Kelompok I

Prinsip kerja termokopel yaitu bahwa sebuah rangkaian yang dibuat dari menghubungkan dua buah logam yang berbeda jenis, maka akan menghasilkan emf yang dapat diukur diantara kedua buah ujungnya.

Mengapa terjadi electromotive force??

+

-

Ujung dingin

Arus elektron akan mengalir dari ujung panas ke ujung dingin

Arah gerak electron jika logam dipanaskan

Ujung panase

Untuk logam yang biasa digunakan untuk termokopel, tegangan output akan bertambah hampir linear terhadap beda temperatur (ΔT) pada range tertentu.

Untuk pengukuran yang lebih akurat atau diluar range temperatur linear, akan terlihat hubungan yang nonlinear. HUbungan nonlinear antara beda temperatur (ΔT) dan tegangan output (mV) termokopel mendekati polinomial:

Termokopel mengukur beda temperatur antara dua buah logam, buka temperatur absolute. Untuk mendapatkannya, salah satu junction dijaga pada temperatur referensi (cold junction) dan yang lainnya pada objek yang hendak diukur (hot junction).

Dikarenakan sulitnya mendapatkan temperatur referensi, maka cold juntion dikompensasi menjadi rangkaian listrik agar dapat menghasilkan temperatur absolut.

Terdapat dua jenis kompensasi cold junction :

1. Electronic cold junction2. Independent cold junction

Sebuah termokopel dapat menghasilkan besaran listrik, yang artinya termokopel dapat digunakan untuk menggerakkan beberapa system secara langsung, tanpa memerlukan komponen tambahan dan sumber daya.

Energi listrik yang dihasilkan oleh termokopel berupa beda potensial yang dikonversi dari panas yang diberikan kepada hot junction secara kontinu untuk mempertahankan potensial listrik.

Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif, saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif.

Hal tersebutlah yang menyebabkan terjadinya beda potensial dari logam yang digunakan.

Sir William Thomson, T.J Seeback dan Peltir menemukan arah elektron mengalir dari titik panas ke titik dingin, sehingga ketiganya menghasilkan rumus sbb:

E = C1(T1-T2) + C2(T12 – T22) (…)Efek Peltier Efek Thomsonatau

E = 37,5(T1-T2) – 0,045(T12-T22) ( ...)dimanaE= Gaya Gerak ListrikC1 & C2 = konstanta untuk termokopel contohnya 37,5 dan 0,045 untuk tembaga dan perak. T = suhu

Emf yang dihasilkan akibat perbedaan suhu antar dua buah logam yang berbeda disebut efek Seebeck.

Efek Seebeck merupakan perpaduan antara efek Peltier dan efek Thomson.

di mana 37,5 dan 0,045 merupakan dua konstanta C1 dan C2 untuk termokopel tembaga/konstanta.

Termofil adalah peranti elektronik yang mengubah energi panas menjadi energi listrik. Peranti ini biasanya terdiri dari termokopel yang disambungkan secara seri.

Termofil tidak mengukur suhu absolut, sama seperti termokopel.

Namun termofil menghasilkan tegangan keluaran sebanding dengan perbedaan gradien suhu antara termokopel yang diseri.

Itu artinya termofile menghasilkan tegangan yang lebih besar dari pada termokopel.

Pada thermopile, semua hot junction mendapat suhu lebih tinggi dan semua cold junction mendapat suhu yang lebih rendah.

Thermopile memberikan output yang lebih besar dari pada sebuah termokokpel tunggal.

Extension wire pada termokopel tersedia dalam beberapa formulasi yang berbeda untuk tiap jenis bahan.

Biasanya ekstension wire ini akan menurunkan tingkat akurasi dan biaya.

Extention wire biasanya terbuat dari bahan yang berbeda dengan yang digunakan pada termokopel, sebagai contoh termokopel platina menggunakan campuran tembaga sebagai extention wire-nya.

Hal tersebut dilakukan sebab akan sangat mahal bila extention wire-nya terbuat dari platina juga.

Sejumlah penelitian telah dilakukan untuk membuat pengukuran seakurat mungkin. Dengan memperhatikan arus, tahanan, dan electromotive force telah memberikan beberapa hukum dasar:

1. The law of the Homogeneous Circuit 2. The law of Intermediate Materials 3. The law of Successive or Intermediate

Temperatures

Hukum ini menyatakan bahwa pada termokopel yang dibuat dengan logam homogen tidak akan menghasilkan ggl, walaupun ada perubahan suhu dan ketebalan logam sekalipun. Total Emf tidak akan dipengaruhi oleh distribusi temperatur sepanjang rangkaian, hanya temperatur pada juntion yang mempunyai efek pada EMF yang dihasilkan.

1. Hukum KehomogenanAn electric current cannot be sustained in a circuit of a single homogeneous metal, however varying in section, by the application of heat alone. Two different materials are required for any thermocouple

circuit.

2. Hukum Logam Antara (The Law of Intermediate Metal)The algebraic sum of the thermoelectromotive forces in a circuit composed of any number of dissimilar materials is zero if all of the circuit is at a uniform temperature.

Jumlah thermo emf pada rangkaian yang terdiri dari beberapa logam yang berbeda adalah nol, jika rangkaian tersebut berada pada temperatur yang sama.

Memasukkan jenis kawat apapun ke dalam termokopel sirkuit tidak akan mempengaruhi terhadap total EMF asalkan kedua kawat memiliki daerah suhu yang sama (isotermal).

2. Hukum Logam Antara (The Law of Intermediate Metal)The algebraic sum of the thermoelectromotive forces in a circuit composed of any number of dissimilar materials is zero if all of the circuit is at a uniform temperature.

Jumlah thermo emf pada rangkaian yang terdiri dari beberapa logam yang berbeda adalah nol, jika rangkaian tersebut berada pada temperatur yang sama.

Memasukkan jenis kawat apapun ke dalam termokopel sirkuit tidak akan mempengaruhi terhadap total EMF asalkan kedua kawat memiliki daerah suhu yang sama (isotermal).

Penambahan logam dimasukkan pada sambungan J3, diasumsikan junction J3 dan J4 memiliki temperatur yang sama.

Sambungan J2 dan J4 adalah logam yang sama. Keduanya berada pada daerah isotermal dan pada arah yang berlawanan, sehingga total kontribusi untuk mengukur tegangan adalah nol.

Sambungan J1 dan J3 juga berada pada arah yang berlawanan, tetapi kemungkinan keduanya memiliki temperatur yang berbeda, oleh karena itu hanya sambungan J1 dan J3 yang memberikan pengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan total.

Penambahan logam dimasukkan pada sambungan J3, diasumsikan junction J3 dan J4 memiliki temperatur yang sama.

Sambungan J2 dan J4 adalah logam yang sama. Keduanya berada pada daerah isotermal dan pada arah yang berlawanan, sehingga total kontribusi untuk mengukur tegangan adalah nol.

Sambungan J1 dan J3 juga berada pada arah yang berlawanan, tetapi kemungkinan keduanya memiliki temperatur yang berbeda, oleh karena itu hanya sambungan J1 dan J3 yang memberikan pengaruh terhadap hasil pengukuran tegangan total.

Dengan mengkombinasikan hukum kehomogenan dan logam antara, dapat dibuat

termokopel seperti pada gambar disamping:

Logam A dan B memiliki perbedaan temperatur pada Ta dan Tb. AC dan CB dibentuk dari T1 . Dan C dapat mempunyai perbedaan temperatur yang cukup besar.

Rangkaian dapat dianalogikan seperti pada gambar disamping. Thermal Emf pada material A dan B yang dipisahkan dengan material C sebagai referensi. EMF dari hasil kombinasi material A dan B adalah jumlah EMF saat dipisahkan dengan material referensi C.

Total EMF pada rangkaian akan tetap:

EAC + ECB = EAB.

Termokopel dari dua logam yang tidak sama menghasilkan thermal EMF E. Misalkan, E1 untuk logam mempunyai temperatur T1 dan T2. dan E2 untuk temperatur T2 dan T3., thermal EMF yang dihasilkan pada saat termokopel berada pada suhu T1 dan T3 merupakan hasil penjumlahan E1 dan E2,

sehingga En = E1 + E2

Termokopel dari dua logam yang tidak sama menghasilkan thermal EMF E. Misalkan, E1 untuk logam mempunyai temperatur T1 dan T2. dan E2 untuk temperatur T2 dan T3., thermal EMF yang dihasilkan pada saat termokopel berada pada suhu T1 dan T3 merupakan hasil penjumlahan E1 dan E2,

sehingga En = E1 + E2

Dari hukum ini memungkinkan termokopel dikalibrasi pada suhu referensi tertentu, untuk digunakan pada setiap suhu referensi lain.

Selain itu, penggunaan extension wire yang mempunyai karakteristik thermoelektrik yang sama dengan wire pada termokopel, dapat digunakan pada rangkaian termokopel (misalnya antara juntion T2 dan T3) tanpa perubahan total EMF yang dihasilkan dari thermocouple.

tipe K

tipe J

tipe N

tipe T

Apakah perbedaan antara Thermocouple grade dan Extension grade cable?

Thermocouple grade cable adalah kawat yang digunakan sebagai point sensing

Extension grade cable adalah kawat yang digunakan untuk menghubungkan sinyal termokopel dari point sensing ke instrument reading sinyal.

Extension grade cable umumnya digunakan pada temperatur ambient yang lebih rendah dibandingkan dengan thermocouple grade, dapat melewatkan sinyal temperatur tinggi setinggi temperatur point sensing tetapi tidak tahan terhadap temperatur tinggi dari luar.

•Tipe E paling sensitiv sensitivitasnya 10 kali sensitivitas tipe B•Tipe B,R dan S adalah yang paling stabil tetapi memilki sensitivitas yang rendah (sekitar 10 µV/°C ) dan harga yang mahal

Deki Setiyanto

Wadah kristalisasi garam (Salt Hardening Baths) biasanya dipanaskan secara langsung, panasnya didapatkan dari arus yang konduksikan oleh garam melewati elektroda. Karena panas dilepaskan secara langsung di garam, sehingga panas diwadah meningkat secara cepat.

Thermocouple digunakan untuk mengatur temperatur yang harus berubah. Sehingga respond perubahan temperatur secara cepat dimungkinkan.

Besi terluar dari tabung menjadi positive leg dari thermocouple Fe-CuNi. Waktu hidup dari termocouple bergantung dari ketidakmurniannya (Carbon) yang mana menjadi penetral bagian luar tabung dan mencapai 50-2000 h.

Peleburan logam dapat di monitoring dengan menyelupkan element thermocouple. Thermocouple dari PtRh-Pt tipe S, dengan diameter wire dari 50 – 100 Micrometer yang memuai dengan bentuk U dan disekelilingnya dilapiskan oleh dua lapisan tabung cardboard.

Lapisan logam pada Cap disusun oleh tabung Quartz untuk menghindari kerusakan ketika pencelupan. Untuk waktu pengukuran dibutuhkan 8-10 s untuk mendapatkan temperatur pada cairan logam.

Di pembangkit Energi, Thermocouple dibutuhkan untuk mengukur temperatur dari perjalanan uap yang sangat panas di kecepatan tinggi (590 C, 320 Bar, 30 m/s). Untuk menjaga operasi pengendalian sistem dengan baik, dibutuhkan delay untuk display thermocouple yaitu 3-5 s.

Modifikasi pada sensor ini terdapat pada head dan pada piringan emas penghubung thermal di ujung sensor.

Ketika turbin uap sedang berjalan pada temperatur tinggi, penyusun dindingnya mengalami thermal tension, yang mana Lead dapat meretakan di dinding jika nilai batasnya melebihi. Hal ini dibutuhkan untuk memonitoring gradient temperatur.

Penentuan nilai temperatur menentukan ketepatan dan hasil data yang diinginkan.

Pada media yang berhubungan dengan Gas terdapat eror yang besar, dari konduksi yang hilang, di temperatur tinggi (>800 C), radiasi yang hilang. Untuk meningkatkan transfer panas pada sensor, gas dihisap sehingga ada jalan kecil menuju sensor sehingga menambah kecepatan dari transfer panas.

Tambahan heating wire (Pt) panas meningkat dengan bebas, thermocouple (PtRh-Pt) tertutup secara electrical, dan jadi kompensasi untuk panas yang hilang. Jika arus yang pemanasan diatur terlalu rendah, maka temperaturnya meningkat jika kecepatan hisapan meningkat.

pengaturan arus yang memanaskan akan dikoreksi ketika temperatur menunjukan nilai konstan di perubahan dari nilai hisapan.

Jika temperatur dari medium gas berubah dengan cepat, error pengukuran dapat terjadi jika thermocouple tidak bisa mengikuti perubahan temperatur dengan cukup cepat. Sehingga dibutuhkan massa yang lebih kecil, menggunakan tiga thermocouple dengan wire yang berbeda (0.1, 0.06, 0.03mm)

Karena itu, dari perbedaan thermal itu membuka aliran gas. Error pengukuran dapat di estimasi dengan perhitungan pada diameter wire nol.

Radial Engine Rotary Engine