makalah pengukuran suhu efek listrik

7/27/2019 Makalah Pengukuran Suhu Efek Listrik

1/20

1

Pengukuran Suhu Efek Listrik

Metode-metode listrik untuk pengukuran suhu sangat baik karena memberikan sinyal

yang mudah dideteksi yang banyak dipergunakan untuk tujuan pengendalian. Disamping itu

metode ini biasanya cukup teliti bila telah dikalibrasi dan dikompensasi dengan baik.

MacamMacam Alat Pengukuran Suhu Efek Listrik

Klasifikasi transduser yang melakukan pengukuran ini pada dasarnya terdiri dari 3 tipe

yaitu termometer tahanan listrik, termistor dan termokopel. Pada pokok bahasan ini akan

diberikan prinsip-prinsip kerja dan informasi aplikasi dari ketiga transduser ini :

1. Termometer Tahanan Listrik / RTD (Resistance Temperature Detectors)

Termometer Hambatan Listrik adalah sebuah sensor suhu yang merasakan suhu

dengan perubahan besarnya arus, tegangan dan elemen hambatan listrik yang bervariasi padabenda yang diukur. Termometer Hambatan Listrik digunakan untuk membuat pengukuran

suhu yang akurat. Termometer Hambatan Listrik menggunakan logam karenaLogam akan

bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah. Logam dapat

dikatakan sebagai muatan positif yang berada di dalamelektron yang bergerak bebas. Jika

suhu bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya semakin besar

seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka gerakan elektron akan

terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam tersebut bertambah. Platinum adalah

logam yang paling sering digunakan untuk Termometer Hambatan Listrik karena

stabilitasnya dan daya yang tidak berubah drastis dengan tegangan.

Hambatan listrik dari logam akan bertambah apabila suhu logam naik. Sifat ini yang

dipakai sebagai dasar kerja termometer hambatan listrik. Jika termometer hambatan listrik

berbentuk kawat halus yang panjang, biasanya kawat itu dililitkan pada kerangka tipis untuk

menghindari regangan berlebihan ketika kawat mengerut pada waktu dingin. Dalam keadaan

khusus, kawat itu dapat dililitkan pada atau dimasukkan dalam bahan yang suhunya akan

diukur. Dalam kisaran suhu rendah, termometer hambatan sering kali terdiri atas hambatan
http://id.wikipedia.org/wiki/Logamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronhttp://id.wikipedia.org/wiki/Logam


2/20

2

radio dan terbuat dari komposisi karbon dan kristal germanium yang didoping dengan arsenik

dan dimasukkan dalam kapsul tertutup berisi helium.

Termometer tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik suatu logam

terhadap perubahan temperature, umumnya bila suatu logam dipanaskan maka tahanan

listriknya akan naik sesuai dengan temperaturnya menurut hubungan. Konstruksinya seperti

pada gambar v-11, terdiri dari elemen perasa berupa filament listrik diselubungi oleh sebuah

pelindung. Sebagai filament listrik yang baik umumnya digunakan platina, tembaga dan

karbon. Bahan tahanan harus mempunyai sifat :

1. penghantar panas

2. induktansi minimum

3. tidak tedapat tegangan listrik fisik

4.

homogn

Termometer ini lalu ditempelkan pada permukaan zat yang suhunya akan diukur.

Biasanya hambatan diukur dengan mempertahankan arus tetap yang besarnya diketahui

dalam termometer itu dan mengukur beda potensial kedua ujung hambatan dengan

pertolongan potensiometer yang sangat peka.

Termometer jenis ini juga berfungsi untuk mengubah suhu menjadi resistansi atau

hambatan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya

semakin besar. RTD terbuat dari sebuah kumparan kawat platinum pada papan pembentuk

dari bahan isolator. RTD dapat digunakan sebagai sensor suhu yang mempunyai ketelitian

0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C diatas 10000C.

Konstruksi RTD bahan platinum:


3/20

3

RTD terpasang pada permukaan logam:

Hubungan antara resistansi dan suhu penghantar logam merupakan perbandingan linear.

Resistansi bertambah sebanding dengan perubahan suhu padanya.

Kelebihan dan kekurangan RTD

1. Rentang pengukuran: RTD dapat mengukur suhu hingga 1000 C, akan tetapi sulit

mendapatkan pengukuran yang akurat dari RTD dengan suhu diatas 400 C. Termokopel

dapat mengukur suhu sampai 1700C. Umumnya RTD digunakan pada suhu dibawah 850

C, dan bila suhu diatas 850 C biasanya menggunakan termokopel. Pengukuran suhu di

industri biasanya 200 C sampai 400 C, sehingga RTD mungkin menjadi pilihan terbaikdalam kisaran suhu tersebut.

2. Waktu respon (response time): RTD mempunyai respon yang cepat terhadap perubahan

suhu akan tetapi kemampuan termokopel dalam merespon suhu jauh lebih cepat.

3. Getaran (vibration): termokopel tidak terpengaruh terhadap getaran, sedangkan RTD

terpengaruh bila ada getaran atau goncangan, sehingga bila RTD diperlukan maka RTD thin-film biasa digunakan karena RTD thin-film lebih tahan terhadap getaran bila dibandingkan

dengan RTD standar.

4. Pemanasan sendiri (self-heating): sebuah RTD terdiri dari kawat atau pelapis yang sangat

halus dan membutuhkan tegangan dari power supply, sedangkan termokopel tidak

memerlukan. Meskipun arus yang diperlukan hanya sekitar 1 mA sampai 10 mA, hal ini

dapat menyebabkan elemen platina RTD memanas. Sehingga mempengaruhi tingkat

akurasi pengukuran. Hal ini mungkin terjadi bila kabel ekstensi panjang digunakan, sehingga

daya yang lebih besar mungkin diperlukan untuk mengatasi hambatan atau resistansi kabel,

dan hal ini mengakibatkan masalah pemanasan sendiri (self-heating) meningkat.


4/20

4

5. Akurasi pengukuran: secara umum RTD lebih akurat daripada termokopel. RTD

menghasilkan akurasi hingga 0,1C sedangkan termokopel hanya 1C.

6. Stabilitas: stabilitas jangka panjang dari RTD sangat baik, yang berarti pembacaan yang

akan berulang dan stabil dalam waktu yang lama. Sedangkan termokopel cenderung tidak

stabil karena EMF yang dihasilkan oleh termokopel dapat berubah dari waktu ke waktu

karena oksidasi, korosi, dan perubahan lain dalam sifat metalurgi dari elemen sensor atau

penginderaan.

7. Harga: meskipun ini bukan masalah teknis tapi mungkin ini penting, termokopel memiliki

harga yang jauh lebih murah daripada RTD.

Grafik perbandingan resistansi dengan temperatur

Aplikasi

PT100 merupakan tipe RTD yang paling populer yang digunakan di industri.

Resistance Thermal Detectormerupakan sensor pasif, karena sensor ini membutuhkan energi

dari luar. Elemen yang umum digunakan pada tahanan resistansi adalah kawat nikel,

tembaga, dan platina murni yang dipasang dalam sebuah tabung guna untuk memproteksi

terhadap kerusakan mekanis. Resistance Temperature Detector (PT100) digunakan pada

kisaran suhu -200 0C sampai dengan 650 0C.


5/20

5

Konstruksi RTD

Dalam proses penurunan suhu minyak ini digunakan air sebagai pendingin. Air

pendingin ini berasal dari cooling tower(dengan suhu 28-30 0C) dan dari mesin water chiller

(dengan suhu 7-10 0C). RTD (PT100) dipasang pada tangki rystalizer (untuk mengawasi

penurunan suhu dari minyak) dan dipasang pada saluran pipa masukan air pendingin ke

dalam tangki crystalizer (untuk mengatur debit air dan perubahan penggu naan air cooling

menjadi air chilling).

Prinsip kerja dari RTD (PT100) yang digunakan untuk pengukuranminyak ini adalah,

ketika RTD pada tangki crystalizer menerima panas dari minyak, maka panas tersebut akan

dikonversikan oleh RTD ke dalam bentuk besaran listrik yaitu tahanan. Panas yang

dihasilkan berbanding lurus dengan tahanan dari jenis elemen logam platina yang ada pada

sensor RTD, kemudian bentuk tahanan tersebut diterima oleh Tranduser kemudian trandusermerubahnya menjadi sinyal fisi dan mengirimnya ke TRC.

Kelebihan dan Kekurangan dari RTD (PT100)

Dalam penggunaannya, RTD (PT100) juga memiliki kelebihan dan kekurangan.

Kelebihan dari RTD (PT100) :

Ketelitiannya lebih tinggi dari pada termokopel. Tahan terhadap temperatur yang tinggi.

Stabil pada temperatur yang tinggi, karena jenis logam platina lebih stabil dari pada jenis

logam yang lainnya.

Kemampuannya tidak akan terganggu pada kisaran suhu yang luas.

Kekurangan dari RTD (PT100) :

Lebih mahal dari pada termokopel.

Terpengaruh terhadap goncangan dan getaran.


6/20

6

Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi

penggunaannya).

Jangkauan suhunya lebih rendah dari pada termokopel. RTD (PT100) mencapai suhu 650

0C, sedangkan termokopel mencapai suhu 1700 0C.

Rumus di bawah ini adalah rumus yang paling sering di gunakan, namun hanya bisa sampai

150C karena kalau di gunakan untuk menghitung di atas 150C mulai terjadi perbadaan.

R pt100 = 100 + ( T x 0,385 )

atau

T = ( R pt100 - 100 ) / 0,385 C

Untuk persamaan berikut digunakan untuk suhu diatas 850C

Rt = Ro ( 1 + AT + BT ) 0C T 850C

dimana :

Ro = Resistansi pada 0C 100

A = 3.9083 x 10-3C

B = - 5.775 x 10-7C

Contoh soal.

1. Pada pengukuran suhu tangki dalam suhu 0C , berapakah tekanan listrik yang

dihasilkan pada suhu 100C?

Penyelesaian :

Rt = 100 [ 1 + (3,9083 x 10-3 x 100) +

(-5,775 x 10-7 x 1002) ]

= 100 + 39,0830,5775

Rt = 138,50 .


7/20

7

2. Termistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai

tahanan dengan koefisien tahanan temperature yang tinggi (William D.Cooper, 1999).

Termistor merupakan gabungan antara kata termo(suhu) dan resistor(alat pengukur

tahanan).Termistor adalah alat atau komponen atau sensor elektronika yang dipakai untuk

mengukur suhu. Thermistor memiliki prinsip kerja memberikan perubahan resistansi terhadap

perubahan suhu. Thermistor memiliki prinsip kerja memberikan perubahan resistansi

terhadap perubahan suhu. Thermistor terdiri dari 2 jenis yaitu PTC(Positive Temperature

Coefficient)dan NTC(Negative Temperature Coefficieent). Pada thermistor jenis PTC, nilai

resistansi berbanding senilai terhadap perubahan suhu.Sedangkan pada NTC, nilai resistansi

berbanding terbalik terhadap nilai perubahan suhu.Thermistor PTC terbuat dari materialKristal tunggal sedangkan Thermistor NTC terbuat dari material logam oksida.Hal inilah

yang menyebabkan tipe NTC lebih banyak tersedia di pasaran.

Termistor dibentuk dari bahan oksida logam campuran, kromium, kobalt, tembaga, besi atau

nikel. Berikut adalah jenis termistor dengan berdasarkan ukuran dan penggunaannya :

a. Bentuk termistor : Butiran, Digunakan pada suhu > 7000C dan memiliki nilai

resistansi 100 hingga 1 M.

b. Bentuk termistor : Keping, Digunakan dengan cara direkatkan langsung pada benda

yang diukur panasnya.


8/20

8

c. Bentuk termistor : Batang, Digunakan untuk memantau perubahan panas pada

peralatan elektronik, mempunyai resistansi tinggi dan disipasi dayanya sedang.

Thermistor dibuat sekecil-kecilnya agar mencapai kecepatan tanggapan (respon time)

yang baik.

Cara Mengukur Thermistor PTC dan NTC

1. Atur Posisi Saklar Multimeter pada posisi Ohm ()

2. Hubungkan Probe pada Kaki Thermistor (Thermistor tidak memiliki Polaritas)

3. Dekatkan Mata Solder (Soldering Tip) yang panas ke Thermistor (pastikan jangan

menyentuh Thermistor, karena akan merusak bungkusan Thermistor).

4. Perhatikan Display Multimeter, nilai Resistansinya akan naik sebanding dengan suhu

tinggi disekitarnya.

* Kita juga dapat menggunakan Hair Dryer atau pemanas lainnya untuk menaikkan suhu

disekitar Thermistor.


9/20

9

1. Atur Posisi Saklar Multimeter pada posisi Ohm ()

2. Hubungkan Probe pada Kaki Thermistor (Thermistor tidak memiliki Polaritas)

3. Dekatkan Mata Solder (Soldering Tip) yang panas ke Thermistor (pastikan jangan

menyentuh Thermistor, karena akan merusak bungkusan Thermistor).

4. Perhatikan Display pada Multimeter, nilai Resistansi akan turun sebanding dengan

suhu tinggi disekitarnya.

Contoh Aplikasi Penggunaan Pengukur Suhu dengan Efek Listrik

1. Alarm Sensor Suhu Dengan Menggunakan Termistor

Berikut komponen yang digunakan untuk membuat rangkaian sensor suhu

dengan thermistor :

Power supply 5 volt dan 9 volt

Sensor suhu thermistor (NTC)

Variabel resistor/potensiometer 10 K

Resistor 10 K dan 100 ohm

Transistor NPN

Relay

Buzzer/alarm


10/20

10

Setelah semua komponen terkumpul maka saatnya kita merangkai rangkaian

sensor suhu dengan thermistor dimana alarm sebagai indikator. Berikut

rangkaian alarm sensor suhu :

Rangkaian sensor suhu, ketika suhu panas
http://3.bp.blogspot.com/-z5JfPllPc0k/Tr_fxOwtj1I/AAAAAAAAApQ/XTdEg1MQLd0/s1600/rangkaian+alarm+sensor+suhu+dengan+thermistor.bmphttp://3.bp.blogspot.com/-z5JfPllPc0k/Tr_fxOwtj1I/AAAAAAAAApQ/XTdEg1MQLd0/s1600/rangkaian+alarm+sensor+suhu+dengan+thermistor.bmp


11/20

11

Rangkaian sensor suhu, ketika suhu tidak panas

Gambar Rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor

Prinsip kerja dari rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor diatas :

R3, Thermistor dan VR1 dipasang seri supaya dapat menentukan pembagian tegangan

yang sesuai yang akan diberikan ke transistor switching. Tegangan supply adalah sama

dengan jumlah tegangan yang jatuh pada R3, Thermistor dan VR1. Tegangan pada VR1

paralel terhadap basis transistor, sehingga pada saat tegangan pada VR1 mencapai 0,7 volt

maka transistor akan aktif dan mengaktifkan relay sehingga alarm/buzzer akan terenergise .

Thermistor dipasang pada bagian atas dari VR1 dimaksudkan supaya pada saat suhu

naik tegangan pada titik trigger (basis transistor = VR1) akan mengalami kenaikan,

dikarenakan thermistor (NTC) tersebut akan mengalami penurunan nilai resistansi seiring

dengan kenaikan suhu.

Kita bisa saja menukar posisi thermistor dengan VR1 dengan tujuan agar rangkaian

alarm akan aktif pada saat suhu mengalami penurunan. Kita bisa juga meengganti nilai R3

dan VR1 untuk mendapatkan sensitifitas yang sesuai dengan karakteristik thermistor yang

anda miliki dan sesuai keinginan anda.


12/20

12

3. Termokopel

Prinsip kerja termokopel secara sederhana berupa dua buah kabel dari jenis

logam yang berbeda ujungnya, hanya ujungnya saja, disatukan (dilas). Titik

penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip kerjanya memanfaatkan karakteristik

hubungan antara tegangan (volt) dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada

temperatur tertentu memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama,

logam A memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah perbedaan

tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi.

Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada

ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan

akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan

bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada

ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.

Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis

logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian

dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan

bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah

perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau

dipanaskan. Besarnya termolistrik ataugem ( gaya electromagnet ) mengalir dari

titik hot-juction kecold-junction atau sebaliknya. Setelah terdeteksi perbedaan

tegangan (volt). Beda tegangan ini linear dengan perubahan arus, sehingga nilai

arus ini bisa dikonversi kedalam bentuk tampilan display. Sebelum dikonversi,

nilai arus di komparasi dengan nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator,

fungsinya untuk menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt

kemudian dijadikan besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor

berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi oleh

termokopel.

Hubungan Suhu dan Tegangan pada Termokopel

Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan

termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi

polinomial. Namun demikian, untuk pengukuran suhu yang lebih kecil

perubahan tegangan relative linear. Secara matematis ditunjukkan sebagai

berikut:


13/20

13

V= (T1-Tref)

Dimana:

V = TeganganUkur

T1 = suhu ukur(K)

Tref = suhu referensi (K)

= koefisien seebek

Berbagai Sifat dan Tipe Termokopel

Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya

disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit voltagesebagai fungsi

dari suhu, diketahui sebagai tegangan termolistrikatau disebut denganseebeck

voltage, yang ditemukan oleh Thomas Seebeck pada 1921. Hubungan antara

tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik pertemuan dua

buah kawat adalah linear.

Walaupun begitu, untuk perubahan suhu yang sangat kecil, tegangan pun

akan terpengaruh secara linear, atau dirumuskan sebagai berikut : (National

Instrument , Application Note 043) dengan Vadalah perubahan

tegangan, Sadalah koefisien seebeck, dan Tadalah perubahan suhu.

Nilai Sakan berubah dengan perubahan suhu, yang berdampak pada nilai

keluaran berupa tegangan termokopel tersebut, dan nilaiS akan bersifat non-

linear di atas rentang tegangan dari termokopel tersebut.

Termokopel diberi tanda dengan hurup besar yang mengindikasikan

komposisinya berdasar pada aturan American National Standard

Institute(ANSI),seperti dibawah ini :

Tabel Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C ;

Tipe Material( + dan -)Temp.Kerja

(0C)

Sensitivitas

(V/0C)

E Ni-Cr dan Cu-Ni -270 ~ 1000 60.9

J Fe dan Cu-Ni -210 ~ 1200 51.7

K Ni-Cr dan Ni-Al -270 ~ 1350 40.6


14/20

14

T Cu dan Cu-Ni -270 ~ 400 40.6

RPt dan Pt(87%)-

Rh(13%)-50 ~ 1750 6

SPt dan Pt(90%)-

Rh(10%)-50 ~ 1750 6

B

Pt(70%)-

h(30%)dan

Pt(94%)-Rh(6%)

-50 ~ 1750 6

Tipe-Tipe Termokopel

Tersedia beberapa jenis termokopel tergantung aplikasi penggunaannya, yaitu :

1. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)

Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk rentang suhu

200C hingga +1200 C.

2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)

Tipe E memiliki output yang besar (68 V/C) membuatnya cocok digunakan

pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah tipe non magnetik.3. Tipe J (Iron / Constantan)

Rentangnya terbatas (40 hingga +750C) membuatnya kurang populer

dibanding tipe K.

4. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 V/C

5. 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 V/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 V/C) mereka biasanya hanya

digunakan untuk mengukur temperatur tinggi (>300 C).

1. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)


15/20

15

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.

2. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/C) dan

biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai untuk tujuan umum.

3. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 C. sensitivitas rendah (10 V/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).

4.

Type T (Copper / Constantan)

Cocok untuk pengukuran antara 200 to 350C. 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 V/C

Pada duniaelektronika,termokopeladalahsensor suhu yang banyak

digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi

perubahantegangan 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.

Berfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu serendah 3000F

sampai dengan suhu tinggi yang digunakan pada proses industri baja, gelas dan

keramik yang lebih dari 30000F. Thermokopel dibentuk dari dua buah penghantar

yang berbeda jenisnya (besi dan konstantan) dan dililit bersama.
http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Tegangan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Sensorhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronika


16/20

16

Prinsip Kerja

Jika salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada kedua ujung

penghantar yang lain akan muncul beda potensial (emf). Thermokopel

ditemukan oleh Thomas Johan Seebeck tahun 1820 dan dikenal dengan Efek

Seebeck.

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 untuk mengukur suhu yang tidak diketahui,

terlebih dulu harus diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference

temperature). Bila thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi

maka akan muncul tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya adalah

selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage (Vnet).

Besarnya Vnet ditentukan dengan rumus:

Vnet = VhVc


17/20

17

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 di bawah ini menunjukkan beberapa thermokopel yang dihubungkan

secara seri membentuk thermopile. Thermopile ini diletakkan di titik tengah

pyrometer radiasi dan lensa yang digunakan untuk memfokuskan radiasi

(pancaran panas) agar jatuh pada thermopile.

Gambar Thermopile:


18/20

18

Gambar Pyrometer Radiasi:

Untuk masa sekarang thermokopel sudah dibuat dengan kemasan yang

mempunyai unjuk kerja yang lebih peka yang disebut thermopile yang

digunakan sebagai pyrometer radiasi.

Grafik hubungan suhu terhadap arus keluaran:

Efek peltier :

Jika arus dilewatkan melalui termokopel yang pada mulanya suhu kedua

ujungnya adalah sama, maka sejumlah panas akan dilepas pada salah satu

ujungnya dan sejumlah lain panas akan diserap pada ujung lainnya sehingga

terjadi perbedaan suhu pada kedua ujung tersebut. Perpindahan panas tersebut

dipengaruhi oleh arus yang mengalir, dengan hubungan seperti persamaan:


19/20

19

Dimana f adalah koefisien Peltier (volt). Efek Peltier ini menjadi dasar utama

system pendinginan efek termoelektrik. Dan hal itu terjadi karena disebabkan

oleh arus yang mengalir di dalam rangkain.

Efek Thomson:

Jika arus mengalir melalui konduktor termokopel yang pada mulanya

bersuhu seragam, maka panas Joulean akan menyebabkan gradien suhu

sepanjang termokopel tersebut, dengan hubungan:

Dimana t adalah koefisien Thomson (V/K) dan dT/dx adalah gradien suhu

yang terjadi pada konduktor.

Secara termodinamik koefisien Seebeck (a), Peltier (f) dan Thomson (t)

adalah saling berhubungan. Besaran a dan f sangat tergantung pada sifat

kedua konduktor pada termokopel tersebut sehingga harus dinyatakan dalam

nilai beda (a = aA - aB dan f = fA - fB). Dengan demikian, hubungan ketiga

koefisien tersebut dapat dinyatakan dengan dua persamaan berikut:

Aplikasi dan Penggunaan Termokopel

Melihat karakter dari termokopel, instrumen ini tepat digunakan untuk

mengukur suhu dengan suhu mimimal 2000C. Dalam dunia industri,

termokopel dijadikan sebagai transduser pada tungku pencairan logam.


20/20

20

termokopel akan memberikan feedback berupa tegangan yang dapat

dimanfaatkan oleh sistem yang lebih cerdas untuk menanggapi tiap

kenaikan/penurunan suhu pada object yang diukur. Dalam dunia industri,

termokopel sangat penting adanya, yang digunakan dalam hal berikut ;

industri besi dan baja,

pengaman pada alat-alat pemanas,

sebagai thermopile (alat untuk mengubah suhu menjadi tegangan) pada

sensor radiasi,

pembangkit listrik tenaga panas radioisotop.

makalah pengukuran suhu efek listrik

Documents