Panduan Lengkap Thermocouple: Prinsip Kerja, Jenis, dan Aplikasi

Dalam dunia instrumentasi dan teknik industri, pengukuran suhu adalah parameter yang sangat krusial. Salah satu perangkat yang paling diandalkan untuk tugas ini adalah Thermocouple (termokopel). Keunggulan utamanya terletak pada rentang pengukurannya yang sangat luas, mulai dari suhu minus nol derajat hingga ribuan derajat Celcius.

Secara definisi, thermocouple adalah sensor suhu yang terdiri dari dua kawat logam berbeda jenis yang disambungkan pada satu ujungnya. Sederhana namun efektif, alat ini mampu mengubah energi panas menjadi sinyal listrik yang dapat diukur. Karena fleksibilitas, ketahanan, dan biayanya yang relatif ekonomis, termokopel menjadi standar pengukuran suhu mulai dari peralatan rumah tangga hingga aplikasi industri berat seperti turbin gas dan pengolahan minyak.

Baca Juga : Prinsip Kerja Penganalisis Gas Buang Inframerah

Desain dan Prinsip Kerja Thermocouple

Thermocouple dirancang tanpa komponen elektronik yang rumit di dalamnya. Konstruksi dasarnya hanya melibatkan dua logam konduktor yang berbeda (misalnya besi dan konstanta) yang dilas atau disambungkan untuk membentuk dua titik sambungan (junction).

3 Efek Fisika di Balik Thermocouple

Prinsip kerja alat ini didasarkan pada fenomena termoelektrik yang meliputi tiga efek utama:

1. Seebeck Effect: Menyatakan bahwa jika dua logam berbeda disambungkan pada dua titik dan terdapat perbedaan suhu di antara kedua titik tersebut, maka akan timbul tegangan listrik atau Gaya Gerak Listrik (GGL/EMF).

2. Peltier Effect: Ketika arus listrik mengalir melalui sambungan dua logam berbeda, panas akan diserap atau dilepaskan pada sambungan tersebut, tergantung pada arah arus.

3. Thomson Effect: Menjelaskan adanya penyerapan atau pelepasan panas reversibel dalam konduktor homogen yang memiliki gradien suhu saat arus listrik mengalir melaluinya.

Mekanisme Pembacaan Suhu

Dalam operasionalnya, termokopel memiliki dua jenis sambungan:

• Hot Junction (Measuring Junction): Ujung yang ditempelkan pada objek atau lingkungan yang akan diukur suhunya.

• Cold Junction (Reference Junction): Ujung lain yang terhubung ke alat ukur (seperti potensiometer atau display digital) yang berada pada suhu referensi yang diketahui.

Alat ukur akan mendeteksi perbedaan potensial (tegangan milivolt) yang dihasilkan akibat perbedaan suhu antara Hot Junction dan Cold Junction. Sinyal tegangan inilah yang kemudian dikonversi menjadi nilai suhu digital yang kita lihat pada layar.

Baca Juga : Prinsip Kerja Mechanical Vibration Switch

Jenis-Jenis Thermocouple dan Spesifikasinya

Pemilihan jenis termokopel sangat bergantung pada rentang suhu dan lingkungan tempat alat tersebut digunakan. Setiap tipe ditandai dengan kode huruf dan kombinasi material logam yang berbeda.

1. Thermocouple Logam Dasar (Base Metal)

Ini adalah tipe yang paling umum, murah, dan banyak digunakan.

• Tipe K (Chromel – Alumel): Paling populer di industri. Memiliki rentang suhu luas (-270°C hingga 1260°C), akurat, dan tahan oksidasi. Umumnya berwarna Kuning (standar ANSI).
• Tipe J (Iron – Constantan): Sangat sensitif namun rentang suhunya lebih terbatas (-210°C hingga 760°C). Cocok untuk atmosfer pereduksi, tetapi besi mudah teroksidasi di suhu tinggi.
• Tipe T (Copper – Constantan): Stabil pada suhu rendah hingga cryogenics (-270°C hingga 400°C). Tahan terhadap kelembapan.
• Tipe E (Chromel – Constantan): Memiliki output sinyal (EMF) tertinggi per derajat perubahan suhu. Sangat akurat.

2. Thermocouple Logam Mulia (Noble Metal)

Digunakan untuk suhu sangat tinggi dan membutuhkan stabilitas jangka panjang.

• Tipe R & S (Platinum/Rhodium): Mampu mengukur hingga 1480°C. Sangat stabil dan biasa digunakan sebagai referensi standar kalibrasi, namun harganya mahal dan sensitivitasnya rendah.

• Tipe B (Platinum/Rhodium): Mampu bertahan hingga 1700°C.

Tipe Sambungan Probe (Junction Types)

Selain jenis logam, konfigurasi ujung probe juga mempengaruhi respons alat:

• Grounded Junction: Kawat lasan menyentuh selubung pelindung. Respons suhu cepat, namun rentan terhadap gangguan sinyal listrik (noise).
• Ungrounded Junction: Kawat lasan terisolasi dari selubung. Lebih lambat merespons perubahan suhu, tetapi sinyal lebih bersih dan aman dari gangguan listrik.
• Exposed Junction: Ujung kawat terbuka tanpa selubung. Respons sangat cepat (cocok untuk mengukur suhu gas), namun tidak tahan korosi atau tekanan tinggi.

Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan:

• Rentang pengukuran suhu sangat luas.
• Konstruksi kokoh dan tahan guncangan (bisa digunakan di lingkungan kasar).
• Respons cepat terhadap perubahan suhu.
• Tidak memerlukan sumber daya eksternal (self-powered).
• Biaya relatif ekonomis.

Kekurangan:

• Akurasi umumnya tidak setinggi RTD (Resistance Temperature Detector).
• Sinyal output sangat kecil (milivolt), sehingga rentan noise dan butuh penguat sinyal.
• Memerlukan referensi suhu yang stabil (Cold Junction Compensation).
• Hubungan antara tegangan dan suhu tidak sepenuhnya linier.

Baca Juga : Jenis Sensor yang digunakan pada Water Treatment Plant

Perlindungan Sensor dengan Thermowell

Dalam aplikasi industri yang ekstrem (tekanan tinggi, aliran deras, atau bahan kimia korosif), sensor termokopel tidak boleh bersentuhan langsung dengan fluida proses. Oleh karena itu, digunakanlah Thermowell.

Thermowell adalah tabung pelindung logam (biasanya stainless steel atau Hastelloy) yang dipasang ke dalam pipa atau tangki. Sensor termokopel dimasukkan ke dalam thermowell ini. Selain melindungi sensor dari kerusakan fisik dan korosi, thermowell memungkinkan sensor diganti tanpa harus menghentikan proses produksi atau membuang isi tangki.

Pengujian Kualitas Thermocouple

Untuk memastikan keamanan dan akurasi, thermowell dan pelindung termokopel sering kali melewati serangkaian uji ketat:

• Uji Kebocoran (Leak Test): Menggunakan gas helium dan vakum untuk mendeteksi celah mikroskopis pada lasan pelindung.
• Uji Tekanan (Pressure Test): Tabung pelindung diberi tekanan eksternal (cairan atau gas) melebihi tekanan operasional (bisa mencapai 300 bar) untuk memastikan tidak ada deformasi atau kebocoran.

Kesimpulan

Thermocouple merupakan solusi pengukuran suhu yang vital bagi efisiensi dan keamanan industri. Memilih jenis yang tepat—apakah Tipe K untuk kegunaan umum, atau Tipe S untuk suhu ekstrem—serta menentukan jenis sambungan probe yang sesuai, akan sangat mempengaruhi akurasi data dan umur pakai alat Anda.

Jika Anda masih ragu dalam menentukan spesifikasi thermocouple, thermowell, atau instrumentasi suhu lainnya yang sesuai dengan kondisi pabrik Anda, jangan ragu untuk berkonsultasi dengan ahli kami, hubungi kami sekarang.

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