LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN KONVERSI TEMPERATUR KE ARUS DAN TEGANGAN MENGGUNAKAN PERALATAN TIME MEASUREMENT
DISUSUN OLEH :
Nama
:
Abellio N. Sitompul
:
061340411637
Kelas
:
3 EGB
Dosen Pembimbing
:
Yuniar, S.T., M.Si.
NIM
`
JURUSAN TEKNIK KIMIA PRODI TEKNIK ENERGI POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG 2014-2015
KONVERSI TEMPERATUR KE ARUS DAN TEGANGAN MENGGUNAKAN PERALATAN TIME MEASUREMENT
I.
II.
TUJUAN PERCOBAAN − Mengetahui dan mempelajari perubahan derajat Celcius ke satuan tegangan dan ke satuan arus. ALAT DAN BAHAN Alat yang digunakan : Satu set Temperature Measurement Termometer Pt 100, termokopel dan termistor Termometer air raksa Tester Botol aquadest Stopwatch Bahan yang digunakan : Aquadest Es
III.
DASAR TEORI Thermocouple adalah perangkat yang terdiri dari dua konduktor yang berbeda, biasanya paduan-paduan logam (metal-alloys), yang menghasilkan tegangan yang berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara kedua ujung pasangan konduktor. Thermocouple adalah jenis sensor suhu yang banyak digunakan uktuk pengukuran dan control, dan juga dapat digunakan untuk mengubah gradient panas menjadi listrik. Keterbatasan utama dengan termokopel adalah akurasi dan kesalahan sistem kurang dari satu derajat Celcius bisa sulit untuk tercapai. Pada 1821, fisikawan Jerman-Estonia Thomas Johann Seebeck menemukan prinsip efek Seebeck bahwa ketika konduktor apapun dikenakan gradient termal, maka akan menghasilakn tegangan, fenomena ini sekarang dikenal sebagai efek termoelektrik atau efek Seebeck. Untuk mengukur tegangan ini selalu melibatkan atau menghubungkan konduktor lain dengan ujung ‘hot’ (panas). Konduktor tambahan ini kemudian akan juga mengalami gradien suhu, dan menimbulkan tegangan sendiri yang berlawanan dengan
tegangan yang asli. Untungnya, besarnya efek tergantung pada logam yang digunakan. Dengan menggunakan logam yang berlainan untuk melengkapi rangkaian membentuk rangkaian dimana kedua ujungnya menghasilakan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan tegangan kecil yang tersedia untuk pengukuran. Perbedaan tegangan semakin besar mengikuti kenaikan suhu, dan perbedaan tegangan itu sebesar 1 dan 70 microvolts per derajat Celcius untuk kombinasi logam standar. Tegangan itu tidak dihasilkan pada junction dari dua logam dari termokopel melainkan pada sebagian dari panjang dua logam berlainan yang dikenakan gradient suhu. Karena kedua panjang logam yang berlainan itu mengalami gradient suhu yang sama, hasil akhirnya adalah pengukuran suhu pada junction dari termokopel seperti terlihat pada gambar di bawah ini : −¿
Metal A
eAB
+¿
Metal Metal B B
eAB
¿
SEEBECK VOLTAGE
Hubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masingmasing 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 : ∆ V =S ∆ T Dengan dan
∆T
∆V
adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien seebeck, adalah perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan
perubahan suhu, yang berdampak pada nilai keluaran berupa tegangan termokopel tersebut, dan nilai S akan bersifat non-linear di atas rentang tegangan dari termokopel tersebut. Termokopel diberi tanda dengan huruf besar yang mengindikasikan komposisinya berdasarkan aturan American Standard Institude (ANSI), seperti di bawah ini :
Tipe
Material (+ dan -)
Temperature kerja (⁰C)
Sensitivitas ( μ V/⁰C)
E
Ni-Cr dan Cu-Ni
60.9
J
Fe dan Cu-Ni
-270 −¿ 1000 -210 −¿ 1200
K
Ni-Cr dan Ni-Al
40.6
T
Cu dan Cu-Ni
-270 −¿ 1350 -270 −¿ 400
R
Pt dan Pt(87%)-Rh(13%)
6
S
Pt dan Pt(90%)-Rh(10%)
-50 −¿ 1750 -50 −¿ 1750
B
Pt(70%)-Rh(30%) dan Pt(94%)-Rh(6%)
-50 −¿ 1750
6
51.7 40.6 6
Sensor merupakan piranti yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur magnitude sesuatu. Sensor merupakan tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor dikategorikan sebagai pengukur dan mempunyai peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi otomatis. Termokopel merupakan sensor suhu yang terdiri atas sepasang penghantar yang berbeda disambung las atau dileburkan bersama pada satu sisi membentuk penghantar ”hot” atau sambungan pengukuran yang ada ujung ujung bebasnya untuk menghubungkan dengan penghantar ”cold” atau sambungan referensi. Ilustrasinya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Perbedaan suhu antara sambungan pengukuran dan sambungan referensi alat ini berfungsi sebagai termokopel dan bisa membangkitkan tegangan dc yang kecil. Tegangan output termokopel hampir berbanding
lurus dengan perbedaan suhu antara sambungan pengukuran (hot) dan sambungan referensi (cold). Perbandingan yang konstan dinamakan Koefisien Seeback dan berkisar antara 5 sampai 50 V per derajat celcius. Tipe-Tipe dan Jenis Termokopel Ketika memilih termokopel kita harus juga mempertimbangankan jenis pengisolasian dan konstruksi probenya. Karena semua ini akan memiliki efek pada suhu kisaran, akurasi suhu terukur, dan keandalan pembacaannya. Di bawah ini dapat dilihat jenis-jenis termokopel yang secara umum dipakai dikalangan industri. Tipe K (Chromel / Alumel) Tipe K adalah termokopel yang berbiaya murah dan umum digunakan, karena popularitasnya itu termokopel jenis ini tersedia dalam berbagai macam probe.termokopel tersedia untuk rentang suhu di -200 ° C sampai +1200 ° C. Sensitivitasnya adalah kira-kira 41 v / ° C. Tipe E (Chromel / konstanta) Tipe E memiliki output yang tinggi (68 v / ° C) yang membuatnya cocok untuk digunakan pada suhu rendah (cryogenic). Properti lainnya dari tipe E ini adalah tipe non magnetik. Tipe J (Iron / konstanta) Jangkauan pengukurnnya terbatas, hanya -40 hingga 750 ° C membuat termokopel jenis ini kurang populer dibandingkan dengan tipe K. Termokopel tipe J ini tidak boleh digunakan di atas 760 ° C. Tipe N (Nicrosil / Nisil) Stabilitas tinggi dan ketahanannya terhadap oksidasi suhu tinggi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu 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 dari tipe K
Termokopel tipe B, R dan S adalah termokopel 'logam mulia'. Semuanya (tipe B,R,S) adalah yang paling stabil dari semua termokopel yang ada, namun karena sensitivitasnya yang rendah (kira-kira 10 v / ° C), mereka biasanya hanya digunakan untuk pengukuran suhu tinggi (> 300 ° C). Tipe B (Platinum / Rhodium) Cocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1800 ° C. Disebut termokopel "B" karena bentuk suhu / tegangan kurva mereka yang menyerupai huruf "B", dan memberikan output yang sama pada 0 ° C dan 42 ° C. Hal ini membuat mereka tidak bisa ddigunakan pada suhu di bawah 50 ° C. Type R (Platinum / Rhodium) Cocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1600 ° C. Sensitivitasnya yang rendah (10 v / ° C) dan biayanya yang tinggi, membuat termokopel ini tidak cocok untuk digunakan pada pengukuran umum. Type S (Platinum / Rhodium) Cocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1600 ° C. Sensitivitasnya yang rendah (10 v / ° C) dan biayanya yang tinggi membuat mereka tidak cocok untuk digunakan pada pengukuran umum. Karena tipe S sangat tinggi stabilitasnya, maka sering digunakan sebagai standar kalibrasi untuk 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 Ketika memilih jenis termokopel, anda harus memastikan bahwa peralatan ukur anda tidak membatasi rentang suhu yang dapat diukur. Kisaran suhu yang dapat diukur adalah 8 channel Pico TC-08. Perhatikan
juga bahwa termokopel dengan sensitivitas rendah (B, R dan S), memiliki resolusi yang lebih rendah.
Hubungan Tegangan dan Suhu Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan fungsi interpolasi polynomial. 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.
IV.
PROSEDUR PERCOBAAN a. Pemanasan air 1. Mengisi air pada water bath (aquadest). 2. Meletakkan thermometer air raksa, platinum, bimetal,termokopel dan thermometer transmitor pada tutup water bath. 3. Menghubungkan kabel pada Temperature Measurement ke stop kontak. 4. Memutar Main Suplay pada posisi “on”, lampu indicator main on akan menyala. 5. Memutar tombol merah pada Water bath pada skala 100⁰C. 6. Menekan tombol hijau pada Water bath bersamaan dengan menghidupkan Stop watch. 7. Memasukkan kabel tester tombol hitam ke hitam dan tombol merah ke merah secara bergantian pada termokopel, platinum dan termistor. 8. Mencatat kenaikan volt dan arus. 9. Bila thermometer air raksa telah menunjukkan 100⁰C, menekan tombol hijau pada water bath. 10. Mematikan alat dengan cara memutar Main suplay pada posisi “off”. 11. Mencabut kabel dari stop kontak. b. Isotherm 1. Mengisi termos isotherm dengan air es. 2. Meletakkan thermometer air raksa, platinum, bimetal, termokopel dan thermometer transmitor pada tutup termos es. 3. Menghubungkan kabel pada Temperature Measurement ke stop kontak. 4. Memutar Main Suplay pada posisi “on”, lampu indicator main on akan menyala. 5. Pada saat memutar Main Supplay pada posisi “on”, menghidupkan stopwatch. 6. Memasukkan kabel tester tombol hitam ke hitam dan tombol merah ke merah secara bergantian pada termokopel, platinum dan termistor. 7. Mencatat kenaikan volt dan arus setiap satu menit sampai waktu 15 menit. 8. Mematikan alat dengan cara memutar Main Suply pada posisi “off”. 9. Mencabut kabel dari stop kontak.
c. Pemanasan udara 1. Meletakkan thermometer air raksa, platinum, bimetal,termokopel dan thermometer transmitor pada alat di atas blower. 2. Memutar tombol pada electronic pada 30⁰C. 3. Menghubungkan kabel pada Temperatur measurement ke stop kontak. 4. Memutar Main Suply pada posisi “on”, lampu indicator main on akan menyala. 5. Menekan tombol Stand by dan tombol warna hijau pada blower bersamaan dengan menghidupkan stop watch. 6. Memasukkan kabel tester tombol hitam ke hitam dan tombol merah ke merah secara bergantian pada termokopel, platinum dan termistor. 7. Mencatat kenaikan volt dan arus setiap 1 menit. 8. Mematikan stop watch bila thermometer air raksa menunjukkan temperature 30⁰C. 9. Menekan tombol warna hijau dan tombol Stand by. 10. Mematikan alat dengan cara memutar Main Suply pada posisi “off”. 11. Mencabut kabel dari stop kontak.
V.
DATA PENGAMATAN
Pengukuran tegangan a. Pemanasan Air Waktu (menit
Pt 100
Voltmeter (mV) Termokopel Termistor
) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
-0,009 -0,009 -0,012 -0,013 -0,015 -0,017 -0,018 -0,018 -0,018 -0,015 -0,014 -0,011
0,115 0,229 0,473 0,770 0,983 1,272 1,532 1,788 2,254 2,429 2,579 2,806
-0,007 -0,005 -0,008 -0,006 -0,006 -0,007 -0,006 -0,007 -0,008 -0,008 -0,008 -0,007
b. Pendinginan air Waktu (menit ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Pt 100 -0,005 -0,005 -0,001 -0,001 -0,003 -0,004 -0,005 -0,005 -0,005 -0,005 -0,004 -0,005 -0,005 -0,005 -0,005 -0,005
Voltmeter (mV) Termokopel Termistor -0,760 -0,831 -0,864 -0,874 -0,888 -0,899 -0,905 -0,914 -0,920 -0,928 -0,934 -0,939 -0,941 -0,942 -0,943 -0,944
-0,006 -0,007 -0,005 -0,007 -0,007 -0,006 -0,007 -0,007 -0,007 -0,006 -0,007 -0,006 -0,005 -0,005 -0,006 -0,007
c. Pemanasan udara Waktu (menit )
Pt 100
Voltmeter (mV) Termokopel Termistor
1 2
-0,004 -0,001
-0,198 1,156
-0,007 -0,007
Pt 100
Arus (mA) Termokopel
Termistor
0,001 0,001 0,001 0,001 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001
0,025 0,047 0,077 0,109 0,134 0,167 0,196 0,220 0,253 0,279 0,316
0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001
Pt 100
Arus (mA) Termokopel
Termistor
0,000 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 0,000
-0,015 -0,055 -0,066 -0,072 -0,077 -0,078 -0,081 -0,083 -0,084 -0,084 -0,085 -0,086 -0,084 -0,086 -0,086
0,000 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001 -0,001
Pengukuran arus a. Pemanasan Air Waktu (menit ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
b. Pendinginan air Waktu (menit ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
15
0,001
-0,086
-0,001
Pt 100
Arus (mA) Termokopel
Termistor
0,001 0,001
-0,008 0,308
0,000 0,000
c. Pemanasan udara Waktu (menit ) 1 2
VI.
ANALISA DATA
Pada percobaan ini, dilakukan pengkonversian dari satuan suhu menjadi satuan arus listrik (ampere) dan beda potensial listrik (volt). Alat yang digunakan untuk percobaan ini adalah temperature measurement dengan berbagai jenis alat ukur suhu yang ada, seperti termokopel, termistor, dan pt-100 (RTD). Termometer tersebut mengukur perubahan suhu dengan perubahan efek listrik. Efek listrik yang disebutkan dapat berdasarkan perubahan resistansi dan timbulnya electro motive force yang disebabkan oleh gradien suhu. Pada pengkonversian temperatur terhadap perubahan efek listrik, dilakukan pengukuran beda potensial dan arus listrik pada setiap socket-socket yang terhubung dengan termometer yang ada. Hasilnya sangat beragam dan terlihat sangat jauh berbeda pada hasil pengukuran temperatur pada praktikum sebelumnya. Pada pengukuran sebelumnya, pt-100 merupakan termometer yang sangat akurat dan sangat cepat merespon perubahan suhu. Namun dalam pengkonversian suhu ke beda potensial dan arus listrik, termometer pt-100 tidak merespon sangat baik bahkan pada hasil pembacaan pada multimeter terlihat tidak bergerak. Pada alat temperatur measurement, terdapat 1 socket hitam dan 2 socket merah yang merupakan jalan masuk informasi perubahan suhu yang berupa voltase dan akan disalurkan ketransduser dan mengubah nilai tersebut menjadi nilai yang dapat dibaca. Pada pengukuran beda potensial dan arus listrik, socket yang digunakan hanya 2 yaitu socket hitam dan socket merah. Inilah yang menyebabkan nilai pengukuran arus dan beda potensial tidak sebagus pengukuran suhu pada minggu lalu. Prinsip kerja pt-100 adalah membandingkan arus yang diketahui dengan arus yang sudah melalui hambatan yang berubah akibat perubahan suhu, mungkin socket merah yang digunakan merupakan socket arus yang diketahui atau arus yang telah melewati hambatan dan tidak menggambarkan perubahan suhu yang terjadi. Pada pengukuran termometer termistor, hasil yang didapatkan juga terlihat tidak bergerak. Prinsip kerja termistor yaitu dengan terjadinya kenaikan suhu maka hambatan pada termistor akan naik atau turun tergantung jenis termistornya. Pengaruh nilai hambatan terhadap arus dapat dihubungkan namun pada hasil praktikum tidak. Pada pengukuran termistor sendiri, nilai hambatan langsung dikonversi menjadi nilai yang
dapat dibaca. Itulah sebabnya arus dan beda potensial tidak menunjukkan adanya perubahan suhu yang besar. Termokopel memiliki hasil paling baik diantara termometer lain. Termokopel terdiri dari 2 logam yang disatukan. Apabila ujung logam tersebut dipanaskan maka terjadi gradien suhu dan menghasilkan electro motive force (emf) sesuai dengan efek Seeback dan efek Peltier. Seiring bertambahnya suhu maka nilai electro motive force semakin tinggi dan begitu pula saat terjadinya pendinginan. Dengan prinsip yang sederhana, termokopel sangat mudah di konversikan. Elektro motive force akan diteruskan dan menghasilkan tegangan dan arus. Itulah alasan mengapa hasil pengukuran arus dan tegangan berbanding lurus dengan perubahan suhu.
VII.
KESIMPULAN Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa : Konversi temperature ke arus dan tegangan diukur menggunakan suatu sensor dan transduser yang dapat mengubah suatu besaran fisik atau kimia ke besaran listrik yaitu temperature measurement dan tester. Sensor dan transduser yang digunakan bekerja berdasarkan prinsip Termoelektris (efek Seeback, efek Thomson atau efek Peltier). Tegangan dan arus yang ditimbulkan berbanding lurus dengan suhu.
DAFTAR PUSTAKA
Lestari, Sutini Pujiastuti, 2014.Penuntun Praktikum Instrumentasi dan Pengukuran TI 131308.Palembang:POLSRI. Kartika, Dorie, 2014.Laporan Tetap Praktikum Instrumentasi dan Pengukuran Pengukuran Temperatur Efeek Seebeck (2), (online). (https://id.scribd.com/doc/239587958/TM2, diakses pada 10 November 2014). Wardhi, azharul, 2014. Pengukuran Temperatur Efeek Seebeck (2), (online). (https://id.scribd.com/doc/216585813/Laporan-tetapTM2, diakses tanggal 10 November 2014). Bocah,2009. Laporan Akhir Lab Konversi Tegangan dan Temperatur Kerja Kalor. (online). (http :// nulisnulisnulis. wordpress.com / 2009/07/01/ laporan-akhir-lab-konversi-tegangan-dan-temperaturkerja-kalor, diakses tanggal 10 November 2014). Nika,2012. elektronika dasar. (online). (http://elektronika - dasar. web.id/teori- elektronika/teori-sensor- dan-transduser-elektronika/, diakses tanggal 10 November 2014)
