PENGGUNAAN TERMOKOPEL DALAM KALIBRASI CLIMATIC CHAMBER

(1)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 53

PENGGUNAAN TERMOKOPEL DALAM KALIBRASI CLIMATIC CHAMBER

THERMOCOUPLE USED IN CLIMATIC CHAMBER CALIBRATION

Arfan Sindhu Tistomo¹, Melati Azizka Fajria², Rachman Soleh², Dwi Larassati²

1Direktorat SNSU Termoelektrik dan Kimia, Badan Standardisasi Nasional, Gedung 420 PUSPIPTEK Setu, Tangerang Selatan 15314, Banten, Indonesia

2 Pusat Riset dan Pengembangan SDM, Badan Standardisasi Nasional, Gedung 435 PUSPIPTEK Setu, Tangerang Selatan 15314, Banten, Indonesia

E-mail : arfan@bsn.go.id

ABSTRAK

Penggunaan climatic chamber sebagai media kalibrasi untuk proses kalibrasi termohigrometer banyak digunakan oleh laboratorium kalibrasi di Indonesia. Kalibrasi climatic chamber dapat mengacu kepada dokumen acuan DKD-R 5-7 yaitu menggunakan 9 sensor suhu berupa Resistance Thermometer Devices (RTD) dan 1 sensor kelembapan berupa chilled mirror hygrometer. Makalah ini memaparkan kalibrasi cilimatic chamber berdasar acuan tersebut dengan mengganti sensor suhu dan kelembapan.Sensor suhu yang digunakan berupa termokopel tipe T dan sensor kelembapan berupa probe termohigrometer.Pemilihan termokopel sebagai sensor suhu mengacu pada kondisi di lapangan dimana termokopel masih banyak digunakan oleh laboratorium kalibrasi dalam pengukuran suhu.Titik uji metode dilakukan pada kelembapan relatif 90 %rh pada 25 °C dengan luas daerah kerja lebih kecil daripada volume totalnya yaitu sebesar 0,25 m × 0,24 m

× 0,4 m. Sebagai hasilnya, nilai inhomogenitas dan stabilitasnyaadalah sebesar 0,95 %rh dan 0,35 %rh. Nilai tersebut masih berada di dalam spesifikasi pabrik yaitu sebesar3,0%rh dan 2,5 %rh.

Kata kunci: climatic chamber, kalibrasi, termokopel, higrometer, ketertelusuran

ABSTRACT

The use of climatic chamber as a calibration medium for the thermohygrometer calibration process is widely used by calibration laboratories in Indonesia. Climatic chamber calibration may refer to the DKD-R 5-7 reference document using 9 temperature sensors in the form of Resistance Thermometer Devices (RTD) and 1 humidity sensor in the form of a chilled mirror hygrometer. This paper explained how to calibrate a climatic chamber based

(2)

54 | Instrumentasi, Vol. 44 No. 1, 2020

on the reference document but different in the use of both temperature and humidity sensors.

Thermocouple is used as the temperature sensor and probe thermohygrometer is as the humidity sensor. Thermocoupleis chosen because it is used in many calibration laboratories to take the data measurement of temperature. The measurement was carried out at relative humidity set point of 90%rh at 25 °Cusing working space smaller than its full volume around 0.25 m × 0.24 m × 0.4 m. The measurement result showed that the inhomogeneity and stability are 0.95 %rh and 0.35% rh, respectively. These values are within the factory specification, which is 3.0 %rh 2.5 %rh.

Kata kunci: climatic chamber, calibration, thermocouple, hygrometer, traceability

1. PENDAHULUAN

Climatic chamber merupakan sebuah alat yang memiliki ruangan dengan suhu dan kelembaban yang dapat dikontrol.

Climatic chamber dapat digunakan sebagai tempat penyimpanan, pengujian, media kalibrasi dan sebagainya. Climatic chamber digunakan sebagai tempat penyimpanan pada industri yang bergerak dibidang farmasi dan pangan, yaitu sebagai tempat penyimpanan obat maupun makanan untuk mempertahankan mutu.Climatic chamber digunakan sebagai alat pengujian salah satunya dapat diketahui dari dokumen internasional CEI/IEC 61215:2005 terkait dengan pengujian photovoltaic module (panel surya) yaitu untuk thermal cycling test dan humidity-freeze test (CEI/IEC, 2005).

Sementara itu, climatic chamber sebagai media kalibrasi digunakan oleh laboratorium kalibrasi untuk mengkalibrasi termohigrometer dan

termometer untuk pengukuran suhu udara dan kelembapan (Žužek & Pušnik, 2017;

van Geel, Bosma, van Wensveen, &

Peruzzi, 2015; Heinonen, et al., Comparison of Air Temperature Calibrations, 2014).

Pada penggunaannya, indikator suhu dan kelembapan climatic chamber harus tertelusur ke Sistem Internasional (SI) melalui kegiatan kalibrasi sebagai jaminan mutu produk atau jasa yang dihasilkannya. Ada beberapa dokumen internasional yang dapat diacu sebagai metode baku (DKD, 2004) (Engineers, 2003). Akan tetapi fasilitas yang digunakan di dalam contoh masing- masing dokumen sangat mahal yaitu menggunakan sensor suhu Pt-100 (Heinonen, et al., 2014) dan sensor kelembapan berupa dew point hygrometer(Bosma, Pouw, Schaik, &

Peruzzi, 2018) sehingga sedikit laboratorium kalibrasi di Indonesia yang dapat mengikuti skema tersebut. Sebagai

(3)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 55 gantinya, laboratorium kalibrasi banyak

menggunakan termokopel sebagai sensor suhu dan probe hygrometer sebagai sensor kelembapan relatif(Abdelaziz, 2017).

Dibandingkan dengan Pt-100, termokopel memiliki nilai keakurasian yang lebih rendah namun termokopel juga memiliki beberapa keunggulan diantaranya dapat digunakan pada rentang suhu yang lebih lebar(Pavlasek, Duris, & Palencar, 2015), dengan waktu respon yang lebih cepat serta harga yang relative lebih terjangkau dibanding dengan Pt-100(Lee, 2019).

Sebagai contoh, Enzike et all( Ezike, Alabi, Ossai, & Aina, 2018), menggunakan termokopel tipe K untuk pengukuran distribusi suhu dari chamber yang dibuat. Sensor termokopel yang dipilih adalah tipe T yang terbuat dari coppersebagai kawat (+) dan constantan yang terdiri dari (nickel - 45% copper) sebagai kawat (-) bukan termokopel yang umum digunakan seperti termokopel tipe K yang terbuat dari chromel (nickel - 10%chromium) sebagai kawat (+) vs Alumel (nickel - 5%aluminum and silicon) sebagai kawat (-) (C.Hagart- Alexander, 2010; Button, 2015).

Termokopel tipe T memiliki karakteristik dapat digunakan pada kondisi yang lembab, stabil dan dapat digunakan hingga 370 ˚C (untuk meminimalkan oksidasi pada elemen tembaga), sedangkan karakteristik dari termokopel

tipe K yaitu memiliki rentang suhu yang tinggi, termokopel ini dapat digunakan hingg suhu 1260 ˚C. Selain itu, pemilihan sensor termokopel tipe T sebagai alat ukur suhu dikarenakan pada kelas yang sama (base metal thermpcouple) tipe T memiliki toleransi yang lebih baik dibandingkan tipe K (White & Nicholas, 2001). Dari hasil penelitian yang dilakukan oleh Castanho, nilai inhomogenitas termokopel tipe T dan tipe K masing masing adalah 0,06% dan 0,23%(Castanho & Baldo, 2012), dimana nilai inhomogenitas tersebut berpengaruh terhadap hasil pengukuran (koreksi) (Jun

& Kochan, 2014) dan memberikan kontribusi terbesar dalam budget ketidakpastian kalibrasi termokopel (Abdelaziz & Edler, 2009). Hal tersebut yang menjadi pedoman untuk menggunakan terokopel tipe T dalam pengukuran suhu untuk penelitian ini.

Kondisi daerah kerja yang diterapkan di dalam studi ini adalah climatic chamber dalam keadaan kosong atau menggunakan unloaded /empty envorinmental calibration method (U method). Menurut Dona (2010), proses kalibrasi climatic chamber menggunakan metode tersebut memiliki beberapa kelebihan diantaranya biaya relative murah, selain itu tidak diperlukan penggantian sampel ketika proses kalibrasi berlangsung dan dapan mencakup keseluruhan daerah kerja.

(4)

Namun, efek pembebanan pada metode ini sulit diidentifikasi. Kondisi daerah kerja selama proses kalibrasi akan mempengaruhi nilai akibat efek pembebanan pada saat perhitungan ketidakpastian (Dona, 2010). Lochlainn et al (2015), dalam penelitiannya mendapatkan perbedaan hasil pada pengukuran suhu dan kelembapan dalam kalibrasi climatic chamber pada saat daerah kerja berada dalam kondisi kosong dan terisi yaitu sebesar 0,03 ℃ untuk pengukuran suhu dan 0,10 %rh untuk pengukuran kelembapan (Lochlainn, et al., 2015)

Makalah ini memberikan gambaran bagaimana proses kalibrasi climatic chamber hingga menganalisa data serta ketidakpastian pengukuran dengan menggunakan sensor suhu termokopel dan sensor kelembapan berupa probe termohigrometer secara detil berdasarkan DKD-R 5-7-2004. Tujuan penggunaan kedua sensor tersebut adalah menyesuaikan dengan kondisi dilapangan dimana termokopel banyak digunakan oleh laboratorium kalibrasi untuk pengukuran suhu. Dengan demikian, secara umum makalah ini dapat digunakan sebagai acuan oleh laboratorium kalibrasi dalam melakukan proses hingga analisa ketidakpastian kalibrasi climatic chamber.

2. TEORI DASAR

Menurut dokumen acuan DKD-R 5-7, di dalam mengkalibrasi climatic chamber dibutuhkan sensor suhu sebanyak 9 buah untuk volume di bawah 2000 l dan 15 buah untuk volume di atas 2000 l. Sensor suhu tersebut umumnya ditempatkan simetris dengan acuan berada di tengah.

Percobaan ini menggunakan 9 buah sensor termokopel, dengan posisi 1 termokopel berada di tengah dan 8 lainnya berada pada titik sudut climatic chamber.

Selain sensor suhu, digunakan termohigrometer untuk mengukur kelembapan relatif.Selama pengukuran diasumsikanabsolute humidity di dalam climatic chambermemiliki nilai yang seragam(DKD, 2004), sehingga dapat diasumsikan pula nilai suhu dew point di dalam climatic chamberjuga memiliki nilai yangsama. Oleh karena itu, maka dibutuhkan 1 buah termohigrometer yang ditempatkan di tengah.

2.1. Pengukuran Suhu

Koreksi indikator suhu climatic chamber dapat dimodelkan sebagai berikut:

∆ = − + +

+ + +

+

Dengan

= +

[1]

(5)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 57

= + + _,

Sebelum melakukan pengolahan data, terlebih dahulu masing-masing termokopel dikoreksi berdasarkan sertifikat kalibrasinya.

: data rata – rata penunjukan sensor (℃).

Didapat dengan merata-ratakan penunjukan 9 sensor termokopel selama periode 30 menit sebanyak minimal 30 pengulangan data

: koreksi dari penunjukan termokopel(℃).

Dikarenakan penunjukan termokpel dikoreksikan terlebih dahulu sebelum diolah, maka nilai koreksi ini adalah 0 °C dengan ketidakpastiannya berasal dari sertifikat kalibrasi yang nilainya dipilih yang paling besar diantara 9 sensor tersebut. Distribusi ketidakpastiannya adalah normal dengan k=2.

: koreksi dari perbedaan antara sertifikat kalibrasi sekarang dengan sebelumnya(℃).

Ketidakpastiannya diambil dari nilai drift terbesar dari 9 sensor termokopel dan terdistribusi kotak.

, : koreksi dari resolusi indikator pembacaan termokopel(℃).

Ketidakpastiannya mengikuti distribusi kotak.

: penunjukan suhu indicator climatic chamber yang didapat dari rata- rata pembacaan indikator tersebut selama 30 menit (℃).

: koreksi dari inhomogenitas suhu (℃).

Sesuai dengan CEI/IEC 60068-3-5 (IEC, 2001), bahwa inhomogenitas suhu atau variasi suhu dalam ruang adalah nilai rata rata suhu acuan dikurangi dengan nilai rata-rata suhu titik yang lainnya.

Ketidakpastiannya mengikuti distribusi kotak dengan persamaan matematika sebagai berikut:

( ) = 1

√3× − [2]

dimana

: suhu rata-rata penunjukan termokopel pada lokasi acuan (yang ada di tengah) (℃).

: suhu rata-rata penunjukan termokopel pada posisi i (℃).

: koreksi dari stabilitas suhu climatic chamber (℃).

Nilai ditunjukkan oleh termokopel acuan dalam periode 30 menit.

Ketidakpastiannya dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

( ) = 1

√3× − . [3]

dimana

(6)

: nilai suhu pembacaan termokopel acuan pada data ke- i (℃).

Pada perhitungan nilai , jika ada 30 data pengukuran termokopel acuan, maka ada 30 nilai ( ) dan yang terbesar yang diambil.

: koreksi dari radiasi panas dari dinding-dinding climatic chamber(℃).

Ketidakpastiannya dapat ditentukan dengan beberapa cara, salah satunya pada pengukuran pada rentang suhu 0 °C sampi 50 °C efek radiasi dapat diasumsikan memberikan kontribusi maksimum 0,3 K dengan mengikuti distribusi kotak (DKD, 2004). Sehingga perhitungan ketidakpastian karena efek radiasi dapat mengikuti persamaan berikut :

( ) =0,3

√3… … … [4]

: koreksi dari efek pembebanan(℃).

Dalam studi ini kondisi climatic chamber dalam keadaan kosong sehingga nilai ketidakpastiannya tidak diperhitungkan.

: koreksi dari resolusi pembacaan suhu indikator climatic chamber(℃).

Besar nilai ketidakpastiannya adalah 0,5 kali digit terkecilnya dan terdistribusi kotak.

: koreksi dari pengaruh lingkungan(℃).

Pada umumnya kalibrasi climatic chamber adalah kalibrasi di tempat (insitu) sehingga kondisi kalibrasi dengan kondisi operasionalnya relatif sama.

Dengan demikian pengaruh lingkungan ini tidak signifikan dan dapat diabaikan.

2.2 Pengukuran Kelembapan Relatif Koreksi indikator kelembapan relatif climatic chamber dapat dimodelkan sebagai berikut:

∆ℎ = ℎ − ℎ + ℎ +

ℎ + ℎ + ℎ + ℎ +

ℎ

Sebelum melakukan pengolahan data, terlebih dahulu termohigrometer dikoreksi berdasarkan sertifikat kalibrasinya. Untuk merubah titik suhu pada lokasi menjadi titik kelembapan relatif maka persamaan berikut digunakan (Hardy & Mutter, 1998):

ℎ = ⁽_{( )}⁾× 100 dimana

: suhu dew point yang dihitung dari penunjukan termohigrometer(℃).

: suhu chamber yang didapat dari penunjukkan setiap termokopel (℃).

………..[5]

………[6]

(7)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 59 ( ) : tekanan jenuh uap air yang dapat

dihitung dengan persamaan sebagai berikut

( ) = exp + . [7]

Nilai koefisien-koefisien persamaan 7 dapat dilihat di (J. Nielsen).Dalam studi ini, koefisien dari Bob Hardy digunakan.

ℎ dari persamaan [5] mengikuti persamaan berikut

ℎ = ℎ + ℎ

ℎ didapat dengan merata-ratakan penunjukan 9 titik suhu yang dirubah menjadi 9 titik kelembapan relatif selama periode 30 menit sebanyak minimal 30 pengulangan data.

ℎ = +

= +

= + _; + ℎ

= + +

ℎ = ℎ + ℎ + ℎ _,

ℎ _, : koreksi dari resolusi indikator pembacaan kelembapan relatif termohigrometer dan perhitungan ketidakpastiannya mengikuti distribusi kotak (%rh).

: koreksi dari dew point yang dihitung dari penunjukan suhu dan kelembapan relatif termohigrometer℃.

:koreksi suhu termohigrometer ℃.

: koreksi dari pengaruh suhu yang ditunjukkan oleh termokopel ℃.

ℎ : koreksi dari penunjukan kelembapan relatif termohigrometer (%rh).

Dikarenakan penunjukan termohigrometer dikoreksikan terlebih dahulu sebelum diolah, maka nilai koreksi ini adalah 0 °C dengan ketidakpastiannya berasal dari sertifikat kalibrasinya.

Distribusi ketidakpastiannya adalah normal dengan k=2.

ℎ : koreksi dari perbedaan antara sertifikat kalibrasi sekarang dengan sebelumnya (%rh). Ketidakpastian mengikuti distribusi kotak.

ℎ : koreksi dari inhomogeneitas kelembapan (%rh). Ketidakapastiannya diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut:

( ℎ ) =

√ × ℎ − ℎ

ℎ : koreksi dari stabilitas kelembapan (%rh). Ketidakapastiannya diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut:

( ℎ ) =

√ × ℎ − ℎ

dengan

ℎ : nilai kelembapan acuan pada data ke- i (%rh).

Sehingga jika ada 30 data pengukuran termokopel acuan, maka ada 30 nilai

…………....[8]

..[9]

..[10]

(8)

( ℎ ) dan yang terbesarlah yang diambil.Perhitungan ketidakpastian dari

( ℎ )mengikuti distribusi kotak.

ℎ : koreksi dari efek pembebanan (%rh).

Dalam studi ini kondisi climatic chamber dalam keadaan kosong sehingga nilai ketidakpastiannya tidak diperhitungkan.

ℎ : koreksi dari resolusi pembacaan kelembapan indikator climatic chamber(%rh). Besar ketidakpastian adalah 0,5 kali digit terkecilnya dan terdistribusi kotak.

ℎ : koreksi dari pengaruh lingkungan (%rh). Pada umumnya kalibrasi climatic chamber adalah kalibrasi di tempat (insitu) sehingga kondisi kalibrasi dengan kondisi operasionalnya relatif sama. Dengan demikian pengaruh lingkungan ini tidak signifikan dan dapat diabaikan.

3. METODE PENELITIAN

Pada percobaan ini, sebuah climatic chamber dengan merek ESPECdengan tipe PWL-2KP dikalibrasi. Resolusi untuk penunjukan suhu dan kelembapannya adalah 0,01 °C dan 0,01 %rh.Sensor suhu yang digunakan adalah 9 buah termokopel tipe T dengan indikator berupa thermometer readout Black Stack buatan Fluke.Sensor dan indikator tersebut

dikalibrasi secara satu kesatuan (termometer digital/ sensor suhu dengan indikator).Sedangkan sensor kelembaban yang digunakan adalah termohigrometer berbentuk probe buatanFluke Hart Scientific dengan tipe 2626-H.

Sesuai dengan dokumen acuan yang digunakan, delapan buah sensor suhu termokopel diletakkan di sudut yang menjadi area kerja dari climatic chamber.Sedangkan satu buah sensor diletakkan di tengah dari area kerja sebagai sensor acuan.Probe hygrometer yang digunakan sebagai sensor kelembapan diletakkan di tengah area kerja berdekatan dengan sensor suhu.Sensor kelembapan tersebut juga sebagai sensor acuan. Satu buah sensor kelembapan lainnya diletakkan pada titik sudut depan (nomor 2, dalam Gambar 1) yang berguna untuk menentukan perbedaan suhu dew point di dalam climatic chamber. Peletakan sensor suhu dan kelembapan ditunjukkan pada Gambar.1, dengan luasan area kerja yang dikalibrasi adalah 0,25 m x 0,24 m x 0,4 m.

Suhu pada climatic chamber dikalibrasi pada rentang 10~40˚C dengan tiitik ukur 10 ˚C , 25 ˚C , dan 40 ˚C . Selama proses kalibrasi suhu, kelembaban relatif di dalam climatic chamber tidak dikontrol.

Kalibrasi kelembaban untuk climatic

(9)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 61 chamber diukur pada rentang 40~90%rh.

Titik ukur 40 %rh, 70 %rh dan 90%rh dengan kondisi temperatur climatic chamber berada pada suhu 25 ˚C.Titik ukur tersebut disesuaikan dengan kebutuhan pengguna.

Proses pengambilan data suhu dilakukan secara otomatis dengan perangkat lunak data akusisi sementara pengambilan data termohigrometer dilakukan secara manual. Data yang diambil pada masing –

masing titik ukur sebanyak 30 data selama 30 menit(DKD, 2004; Mensah, Min, Choi, & Yoon, 2016).

Pada kalibrasi kelembaban, suhu yang terukur pada termokopel diubah menjadi kelembaban relatif menggunakan persamaan (6).Pada kalibrasi suhu dan kelembaban, perhitungan inhomogenitas spasial dihitung dari besarnya nilai deviasi maksimum dari sensor yang diletakkan di dalam climatic chamber. Sedangkan untuk ketidakstabilan temporal dari suatu climatic chamberdapat diukur dari variasi temporal suhu atau kelembaban relatif yang tercatat dari sensor acuan. Waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan ketidakstabilan temporal adalah

(10)

Tabel 1. Hasil pengukuran suhu termokopel terkoreksi

No Suhu pembacaan masing-masing termokopel (℃)

suhu indicator

(℃)

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 25,64 25,62 25,62 25,69 25,57 25,49 25,56 25,59 25,49 25,0 2 25,65 25,66 25,64 25,69 25,54 25,46 25,53 25,56 25,41 25,0 3 25,60 25,61 25,61 25,64 25,52 25,45 25,51 25,57 25,43 25,0 4 25,61 25,63 25,61 25,65 25,53 25,45 25,53 25,56 25,44 25,0 5 25,63 25,63 25,63 25,68 25,56 25,47 25,54 25,58 25,43 25,0 6 25,62 25,61 25,62 25,66 25,53 25,45 25,53 25,57 25,45 25,0 7 25,63 25,64 25,62 25,67 25,56 25,48 25,53 25,59 25,46 25,0 8 25,63 25,65 25,63 25,72 25,57 25,50 25,56 25,59 25,47 25,0 9 25,64 25,66 25,61 25,65 25,55 25,48 25,55 25,59 25,49 25,0 10 25,63 25,64 25,62 25,66 25,55 25,47 25,54 25,57 25,46 25,0 11 25,62 25,62 25,61 25,63 25,53 25,44 25,53 25,57 25,44 25,0 12 25,59 25,61 25,60 25,64 25,53 25,45 25,52 25,59 25,48 25,0 13 25,63 25,62 25,62 25,68 25,56 25,48 25,56 25,60 25,49 25,0 14 25,65 25,64 25,64 25,66 25,56 25,47 25,53 25,57 25,47 25,0 15 25,62 25,63 25,60 25,67 25,51 25,43 25,52 25,55 25,44 25,0 16 25,64 25,64 25,62 25,67 25,55 25,48 25,55 25,57 25,44 25,0 17 25,62 25,61 25,59 25,67 25,56 25,47 25,53 25,57 25,49 25,0 18 25,63 25,65 25,64 25,72 25,58 25,52 25,59 25,62 25,49 25,0 19 25,64 25,67 25,65 25,70 25,56 25,49 25,57 25,58 25,47 25,0 20 25,61 25,62 25,62 25,67 25,55 25,50 25,58 25,62 25,53 25,0 21 25,65 25,65 25,64 25,68 25,57 25,49 25,58 25,59 25,47 25,0 22 25,63 25,61 25,62 25,67 25,54 25,46 25,53 25,57 25,45 25,0 23 25,59 25,63 25,62 25,68 25,57 25,49 25,54 25,58 25,47 25,0 24 25,63 25,65 25,62 25,66 25,51 25,43 25,51 25,54 25,40 25,0 25 25,59 25,61 25,60 25,61 25,47 25,38 25,47 25,52 25,39 25,0 26 25,59 25,58 25,57 25,63 25,51 25,37 25,46 25,49 25,32 25,0 27 25,56 25,55 25,53 25,56 25,45 25,38 25,46 25,54 25,42 25,0 28 25,62 25,64 25,62 25,62 25,52 25,42 25,51 25,56 25,41 25,0 29 25,59 25,60 25,60 25,62 25,49 25,40 25,48 25,52 25,39 25,0 30 25,61 25,63 25,61 25,60 25,53 25,42 25,51 25,55 25,42 25,0

(11)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 63 pengambilan data selama periode waktu

kurang lebih 30 menit setelah stabil(DKD, 2004; Mensah, Min, Choi, & Yoon, 2016).

Gambar 1. Ilustrasi setup pengukuran suhu dan kelembapan

climatic chamber

4. HASIL DAN PEMBAHASAN a. Pengukuran Suhu

Hasil pengukuran suhu pada titik ukur 25

°C dan 90 %rh adalah seperti tampak pada Tabel 1.

Berdasarkan data tersebut, maka informasi yang kita butuhkan dapat ditentukan seperti tampak pada Tabel 2.

Sedangkan analisa ketidakpastian disajikan dalam Tabel 3.

Tabel 2.Analisa data.

posisi rata-rata (^oC)

stabilitas

(^oC) inhomogeneitas, ^oC 1 (acuan) 25,62

0,06

0,00

2 25,63 0,01

3 25,61 0,01

4 25,66 0,04

5 25,54 0,08

6 25,46 0,16

7 25,53 0,09

8 25,57 0,05

9 25,45 0,17

Tabel 3. Komponen ketidakpastian pada titik ukur 25 °C

Sumber

Ketidakpastian Simbol Distribu si

U

(°C) k u

(°C) Sertifikat Standar δTcal Normal 0,18 2,00 0,088

Drift Standar δTdrift Kotak 0,02 1,73 0,010 Dari pengukuran Tstd Normal 0,08 16,43 0,005 Linearitas Standar δTlin Normal 0,00 1,00 0,00

Resolusi δTres,std Kotak 0,01 1,73 0,003

Efek Radiasi δTradiation Kotak 0,30 1,73 0,17 Inhomogenitas δTInhom Kotak 0,17 1,73 0,10 Stabilitas δTinstab Kotak 0,06 1,73 0,035 Daya baca indikator δTres Normal 0,005 1,73 0,003 Stabilitas indikator Tind Normal 0,00 5,48 0,00

U adalah ketidakpastian gabungan, kadalah pembagi; u adalah ketidakpastian standard

(12)

Komponen sumber ketidakpastian berupa linearitas standardidapatkan dari koreksi kalibrasi standar suhu berupa termokopel.Nilai tesebut merupakan hasil interpolasi dari nilai koreksi kalibrasi masing-masing termokopel.Sedangan nilai stabilitas indikator didapatkan dari nilai kestabilan penunjukan indikator climatic chamber selama pengkuran berlangsung.Dari keseluruhan komponen ketidakpastian yang dijabarkan pada Tabel 3, didapatkan nilai ketidakpastian gabungan untuk kalibrasi suhu climatic chamberpada daerah kerja 0,25 m x 0,24 m x 0,40 m adalah U = 2 x 0,22 °C ≈ 0,44

°C.

Karaktertistik suatuclimatic chamber yang dikalibrasi dapat diketahui dari nilai inhomogenitas dan stabilitasnya.Mengacu pada Tabel 2, hasil pengukuran didapatkan nilai stabilitas dan inhomogenitas dari climatic chamber sebesar 0,17 °C dan 0,06 °C dengan daerah kerja yang dikalibrasi sebesar 0,024 m³ . Untuk melihat apakah metode yang digunakan memenuhi kebutuhan, maka perbandingan antara hasil pengukuran dengan spesifikasi climatic chamber dilakukan.

Bob Hardy (Hardy, 1998) memberikan gambaran bagaimana melakukan

perbandingan tersebut, yaitu dengan memperhitungkan komponen akurasi alat yang digunakan untuk menentukan inhomogenitasnya sesuai dengan persamaan berikut:

= + ( )

Besarnya nilai dari MaxDev didapatkan dari

±0,5 −

dimana nilai yang dihitung merupakan nilai maksimal dan nilai minimum dari rata-rata pengukuran suhu. Selisih nilai maksimum dan minimum tersebut dalam hal ini sama dengan inhomogenitas pengukuran.

( )adalah ketidakpastian akibat akurasi sensor suhu yang digunakan.

Ketidakpastian ini dihitung dari sertifikat standar, drift standar, pengukuran berulang standar, resolusi, serta kestabilan temporalnya.

Mengikuti perhitungan menggunakan persamaan 11, didapatkan nilai hasil perhitungan untuk nilai uniformity adalah 0,2 °C. Nilai tersebut masuk ke delam spesifikasi alat berdasarkan keluaran spesifikasi pabrik yaitu 0,5 °C. Dengan demikian, metode kalibrasi suhu dari climatic chamber menggunakan termokopel dapat diterapkan.

[11]

(13)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 65 b. Pengukuran Kelembapan

Besarnya nilai kelembapan pada setiap titik ukur didapatkan dari pengukuran suhu dengan menggunakan terrmokopel yang kemudian diubah menjadi nilai kelembapan dengan menggunakan persamaan (6).

Pada makalah ini, penulis menampilkan pengukuran kelembapan pada pada titik ukur 90 %rh selama 30 menit. Nilai kelembapan relatif yang terukur dari 9 buah sensor disajikan dalam table 4.

Tabel 4. Hasil pengukuran kelembapan climatic chamber

No

Pembacaan kelambapan pada masing-masing termokopel (%rh) Indikator Probe Thermohigrometer

1 2 3 4 5 6 7 8 9 Suhu

(˚C) %rh suhu

1 (˚C)

%rh 1

suhu 2 (˚C)

%rh 2

1 87,89 87,96 87,96 87,58 88,23 88,68 88,30 88,11 88,67 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,59 2 87,77 87,76 87,86 87,60 88,38 88,79 88,42 88,26 89,03 25,00 90 25,84 84,27 25,91 84,59 3 88,05 88,03 88,00 87,83 88,47 88,86 88,54 88,24 88,96 25,00 90 25,84 84,28 25,90 84,59 4 87,99 87,91 87,99 87,80 88,41 88,82 88,43 88,27 88,88 25,00 90 25,84 84,27 25,91 84,59 5 87,93 87,89 87,90 87,65 88,26 88,74 88,36 88,19 88,96 25,00 90 25,84 84,28 25,91 84,60 6 87,99 88,04 87,98 87,76 88,43 88,87 88,46 88,22 88,87 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,61 7 87,90 87,88 87,96 87,71 88,30 88,69 88,43 88,14 88,82 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,60 8 87,90 87,84 87,90 87,43 88,21 88,61 88,30 88,14 88,73 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,60 9 87,86 87,77 88,04 87,81 88,32 88,73 88,34 88,12 88,68 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,59 10 87,90 87,89 87,99 87,76 88,36 88,76 88,39 88,21 88,83 25,00 90 25,84 84,29 25,91 84,59 11 88,07 88,07 88,12 88,01 88,55 89,01 88,51 88,30 89,00 25,00 90 25,84 84,36 25,92 84,69 12 88,28 88,18 88,26 88,02 88,58 89,01 88,63 88,30 88,89 25,00 90 25,85 84,38 25,92 84,70 13 88,09 88,06 88,12 87,79 88,43 88,83 88,44 88,24 88,82 25,00 90 25,85 84,37 25,92 84,70 14 87,97 88,00 88,02 87,89 88,43 88,88 88,59 88,38 88,90 25,00 90 25,85 84,36 25,92 84,69 15 88,13 88,08 88,20 87,86 88,67 89,09 88,65 88,46 89,06 25,00 90 25,85 84,36 25,92 84,68 16 87,91 87,92 88,01 87,75 88,37 88,79 88,40 88,29 88,97 25,00 90 25,84 84,34 25,92 84,67 17 88,02 88,06 88,16 87,74 88,31 88,80 88,47 88,26 88,72 25,00 90 25,84 84,33 25,91 84,67 18 87,95 87,86 87,93 87,51 88,19 88,55 88,15 88,01 88,69 25,00 90 25,84 84,32 25,91 84,66 19 87,90 87,76 87,88 87,58 88,29 88,71 88,29 88,20 88,80 25,00 90 25,84 84,32 25,90 84,65 20 88,09 88,01 88,03 87,78 88,38 88,67 88,24 87,99 88,48 25,00 90 25,84 84,33 25,91 84,66 21 87,87 87,83 87,92 87,67 88,25 88,71 88,22 88,15 88,78 25,00 90 25,84 84,32 25,91 84,66 22 87,95 88,09 88,05 87,78 88,44 88,85 88,47 88,27 88,93 25,00 90 25,84 84,33 25,91 84,67 23 88,19 87,97 88,01 87,68 88,29 88,71 88,42 88,24 88,81 25,00 90 25,84 84,33 25,91 84,68 24 88,00 87,89 88,06 87,85 88,60 89,06 88,61 88,46 89,20 25,00 90 25,84 84,36 25,91 84,68 25 88,21 88,10 88,13 88,10 88,84 89,28 88,85 88,58 89,23 25,00 90 25,84 84,35 25,91 84,69 26 88,20 88,30 88,32 88,02 88,65 89,37 88,92 88,75 89,64 25,00 90 25,84 84,37 25,91 84,68 27 88,37 88,44 88,50 88,35 88,93 89,32 88,88 88,48 89,12 25,00 90 25,84 84,36 25,92 84,68 28 88,06 87,94 88,05 88,08 88,61 89,11 88,62 88,37 89,17 25,00 90 25,84 84,37 25,92 84,68 29 88,19 88,13 88,15 88,16 88,70 89,18 88,74 88,53 89,25 25,00 90 25,84 84,34 25,91 84,66 30 88,01 87,92 88,03 87,83 88,42 89,01 88,52 88,35 89,00 25,00 90 25,83 84,32 25,91 84,65

Tabel 4 merupakan hasil pengukuran kelembapan pada sembilan titik ukur di dalam chamber menggunakan termokopel. Dari data tersebut

kemudian didapatkan informasi nilai stabilitas dan inhomogenitas dari chamber yang dijabarkan pada table 5.

(14)

Tabel 5.Analisa data.

posisi rata-rata (%rh)

stabilitas (%rh)

inhomogeneitas, (%rh) 1

(acuan) 88,02

0,35

0,00

2 87,99 0,04

3 88,05 0,03

4 87,81 0,21

5 88,44 0,42

6 88,88 0,86

7 88,49 0,46

8 88,28 0,26

9 88,93 0,91

Data pada table 5 merupakan nilai stabilitas dan inhomogenitas dari chamber yang didapatkan. Komponen

ketikapastian pada kalibrasi chamber disusun sebagai berikut :

Tabel 6. Komponen ketidakpastian pada titik ukur 90%rh

Sumber

Ketidakpastian Simbol Distribusi U

(%rh) k u

(%rh) Sertifikat Standar δT_cal Normal 0,75 1 0,75

Dari pengukuran Tstd Normal 0,42 16,43 0,03 Resolusi δTres,std Kotak 0,01 1,73 0,003 Akurasi Sensor Suhu δT_akurasi Normal 0,50 1,00 0,50

Inhomogenitas δT_Inhom Kotak 0,91 1,73 0,52 Stabilitas δTinstab Kotak 0,35 1,73 0,20 Daya baca indikator δTres Normal 0,5 1,73 0,29 Stabilitas indikator T_ind Normal 0,00 5,48 0,00 kadalah pembagi; u adalah ketidakpastian standard

Besarnya ketidakpastian untuk kelembapan relatif pada kalibrasi climatic chamber adalah sebesar U = 2 x 1,1%rh ≈ 2,2 %rh.

Dari hasil pengukuran didapatkan besarnya nilai inhomogenitas dan stabilitas kelembapan relatif dari climatic chamber adalah sebesar 0,91%rh dan 0,35

%rh. Berdasarkan spesifikasi alat tersebut

(15)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 67 diketahui bahwa besarnya nilai

inhomogenitas dan stabilitas adalah 3,0%rh dan 2,5 %rh. Dengan memperhatikan akurasi sensor yang digunakan, yaitu penggunaan termokopel sebagai pengukur kelembapan maka dilakukan perhitungan koreksi dengan menggunakan persamaan (10) dan (11).

Dari hasil perhitungan tersebut didapatkan nilai inhomogenitas kelembapan relative untuk climatic chamber adalah sebesar 0,95 %rh. Perbandingan hasil yang diperoleh dengan spesifikasi alat bawaan dari pabrik untuk ini sementara menjadi kajian validasi metode yang paling memungkinkan. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa metode dan peralatan ukur yang digunakan, baik termokopel tipe T sebagai alat ukur suhu maupun probe hygrometer sebagai alat ukur kelembapan, masih dapat memberikan output nilai homogentas dan stabilitas climatic chamber yang sesuai dan berada dalam range spesifikasi alat.

Pada pengukuran, volume daerah kerja yang dikalibrasi lebih kecil dibandingkan dengan volume total dari chamber.

Memperkecil daerah kerja yang dikalibrasi bertujuan untuk mendapatkan nilai inhomogenitas dan stabilitas yang kecil, karena kedua nilai tersebut berperan dalam komponen ketidakpastian kalibrasi termohigrometer menggunakan media

climatic chamber. Dengan memperkecil volume daerah kerja dan didapatkan nilai stabilitas dan inhomogenitas chamber masih berada dalam spesifikasi alat sehingga diharapkan laboratorium dapat memberikan nilai CMC yang terbaik.

Selain itu pengurangan volume daerah kerja dilakukan dengan pertimbangan bahwa termokopel tipe T yang digunakan sebagai sensor suhu tidak memiliki pefroma sebaik Pt-100 atau RTD.

Sensor suhu yang digunakan pada kalibrasi climatic chamber ini adalah termokopel tipe T, dimana besarnya akurasi termokopel dibawah akurasi pt100.Digunakan termokopel sebagai sensor suhu dalam kalibrasi climatic chamber ini adalah karena minimnya pt100 yang dimiliki (9 buah sensor suhu).Namun, dari hasil pengukuran yang dilakukan nilai yang didapatkan dengan menggunakan termokopel type T ini sudah cukup untuk memenuhi nilai yang diinginkan. Hal tersebut dibuktikan dengan karakteristik climatic chamber yang didapatkan dari hasil pengukuran yaitu inhomogenitas dan stabilitas.Nilai inhomogenitas dan stabilitas yang didapatkan dengan pengukuran mengunakan termokopel masih berada dalam rentang spesifikasi dari alat.

Dengan demikian hasil kalibrasi yang diperoleh dengan menggunakan sensor

(16)

suhu berupa termokopel dapat digunakan untuk proses kalibrasi climatic chamber.

Untuk pengetahuan lebih lanjut dapat dilakukan pengukuran menggunakan keseluruhan ruangan chamber dan apabila peralatan memadai, maka sensor termokopel dapat diganti dengan menggunakan Pt 100. Hasil yang didapatkan dapat dibandingkan sebagai referensi laboratorium dalam proses kalibrasi selanjutnya. Selain itu untuk validasi lebih mendalam terhadap metode ini pada penelitian selanjutnya, dapat dilakukan validasi sesuai rekomendasi 17025 seperti uji banding antar laboratorium kalibrasi (UBLK) maupun validasi dengan metode baku lainnya.

5. KESIMPULAN

Kalibrasi climatic chamber yang dilakukan dengan menggunakan termokopel tipe T dan probe termohigrometer terbukti dapat memenuhi kebutuhan laboratorium sebagai peralatan standar kalibrasi climatic chamber yang dibuktikan dengan nilai inhomogenitas yang masih di dalam spesifikasi pabriknya.

Hal yang perlu diperhatikan adalah ruang kerja (working space) yang dikalibrasi memiliki volume yang lebih kecil daripada volume ruang seluruhnya.Hal ini dilakukan dengan pertimbangan bahwa

termokopel tipe T tidak sebaik Pt-100 atau RTD.Sehingga diperlukan penelitian lanjutan guna mengetahui sejauh mana metode ini dapat diterapkan yang terkait dengan volume ruang kerja.

Diharapkan hasil yang didapatkan dari kalibrasi climatic chamber ini dapat menjadi acuan bagi laboratorium kalibrasi lainnya yang menggunakan climatic chamber sehingga dapat mengkalibrasi dan mengkarakterisasi peralatan mereka secara mandiri. Selain itu laboratorium dapat menyesuaikan kebutuhan dengan mengatur daerah kerja yang akan digunakan.

6. UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih kepada Direktorat SNSU – BSN, khususnya pada Subdirektorat SNSU Suhu untuk dukungan fasilitas peralatan laboratorium hingga data untuk tulisan ini dapat diperoleh. Selain itu kepada Bapak Effendi dalam kerjasamanya membantu mengumpulkan data kalibrasi climatic chamber sehingga tulisan ini dapat diselesaikan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

Ezike, S. C., Alabi, A. B., Ossai, A. N., &

Aina, A. O. (2018). A Low-Cost Temperature-Controlled Chamber.

MDPI.

Abdelaziz, Y. A. (2017). Low Cost

Humidity/Temperature Calibration

(17)

Penggunaan Termokopel Dalam… | 69 System. Journal of Scientific and

Engineering Research, 305-311 . Abdelaziz, Y. A., & Edler, F. (2009). A

Method for Evaluation of the Inhomogeneity of

Thermoelements. Measurement Science and Technology.

Bosma, R., Pouw, R., Schaik, v. W., &

Peruzzi, A. (2018). Climatic chamber for dew-point up to 150 C. Metrologia, 597–608.

Button, V. L. (2015). Temperature Transducers. In V. L. Button, Principles of Measurement and Transduction of Biomedical Variables (pp. 101-154). London:

Academic Press.

C.Hagart-Alexander. (2010). Temperature Measurement. In W. Boyes, Instrumentation Reference - Fourth Edition (pp. 269-326).

Burlington: Butterworth- Heinemann.

Castanho, M. A., & Baldo, C. R. (2012).

A Study of Inhomogeneities of Thermocouples and Its

Contribution to The Calibration Uncertainty Calculus. IMEKO (pp.

408-411). Busan: IMEKO.

CEI/IEC. (2005). INTERNATIONAL STANDARD CEI/IEC 61215 Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) module - Design qualification and type approval.

DKD. (2004). Guideline DKD-R 5-7 Caliration of CLimatic Chambers.

Accredited Body of the Deutscher Kalibrierdienst (DKD).

Dona, M. L. (2010). Methods of

Calibration and Characterization of Temperature Controlled Environments. Scientific Bulletin- University Politehnica of

Bucharest, pp. 197-210.

Engineers, T. S. (2003). A GUIDE TO CALCULATING THE

UNCERTAINTY OF THE PERFORMANCE OF

ENVIRONMENTAL CHAMBERS.

The Society of Environmental Engineers.

Hardy, B. (1998). Chamber Temperature Uniformity Analysis of the

Thunder Sceintific Model 2500 Two-Pressure Humidity

Generator. Thunder Scientific Corporation .

Hardy, B., & Mutter, D. (1998). Relative Humidity Undertainty Analysis using Dew/Frost Point

Measurements. RH System.

Heinonen, M., Anagnostou, M., Bartolo, J., & Bell. (n.d.). Comparison of Air Temperature Calibration, Final Report. Retrieved from EURAMET:

https://www.euramet.org/Media/d ocs/projects/EURAMET-

P1061_THERM_Final_Report_v4 _MH111113.pdf

Heinonen, M., Anagnostou, M., Bartolo, J., Bell, S., Benyon, R., &

Bergerud, R. (2014). Comparison of Air Temperature Calibrations.

Int J Thermophys 35, 1251-1272.

IEC. (2001). INTERNATIONAL

STANDARD CEI/IEC 600068-3-5 Supporting Documentation and Guidance-Confirmation of the P erformance of Temperature Chamber.

J, N., Lovell-Smith, J., De Groot, M., &

Bell, S. (2005). Uncertainty in The Generation of Humidty. Retrieved December 2018, from lmk.fe.uni- lj.si/euromet_t/CCT03-20.pdf Jun, S., & Kochan, O. (2014).

Investigation of Thermocouple Drift Irregularity Impact on Error of Their Inhomogeneity

Correction. Measurement Science, 29-34.

Lee, H. L. (2019). Advantages and Disadvantages of Using

Thermocouples. Retrieved from SCIENCING:

https://sciencing.com/thermistors- work-4709009.html

(18)

Lochlainn, D. M., White, M., Wetttstein, S., Farley, R., Aicken, C., & Gee, R. (2015). A Comparison of Climatic Chamber Hygrothermal Characterization Techniques ad Described in IEC60068.

International Journal of Thermophysics, 2199-2214.

Mensah, K., Min, Y. B., Choi, J. M., &

Yoon, S. B. (2016). Study on the Performance of a Temperature and Humidity Chamber. Hanbat National University.

Pavlasek, P., Duris, S., & Palencar, R.

(2015). Base Metal Thermocouple Drift Rate Dependence From Thermoelement Diameter.

IMEKO. Madeira: IOP Publishing.

van Geel, J. W., Bosma, R., van Wensveen, J., & Peruzzi, A.

(2015). Thermistor Used in Climatic Chamber at High Temperature and Humidity.

International Journal Of Thermophysics, 569-576.

White, & Nicholas, J. V. (2001).

Traceable Temperature. Jhon Wiley & Sons Ltd.

Žužek, V., & Pušnik, I. (2017).

Calibration of Air Thermometers in a Climatic Chamber and Liquid Baths. International Journal of Thermophysics , 38:100.