PENGGUNAAN TERMOKOPEL DALAM KALIBRASI CLIMATIC …

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 : [email protected]

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

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


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.


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]


�� = �� + �� + ��,��

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


�� : 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]


��(�) : 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]


�(�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


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


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


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


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]


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.


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 δTcal 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 δTakurasi Normal 0,50 1,00 0,50

Inhomogenitas δTInhom 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 Tind 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


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


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


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/docs/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


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.

PENGGUNAAN TERMOKOPEL DALAM KALIBRASI CLIMATIC …

Documents

Transcript of PENGGUNAAN TERMOKOPEL DALAM KALIBRASI CLIMATIC …