Termokopel
Pada dunia elektronika,
termokopel adalah sensor suhu
yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi
perubahan tegangan 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.
Prinsip Operasi
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. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor
sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. 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.
Pada banyak aplikasi, salah satu sambungan (sambungan
yang dingin) dijaga sebagai temperatur referensi, sedang yang lain dihubungkan
pada objek pengukuran. contoh, pada gambar di atas, 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. Termokopel 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 termokopel 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 termokopel 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 diode) untuk mengukur suhu sambungan input pada peralatan,
dengan tujuan khusus untuk mengurangi gradiasi suhu di antara ujung-ujungnya.
Di sini, tegangan yang berasal dari hubungan dingin yang diketahui dapat disimulasikan,
dan koreksi yang baik dapat diaplikasikan. Hal ini dikenal dengan kompensasi
hubungan dingin. Biasanya termokopel dihubungkan dengan alat indikasi oleh
kawat yang disebut kabel ekstensi atau kompensasi. Tujuannya sudah jelas. Kabel
ekstensi menggunakan kawat-kawat dengan jumlah yang sama dengan kondoktur yang
dipakai pada Termokopel itu sendiri. Kabel-kabel ini lebih murah daripada kabel
termokopel, walaupun tidak terlalu murah, dan biasanya diproduksi pada bentuk
yang tepat untuk pengangkutan jarak jauh - umumnya sebagai kawat tertutup
fleksibel atau kabel multi inti. Kabel-kabel ini biasanya memiliki spesifikasi
untuk rentang suhu yang lebih besar dari kabel termokopel. Kabel ini
direkomendasikan untuk keakuratan tinggi. Kabel kompensasi pada sisi lain,
kurang presisi, tetapi murah. Mereka memakai perbedaan kecil, biasanya campuran
material konduktor yang murah yang memiliki koefisien termoelektrik yang sama
dengan termokopel (bekerja pada rentang suhu terbatas), dengan hasil yang tidak
seakurat kabel ekstensi. Kombinasi ini menghasilkan output yang mirip dengan
termokopel, tetapi operasi rentang suhu pada kabel kompensasi dibatasi untuk
menjaga agar kesalahan yang diperoleh kecil. Kabel ekstensi atau kompensasi
harus dipilih sesuai kebutuhan termokopel. Pemilihan ini menghasilkan tegangan
yang proporsional terhadap beda suhu antara sambungan panas dan dingin, dan
kutub harus dihubungkan dengan benar sehingga tegangan tambahan ditambahkan
pada tegangan termokopel, menggantikan perbedaan suhu antara sambungan panas
dan dingin.
Hubungan Tegangan dan Suhu
Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan
yang dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi
interpolasi polinomial
Koefisien an memiliki n antara 5 dan 9. Agar
diperoleh hasil pengukuran yang akurat, persamaan biasanya diimplementasikan
pada kontroler digital atau disimpan dalam sebuah tabel pengamatan. Beberapa
peralatan yang lebih tua menggunakan filter analog.
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
Penggunaan Termokopel
Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur
rentangan suhu yang luas, hingga 2300°C. 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, salah satu aplikasi termopile.
0 komentar:
Posting Komentar