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 Termokopel
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
Prinsip kerja dari thermocouple menggunakan efek seebeck ( Efek Seebeck adalah konversi energi panas menjadi energi listrik).
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:
- 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 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 :
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar