Oke sobat blogger, untuk kali ini kita lanjutkan dengan membahas tentang sensor suhu termokopel. Untuk mengetahui dan lebih memahami tentang sensor suhu termokopel berikut ini urainnya. Sensor suhu termokopel adalah sensor yang mampu mengukur suhu sangat tinggi sehingga sensor
suhu thermocouple ini sering digunakan untuk industri pengolahan minyak atau
baja. Sensor suhu termokopel memiliki nilai output yang kecil pada kondisi
level noise yang tinggi, sehingga memerlukan pengkondisi sinyal agar nilai
output tersebut dapat dibaca.
Rangkaian dasar penyambungan
thermokopel yang dilengkapi dengan alat ukur voltmeter dapat dilihat pada
gambar 1 dan gambar 2 berikut ini.
Gambar 1. Rangkaian dasar termokopel
Gambar 2. Diagram rangkaian termokopel
Unsur-unsur lain yang dapat ditembahkan
dalam siklus pemanasan rangkaian tertutup tersebut antara lain adalah pengontrol
suhu, elemen pemanas dan pengalih (switch) daya listrik.
Termokopel diklasifikasikan dengan
huruf dan kode warna. Jenis yang paling umum adalah jenis J (hitam), K (kuning)
dan T (biru). Warna kawat menunjukkan apa jenis termokopel tersebut. (Contoh: isolasi
kawat warna putih dan merah adalah yang digunakan untuk termokopel jenis J, sedangkan
warna jack dan colokan untuk termokopel jenis J adaah hitam). Untuk lebih
jelaskan berikut ini adalah tabel kode warna termokopel.
Tabel
1. Kode warna termokopel
Hal-hal penting yang perlu diperhatikan :
1. Termokopel mengukur suhu mereka sendiri.
2. Termokopel dapat berbuat salah dalam
membaca suhu mereka sendiri, terutama setelah digunakan untuk bebrapa waktu,
atau jika insulasi antara kabel kehilangan ketahanannya karena kelembaban atau
kondisi termal
3. Hati-hati bahaya listrik dalam menggunakan
termokopel, mereka adalah konduktor listrik, sedang RTD adalah kurang sensitif
terhadap noice listrik.
4. Termokopel tidak dapat menguku suhu di titik persimpangan, mereka tidak bisa dan secara fisik tidak mungkin untuk memiliki
gradien suhu pada titik persimpangan tersebut.
5. Jarak antara termokopel dan elemen
pemanas akan menghasilkan panas tinggal (lagging termal) yang dapat dikompensasi oleh pengontrol
suhu.
A. Sejarah Thermocouple
Berasal dari kata “Thermo” yang berarti energi panas dan “Couple”yang
berarti pertemuan dari dua buah benda. Thermocouple adalah transduser aktif
suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada
pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya. Thermocouple
merupakan salah satu sensor yang paling umum digunakan untuk mengukur suhu
karena relatif murah namun akurat yang dapat beroperasi pada suhu panas maupun
dingin.
B. Konstruksi Sensor Suhu Thermocouple
Simbol dari thermocouple
pada rangkaian listrik atau elektronika digambarkan seperti pada gambar 3 berikut
ini, sedangkan konstruksinya digambar seperti pada gambar 4 berikut ini.
Gambar 3. Simbol termokopel
Gambar 4. Kostruksi termokopel
Macam-macam bentuk fisik dan model termokopel banyak sekali ragamnya yang telah tersedia di pasaran, kita harus memilih sesuai dengan peruntukannya. Berikut ini ditunjukkan beberapa macam bentuk dan model termokopel yang beredar di pasaran seperti terlihat pada gambar 5 berikut ini.
a. Termokopel model bayonet
b. Termokopel model siku (sudut 90 derajat)
c. Termokopel model probe
d. Termokopel tipe J dan T dengan steker
e. Termokopel tipe T dengan pengatur kompresi
f. Termokopel pt100 dari emas
g. Termokopel pt100 dari platinum
Gambar 5. Macam-macam bentuk dan model termokopel
Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun
1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan
besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan
jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata
bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang
terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang
menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek
Seebeck. Output sensor suhu thermocouple berupa tegangan dalam satuan mili
Volt. Berikut ini beberapa perilaku jenis thermocouple dan karakteristiknya.
Gambar 6. Karakteristik
beberapa jenis thermocouple
Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier
untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada
dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik
dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan
pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini
saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934
ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Sir William Thomson, menemukan arah
arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya, yang kemudian disebut
dengan thermocouple model kompresi (Compression Style). Efek Seebeck, Peltier,
dan Thomson inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi thermoelektrik.
Gambar 7. Thermokopel tipe
J model kompresi (compression style)
Thermokopel model kompresi ini termasuk jenis yang
paling tua, yang konstruksinya terdiri dari satu tabung gelas yang mempunyai pipa kapiler kecil berisi
vacuum dan cairan ini biasa
berupa air raksa. Perubahan panas menyebabkan perubahan ekspansi
dari cairan atau dikenal dengan temperature to
volumatic change kemudian volumetric
change to level secara simultan. Perubahan level ini menyatakan
perubahan panas atau temperatur, ketelitian jenis ini
tergantung dari rancangan atau
ketelitian tabung, juga penyekalannya. Cara lain dari jenis ini adalah
mengunakan gas tabung yang diisi gas yang dihubungkan
dengan pipa kapiler yang
dilindungi oleh spiral menuju ke spiral bourdon yang dipakai untuk
menggerakkan pivot, selanjutnya menggerakkan pointer.
Data spesifikasi dari tipe
thermokopel.
Tabel
2. Tipe dan spesifikasi termokopel
Tipe
Thermokopel
|
Range
Overall
|
Resolusi 0,1°C
|
Resolusi
0,025°C
|
B
|
20
s/d 1820
|
150
s/d 1820
|
600
s/d 1820
|
E
|
-270
s/d 910
|
-270
s/d 910
|
-260
s/d 910
|
J
|
-210
s/d 1200
|
-210
s/d 1200
|
-210
s/d 1200
|
K
|
-270
s/d 1370
|
-270
s/d 1370
|
-250
s/d 1370
|
N
|
-270
s/d 1300
|
-260
s/d 1300
|
-230
s/d 1300
|
R
|
-50
s/d 1760
|
-50
s/d 1760
|
20
s/d 1760
|
S
|
-50
s/d 1760
|
-50
s/d 1760
|
20
s/d 1760
|
T
|
-270
s/d 400
|
-270
s/d 400
|
-250
s/d 400
|
C.
Aplikasi
Thermocouple
Keuntungan dari termokopel seperti pembangkitan daya listrik sendiri,
sederhana, murah dan berguna untuk range temperatur yang luas sering kali
mengatasi kelemahan seperti non-linear, paling sensitif dan paling stabil.
Termokopel suhu tinggi didefinisikan sebagai sensor yang digunakan pada
suhu 2000°F dan seterusnya. Sensor ini umumnya terbuat dari logam mulia atau
refratory keramik (Molybdenum, Tantalum, Alumina, Circonia atau Quartz). Termokopel
jenis ini dapat mengukur suhu sampai 5000°F dan digunakan dalam tungku
temperture tinggi, mesin roket dan amunitions. Termokopel terbuat dari bahan
mulia yang cukup mahal dan mungkin masuk akal digunakan bukan untuk metode
pengukuran suhu non-kontak seperti sensor inframerah. (atau biasa disebut
Pyrometer, Spectralmeter)
Termokopel harus dipilih untuk memenuhi kondisi aplikasi. Pertimbangan
pemilihan tersebut adalah :
1. Suhu
(pilih jenis J, K, M, T atau lainnya)
2. Waktu
respon/Response time (diameter yang lebih besar mengurangi waktu respon)
3. Jangka
waktu pemakaian (diameter yang lebih besar meningkatkan jangka waktu/usia
pemakaian)
.jpg)
Gambar 8.
Grafik waktu respon termokopel
berselubung berdasarkan berbagai ukuran diameter kawat
Seperti yang telah diuraikan di atas bahwa ada banyak model yang berbeda dari termokopel yang tersedia untuk
industri yang berbeda seperti industri plastik, industri farmasi, dan industri makanan.
Sebagai contoh: industri plastik lebih disukai harga termokopel yang hemat
tanpa Magnesium Oksida (MgO). Juga harus disesuaikan dengan musim, model
bayonet dengan topi cocok digunakan pada saat musim hujan atau musim semi karena
lebih cepat dalam pemasangannya (instal).
Sedangkan untuk industri jenis lainnya dapat melakukan perakitan termokopel yang
terdiri dari thermo-elemen swaged dalam kemasan keras Magnesium Oksida (MgO) yang
terbungkus dalam selubung logam annealed sehingga mereka dapat dibentuk dan
ditekuk ke radius dua kali ukuran selubung luarnya.
