PPT Termokopel Kelompok 11

(1)

TERMOKOPEL TERMOKOPEL



KELOMPOK 11 KELOMPOK 11



1. YOGI NOVINDRA 1. YOGI NOVINDRA



2. MUHAMMAD RIZWANDI 2. MUHAMMAD RIZWANDI

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

(2)

TERMOKOPEL TERMOKOPEL Pendahuluan

Pendahuluan

Pada tahun 1821, Ilmuwan Jerman Pada tahun 1821, Ilmuwan Jerman bernama Thomas Johann Seebeck bernama Thomas Johann Seebeck

melakukan percobaan sebagai berikut:

Rangkaian Tertutup kawat A dan BRangkaian Tertutup kawat A dan B

A

B

E A

(3)

Seebeck mendeteksi adanya tegangan Seebeck mendeteksi adanya tegangan

pada rangkaian tertutup pada kawat pada rangkaian tertutup pada kawat tembaga (A) dan Bismuth (B) apabila tembaga (A) dan Bismuth (B) apabila

salah satu sambungan kawat salah satu sambungan kawat

dipanaskan.

Apabila sambungan tersebut didinginkan, Apabila sambungan tersebut didinginkan,

terdeteksi adanya perubahan polaritas terdeteksi adanya perubahan polaritas

tegangan. Rangkaian ini kemudian di kenal tegangan. Rangkaian ini kemudian di kenal

dengan nama termokopel, yang merupakan dengan nama termokopel, yang merupakan

kependekan

kependekan thermo-electric couple. thermo-electric couple.

(4)

Termokopel merupakan salah satu sensor besaran Termokopel merupakan salah satu sensor besaran suhu yang terdiri dari sepasang kawat yang

suhu yang terdiri dari sepasang kawat yang terbuat dari bahan yang berbeda.

terbuat dari bahan yang berbeda.

Kedua kawat tersebut disambung pada salah satu Kedua kawat tersebut disambung pada salah satu ujungnya sementara ujung yang lain disambungkan ujungnya sementara ujung yang lain disambungkan ke alat ukur tegangan melalui kawat tembaga

ke alat ukur tegangan melalui kawat tembaga

Ti A CuTi A Cu

B CuB Cu

Voltmeter

Measuring Junction Reference Junction

(5)

Perbandingan antara termometer tahanan dgn termokopel Perbandingan antara termometer tahanan dgn termokopel

Parameter Termometer Tahanan Termokopel

Akurasi/Ketidakpastian Lebih Akurat Kurang Akurat

Rentang Ukur Lebih Sempit Lebih Luas

Stabilitas Bagus Sedang

Harga Lebih Mahal Lebih Murah

Sensor Stem Ujung/sambungan

Respon Lebih Lambat Lebih Cepat

Ukuran Lebih Besar Sangat Kecil

Titik Acuan Tidak diperlukan Diperlukan

Efek Getaran Kurang Tahan Lebih Tahan

Efek Self Heating Ada Tidak Ada

Kawat Sambungan Kawat Tembaga Kawat termokopel sampai dengan sambungan acuan

Kekuatan Lebih Lemah Lebih Kuat

Luaran Tahanan Tegangan

Pt-100 : 0,4 ζ/°C Base Metal : 40 μV/°C Pt-25 : 0,1 ζ/°C Noble Metal : 10 μV/°C

(6)

Gejala Seebeck Gejala Seebeck

Konduksi panas Konduksi panas

Apabila seutas kawat dipanaskan pada Apabila seutas kawat dipanaskan pada

satu ujungnya, panas akan mengalir satu ujungnya, panas akan mengalir

dari ujung yang dipanaskan menuju dari ujung yang dipanaskan menuju

yang lebih dingin.

Aliran panas ini terjadi dengan dua Aliran panas ini terjadi dengan dua

Proses.

o

Tumbukan antar elektron Tumbukan antar elektron

o

Aliran panas melalui awan elektron Aliran panas melalui awan elektron

(7)

Medan listrik yang terjadi karena Medan listrik yang terjadi karena

adanya gradien suhu disebut gejala adanya gradien suhu disebut gejala

Seebeck.

T1 T2T1 T2

Sumber Panas Sumber Panas Proses terjadinya gejala SeebeckProses terjadinya gejala Seebeck

Awan elektron bergerak ke sambungan dingin Menyebabkan polarisasi dan timbulnya medan listrik

(8)

Tegangan Seebeck sebuah kawat Logam Tegangan Seebeck sebuah kawat Logam Medan listrik, E, yang terjadi berbanding Medan listrik, E, yang terjadi berbanding lurus dengan gradien suhu kawat, ∂T/∂x, lurus dengan gradien suhu kawat, ∂T/∂x,

sehingga, sehingga,

E = S(x, T)∂T/∂x E = S(x, T)∂T/∂x

Dimana S(x,T) adalah koefisien Seebeck Dimana S(x,T) adalah koefisien Seebeck

Diketahui beda potensial antara kedua Diketahui beda potensial antara kedua

ujung logam E= ∂V/∂x, shg ujung logam E= ∂V/∂x, shg

∂

∂ V = S(x,T)∂T V = S(x,T)∂T

(9)

Untuk logam homogen, S merupakan fungsi dari T saja;

S S

= S(T). Sehingga, tegangan Seebeck adalah

εε= ∫Sa(T)dT= ∫Sa(T)dT

Tegangan Seebeck termokopel Untuk sebuah Tegangan Seebeck termokopel Untuk sebuah

termokopel, termokopel,

tegangan Seebeck dapat dihitung sebagai berikut : tegangan Seebeck dapat dihitung sebagai berikut :

t2 t1 t3 VABt2 t1 t3 VAB

CuCu

εεAA

Perhitungan tegangan Seebeck termokopel

(10)

V = V = εε^A^A – – εε^B^B^{= ∫[S}^{= ∫[S}^{A –}^{A –}^S^S^B^B^{] dT}^{] dT} V = a

V = a¹¹(t(t22-t-t11) + a) + a22(t(t22²-t²-t11²)+….a²)+….ann(t(t22²-t²-t11²)²) Bila t

Bila t¹¹=0, V=a=0, V=a¹¹tt^{2 -}^{2 -}aa²²tt²²² +a² +aⁿⁿtt²²

Nilai tegangan listrik yang dihasilkan Nilai tegangan listrik yang dihasilkan

termokopel tidak bergantung pada termokopel tidak bergantung pada

panjang kawat atau diameternya, tetapi panjang kawat atau diameternya, tetapi

bergantung pada bahan dan beda bergantung pada bahan dan beda

suhu antar sambungan ukur (t1) dan suhu antar sambungan ukur (t1) dan

sambungan acuan (t2) sambungan acuan (t2)

(11)

Tipe-tipe Termokopel yang popular*

Tipe Jenis Bahan

Kaki Positif Kaki Negatif

B Paduan Platina-30% Rhodium Platina E Paduan Nickel-Chromium

(Chromel)

Paduan Tembaga-Nickel

J Besi Paduan Tembaga-Nickel

K Paduan Nickel-Chromium (Chromel)

Paduan Nikel-Aluminium

N Nicrosil Nisil

R Paduan Platina-13% Rhodium Platina

S Paduan Platina-10% Platina

T Tembaga Paduan Tembaga- Nikel

(12)

Batas Maksimum Suhu (

Batas Maksimum Suhu (°C)*°C)*

Tipe Diameter

Kawat

3.25 1.53 0.81 0.51 0.33

B - - - 1705 -

E 871 649 538 427 427

J 760 593 482 371 371

K 1260 1093 982 871 871

R - - - 1482 -

S - - - 1482 -

T - 371 260 204 204

(13)

Kode Warna termokopel dgn isolasi duplex*

Warna Bungkus

Tipe Kaki positif Kaki negatif Warna Bungkus Keseluruhan

E Ungu Merah Coklat

J Putih Merah Coklat

K Kuning Merah Coklat

T Biru Merah Coklat

R (Hitam) (Merah) (Coklat)

S (Hitam) (Merah) (Coklat)

(14)

Penentuan koefisien Seebeck dari Penentuan koefisien Seebeck dari

tabel acuan tabel acuan

Dapat dilihat pada tabel 5, untuk Dapat dilihat pada tabel 5, untuk

termokopel tipe S pada suhu 100˚C, termokopel tipe S pada suhu 100˚C,

Apabila suhu naik 1˚C, tegangan naik Apabila suhu naik 1˚C, tegangan naik

sebesar 7

sebesar 7 μ μ V. Pada suhu 0˚C, V. Pada suhu 0˚C,

koefisien Seebeck termokopel sebesar

5 5 μ μ V/˚C. V/˚C.

(15)

Contoh penggunaan tabel acuan Contoh penggunaan tabel acuan

Sebuah termokopel tipe S dipakai untuk Sebuah termokopel tipe S dipakai untuk

mengukur sebuah oven. Suhu sambungan mengukur sebuah oven. Suhu sambungan

acuan adalah 0˚C dan tegangan outputnya acuan adalah 0˚C dan tegangan outputnya

diukur dengan digital voltmeter (DVM) yg diukur dengan digital voltmeter (DVM) yg

impedansi inputnya sangat tinggi. Bila impedansi inputnya sangat tinggi. Bila

penunjukkan DVM = 0.715 mV, berapakah penunjukkan DVM = 0.715 mV, berapakah

suhu minyak silikon tersebut?

(16)

Solusi Solusi

Dari tabel termokopel

Dari tabel termokopel tipe S (tabel 5) dapat dilihat tipe S (tabel 5) dapat dilihat bahwa nilai tegangan yang paling mendekati

bahwa nilai tegangan yang paling mendekati adalah:

adalah:

Va = 0.713 mV ta = 109˚C Va = 0.713 mV ta = 109˚C Vb = 0.720 mV tb = 110˚C Vb = 0.720 mV tb = 110˚C Vx = 0.715 mV antara ta & tb Vx = 0.715 mV antara ta & tb

Contoh Pengukuran dgn sambungan acuan Contoh Pengukuran dgn sambungan acuan 0˚C0˚C

DVM Vb

Vx

t^a t^x t^b Va

Cu

Cu Vx

t^x

t¹=0°

(17)

Harga tx yang sebenarnya dapat dicari dengan Harga tx yang sebenarnya dapat dicari dengan

cara interpolasi dgn asumsi bahwa untuk cara interpolasi dgn asumsi bahwa untuk

interval suhu 1˚C hubungan antara V dan t interval suhu 1˚C hubungan antara V dan t

adalah linear. Dari grafik gambar 5 dpt adalah linear. Dari grafik gambar 5 dpt

dituliskan persamaan Sbg:

tx - tatx - ta = = Vx - VaVx - Va tx - tx Vb - Vatx - tx Vb - Va

Jadi, Jadi,

tx = ta +(tb - ta)x tx = ta +(tb - ta)x Vx - VaVx - Va

Vb - VaVb - Va

= 109 +(1)x = 109 +(1)x 0.715 - 0.7130.715 - 0.713

0.720 - 0.7130.720 - 0.713

= 109,29˚C = 109,29˚C

(18)

Penggunaan tabel acuan apabila ≠0˚C Penggunaan tabel acuan apabila ≠0˚C

Persamannya:

Perhitungan menjadi salah apabila tegangan Perhitungan menjadi salah apabila tegangan

terukur di konversi menggunakan tabel terukur di konversi menggunakan tabel

acuan kemudian baru ditambahkan suhu acuan kemudian baru ditambahkan suhu

acuan (t

acuan (trefref) pada hasil konversi tersebut.) pada hasil konversi tersebut.



^



^



T T

tref

dT T

S dT

T S dT

T S

0 0

) ( )

( )

(

) 0 , ( )

, ( )

0 ,

(T V T ref V ref

V  

(19)

Misalnya apabila pd contoh sebelumnya Misalnya apabila pd contoh sebelumnya

(gambar (gambar

5), sambungan 5), sambungan

Acuan adalah 20˚C.

VV^(ref,0)^(ref,0)=tegangan dari suhu 20˚C ke=tegangan dari suhu 20˚C ke

suhu 0˚C, dari tabel 5 di dapatkansuhu 0˚C, dari tabel 5 di dapatkan

0,113 mV0,113 mV

VV(T,ref)(T,ref)=tegangan yg ditunjukkan DVM, =tegangan yg ditunjukkan DVM,

yaitu 0,715 mVyaitu 0,715 mV Sehingga V

Sehingga V(T,0)(T,0)=0,715+0,113 = 0,828 mV=0,715+0,113 = 0,828 mV

(20)

Kalibrasi Termokopel Kalibrasi Termokopel

Kalibrasi termokopel dapat dilakukan Kalibrasi termokopel dapat dilakukan

dengan 2 cara : dengan 2 cara :



Metode fixed point Metode fixed point

Menggunakan titik-titik tetap ITS-90 Menggunakan titik-titik tetap ITS-90 sebagai standar sebagai standar

Keuntungan: akurasi yang tinggi Keuntungan: akurasi yang tinggi



Metode perbandingan relatif Metode perbandingan relatif

Memungkinkan untuk dilakukannya Memungkinkan untuk dilakukannya

otomatisasi proses kalibrasi otomatisasi proses kalibrasi

(21)

Metode Perbandingan Metode Perbandingan

Termometer standar yg digunakan adalah Termometer standar yg digunakan adalah

standar tipe S dan termokopel yang standar tipe S dan termokopel yang dikalibrasi adalah termokopel tipe K.

dikalibrasi adalah termokopel tipe K.

Media kalibrasi (

Media kalibrasi (furnacefurnace) yg digunakan) yg digunakan harus diketahui keseragaman

harus diketahui keseragaman

suhunya. Pengaruh ketidakseragaman suhunya. Pengaruh ketidakseragaman

Suhu media dapat dikurangi dgn Suhu media dapat dikurangi dgn

meletakkan kedua termokopel sedekat meletakkan kedua termokopel sedekat

mungkin mungkin

(22)

Dalam memilih DVM utk membaca luaran termokopel Dalam memilih DVM utk membaca luaran termokopel

perlu perlu

diingat bahwa termokopel mempunyai sensitifitas diingat bahwa termokopel mempunyai sensitifitas (koefisien Seebeck) antara 5

(koefisien Seebeck) antara 5 μV~40 μV~40 μμV, bergantung V, bergantung padapada

tipe termokopel dan suhu yg diukur. Gambar dibawah tipe termokopel dan suhu yg diukur. Gambar dibawah

iniini

memperlihatkan set up kalibrasi termokopel dgn memperlihatkan set up kalibrasi termokopel dgn

metode metode

perbandingan perbandingan

Switch DVM

Termokopel yg dikalibrasi furnace

Titik es

(23)

TERIMA KASIH