Download - Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
1/20
1
Pengukuran Suhu Efek Listrik
Metode-metode listrik untuk pengukuran suhu sangat baik karena memberikan sinyal
yang mudah dideteksi yang banyak dipergunakan untuk tujuan pengendalian. Disamping itu
metode ini biasanya cukup teliti bila telah dikalibrasi dan dikompensasi dengan baik.
MacamMacam Alat Pengukuran Suhu Efek Listrik
Klasifikasi transduser yang melakukan pengukuran ini pada dasarnya terdiri dari 3 tipe
yaitu termometer tahanan listrik, termistor dan termokopel. Pada pokok bahasan ini akan
diberikan prinsip-prinsip kerja dan informasi aplikasi dari ketiga transduser ini :
1. Termometer Tahanan Listrik / RTD (Resistance Temperature Detectors)
Termometer Hambatan Listrik adalah sebuah sensor suhu yang merasakan suhu
dengan perubahan besarnya arus, tegangan dan elemen hambatan listrik yang bervariasi padabenda yang diukur. Termometer Hambatan Listrik digunakan untuk membuat pengukuran
suhu yang akurat. Termometer Hambatan Listrik menggunakan logam karenaLogam akan
bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah. Logam dapat
dikatakan sebagai muatan positif yang berada di dalamelektron yang bergerak bebas. Jika
suhu bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya semakin besar
seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan elektron akan
terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah. Platinum adalah
logam yang paling sering digunakan untuk Termometer Hambatan Listrik karena
stabilitasnya dan daya yang tidak berubah drastis dengan tegangan.
Hambatan listrik dari logam akan bertambah apabila suhu logam naik. Sifat ini yang
dipakai sebagai dasar kerja termometer hambatan listrik. Jika termometer hambatan listrik
berbentuk kawat halus yang panjang, biasanya kawat itu dililitkan pada kerangka tipis untuk
menghindari regangan berlebihan ketika kawat mengerut pada waktu dingin. Dalam keadaan
khusus, kawat itu dapat dililitkan pada atau dimasukkan dalam bahan yang suhunya akan
diukur. Dalam kisaran suhu rendah, termometer hambatan sering kali terdiri atas hambatan
http://id.wikipedia.org/wiki/Logamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/wiki/Logam -
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
2/20
2
radio dan terbuat dari komposisi karbon dan kristal germanium yang didoping dengan arsenik
dan dimasukkan dalam kapsul tertutup berisi helium.
Termometer tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik suatu logam
terhadap perubahan temperature, umumnya bila suatu logam dipanaskan maka tahanan
listriknya akan naik sesuai dengan temperaturnya menurut hubungan. Konstruksinya seperti
pada gambar v-11, terdiri dari elemen perasa berupa filament listrik diselubungi oleh sebuah
pelindung. Sebagai filament listrik yang baik umumnya digunakan platina, tembaga dan
karbon. Bahan tahanan harus mempunyai sifat :
1. penghantar panas
2. induktansi minimum
3. tidak tedapat tegangan listrik fisik
4.
homogn
Termometer ini lalu ditempelkan pada permukaan zat yang suhunya akan diukur.
Biasanya hambatan diukur dengan mempertahankan arus tetap yang besarnya diketahui
dalam termometer itu dan mengukur beda potensial kedua ujung hambatan dengan
pertolongan potensiometer yang sangat peka.
Termometer jenis ini juga berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi atau
hambatan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya
semakin besar. RTD terbuat dari sebuah kumparan kawat platinum pada papan pembentuk
dari bahan isolator. RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian
0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.
Konstruksi RTD bahan platinum:
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
3/20
3
RTD terpasang pada permukaan logam:
Hubungan antara resistansi dan suhu penghantar logam merupakan perbandingan linear.
Resistansi bertambah sebanding dengan perubahan suhu padanya.
Kelebihan dan kekurangan RTD
1. Rentang pengukuran: RTD dapat mengukur suhu hingga 1000 C, akan tetapi sulit
mendapatkan pengukuran yang akurat dari RTD dengan suhu diatas 400 C. Termokopel
dapat mengukur suhu sampai 1700C. Umumnya RTD digunakan pada suhu dibawah 850
C, dan bila suhu diatas 850 C biasanya menggunakan termokopel. Pengukuran suhu di
industri biasanya 200 C sampai 400 C, sehingga RTD mungkin menjadi pilihan terbaikdalam kisaran suhu tersebut.
2. Waktu respon (response time): RTD mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan
suhu akan tetapi kemampuan termokopel dalam merespon suhu jauh lebih cepat.
3. Getaran (vibration): termokopel tidak terpengaruh terhadap getaran, sedangkan RTD
terpengaruh bila ada getaran atau goncangan, sehingga bila RTD diperlukan maka RTD thin-film biasa digunakan karena RTD thin-film lebih tahan terhadap getaran bila dibandingkan
dengan RTD standar.
4. Pemanasan sendiri (self-heating): sebuah RTD terdiri dari kawat atau pelapis yang sangat
halus dan membutuhkan tegangan dari power supply, sedangkan termokopel tidak
memerlukan. Meskipun arus yang diperlukan hanya sekitar 1 mA sampai 10 mA, hal ini
dapat menyebabkan elemen platina RTD memanas. Sehingga mempengaruhi tingkat
akurasi pengukuran. Hal ini mungkin terjadi bila kabel ekstensi panjang digunakan, sehingga
daya yang lebih besar mungkin diperlukan untuk mengatasi hambatan atau resistansi kabel,
dan hal ini mengakibatkan masalah pemanasan sendiri (self-heating) meningkat.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
4/20
4
5. Akurasi pengukuran: secara umum RTD lebih akurat daripada termokopel. RTD
menghasilkan akurasi hingga 0,1C sedangkan termokopel hanya 1C.
6. Stabilitas: stabilitas jangka panjang dari RTD sangat baik, yang berarti pembacaan yang
akan berulang dan stabil dalam waktu yang lama. Sedangkan termokopel cenderung tidak
stabil karena EMF yang dihasilkan oleh termokopel dapat berubah dari waktu ke waktu
karena oksidasi, korosi, dan perubahan lain dalam sifat metalurgi dari elemen sensor atau
penginderaan.
7. Harga: meskipun ini bukan masalah teknis tapi mungkin ini penting, termokopel memiliki
harga yang jauh lebih murah daripada RTD.
Grafik perbandingan resistansi dengan temperatur
Aplikasi
PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di industri.
Resistance Thermal Detectormerupakan 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 (PT100) digunakan pada
kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
5/20
5
Konstruksi RTD
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 rystalizer (untuk mengawasi
penurunan suhu dari minyak) dan dipasang pada saluran pipa masukan air pendingin ke
dalam tangki crystalizer (untuk mengatur debit air dan perubahan penggu naan air cooling
menjadi air chilling).
Prinsip kerja dari RTD (PT100) yang digunakan untuk pengukuranminyak 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
sensor RTD, kemudian bentuk tahanan tersebut diterima oleh Tranduser kemudian trandusermerubahnya menjadi sinyal fisi dan mengirimnya ke TRC.
Kelebihan dan Kekurangan dari RTD (PT100)
Dalam penggunaannya, RTD (PT100) juga memiliki kelebihan dan kekurangan.
Kelebihan dari RTD (PT100) :
Ketelitiannya lebih tinggi dari pada termokopel. Tahan terhadap temperatur yang tinggi.
Stabil pada temperatur yang tinggi, karena jenis logam platina lebih stabil dari pada jenis
logam yang lainnya.
Kemampuannya tidak akan terganggu pada kisaran suhu yang luas.
Kekurangan dari RTD (PT100) :
Lebih mahal dari pada termokopel.
Terpengaruh terhadap goncangan dan getaran.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
6/20
6
Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi
penggunaannya).
Jangkauan suhunya lebih rendah dari pada termokopel. RTD (PT100) mencapai suhu 650
0C, sedangkan termokopel mencapai suhu 1700 0C.
Rumus di bawah ini adalah rumus yang paling sering di gunakan, namun hanya bisa sampai
150C karena kalau di gunakan untuk menghitung di atas 150C mulai terjadi perbadaan.
R pt100 = 100 + ( T x 0,385 )
atau
T = ( R pt100 - 100 ) / 0,385 C
Untuk persamaan berikut digunakan untuk suhu diatas 850C
Rt = Ro ( 1 + AT + BT ) 0C T 850C
dimana :
Ro = Resistansi pada 0C 100
A = 3.9083 x 10-3C
B = - 5.775 x 10-7C
Contoh soal.
1. Pada pengukuran suhu tangki dalam suhu 0C , berapakah tekanan listrik yang
dihasilkan pada suhu 100C?
Penyelesaian :
Rt = 100 [ 1 + (3,9083 x 10-3 x 100) +
(-5,775 x 10-7 x 1002) ]
= 100 + 39,0830,5775
Rt = 138,50 .
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
7/20
7
2. Termistor
Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai
tahanan dengan koefisien tahanan temperature yang tinggi (William D.Cooper, 1999).
Termistor merupakan gabungan antara kata termo(suhu) dan resistor(alat pengukur
tahanan).Termistor adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk
mengukur suhu. Thermistor memiliki prinsip kerja memberikan perubahan resistansi terhadap
perubahan suhu. Thermistor memiliki prinsip kerja memberikan perubahan resistansi
terhadap perubahan suhu. Thermistor terdiri dari 2 jenis yaitu PTC(Positive Temperature
Coefficient)dan NTC(Negative Temperature Coefficieent). Pada thermistor jenis PTC, nilai
resistansi berbanding senilai terhadap perubahan suhu.Sedangkan pada NTC, nilai resistansi
berbanding terbalik terhadap nilai perubahan suhu.Thermistor PTC terbuat dari materialKristal tunggal sedangkan Thermistor NTC terbuat dari material logam oksida.Hal inilah
yang menyebabkan tipe NTC lebih banyak tersedia di pasaran.
Termistor dibentuk dari bahan oksida logam campuran, kromium, kobalt, tembaga, besi atau
nikel. Berikut adalah jenis termistor dengan berdasarkan ukuran dan penggunaannya :
a. Bentuk termistor : Butiran, Digunakan pada suhu > 7000C dan memiliki nilai
resistansi 100 hingga 1 M.
b. Bentuk termistor : Keping, Digunakan dengan cara direkatkan langsung pada benda
yang diukur panasnya.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
8/20
8
c. Bentuk termistor : Batang, Digunakan untuk memantau perubahan panas pada
peralatan elektronik, mempunyai resistansi tinggi dan disipasi dayanya sedang.
Thermistor dibuat sekecil-kecilnya agar mencapai kecepatan tanggapan (respon time)
yang baik.
Cara Mengukur Thermistor PTC dan NTC
1. Atur Posisi Saklar Multimeter pada posisi Ohm ()
2. Hubungkan Probe pada Kaki Thermistor (Thermistor tidak memiliki Polaritas)
3. Dekatkan Mata Solder (Soldering Tip) yang panas ke Thermistor (pastikan jangan
menyentuh Thermistor, karena akan merusak bungkusan Thermistor).
4. Perhatikan Display Multimeter, nilai Resistansinya akan naik sebanding dengan suhu
tinggi disekitarnya.
* Kita juga dapat menggunakan Hair Dryer atau pemanas lainnya untuk menaikkan suhu
disekitar Thermistor.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
9/20
9
1. Atur Posisi Saklar Multimeter pada posisi Ohm ()
2. Hubungkan Probe pada Kaki Thermistor (Thermistor tidak memiliki Polaritas)
3. Dekatkan Mata Solder (Soldering Tip) yang panas ke Thermistor (pastikan jangan
menyentuh Thermistor, karena akan merusak bungkusan Thermistor).
4. Perhatikan Display pada Multimeter, nilai Resistansi akan turun sebanding dengan
suhu tinggi disekitarnya.
Contoh Aplikasi Penggunaan Pengukur Suhu dengan Efek Listrik
1. Alarm Sensor Suhu Dengan Menggunakan Termistor
Berikut komponen yang digunakan untuk membuat rangkaian sensor suhu
dengan thermistor :
Power supply 5 volt dan 9 volt
Sensor suhu thermistor (NTC)
Variabel resistor/potensiometer 10 K
Resistor 10 K dan 100 ohm
Transistor NPN
Relay
Buzzer/alarm
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
10/20
10
Setelah semua komponen terkumpul maka saatnya kita merangkai rangkaian
sensor suhu dengan thermistor dimana alarm sebagai indikator. Berikut
rangkaian alarm sensor suhu :
Rangkaian sensor suhu, ketika suhu panas
http://3.bp.blogspot.com/-z5JfPllPc0k/Tr_fxOwtj1I/AAAAAAAAApQ/XTdEg1MQLd0/s1600/rangkaian+alarm+sensor+suhu+dengan+thermistor.bmphttp://3.bp.blogspot.com/-z5JfPllPc0k/Tr_fxOwtj1I/AAAAAAAAApQ/XTdEg1MQLd0/s1600/rangkaian+alarm+sensor+suhu+dengan+thermistor.bmp -
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
11/20
11
Rangkaian sensor suhu, ketika suhu tidak panas
Gambar Rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor
Prinsip kerja dari rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor diatas :
R3, Thermistor dan VR1 dipasang seri supaya dapat menentukan pembagian tegangan
yang sesuai yang akan diberikan ke transistor switching. Tegangan supply adalah sama
dengan jumlah tegangan yang jatuh pada R3, Thermistor dan VR1. Tegangan pada VR1
paralel terhadap basis transistor, sehingga pada saat tegangan pada VR1 mencapai 0,7 volt
maka transistor akan aktif dan mengaktifkan relay sehingga alarm/buzzer akan terenergise .
Thermistor dipasang pada bagian atas dari VR1 dimaksudkan supaya pada saat suhu
naik tegangan pada titik trigger (basis transistor = VR1) akan mengalami kenaikan,
dikarenakan thermistor (NTC) tersebut akan mengalami penurunan nilai resistansi seiring
dengan kenaikan suhu.
Kita bisa saja menukar posisi thermistor dengan VR1 dengan tujuan agar rangkaian
alarm akan aktif pada saat suhu mengalami penurunan. Kita bisa juga meengganti nilai R3
dan VR1 untuk mendapatkan sensitifitas yang sesuai dengan karakteristik thermistor yang
anda miliki dan sesuai keinginan anda.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
12/20
12
3. Termokopel
Prinsip kerja termokopel secara sederhana berupa dua buah kabel dari jenis
logam yang berbeda ujungnya, hanya ujungnya saja, disatukan (dilas). Titik
penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip kerjanya memanfaatkan karakteristik
hubungan antara tegangan (volt) dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada
temperatur tertentu memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama,
logam A memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah perbedaan
tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi.
Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada
ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan
akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan
bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada
ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.
Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis
logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian
dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan
bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah
perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau
dipanaskan. Besarnya termolistrik ataugem ( gaya electromagnet ) mengalir dari
titik hot-juction kecold-junction atau sebaliknya. Setelah terdeteksi perbedaan
tegangan (volt). Beda tegangan ini linear dengan perubahan arus, sehingga nilai
arus ini bisa dikonversi kedalam bentuk tampilan display. Sebelum dikonversi,
nilai arus di komparasi dengan nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator,
fungsinya untuk menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt
kemudian dijadikan besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor
berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi oleh
termokopel.
Hubungan Suhu dan Tegangan pada Termokopel
Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan
termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi
polinomial. Namun demikian, untuk pengukuran suhu yang lebih kecil
perubahan tegangan relative linear. Secara matematis ditunjukkan sebagai
berikut:
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
13/20
13
V= (T1-Tref)
Dimana:
V = TeganganUkur
T1 = suhu ukur(K)
Tref = suhu referensi (K)
= koefisien seebek
Berbagai Sifat dan Tipe Termokopel
Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya
disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit voltagesebagai fungsi
dari suhu, diketahui sebagai tegangan termolistrikatau disebut denganseebeck
voltage, yang ditemukan oleh Thomas Seebeck pada 1921. Hubungan antara
tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik pertemuan dua
buah kawat adalah linear.
Walaupun begitu, untuk perubahan suhu yang sangat kecil, tegangan pun
akan terpengaruh secara linear, atau dirumuskan sebagai berikut : (National
Instrument , Application Note 043) dengan Vadalah perubahan
tegangan, Sadalah koefisien seebeck, dan Tadalah perubahan suhu.
Nilai Sakan berubah dengan perubahan suhu, yang berdampak pada nilai
keluaran berupa tegangan termokopel tersebut, dan nilaiS akan bersifat non-
linear di atas rentang tegangan dari termokopel tersebut.
Termokopel diberi tanda dengan hurup besar yang mengindikasikan
komposisinya berdasar pada aturan American National Standard
Institute(ANSI),seperti dibawah ini :
Tabel Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C ;
Tipe Material( + dan -)Temp.Kerja
(0C)
Sensitivitas
(V/0C)
E Ni-Cr dan Cu-Ni -270 ~ 1000 60.9
J Fe dan Cu-Ni -210 ~ 1200 51.7
K Ni-Cr dan Ni-Al -270 ~ 1350 40.6
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
14/20
14
T Cu dan Cu-Ni -270 ~ 400 40.6
RPt dan Pt(87%)-
Rh(13%)-50 ~ 1750 6
SPt dan Pt(90%)-
Rh(10%)-50 ~ 1750 6
B
Pt(70%)-
h(30%)dan
Pt(94%)-Rh(6%)
-50 ~ 1750 6
Tipe-Tipe Termokopel
Tersedia beberapa jenis termokopel tergantung aplikasi penggunaannya, yaitu :
1. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)
Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu
200C hingga +1200 C.
2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)
Tipe E memiliki output yang besar (68 V/C) membuatnya cocok digunakan
pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.3. Tipe J (Iron / Constantan)
Rentangnya terbatas (40 hingga +750C) membuatnya kurang populer
dibanding tipe K.
4. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 V/C
5. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)
Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk
pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat mengukur suhu di atas
1200 C. Sensitifitasnya sekitar 39 V/C pada 900 C, sedikit di bawah tipe
K. Tipe N merupakan perbaikan tipe K.
Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia yang memiliki
karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah termokopel yang paling stabil,
tetapi karena sensitifitasnya rendah (sekitar 10 V/C) mereka biasanya hanya
digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 C).
1. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
15/20
15
Cocok mengukur suhu di atas 1800 C. Tipe B memberi output yang sama
pada suhu 0 C hingga 42 C sehingga tidak dapat dipakai di bawah suhu
50 C.
2. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan
biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.
3. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan
biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum. Karena
stabilitasnya yang tinggi Tipe S digunakan untuk standar pengukuran titik
leleh emas (1064.43 C).
4.
Type T (Copper / Constantan)
Cocok untuk pengukuran antara 200 to 350C. Konduktor positif terbuat dari
tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan. Sering dipakai sebagai alat
pengukur alternatif sejak penelitian kawat tembaga. Type T memiliki
sensitifitas ~43 V/C
Pada duniaelektronika,termokopeladalahsensor suhu yang banyak
digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi
perubahantegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang,
dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur
dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran
kurang dari 1 C.
Berfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu serendah 3000F
sampai dengan suhu tinggi yang digunakan pada proses industri baja, gelas dan
keramik yang lebih dari 30000F. Thermokopel dibentuk dari dua buah penghantar
yang berbeda jenisnya (besi dan konstantan) dan dililit bersama.
http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronika -
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
16/20
16
Prinsip Kerja
Jika salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung
penghantar yang lain akan muncul beda potensial (emf). Thermokopel
ditemukan oleh Thomas Johan Seebeck tahun 1820 dan dikenal dengan Efek
Seebeck.
Efek Seebeck:
Sebuah rangkaian termokopel sederhana dibentuk oleh 2 buah
penghantar yang berbeda jenis (besi dan konstantan), dililit bersama-sama.
Salah satu ujung T merupakan measuring junction dan ujung yang lain sebagai
reference junction. Reference junction dijaga pada suhu konstan 320F (00C
atau 680F (200C). Bila ujung T dipanasi hingga terjadi perbedaan suhu
terhadap ujung Tr, maka pada kedua ujung penghantar besi dan konstantan
pada pangkal Tr terbangkit beda potensial (electro motive force/emf) sehingga
mengalir arus listrik pada rangkaian tersebut.
Kombinasi jenis logam penghantar yang digunakan menentukan
karakteristik linier suhu terhadap tegangan.
Tipe-tipe kombinasi logam penghantar thermokopel:
Tipe E (kromel-konstantan)
Tipe J (besi-konstantan)
Tipe K (kromel-alumel)
Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)
Tipe T (tembaga-konstantan)
Tegangan keluaran emf (elektro motive force) thermokopel masih sangat
rendah, hanya beberapa milivolt. Thermokopel bekerja berdasarkan perbedaan
pengukuran. Oleh karena itu jika untuk mengukur suhu yang tidak diketahui,
terlebih dulu harus diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference
temperature). Bila thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi
maka akan muncul tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya adalah
selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage (Vnet).
Besarnya Vnet ditentukan dengan rumus:
Vnet = VhVc
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
17/20
17
Keterangan :
Vnet = tegangan keluaran thermokopel
Vh = tegangan yang diukur pada suhu tinggi
Vc = tegangan referensi
Gambar grafik tegangan terhadap suhu pada thermokopel tipe E, J, K dan R :
Gambar di bawah ini menunjukkan beberapa thermokopel yang dihubungkan
secara seri membentuk thermopile. Thermopile ini diletakkan di titik tengah
pyrometer radiasi dan lensa yang digunakan untuk memfokuskan radiasi
(pancaran panas) agar jatuh pada thermopile.
Gambar Thermopile:
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
18/20
18
Gambar Pyrometer Radiasi:
Untuk masa sekarang thermokopel sudah dibuat dengan kemasan yang
mempunyai unjuk kerja yang lebih peka yang disebut thermopile yang
digunakan sebagai pyrometer radiasi.
Grafik hubungan suhu terhadap arus keluaran:
Efek peltier :
Jika arus dilewatkan melalui termokopel yang pada mulanya suhu kedua
ujungnya adalah sama, maka sejumlah panas akan dilepas pada salah satu
ujungnya dan sejumlah lain panas akan diserap pada ujung lainnya sehingga
terjadi perbedaan suhu pada kedua ujung tersebut. Perpindahan panas tersebut
dipengaruhi oleh arus yang mengalir, dengan hubungan seperti persamaan:
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
19/20
19
Dimana f adalah koefisien Peltier (volt). Efek Peltier ini menjadi dasar utama
system pendinginan efek termoelektrik. Dan hal itu terjadi karena disebabkan
oleh arus yang mengalir di dalam rangkain.
Efek Thomson:
Jika arus mengalir melalui konduktor termokopel yang pada mulanya
bersuhu seragam, maka panas Joulean akan menyebabkan gradien suhu
sepanjang termokopel tersebut, dengan hubungan:
Dimana t adalah koefisien Thomson (V/K) dan dT/dx adalah gradien suhu
yang terjadi pada konduktor.
Secara termodinamik koefisien Seebeck (a), Peltier (f) dan Thomson (t)
adalah saling berhubungan. Besaran a dan f sangat tergantung pada sifat
kedua konduktor pada termokopel tersebut sehingga harus dinyatakan dalam
nilai beda (a = aA - aB dan f = fA - fB). Dengan demikian, hubungan ketiga
koefisien tersebut dapat dinyatakan dengan dua persamaan berikut:
Aplikasi dan Penggunaan Termokopel
Melihat karakter dari termokopel, instrumen ini tepat digunakan untuk
mengukur suhu dengan suhu mimimal 2000C. Dalam dunia industri,
termokopel dijadikan sebagai transduser pada tungku pencairan logam.
-
7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik
20/20
20
termokopel akan memberikan feedback berupa tegangan yang dapat
dimanfaatkan oleh sistem yang lebih cerdas untuk menanggapi tiap
kenaikan/penurunan suhu pada object yang diukur. Dalam dunia industri,
termokopel sangat penting adanya, yang digunakan dalam hal berikut ;
industri besi dan baja,
pengaman pada alat-alat pemanas,
sebagai thermopile (alat untuk mengubah suhu menjadi tegangan) pada
sensor radiasi,
pembangkit listrik tenaga panas radioisotop.