THERMOCOUPLE
(Makalah Mata Kuliah Instrumentasi Fisika )
Oleh :
Wahyu Cahya Kumala
0913022071
PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2011
BAB I
PENDAHULUAN
Temperatur suatu benda atau lingkungan dapat diukur dengan thermometer. Namun ketika thermometer mempunyai keterbatasan pembacaan. Thermometer hanya mampu mengukur hingga suhu 100°C. Dalam perindustrian, pengukuran suhu untuk peleburan timah atau apapun memerlukan alat untuk mengukur suhu dan thermometer tidak dapat digunakan karena hanya mempunyai rentang 0°C - 100°C. Suhu merupakan salah satu parameter yang penting untuk diukur dalam rangka menentukan kehilangan atau membuat keseimbangan energi panas. Oleh karena itu mereka menggunakan thermocouple untuk mengukur suhu karena memiliki ketepatan yang tinggi.
Pada tahun 1821, seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa sebuah konduktor (semacam logam) yang diberi perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik. Hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.
Oleh karena itu, untuk lebih jelasnya akan dipaparkanan beberapa hal yang berhubungan dengan Thermocouple,seperti: Pengertian dan tipe-tipe thermocouple, Penggunaan thermocouple, Prinsip kerja thermocouple, Pembacaan hasil pengukuran thermocouple, Kalibrasi thermocouple dan ketelitiannya.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Pengertian Thermocouple
Thermocouple adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Thermocouple 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.
- Tipe-Tipe Termokopel
Tersedia beberapa jenis termokopel, tergantung aplikasi penggunaannya
· Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy))
Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.
· Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy))
Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.
· Tipe J (Iron / Constantan)
Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang populer dibanding tipe K. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C
· 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 µV/°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 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 °C).
· Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)
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.
· Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.
· Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)
Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10 µV/°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).
· Type T (Copper / Constantan)
Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. 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 µV/°C.
- Bagian-bagian Thermocouple
1. General Purpose Rope
|
|
|
· Jack : Menghubungkan antara General Purpose Robe dengan thermocouple.
· Stick : Yang terdiri dari 2 buah logam, sebagai variabel pendeteksi suhu.
· Pemegang : Tempat dimana tangan saat melakukan pengukuran.
2. Thermocouple
· Display : Sebagai penunjuk hasil pengukuran.
· Kenop : Sebagai pemutar ON atau OFF.
D. Prinsip Kerja Termokopel
Thermocouple suatu rangkaian yang tersusun dari dua buah logam yang masing-masing mempunyai koefisien muai panjang berbeda yang dihubungkan satu dengan yang lain pada ujung-ujungnya. Jika pada kedua titk hubung kedua logam tersebut mempunyai perbedaan temperature, maka timbullah beda potensial yang memungkinkan adanya arus listrik di dalamnya.
Prinsip kerja alat ukur jenis thermocouple
Termokopel secara sederhana merupakan perpaduan antara dua logam yang berbeda jenis, yang persambungan (kopel) kedua logam diberikan pengkondisian suhu yang berbeda (panas dan dingin). Misal kita sebut saja logam A dan logam B merupakan bahan logam pada termokopel. Ujung logam A dan B disambung dan ujung-ujung yang lain dihubungkan ke alat ukur listrik dan dimasukkan ke dalam kondisi suhu dingin, dan untuk ujung yang dikopel ditempatkan pada kondisi suhu panas.. Jadi, nilai tegangan itu setara dengan suhu yang terukur oleh termometer, sehingga didapatkan nilai tegangan sekian = suhu sekian.
Untuk memahami bagaimana sebuah sambungan logam pada termokopel dapat menimbulkan tegangan listrik kita bias meninjaunya dari sisi pergerakan atom-atom logam yang digunakan pada termokopel. Suatu logam apabila dipanaskan maka akan mengalami pemuaian, baik memuai panjang maupun memuai lebar (volum). Pemuaian ini diakibatkan oleh pergerakan atom-atom atau elektron dari suhu tinggi menuju ke suhu yang lebih rendah. Pergerakan ini banyak sedikitnya atau cepat lambatnya tergantung pada bahan logam itu sendiri, artinya logam satu dengan logam lainnya memiliki kecepatan muai yang berbeda-beda. Hal ini dapat kita amati pada bimetal (dua keping logam yang dipadu), ketika bimetal ini dipanaskan maka yang tadinya lurus akan membengkok kearah logam yang pemuaiannya lebih lambat. Jadi, pada logam termokopel yang berbeda jenis akan memiliki kecepatan alir elektron yang berbeda pula, hal inilah yang kemudian menyebabkan beda potensial di ujung-ujung logam tersebut, yang mana telah dihubungkan ke alat ukur listrik sehingga timbul tegangan listrik di ujung-ujung logam tersebut. Dibawah ini merupakan contoh pasangan logam yang digunakan untuk pembuatan thermocouple:
- Kalibrasi
Tidak ada kalibrasi pada alat ini, namun sebelum penggunaan pastikan kedua kaki pada alat ini berbeda jenisnya (misalnya kromium dengan aluminium). kromium sebagai kaki dingin, sedangkan aluminium sebagai kaki panas.
- Ketelitian
Ketelitian dari Thermocouple bergantung pada tipe thermocouple yang digunakan dan biasanya terdapat petunjuk penggunaan.
- Cara Penggunaan Thermocouple
Mengisi baterai 9 volt,kemudian menghubungkan probe dengan konektor pada bagian atas. Lalu putar posisi ke ⁰C atau ⁰F (tergantung tipe). jika tidak ada probe terpasang, atau jika membaca over-range, layar menampilkan berkedip strip. jika pengukuran adalah sedikit di atas rentang spesifikasi meter, layar berkedip nilai skala penuh terdekat. untuk mematikan termometer, putar kenop ke OFF.
- Pembacaan Hasil Pengukuran
· Pada Thermocouple digital, angka hasil pengukuran langsung terlihat.
· Pada Thermocouple analog, menggunakan rumus:
V = perubahan tegangan (Volt) S = koefisien seebeck (40 mV/
)
)T = perubahan suhu ()I. Contoh Penggunaan Thermocouple
Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 1800 K. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu 0--100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Untuk aplikasi ini, Termistor dan RTD lebih cocok. Contoh Penggunaan Termokopel yang umum antara lain :
- Industri besi dan baja
- Pengaman pada alat-alat pemanas
- Untuk termopile sensor radiasi
- Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop
Thermocouple banyak digunakan sebagai alat ukur suhu di dunia industri, salah satu keuntungannya yaitu mampu mengukur suhu yang sangat tinggi dan juga suhu rendah.
- Kelebihan dan Kelemahan
Kelemahan: Termokopel tidak dapat mengukur suhu awal dari suatu termometer pada suhu awal dari suatu termometer pada umumnya karena alat ini tidak dapat dikalibrasi. Sehinnga ketika termokopel pada posisi ON, langsung muncul suhu ruangan.
Kelebihan : Termokopel paling cocok digunakan untuk mampu mengukur suhu yang sangat tinggi dan juga suhu rendah dari -200 hingga 1800⁰C.
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Dari pembahasan dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
- Thermocouple adalah suatu rangkaian yang tersusun dari dua buah logam yang masing-masing mempunyai koefisien muai panjang berbeda yang dihubungkan satu denngan yang lain pada ujung-ujungnya
- Thermocouple banyak digunakan untuk mengubah perbedaan panas dalam benda yang diukur temperaturnya menjadi perubahan potensial/tegangan listrik (voltase).
- Terdapat berbagai tipe dari thermocouple, antara lain tipe K, tipe J, tipe N, tipe E, tipe B, tipe R, tipe S dan tipe T.
- Penggunaan thermocouple antara lain Industri besi dan baja; Pengaman pada alat-alat pemanas; Untuk termopile sensor radiasi; Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop.
- Thermocouple banyak digunakan sebagai alat ukur suhu di dunia industri, salah satu keuntungannya yaitu mampu mengukur suhu yang sangat tinggi dan juga suhu rendah.
- Ketelitian dari thermocouple bergantung pada tipe thermocouple yang digunakan.
