Percobaan Sensor Suhu

PERCOBAAN SENSOR SUHU (THERMOCOUPLE) I.

Tujuan 1. Menget Mengetahu ahuii cara kerja kerja Ther Thermoc mocoup ouple le tipe tipe K 2. Untuk mengetahui mengetahui nilai nilai perbandi perbandingan ngan antara antara teganga tegangan n dengan dengan suhu suhu

II.

Dasar Teori Thermocoupel adalah sensor  suhu  suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu

dalam dalam benda benda menjadi menjadi peruba perubahan han tegang tegangan an listrik  listrik (volt (voltase). ase). Termoko Termokopel pel yang sederhana sederhana dapat dipasang dan memiliki jenis konektor standar yang sama serta dapat mengukur  temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup antara !2"" o# sampai 1$"" o# dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 %#. ! &rinsip Kerja Thermocouple adalah sebuah alat yang dibuat dari dua jenis ka'at dari logam yang  berbeda dan disatukan pada salah satu ujungnya. Ujung ini disebut dengan istilah junction end atau ujung sambungan dan dapat disebut juga ujung pengukuran (T2). *ua *ua ka'a ka'att terse tersebu butt diseb disebut ut therm thermoc ocou oupl plem emen entt yang yang meru merupa paka kan n kaki kaki!k !kak akii dari dari thermocouple. Keduanya dibedakan menjadi kaki positi+ dan kaki negati+. Kemudian ujung lain dari masing!masing ka'at disebut dengan tail end atau ujung ekor atau re+erence end (T1). ,uctio ,uction n end adalah adalah ujung ujung yang yang diguna digunakan kan untuk untuk menguk mengukur ur panas panas dari dari media media yang yang hendak diukur misalkan ruangan tungku atau oven dengan suhu 2"" o# sedangkan tail end adalah ujung yang disambungkan dengan rangkaian elektronika dan berada pada suhu ruang. Tail end mempunyai dua kutub untuk pengukuran yaitu positi+ dan negati+. T1 dan T2 adalah suhu masing!masing pada posisi tail end dan juction end. &erbedaan suhu antara T1 dan T2 tersebut dapat diukur pada kedua kutub positi+ dan negati+. negati+. -leh karena itu therocouple therocouple adalah termasuk temperature temperature voltage voltage tranducer. tranducer. Thermocouple adalah penghasil tegangan yang dapat diukur pada kedua kutub tail end dan yang terjadi akibit perbedaan suhu pada T1 dan T2. ,adi dapat diukur dengan voltmeter digital. esarnya tegangan keluaran pada thermocouple ditentukan dengan rumus / Vnet =Vh− Vc

Keterangan /

0net

 te tegangan ke keluaran th thermocouple

0h

 tegangan yang diukur pada suhu tinggi

0c

 tegangan re+erensi

Tegangan terlalu kecil sehingga harus diampli+y terlebih dahulu. elain itu nilai yang terbaca oleh voltmeter juga bukan merupakan ekspresi langsung dari temperature.

ebuah termokopel terdiri dari dua buah ka'at yang kedua ujungnya disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit voltage sebagai +ungsi dari suhu diketahui sebagai tegangan termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage yang ditemukan oleh Thomas eebeck pada 1321. 4ubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing!masing titik pertemuan dua buah ka'at adalah linear. 5alaupun begitu untuk   perubahan suhu yang sangat kecil tegangan pun akan terpengaruh secara linear atau dirumuskan sebagai berikut / ( National Instrument , Application Note 043)

dengan ΔV adalah perubahan tegangan S adalah koe+isien seebeck dan ΔT adalah  perubahan suhu. 6ilai S akan berubah dengan perubahan suhu yang berdampak pada nilai keluaran berupa tegangan termokopel tersebut dan nilai S akan bersi+at non!linear  di atas rentang tegangan dari termokopel tersebut.

7ra+ik suhu dan tegangan

*alam pengukuran tegangan pada thermocouple ada beberapa syarat yang harus terpenuhi agar tegangan yang didapat tidak nol. 8dapun syarat!syaratnya sebagai  berikut / 1. ,ika kedua ka'at atau thermocouple terbuat dari material yang sama sehingga menyebabkan tidak ada perbedaan suhu diantara kedua ujung ka'at. 2. uhu T1  T2 sehingga menyebabkan thermocouple tidak dapat mengukur suhu ruang kedua ujungnta ada pada temperatur yang relati+ sama yaitu berada pada suhu ruang. 4al ini tiba pada kondisi tidak mudahnya karena pada dasarnya temperature pada re+erence end atau tail end haruslah relati+ tetap. 4al yang tidak  mungkin tentunya sehingga ada istilah cold junction compensation untuk  !

mengkompensasi kondisi ini. ,enis Thermocouple Ketika memilih termokopel pertimbangan harus diberikan untuk kedua insulasi termokopel jenis dan konstruksi probe. emua ini akan memiliki e+ek pada akurasi

temperatur yang diukur dan keandalan dari bacaan temperatur. erikut ini merupakan  panduan subjekti+ untuk tipe!tipe termokopel. Ketika memilih jenis termokopel pastikan bah'a peralatan pengukur 8nda tidak  membatasi kisaran suhu yang dapat diukur. &erhatikan bah'a termokopel dengan sensitivitas rendah ( 9 dan ) memiliki resolusi yang lebih rendah. Tabel di ba'ah  batas operasi berguna untuk berbagai jenis termokopel yang dijelaskan secara lebih rinci.

Jenis K (Cro!e" # A"u!e")

,enis K adalah termokopel yang bisa digunakan untuk segala keperluan. 4arga murah dan karena popularitasnya tersedia dalam berbagai macam probe. Termokopel bisa digunakan di # !2"" % sampai 1.2"" % # jangkauan. ensitivitas adalah sekitar :1u0 ; % #. *ianjurkan menggunakan jenis K untuk segala keperluan kecuali ada alasan lain. Ti$e E (Cro!e" # Cons%an%an)

Tipe < memiliki output yang tinggi (=$u0 ; % #) yang membuatnya cocok untuk digunakan pada temperatur rendah (cryogenic). 8tau properti lain yang tidak mengijinkan penggunaan alat yang mengandung magnit. Ti$e J (Iron # Cons%an%an)

Keterbatasan rentang suhu (!:" sampai >?" % #) membuat tipe , kurang populer dibanding type K. &enggunaan utama adalah digunakan untuk peralat an lama yang tidak dapat menerima thermokopel @modernA . ,enis , tidak boleh digunakan di atas >=" % #  trans+ormasi magnetik mendadak akan menyebabkan kerusakan permanan  pada pengukuran.

Ti$e N (Ni&rosi" # Nisi")

stabilitas tinggi dan ketahanan terhadap oksidasi temperatur tinggi membuat tipe 6 cocok untuk pengukuran suhu tinggi tanpa biaya jenis platinum ( 9 ) . *irancang untuk perbaikan tipe K hal ini menjadi lebih populer. Thermocouple tipe  9 dan  semuanya memakai logam @muliaA dan menunjukkan karakteristik serupa. Mereka adalah yang paling stabil dari semua termokopel tetapi karena sensitivitas rendah (sekitar 1"u0;"#) mereka biasanya hanya digunakan untuk pengukuran temperatur tinggi (B C"" % #). o

Ti$e B (P"a%inu! # Ro'iu!)

#ocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1$"" % #. Tipe  tidak seperti  pada umumnya (karena bentuk suhu mereka ; kurva tegangan) memberikan output yang sama pada " % # dan :2 % #. 4al ini membuatnya tidak berguna di  ba'ah ?" % #. o

T$e R (P"a%inu! # Ro'iu!)

#ocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1="" % #. sensitivitas rendah (1"u0 ; % #) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok untuk penggunaan tujuan umum.. o

T$e S (P"a%inu! # Ro'iu!)

#ocok untuk pengukuran suhu tinggi hingga 1="" % #. sensitivitas rendah (1"u0;v#) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok untuk penggunaan tujuan umum. Karena stabilitas yang tinggi Tipe  digunakan sebagai standar kalibrasi untuk titik leleh emas (1"=::C % #). Termokopel diberi tanda dengan hurup besar yang mengindikasikan komposisinya  berdasar pada aturan American National Standard Institute (86D) seperti diba'ah ini Tabel i+at dari beberapa tipe termokopel pada 2?"#

/

III.

A"a% 'an Baan

 6o 1

6ama Thermocouple

,umlah 1

2

8mpli+ier Unit

1

C

Termometer

1

:

0oltmeter digital

1

?

Eilin

(bisa

juga

1

solder)

=

Korek api

1

Keterangan

>

Kabel

secukupny a

I.

Lan*+a Per&o,aan 1. 4ubungkan ampli+ier unit pada sumber tegangan 2. 4ubungkan masing!masing connector thermocouple pada ampli+ier pin 2 dan C (input

1"kF) hubungkan pada sisi -& 8M&EDGD<9  C. ,umper sisi input negati+ ampli+ier (pin =) pada pin $ ; 1""kF (apabila ingin :. ?. =. >.

menggunakan potensio hubungkan pada pin > ; ?"" kF) 4ubungkan probe voltmeter digital pada output dan ground ampi+ier  Eetakkan termometer pada thermocouple &anaskan ujung thermocouple dengan menggunakan lilin #ek suhu yang terkukur pada termometer dan baca tegangan yang terukur pada

voltmeter digital $. Masukkan data percobaan pada tabel .

Da%a Per&o,aan

 6o 1 2 C : ? = >

uhu (o#) C11 C?C C33 := :31 ??$ ="1

0out(m0) !1$ 2": 21$ 2C3 2:2 2?> 2>3

0in (m0) 1$ 2": 21$ 2C3 2:2 2?> 2>3

ensiti+itas (H0; o#) ?>$$ ?>>3 ?:=C ?13? :32$ :="? :=:2

 umus tegangan input V O=

− R3

 R1

V ¿

 umus sensitivitas sensitivitas =

I.

V ¿ T 

Per%anaan 1. #ari datasheet ; manual boook Thermocouple tipe , dan K  ,a'ab / terlampir  2. ebutkan perbedaan thermocouple tipe , dan K  ,a'ab / Tipe K (#hromel (6i!#r alloy) ; 8lumel (6i!8l alloy))Termokopel • untuk tujuan umum. Tipe ini banyak digunakan karena harganya murah peka dan  jangkauan temperatur yang luas Tersedia untuk rentang suhu I2"" %# hingga J12"" %#. tipe ini memiliki sensitivitas :"= H0;  o#

•

Tipe , (Dron ; #onstantan) 9entangnya terbatas (I:" hingga J>?" %#) membuatnya kurang populer dibanding tipe K. Tidak bisa digunakan lebih dari J>="# karena bisa rusak. ekarang jarang digunakan.Tipe , memiliki sensitivitas sekitar ?2 H0;%#.

erikut gambar 'arna kabel untuk jenis thermocouple.

II.

C. 7ambarkan gra+ik suhu dan tegangan dari data yang diperoleh (pada milimeter block) ,a'ab / Ana"isa 'an Kesi!$u"an

Ana"isa aat melakukan percobaan jika termometer diletakkan pada ujung thermocouple yang dekat

dengan sumber panas maka kenaikan suhu akan bergerak sangat cepat dan tegangan yang dibaca oleh voltmeter digital akan sangat besar. egitu juga sebaliknya jika thermometer  diletakkan agak jauh dengan sumber panas maka suhu akan naik secara perlahan dan tegangan yang diukur cenderung tidak stabil dan naik turun. Kesalahan pengukuran banyak  disebabkan oleh koneksi atau sambungan termokopel yang tidak benar mungkin karena kotor atau logam untuk mengaitkan sudah karatan. Karena Thermocouple terdiri dari dua ka'at yang berbeda yang harus benar cara menyambungnya. ila anda ingin menambah

 panjang thermocouple harus memakai jenis ka'at yang sama. Misalnya ka'at sebelumnya type K maka ka'at yang digunakan harus type K pula. Menggunakan ka'at jenis lain akan mengakibatkan pengukuran yang salah. Thermocouple akan menghasilkan polaritas  plus dan minus pemasangannya tidak boleh salah. Kesi!$u"an Untuk melakukan percobaan pastikan thermocouple sudah terkoneksi dengan benar dan

 pastikan thermocouple dalam keadaan bersih agar hasil pengukuran tidak terlampau jauh  berbeda dengan yang ada pada datasheet. *ari data yang diperoleh dari percobaan nilai tegangan output dan suhunya berbanding lurus. emakin suhunya naik maka nilai tegangannya juga iku naik 

LAMPIRAN