TERMOKOPEL TIPE KLaporan ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Komponen Sistem Kontrol

Disusun oleh :

Harry Persea Americana ( 0722039 )

Muhammad Noor Hassanal ( 0722075 )

Yudi Setiawan (0722095)

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

Bandung

2011

I. Tujuan

Untuk mengetahui cara kerja dan karakteristik dari Termokopel Tipe K

Untuk mengetahui nilai perbandingan antara tegangan dengan suhu

II. Alat-alat

1. Termokopel tipe K 4. Sumber tegangan DC 12V

2. Kompor listrik 5. IC LM-747

3. Labu Erlemeyer 6. Resistor : 100Ω, 1 KΩ, 100 KΩ

III. Dasar Teori

Pada tahun 1822, Seebeck melakukan percobaan dengan menghubungkan plat

bismut diantara kawat-kawat tembaga. Hubungan tersebut diberi suhu yang berbeda.

Ternyata pada rangkaian tersebut akan mucul arus listrik. Muculnya arus listrik

mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-ujung kedua sambungan.

Dari percobaan Seebeck tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa adanya

perbedaan suhu antara kedua sambungan logam tersebut akan menyebabkan munculnya

gaya gerak listrik antara ujung-ujung sambungan. Gaya gerak listrik yang muncul ini

disebut dengan gaya listrik termo dan sumbernya disebut termokopel.

Termokopel merupakan sambungan (junction) dua jenis logam atau

campuran yang salah satu sambungan logam tadi diberi perlakuan suhu yang berbeda

dengan sambungan lainnya. Sambungan logam pada termokopel terdiri dari dua

sambungan, yaitu :

Reference junction ( cold junction ), merupakan sambungan acuan yang suhunya

dijaga konstan dan biasanya diberi suhu yang dingin.

Measuring junction ( hot junction ), merupakan sambungan yang dipakai untuk

mengukur suhu.

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. 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 dioda) 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.

Pada tugas proyek ini, kami menggunakan Termokopel Tipe K. Termokopel ini

sendiri mempunyai slope yang besar dan memiliki sensitivitas yang lebih tinggi jika

dibandingkan dengan termokopel yang lainnya. Hal ini menyebabkan termokopel ini

dapat mengukur dalam range suhu yang besar termasuk suhu yang tinggi.

Termokopel Tipe K terbuat dari bahan chromel pada bagian kaki positifnya dan

alumel (nickel / 5% aluminium dan silicon) pada bagian kaki negatifnya. Rentang

suhunya -190º C - 1260º C.

Karakteristik Thermocouple

Karakteristik serbaguna termokopel dikombinasikan dengan sifat mereka yang relatif

murah membuat mereka ideal untuk digunakan dalam aplikasi industri, terutama pada

suhu ekstrim di mana menggunakan peralatan yang lebih sensitif dapat menyebabkan

merusak sensor yang lebih kompleks dan berharga. Sebuah platinum rhodium

termokopel, misalnya, memiliki kapasitas untuk mengambil pembacaan jangka pendek

dalam suhu -58 derajat mulai dari Fahrenheitto 3092 derajat Fahrenheit, membuat ini

bahkan alat praktis untuk mengukur suhu logam cair untuk keperluan analisis metalurgi.

Bahkan termokopel dibangun dari bahan eksotis kurang memiliki kemampuan untuk

mengambil bacaan akurat dalam lingkungan suhu yang lebih umum.

Konstruksi Bahan

Bahan yang digunakan dalam pembangunan setiap elemen termal adalah sangat penting

dengan akurasi dan daya tahan dari probe sensor termokopel. Bahan juga harus ditambah

berpasangan dengan daya tahan yang sama, karena jika elemen termal memiliki titik leleh

sangat berbeda poin kegunaan keseluruhan probe berkurang. Elemen termal tidak perlu

menjadi unsur murni; mereka sering dibangun dari bahan paduan, seperti tembaga kelas

umum dan tembaga nikel paduan gaya probe yang digunakan dalam eksperimen panas

rendah. Bahan elemen termal 'juga memainkan peran dalam apa yang rentang temperatur

dapat dibaca secara akurat, misalnya, platinum rhodium termokopel tidak terlalu efektif

untuk mengukur suhu di bawah nol, sedangkan tembaga yang rendah hati dan tembaga

nikel paduan termokopel melakukan mengagumkan dalam peran ini dan mampu secara

akurat mengukur suhu rendah ketika dalam konfigurasi penyelidikan yang cocok.

Kalibrasi dan Mempertahankan sebuah Thermocouple

Kalibrasi termokopel Hanya membutuhkan pengguna mengambil serangkaian

pembacaan yang membentuk dasar untuk suhu bahan yang dikenal menggunakan

perangkat pengukuran sekunder seperti termometer kaca. Setelah pengukuran sekunder

telah diambil, membandingkan hasil pembacaan terhadap bahwa Anda yang sebenarnya

termokopel. Menggunakan data, Anda kemudian dapat mengubah persamaan aljabar

Anda untuk melawan setiap perbedaan yang disebabkan oleh kerusakan probe sampai

titik tertentu. Sayangnya, semua probe akhirnya menurunkan dalam hal akurasi sebagai

isolasi dan setiap kawat setiap elemen termal menurunkan. Sebuah termokopel jelas

terdegradasi seluruhnya harus diganti untuk mempertahankan hasil yang akurat.

Konektor Termokopel

Omega SMPW termokopel kawat konektor 2 pin mini TC datar ukuran konektor

dirancang untuk menghubungkan instrumentasi sensor suhu dengan pengontrol suhu atau

proses otomatisasi panel kontrol HMI. Kompatibel dengan 2 ukuran pin mini lainnya TC

konektor, 2 tiang laki termokopel konektor sekop atau wanita 2 cabang termokopel jack.

Termokopel Connector Plug sekop dan Jack dengan Kode Warna per ANSI, ASTM dan

IEC dengan paduan kompensasi termokopel yang digunakan adalah tipe K (-AL + CH)

Kuning, Tipe J (-CO + IR) Hitam, Type T (-CO + CP) biru, Tipe E (-CO + CH) Ungu,

Tipe N (-NN + NP) Orange, Type R / S (-11 + CP) Hijau, Tipe C (-CNX + CPX) Merah

dan U Tipe terkompensasi (-CP + CP) Putih termokopel konektor.

Konektor ini Termokopel Ultimate desain SMPW-CC adalah ideal untuk koneksi cepat

dan mudah dari TC kabel atau kawat termokopel melalui perakitan kabel penjepit TC.

Tutup / klem berisi 4 baut mati dan menghilangkan sekrup longgar kecil khas dengan

termokopel logam penjepit kabel tradisional. Termasuk penjepit pelat logam, saring

bantuan dan grommet

Untuk sangat mengurangi waktu perakitan menggunakan bagian # SMP-CC-ALAT alat

perlengkapan perakitan memegang dengan konektor SMPW-CC dan klem kabel

terpisahkan. Kombinasi ini menghasilkan sehubungan TC cepat, handal.

Termokopel yang di gunakan :

-Tipe K-Type Thermocouple-

Kategori : Peralatan Uji

Kabel Isolasi : Poli-Vinyl Chloride (PVC)

Panjang Kabel : 48,000 "(1219.20mm)

Penggunaan : Air, Gas

Tips - Air Jenis : Dikurung

Plug :Warna Kuning

Plug Tipe :Sub-Mini (Plug Termokopel)

Probe Panjang :8,450 "(214.63mm)

Probe Bahan :Stainless Steel

Probe Rentang Suhu :-320 ° F ~ 1500 (-196 ~ 815 ° C)

RoHS Status :RoHS Compliant

Nama Lain :6374

Tipe Bahan Kisaran Normal

J

T

K

E

S

R

Iron-konstantan

Copper-kostantan

Chromel-alumel

Chromel-konstantan

90% platinum+10% rhodium-platinum

87% platinum + 13% rhodium - platinum

-190 – 760 oC

-200 – 371 oC

-190 – 1260 oC

-100 – 1260 oC

0 -1482 oC

0 -1482 oC

Termokopel bekerja berdasarkan pembangkitan tenaga listrik pada titik sambung

dua buah logam yang tidak sama (titik panas/titk ukur). Ujung lain dari logam tersebut

sering disebut titik referensi (titik dingin) dimana temperaturnya konstan.

Umumnya, termokopel digunakan untuk mengukur temperatur berdasarkan

perubahan temperatur menjadi sinyal listrik. Bila antara titik referensi dan titik ukur

terdapat perbedaan temperatur, maka akan timbul GGL yang menyebabkan adanya arus

pada rangkaian. Bila titik referensi ditutup dengan cara menghubungkannya dengan

sebuah alat pencatat maka penunjukan alat ukur akan sebanding dengan selisih

temperatur antara ujung panas (titik ukur) dan ujung dingin (titik referensi).

Kelebihan dan Kelemahan

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.

IV. Data Pengamatan

Data percobaan ini diambil saat suhu ruangan 26º C dan kelembaban 95%.

Suhu (⁰ C) Tegangan (mV)

38 0.40

40 0.41

52 0.54

55 1.58

60 1.63

70 1.69

70 1.73

79 1.79

79 1.78

79 2.20

V. Analisa Data

Inverting Instrumentation Amplifier

Jika R1=1KΩ, maka R2=100KΩ.

Rgain = 4.5 KΩ, maka R = 4K7Ω.

Tabel pengamatan setelah digunakan penguat 100 x dan instrument amplifier.

Suhu (⁰ C) Tegangan (V)

38 0.2

40 0.4

52 0.9

55 1.3

60 1.8

70 2.3

70 2.3

79 2.3

79 2.7

79 3.2

VI. Kesimpulan

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.