lainnya dihubungkan dengan semacam tabung yang bentuknya berlipat-lipat. Ujung yang di las ditempelkan ke sumber dingin. Perubahan suhu akan menyebabkan perubahan volume dari tabung tembaga. Perubahan tabung tembaga akan mendorong tuas titik kontak sehingga saklar menjadi terbuka atau tertutup. Beberapa jenis thermo switch untuk aplikasi ini dilengkapi pengaturan tekanan pegas terhadap plat bimetal sehingga temperatur minimumnya bisa diatur.

Gambar 11. Thermoswitch pada pipa aliran