MAKALAH TERMOCOUPLE

 

 

BAB I
PENDAHULUAN

A. Latar Belakang
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.

B. Tujuan
1. Untuk mengenal salah satu ukur fisika yaitu Thermocouple
2. Untuk mengetahui bagian-bagian alat ukur Thermocouple
3. Untuk mengetahui fungsi alat ukur Thermocouple
4. Untuk mengetahui kegunaan bagian-bagian alat ukur Thermocouple
5. Untuk memahami cara kerja alat ukur Thermocouple

C. Rumusan Masalah
1. Apa fungsi alat ukur Thermocouple
2. Apa saja bagian-bagian alat ukur Thermocouple
3. Apa kegunaan bagian-bagian dari alat ukur Thermocouple
4. Bagaimana cara kerja alat ukur Thermocouple

 

 

 

 

 

 

 

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.
B. Fungsi Thermocouple
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.

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.

D. 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.

 

E. 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 titik hubung kedua logam tersebut mempunyai perbedaan temperature, maka timbullah beda potensial yang memungkinkan adanya arus listrik di dalamnya.

Termokopel secara sederhana merupakan perpaduan antara dua logam yang berbeda jenis, yang persambungan (kopel) kedua logam diberikan pengkondisian suhu yang berbeda (panas dan dingin). Setting alat untuk melakukan kalibrasi termokopel yaitu, 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 bisa 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. Termocouple banyak digunakan sebagai alat ukur suhu di dunia industri, salah satu keuntungannya yaitu mampu mengukur suhu yang sangat tinggi dan juga suhu rendah.
Termokopel merupakan sebuah alat yang biasa digunakan untuk mengukur suhu yang pada umumnya sebagai termometer digital, karena termokopel memiliki output berupa arus listrik sehingga pengkonversiannya dapat secara digital. Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan-sambungan yang dingin dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan pada objek pengukuran. Contoh, hubungan dingin akan ditempatkan pada tembaga pada papan sirkuit. Sensor suhu yang lain akan mengukur suhu pada titik ini, sehingga suhu pada ujung benda yang diperiksa dapat dihitung.

Thermocouple dapat dihubungkan secara seri satu sama lain untuk membuat termopile, dimana tiap sambungan yang panas diarahkan ke suhu yang lebih tinggi dan semua sambungan dingin ke suhu yang lebih rendah. Dengan begitu, tegangan pada setiap Thermocouple menjadi naik, yang memungkinkan untuk digunakan pada tegangan yang lebih tinggi. Dengan adanya suhu tetapan pada sambungan dingin, yang berguna untuk pengukuran di laboratorium, Secara sederhana Thermocouple tidak mudah dipakai untuk kebanyakan indikasi sambungan lansung dan instrumen kontrol. Mereka menambahkan sambungan dingin tiruan ke sirkuit mereka yaitu peralatan lain yang sensitif terhadap suhu (seperti termistor atau dioda) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan, dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya.
Thermocouple mengukur perbedaan temperature diantara kedua kaki, bukan temperatur absolute.

 

Ketika terkena panas maka bimetal akan bengkok kearah yang koefisiennya lebih kecil. Pemuaian ini kemudian dihubungkan dengan jarum dan menunjukkan angka tertentu. Angka yang ditunjukkan jarum ini menunjukkan suhu benda (pada Thermocouple digital). Termokopel ini macam-macam, tergantung jenis logam yang digunakan. Jenis logam akan menentukan rentang temperatur yang bisa diukur (termokopel suhu badan (temperatur rendah) berbeda dengan termokopel untuk mengukur temperatur tungku bakar (temperatur tinggi), juga sensitivitasnya.
Konfigurasi alat ukur dengan thermocouple ditunjukkan pada gambar

Terdapat sebuah kawat pemanas lurus yang dibuat dari bahan yang mempunyai nilai tahanan yang cukup tinggi. Pada tengah-tengah kawat pemanas tersebut dihubungkan dengan salah satu titik hubung dari thermocouple. Kedua ujung bebas thermocouple masing-masing dihubungkan dengan pengukur milivolt yang akan mengukur beda tegangan yang dihasilkan oleh kedua ujung thermocouple tersebut. Jika arus I dialirkan melalui kawat pemanas maka kawat pemanas akan membangkitkan panas dengan besar daya berbanding dengan arus kuadratnya. Panas yang dibangkitkan ini menaikkan panas pada tengah kawat pemanas dari ke .
Dibawah ini merupakan contoh pasangan logam yang digunakan untuk pembuatan thermocouple:

F. Kalibrasi Thermocouple
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.
G. Ketelitian Thermocouple
Ketelitian dari Thermocouple bergantung pada tipe thermocouple yang digunakan dan biasanya terdapat petunjuk penggunaan.

H. Cara Penggunaan Thermocouple
Memasang 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.
I. 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 ( )

J. 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.

K. Kelebihan dan Kelemahan Thermocouple
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

A. Kesimpulan
Dari pembahasan dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. 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
2. Thermocouple banyak digunakan untuk mengubah perbedaan panas dalam benda yang diukur temperaturnya menjadi perubahan potensial/tegangan listrik (voltase).
3. Terdapat berbagai tipe dari thermocouple, antara lain tipe K, tipe J, tipe N, tipe E, tipe B, tipe R, tipe S dan tipe T.
4. Penggunaan thermocouple antara lain Industri besi dan baja; Pengaman pada alat-alat pemanas; Untuk termopile sensor radiasi; Pembangkit listrik tenaga panas radioisotop.
5. Thermocouple banyak digunakan sebagai alat ukur suhu di dunia industri, salah satu keuntungannya yaitu mampu mengukur suhu yang sangat tinggi dan juga suhu rendah.
6. Ketelitian dari thermocouple bergantung pada tipe thermocouple yang digunakan.

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s