- Mengetahui pengertian sensor thermocouple
- Mengetahui prinsip kerja sensor thermocouple
- Mengetahui aplikasi dari sensor thermocouple
2. Alat dan Bahan [kembali]
a. TCB(Thermocouple)
b. Op07 ( non-inverting)
c. Resistor
d. Kapasitor
e. 1N5991B (dioda zener )
f. Potensiometer
g. Power Supply DC
h. Voltmeter DC
i. LED
3. Teori [kembali] a. TCB(Thermocouple)
Gambar 1.TCB(Thermocouple)
b. Op07 ( non-inverting)
Gambar 2.Op07 ( non-inverting)
Gambar 3.Resistor
d. Kapasitor
Gambar 4.Kapasitor
e. 1N5991B (dioda zener )
Gambar 5.1N5991B (dioda zener )
Gambar 6.Potensiometer
g. Power Supply DC
Gambar 7.Power Supply DC
Gambar 8.Voltmeter DC
i. LED
Gambar 9.led
Termokopel
adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis,
panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering
digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian.
Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau
pengendalian.
Thermocouple
merupakan sensor yang mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dimana sensor ini
dibuat dari sambungan dua bahan metallic yang berlainan jenis. Sambungan ini
dikomposisikan dengan campuran kimia tertentu, sehingga dihasilkan beda
potensial antar sambungan yang akan berubah terhadap suhu yang dideteksi.
Thermocouple
didasarkan pada efek Seebeck, sebuah fenomena di mana tegangan yang sebanding
dengan suhu dapat dihasilkan dari rangkaian yang terdiri dari dua kawat logam
yang berbeda.
Tipe-tipe thermocouple
Gambar 10.Tipe-tipe Thermocouple
a.
Thermocouple Tipe E
Bahan Logam Positif : Nickel Chromium
Bahan Logam Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 900˚C
b.
Thermocouple Tipe J
Bahan Logam Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 750˚C
c.
Thermocouple Tipe K
Bahan Logam Positif : Nickel Chromium
Bahan Logam Negatif : Nickel Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 1250˚C
d.
Thermocouple Tipe N
Bahan Logam Positif : Nicrosil
Bahan Logam Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 1250˚C
e.
Thermocouple Tipe T
Bahan Logam Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C sampai dengan 350˚C
f.
Thermocouple Tipe U
Bahan Logam Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Negatif : Copper Nickel
Rentang Suhu : 0˚C sampai dengan 1450˚C
Prinsip kerja :
Pada dasarnya Termocouple hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya. Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.
Gambar 11. Prinsip kerja Thermocouple
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).
Prinsip
kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi
energi panas menjadi energi listrik).
Gambar 12. Efek seebeck
Berdasarkan Gambar diatas, ketika kedua
persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau
tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “0” atau V1 =
V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan
suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan
suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan
listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 –
V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada
tiap derajat Celcius,dan kemudian akan dikonversikan sesuai dengan
reference table yang telah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe
yang dipakai).
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:
a. Tipe E (kromel-konstantan)
b. Tipe J (besi-konstantan)
c. Tipe K (kromel-alumel)
d. Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)
e. 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 ukntuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus
diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference temperature). Bila
thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi makaa akan muncul
tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya adalah selisih antara Vc dan Vh yang
disebut net voltage (Vnet).
Besarnya
Vnet ditentukan dengan rumus:
Vnet
= Vh - Vc
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 13. Grafik tegangan suhu
Kelebihan dan Kekurangan Termokopel
Kelebihan
:
· Mudah dibaca karena memiliki layar yang
tidak mudah keruh dan skala yang jelas.
· Respon cepat untuk setiap perubahan
suhu.
· Akurasi yang tepat dalam pengukuran
suhu.
· Baik untuk pengukuran variasi suhu
dengan jarak kurang dari 1cm.
· Tidak mudah rusak dan tahan lama.
Kekurangan
:
· Hubungan temperature dan tegangan tidak
linear penuh.
· Sensitivitas rendah, umumnya 50 μV/°C
(28 μV/°F) atau lebih rendah (tegangan rendah rentan dengan noise.
· Accuracy pada umumnya tidak lebih baik
dari pada 0.5 °C (0.9°F), tidak cukup tinggi untuk beberapa aplikasi.
· Memerlukan suatu acuan temperatur yang
dikenal, umumnya temperature air es 0°C (32°F).
· Hanya dapat digunakan untuk mengukur
perbedaan suhu.
· Kalibrasi yang sulit,saat thermocouples
dinyalakan suhun yang tertera adalah suhu pada ruangan tersebut.
Aplikasi Termokopel
1.
Pengukuran Temperatur Pada Pipa Aliran Fluida
Temperatur
aliran fluida (cairan, gas, atau uap air) yang mengalir di dalam sebuah pipa
dapat diukur thermocouple. Hal ini karena thermocouple dapat dipasang di sisi
luar selongsong, selongsong tersebut ditanamkan masuk ke dalam pipa aliran
fluida.
2.
Pengukuran Temperatur Pada Pipa Boiler
Pada
pengoperasian boiler, sangat penting bagi operator untuk mengontrol temperatur
metal pipa boiler di setiap bagian. Bagian-bagian tersebut termasuk pipa
dinding furnace yang didinginkan oleh air dan uap air pada temperatur saturasi,
pipa economizer yang didinginkan oleh air pada temperatur di bawah titik
saturasi, serta pipa-pipa superheater dan reheater yang didinginkan oleh uap
air pada temperatur di atas titik saturasinya. Pengukuran temperatur-temperatur
tersebut berfungsi untuk menjaga agar pipa-pipa boiler tetap bekerja pada
temperatur amannya, mengetahui keseragaman temperatur pipa-pipa yang tersusun
secara paralel, atau untuk mengetahui kenaikan temperatur fluida antara sisi
inlet dengan sisi outlet pipa.
3.
Pengukuran Temperatur Gas
Untuk
mengukur temperatur dari gas sebenarnya tidaklah terlalu rumit, karena
temperatur gas lebih mudah seragam dengan lingkungan sekitarnya. Permasalahan
muncul jika temperatur lingkungan atau wadah dari gas tersebut berbeda dengan
temperatur gas itu sendiri, salah satu contoh dari kasus ini adalah temperatur
gas panas hasil pembakaran di dalam furnace boiler. Thermocouple ini
difasilitasi dengan aliran air pendingin. Sensornya dilindungi dari pengaruh
radiasi gas dengan menggunakan tabung porselen anti radiasi. Gas panas yang
dialirkan pada sensor ini dijaga pada kecepatan aliran 20,34 kg/m2s oleh sebuah
orifice. Temperatur perpindahan konveksi dari gas yang mengalir ke sensor ini
sudah mencerminkan temperatur gas panas tersebut.
Rangkaian Thermocouple sebelum dijalankan
Gambar 14.Rangkaian thermocouple sebelum dijalankan
Rangkaian thermocouple setelah dijalankan
Gambar 15.Rangkaian thermocouple setelah dijalankan
Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).
Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:
a) Low pass Filter
Pertama termocouple akan diatur pada suhu tertentu. Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antenna, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R1, R3, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D2 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up 1MΩ berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.
b) Penguat tingkat I
Penguat Tingkat I adalah rangkaian non Inverting OP-AMP menggunakan IC OP 07. Alasan memilih penguat jenis non inverting dengan pertimbangan penguat non Inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. RV1 sebagai Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. RV2 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V
c) Penguat tingkat II
Penguat tingkat II juga menggunakan penguat Non Inverting sama seperti menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah Op 07 serta R7 dan R8 pengatur tegangan output. Maka setelah rangkaian dinyalakan dengan mengatur suhu termocouple sebesar 157 derjat, maka saat temperatur pada pipa boiler menyentuh suhu tersebut maka akan ditandai dengan hidupnya lampu led sebagai tanda peringatan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar