Definisi dan Cara Kerja Thermocouple

Thermocouple adalah perangkat yang digunakan untuk melakukan pengukuran suhu. Salah satu keunggulan utama dari perangkat ini adalah dapat digunakan untuk berbagai macam pengukuran suhu, kita dapat menggunakan perangkat ini untuk mengukur suhu nol derajat hingga ribuan derajat Celcius. Termokopel banyak digunakan dalam banyak aplikasi industri, mereka terdiri dari dua kabel dan mereka akan bergabung untuk membentuk dua persimpangan. Ini adalah metode pengukuran suhu yang paling banyak digunakan dengan sinyal keluaran listrik.

Definisi Thermocouple

Thermocouple adalah sensor untuk mengukur suhu. Sensor ini terdiri dari dua kawat logam yang berbeda, disambungkan pada satu ujung, dan dihubungkan ke termometer termokopel atau perangkat berkemampuan termokopel lainnya pada ujung yang lain. Jika dikonfigurasi dengan benar, termokopel dapat memberikan pengukuran suhu pada rentang suhu yang luas.

Termokopel dikenal karena keserbagunaannya sebagai sensor suhu sehingga biasa digunakan pada berbagai aplikasi – mulai dari termokopel penggunaan industri hingga termokopel biasa yang ditemukan pada utilitas dan peralatan biasa. Karena berbagai macam model dan spesifikasi teknisnya, sangat penting untuk memahami struktur dasarnya, cara kerjanya, jangkauannya untuk menentukan dengan lebih baik jenis dan bahan termokopel yang tepat untuk aplikasi Anda.

Baca Juga : Prinsip Kerja Penganalisis Gas Buang Inframerah

Bagaimana Thermocouple dirancang?

Thermocouple dirancang dengan menggunakan dua bahan yang berbeda, tidak ada barang elektronik di dalamnya. Perangkat ini dibuat dengan mengelas dua kabel logam.

Rancangan Thermocouple

Kebanyakan logam yang digunakan adalah besi dan tembaga. Kabel akan disambung untuk membentuk dua persimpangan dan akan menciptakan gaya gerak listrik kecil ketika ada perbedaan suhu di antara keduanya. Kabel termokopel disebut kabel instrumentasi karena sebagian besar digunakan untuk pengukuran suhu proses.

Baca Juga : Prinsip Kerja Mechanical Vibration Switch

Cara Kerja Thermocouple

Prinsip kerja thermocouple didasarkan pada tiga efek yaitu :

Seebeck effect

Dalam efek ini, dikatakan bahwa jika dua logam yang berbeda dihubungkan bersama pada dua persimpangan maka gaya gerak listrik akan dihasilkan pada dua persimpangan tersebut. EMF yang dihasilkan ini akan berbeda untuk kombinasi logam yang berbeda.

Peltier Effect

Dalam efek ini, dinyatakan bahwa ketika dua logam yang berbeda disatukan, maka akan membentuk dua persimpangan. Kemudian EMF akan dihasilkan karena suhu yang berbeda dari perangkat logam.

Thomson effect

Dalam efek ini, dinyatakan bahwa jika dua logam yang berbeda disatukan yang membentuk dua persimpangan, maka akan ada potensi di seluruh rangkaian karena gradien suhu seluruh rangkaian.

Cara kerja thermocouple dan cara pembacaannya

Salah satu sambungan logam pada termokopel akan dihubungkan ke badan benda yang akan diukur dan disebut sambungan panas atau sambungan pengukur.

Cara kerja thermocouple dan cara pembacaannya

Sambungan lainnya akan dihubungkan ke benda yang suhunya sudah diketahui dan ini disebut sambungan dingin atau sambungan referensi. Jadi termokopel akan melakukan pengukuran suhu benda yang tidak diketahui dengan mengacu pada suhu benda yang diketahui. Untuk menentukan suhu pengukuran, output dari rangkaian termokopel harus dikalibrasi terhadap suhu yang tidak diketahui. Jadi, sinyal keluaran dari termokopel akan memberikan nilai suhu yang tidak diketahui. Sinyal keluaran ini sebagian besar akan diukur dengan menggunakan potensiometer atau galvanometer.

Output Signal Thermocouple

Kita harus mempertimbangkan saat memilih logam untuk membuat termokopel. Jika kedua sambungan termokopel memiliki suhu yang sama maka GGL yang dihasilkan akan sama dan berlawanan dan karena itu, arus total akan menjadi nol. Jadi dalam termokopel, kita harus mempertahankan suhu yang berbeda untuk logam sehingga EMF yang dihasilkan tidak akan sama dan arusnya tidak akan nol. Total EMF dalam termokopel bergantung pada logam yang digunakan.

Jenis sistem suhu acuan yang digunakan dalam thermocouple

  • Ice baths
  • Electronically controlled references
  • Zone boxes
Percobaan Pada Tiga Faktor Diatas

Pada gambar di atas, penangas es digunakan untuk kompensasi persimpangan dingin karena akan memberikan suhu konstan atau suhu yang diketahui. Persimpangan panas adalah pengukuran suhu yang perlu kita tentukan.

Baca Juga :

Apa saja kombinasi yang berbeda dari logam yang digunakan dalam thermocouple?

JUNCTION MATERIALS TYPICAL USEFUL RANGE (Deg C) NOMINAL SENSITIVITY (µV/C) ANSI DESIGNATION
Platinum-Rhodium 38 to 1800 7.7 B
Tungsten-Rhenium 0 to 2300 16 C
Chromel -Constantan 0 to 982 76 E
Iron – Constantan 0 to 760 55 J
Chromel – Alumel -184 to 1260 39 K
Platinum (13%)Rhodium – Platinum 0 to 1593 11.7 R
Platinum (10%) Rhodium – Platinum 0 – 1538 10.4 S
Copper – Constantan -184 to 400 45 T

Detail kode warna kabel di thermocouple?

ANSI Standard

Positive Negative Overall
Yellow Red Yellow
White Red Black
Blue Red Blue
Purple Red Purple

Bagaimana cara menghitung suhu dalam thermocouple?

εαθ

  • ε = EMF yang dihasilkan dalam V
  • θ = Perbedaan suhu antara persimpangan

Jenis kode warna bahan thermocouple dari berbagai negara

Jenis kode warna bahan thermocouple

Perbedaan Jenis Thermocouple

Tipe K

Ini adalah jenis termokopel yang paling banyak digunakan karena lebih murah dan sangat akurat. Tetapi memiliki jangkauan yang terbatas dan logam yang digunakan adalah kromel dan alumel. Jangkauan operasi maksimum adalah 1260 Derajat C.

Tipe J

Tipe ini juga sangat sensitif dan jangkauannya terbatas. Besi dan konstanta adalah logam utama yang digunakan untuk ini dan rentang operasi maksimumnya adalah 870 Deg C.

Jenis platinum

Termokopel tipe platinum seperti tipe B, S, T, dan R sangat kurang sensitif tetapi semua ini akan memiliki rentang pengukuran yang baik.

TC Type Color Temperature Range Positive conductors Negative conductors
K Yellow/red -270 to 1372 Chromel Alumel
N Orange/red -270 to 1300 Nicrosil Nisil
J White/red -210 to 1200 Iron Constantan
E Purple/red -270 to 1000 Chromel Constantan
T Blue/red 0 to 400 Copper Constantan
R Black/red -50 to 1768 Platinum -13% Rhodium Platinum
S Black/red -50 to 1768 Platinum -10% Rhodium Platinum
B Grey/red 0 to 1700 Platinum -30% Rhodium Platinum-6% Rhodium

Kode warna thermocouple.

Bagaimana sebaiknya kita memilih jenis termokopel?

  • Ini harus dipilih sesuai dengan kisaran Suhu
  • Akurasi
  • Kompatibilitas proses harus dipertimbangkan seperti bahan kimia dan mekanik
  • Kompatibilitas instrument

Apa saja keuntungan dari thermocouple?

  • Dapat digunakan untuk melakukan pengukuran langsung suhu hingga 2600 Derajat C
  • Kita dapat membumikan sambungan termokopel dan dapat dibeli untuk kontak langsung dengan bahan yang akan diukur
  • Perangkat ini kokoh dan karena itu dapat digunakan secara kasar
  • Output dari perangkat ini akan berupa sinyal listrik dan karena itu dapat digunakan untuk menunjukkan, merekam, atau sistem kontrol berbasis prosesor mikro
  • Output dari perangkat ini tidak tergantung pada panjang kabel
  • Memiliki stabilitas yang baik untuk jangka waktu yang lama
  • Bertenaga sendiri tidak membutuhkan sumber arus atau tegangan apa pun

Baca Juga : Jenis Sensor yang digunakan pada Water Treatment Plant

Apa saja kerugian dari thermocouple?

  • Diperlukan kompensasi sambungan dingin
  • Kemungkinan kesalahan tinggi karena proses pengukuran yang kompleks
  • Hubungan non-linier antara suhu proses dan sinyal termokopel
  • Output tegangan rendah
  • Diperlukan titik referensi
  • Kalibrasi termokopel rumit, harus dilakukan saat digunakan dengan membandingkannya dengan termokopel pembanding terdekat

Apa saja aplikasi thermocouple?

  • Ini dapat digunakan untuk pengukuran suhu tanur
  • Knalpot turbin gas
  • Mesin diesel
  • Sistem HVAC
  • Pabrik kimia
  • Industri makanan
  • Pabrik minyak bumi
  • Ini digunakan dalam mesin gas untuk menentukan nyala api pilot
  • Pemanas dan ketel uap
  • Sebagian besar digunakan untuk melakukan pengukuran suhu tinggi

Baca Juga : Definisi dan Jenis Sensor Suhu

Apa yang dimaksud dengan thermowell?

Thermowell adalah alat kelengkapan eksternal yang berbentuk silinder dan digunakan untuk melindungi sensor suhu. Ini digunakan di mana kondisi proses sangat panas dan bertekanan.

Thermowell

Ini juga dapat digunakan untuk mencegah korosi dan abrasi. Pada dasarnya, ini adalah tabung berlubang yang digunakan untuk melindungi sensor suhu. Bahan thermowell sebagian besar dibuat dengan menggunakan Hastelloy, baja karbon, dll. Bahan thermowell akan dipilih sesuai dengan kondisi proses.

Baca Juga : Definisi, Cara Kerja dan Jenis Resistance Temperature Detector

Apa saja jenis pengujian yang dilakukan pada thermocouple?

Sebagian besar perlindungan yang dilas pada termokopel akan mengalami uji kebocoran dan tekanan

Uji kebocoran

Dalam pengujian ini, ruang hampa akan dihasilkan di dalam tabung pelindung dan dari luar helium akan disalurkan ke fitting pelindung. Jika terjadi kebocoran maka helium akan menembus ke dalam tabung pelindung dan akan terdeteksi melalui analisis. Durasi waktu pengujian ini adalah 10 detik.

Uji tekanan 1

Dalam tes ini, tekanan positif 1-50bar akan diterapkan ke tabung pelindung dari luar. Jika ada kebocoran pada aliran fitting akan terbentuk di dalam tabung dan ini akan terdeteksi. Durasi waktu pengujian ini adalah 10 Detik

Uji tekanan 2

Dalam tekanan air 50 – 300 bar akan diterapkan pada tabung pelindung, dan tekanan air akan tetap konstan jika tidak ada kebocoran. Durasi waktu pengujian ini adalah 10 Detik.

Baca Juga : Definisi dan Jenis Pressure Sensor

Kesimpulan

Dari artikel yang telah kami paparkan diatas, yaitu “Definisi dan Cara Kerja Thermocouple” dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

  • Thermocouple adalah perangkat yang digunakan untuk melakukan pengukuran suhu. Salah satu keunggulan utama dari perangkat ini adalah dapat digunakan untuk berbagai macam pengukuran suhu
  • Thermocouple dirancang dengan menggunakan dua bahan yang berbeda, tidak ada barang elektronik di dalamnya. Perangkat ini dibuat dengan mengelas dua kabel logam.
  • Prinsip kerja thermocouple didasarkan pada tiga efek yaitu : Seebeck Effect, Peltier Effect, dan Thomson Effect

Terdapat beberapa pertanyaan berguna yang terkait dengan termokopel :

Apa yang dimaksud dengan sambungan (probe) yang tidak dibumikan dalam termokopel?

Pada sambungan ini, konduktor akan benar-benar terpisah dari penutup pelindung. Sambungan ini sebagian besar dapat digunakan untuk aplikasi tekanan tinggi, keuntungan utama menggunakan sambungan ini adalah dapat mengurangi efek medan magnet liar.

Apa yang dimaksud dengan sambungan arde (probe) dalam termokopel?

Pada tipe ini, akan ada sambungan antara kabel logam dan penutup pelindung. Jenis ini dapat digunakan untuk melakukan pengukuran suhu dalam suasana asam.

Apa yang dimaksud dengan sambungan terbuka (Probe) dalam termokopel?

Jenis sambungan ini akan berguna saat respons cepat diperlukan. Jenis sambungan ini sebagian besar digunakan untuk mengukur suhu gas

Referensi : automationforum.co

Naufal

a member of SEO Team at Wiratama Mitra Abadi. He loves to learn something new everyday.