Top Banner
Kata Pengantar Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, Karena atas karunia dan rahmat-Nya serta dengan diiringi dengan usaha yang kami lakukan, kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Pengukuran Suhu Efek Listrik“. Makalah ini kami susun sesuai dengan materi yang dipelajari pada modul mata kuliah instrumentasi dan pengukuran. Pada makalah ini kami akan membahas pokok pembahasan Pengukuran Suhu Efek Listrik yang terdiri dari : Termometer Tahanan Listrik, Termistor dan Termokopel. Serta akan dibahas aplikasi dari masing- masing sub-bab pembahasan yang ada dalam kehidupan sehari- hari kita terutama mengenai aplikasi elektronika dikehidupan kita dan juga rumus dari masing-masing pokok pembahasan. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu kami untuk menyelesaikan makalah ini dengan tepat pada waktunya. Semoga apa yang telah kami tulis mengenai “Pengukuran Suhu Efek Listrik” dapat bermanfaat bagi kita semua kedepannya. Sebelumnya, kami mengucapkan mohon maaf apabila tulisan pada makalah kami ini terdapat kesalahan, karena manusia tidak akan luput dari kesalahan walaupun manusia itu selalu berusaha dan mencoba untuk menjadi Instrumentasi dan Pengukuran Page 1
33

Pengukuran Suhu Efek Listrik

Oct 22, 2015

Download

Documents

Dhea Rosalina

Instrumentasi
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Kata Pengantar

Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, Karena

atas karunia dan rahmat-Nya serta dengan diiringi dengan usaha yang kami

lakukan, kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Pengukuran

Suhu Efek Listrik“.

Makalah ini kami susun sesuai dengan materi yang dipelajari pada modul

mata kuliah instrumentasi dan pengukuran. Pada makalah ini kami akan

membahas pokok pembahasan Pengukuran Suhu Efek Listrik yang terdiri dari :

Termometer Tahanan Listrik, Termistor dan Termokopel. Serta akan dibahas

aplikasi dari masing-masing sub-bab pembahasan yang ada dalam kehidupan

sehari- hari kita terutama mengenai aplikasi elektronika dikehidupan kita dan juga

rumus dari masing-masing pokok pembahasan.

Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu

kami untuk menyelesaikan makalah ini dengan tepat pada waktunya. Semoga apa

yang telah kami tulis mengenai “Pengukuran Suhu Efek Listrik” dapat bermanfaat

bagi kita semua kedepannya. Sebelumnya, kami mengucapkan mohon maaf

apabila tulisan pada makalah kami ini terdapat kesalahan, karena manusia tidak

akan luput dari kesalahan walaupun manusia itu selalu berusaha dan mencoba

untuk menjadi seseorang yang sempurna karena kesempurnaan itu hanyalah milik

Allah SWT.

Tim Penyusun

M. Fachry Reza – Nur Wahida Rahmadhani

Instrumentasi dan Pengukuran Page 1

Page 2: Pengukuran Suhu Efek Listrik

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada zaman seka rang banyak s eka l i a l a t - a l a t yang

d igunakan un tuk mengukur ba ik suhu , t ekanan , maupun

l a i nnya . D i s in i kami akan men j e l a skan baga imana

pengukuran suhu s eca ra e f ek l i s t r i k , ba ik da r i penge r t i an ,

maupun da r i p r i n s ip ke r j a dan ap l i ka s i da r i a l a t - a l a t nya .

Pengukuran suhu ca i r an dan ga s me rupakan s a l ah s a tu ha l

yang pa l i ng umum d ip rose s i ndus t r i . A l a t pengukuran

ada l ah sua tu a l a t yang dapa t mende t eks i kebe radaan sua tu

f enomena a l am dan mengukurnya dalam suatu kuantitas fisik dan

mengubahnya menjadi suatu sinyal yang dapat dibaca oleh pengamat atau

alat tertentu. Begitu banyaknya besaran fisik yang dapat diamati

dari sekian banyak fenomena alam yang ada di dunia ini, maka

ada begitu banyak sensor yang diciptakan dan ditemukan oleh

manusia, masing-masing spesifik untuk jenis besaran dan objek

yang diukurnya.

1.2 Tujuan

Menjelaskan mengenai pengertian pengukuran suhu efek listrik.

Menjelaskan aplikasi pengukuran suhu efek listrik dalam

kehidupan sehari- hari.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 2

Page 3: Pengukuran Suhu Efek Listrik

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengukuran Suhu Efek Listrik

Metode-metode listrik untuk pengukuran suhu sangat baik karena

memberikan sinyal yang mudah dideteksi yang banyak dipergunakan untuk

tujuan pengendalian. Disamping itu metode ini biasanya cukup teliti bila

telah dikalibrasi dan dikompensasi dengan baik.

2.2 Macam – Macam Alat Pengukuran Suhu Efek Listrik

Klasifikasi transduser yang melakukan pengukuran ini pada dasarnya

terdiri dari 3 tipe yaitu termometer tahanan listrik, termistor dan termokopel.

Pada pokok bahasan ini akan diberikan prinsip-prinsip kerja dan informasi

aplikasi dari ketiga transduser ini :

1. Termometer Tahanan Listrik / RTD (Resistance Temperature

Detectors)

Termometer Hambatan Listrik adalah sebuah sensor suhu yang

merasakan suhu dengan perubahan besarnya arus, tegangan dan elemen

hambatan listrik yang bervariasi pada benda yang diukur. Termometer

Hambatan Listrik digunakan untuk membuat pengukuran suhu yang

akurat. Termometer Hambatan Listrik menggunakan logam

karena Logam akan bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik

jika panasnya bertambah. Logam dapat dikatakan sebagai muatan

positif yang berada di dalam elektron yang bergerak bebas. Jika suhu

bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya

semakin besar seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran

tersebut, maka gerakan elektron akan terhambat dan menyebabkan nilai

hambatan dari logam tersebut bertambah. Platinum adalah logam yang

Instrumentasi dan Pengukuran Page 3

Page 4: Pengukuran Suhu Efek Listrik

paling sering digunakan untuk Termometer Hambatan Listrik karena

stabilitasnya dan daya yang tidak berubah drastis dengan tegangan.

Hambatan listrik dari logam akan bertambah apabila suhu logam

naik. Sifat ini yang dipakai sebagai dasar kerja termometer hambatan

listrik. Jika termometer hambatan listrik berbentuk kawat halus yang

panjang, biasanya kawat itu dililitkan pada kerangka tipis untuk

menghindari regangan berlebihan ketika kawat mengerut pada waktu

dingin. Dalam keadaan khusus, kawat itu dapat dililitkan pada atau

dimasukkan dalam bahan yang suhunya akan diukur. Dalam kisaran

suhu rendah, termometer hambatan sering kali terdiri atas hambatan

radio dan terbuat dari komposisi karbon dan kristal germanium yang

didoping dengan arsenik dan dimasukkan dalam kapsul tertutup berisi

helium.

Termometer tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik

suatu logam terhadap perubahan temperature, umumnya bila suatu

logam dipanaskan maka tahanan listriknya akan naik sesuai dengan

temperaturnya menurut hubungan. Konstruksinya seperti pada gambar

v-11, terdiri dari elemen perasa berupa filament listrik diselubungi oleh

sebuah pelindung. Sebagai filament listrik yang baik umumnya

digunakan platina, tembaga dan karbon. Bahan tahanan harus

mempunyai sifat :

1. penghantar panas

2. induktansi minimum

3. tidak tedapat tegangan listrik fisik

4. homogn

Termometer ini lalu ditempelkan pada permukaan zat yang

suhunya akan diukur. Biasanya hambatan diukur dengan

mempertahankan arus tetap yang besarnya diketahui dalam termometer

itu dan mengukur beda potensial kedua ujung hambatan dengan

pertolongan potensiometer yang sangat peka.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 4

Page 5: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Termometer jenis ini juga berfungsi berfungsi untuk mengubah

suhu menjadi resistansi atau hambatan listrik yang sebanding dengan

perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, resistansinya semakin besar.

RTD terbuat dari sebuah kumparan kawat platinum pada papan

pembentuk dari bahan isolator. RTD dapat digunakan sebagai sensor

suhu yang mempunyai ketelitian 0,03 0C dibawah 5000C dan 0,1 0C

diatas 10000C.

Konstruksi RTD bahan platinum:

RTD terpasang pada permukaan logam:

Hubungan antara resistansi dan suhu penghantar logam

merupakan perbandingan linear. Resistansi bertambah sebanding

Instrumentasi dan Pengukuran Page 5

Page 6: Pengukuran Suhu Efek Listrik

dengan perubahan suhu padanya. Besar resistansinya dapat ditentukan

berdasarkan rumus :

Besar resistansi pada suhu tertentu dapat diketahui dengan rumus:

Keterangan :

R1 = resistansi pada suhu awal

R2 = resistansi pada suhu tertentu

Untuk menghasilkan tegangan keluaran dapat diperoleh dengan

mengalirkan arus konstan melalui RTD atau dengan memasangnya pada

salah satu lengan jembatan wheatstone.

Gambar rangkaian jembatan wheatstone dengan RTD:

Persamaan rangkaian jembatan wheatstone:

Instrumentasi dan Pengukuran Page 6

Page 7: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Prinsip kerja rangkaian: Bila RTD berada pada suhu kamar maka

beda potensial jembatan adalah 0 Volt. Keadaan ini disebut keadaan

setimbang. Bila suhu RTD berubah maka resistansinya juga berubah

sehingga jembatan tidak dalam kondisi setimbang. Hal ini

menyebabkan adanya beda potensial antara titik A dan B. Begitu juga

yang berlaku pada keluaran penguat diferensial.

Amplifier diferensial (penguat diferensial) menggunakan IC op-

amp yang berfungsi untuk menguatkan tegangan keluaran dari

rangkaian jembatan menjadi tegangan yang lebih besar. Jika rangkaian

jembatan pada posisi setimbang maka pada titik A dan B mempunyai

tegangan dan arus yang sama.

2. Termistor

Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang

berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperature

yang tinggi (William D.Cooper,1999). Nama Thermistor berasal

dariThermally Sensitive Resistor.Thermistor memiliki prinsip kerja

memberikan perubahan resistansi terhadap perubahan suhu. Thermistor

terdiri dari 2 jenis yaitu PTC(Positive Temperature Coefficient)dan

NTC(Negative Temperature Coefficieent). Pada thermistor jenis PTC,

nilai resistansi berbanding senilai terhadap perubahan suhu.Sedangkan

pada NTC, nilai resistansi berbanding terbalik terhadap nilai perubahan

suhu.Thermistor PTC terbuat dari material Kristal tunggal sedangkan

Thermistor NTC terbuat dari material logam oksida.Hal inilah yang

menyebabkan tipe NTC lebih banyak tersedia di pasaran.

Beberapa Karakteristik dari Thermistor diantaranya:

Nilai resistansi tinggi dengan kisaran 30 ohm hingga 41.5Kohm

Instrumentasi dan Pengukuran Page 7

Page 8: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Respon waktu terhadap suhu cepat sekitar ½ detik

Sensitivitas sangat tinggi

Perubahan resistansi besar

Harga Relatif murah

Termometer dengan jenis ini erfungsi untuk mengubah suhu

menjadi resistansi/hambatan listrik yang berbanding terbalik dengan

perubahan suhu. Semakin tinggi suhu, semakin kecil resistansi.

Simbol Termistor :

Konstruksi Thermistor tipe GM102 :

Termistor dibentuk dari bahan oksida logam campuran, kromium,

kobalt, tembaga, besi atau nikel. Berikut adalah jenis termistor dengan

berdasarkan ukuran dan penggunaannya ;.

a. Bentuk termistor : Butiran, Digunakan pada suhu > 7000C dan

memiliki nilai resistansi 100 Ω hingga 1 MΩ.

b. Bentuk termistor : Keping, Digunakan dengan cara direkatkan

langsung pada benda yang diukur panasnya.

c. Bentuk termistor : Batang, Digunakan untuk memantau perubahan

panas pada peralatan elektronik, mempunyai resistansi tinggi dan

disipasi dayanya sedang. Thermistor dibuat sekecil-kecilnya agar

mencapai kecepatan tanggapan (respon time) yang baik.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 8

Page 9: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Pemakaian thermistor didasarkan pada tiga karakteristik dasar, yaitu:

a. Karakteristik R (resistansi) terhadap T (suhu)

b. Karakteristik R (resistansi) terhadap t (waktu)

c. Karakteristik V (tegangan) terhadap I (arus)

Grafik hubungan antara resistansi terhadap suhu thermistor :

Cara kerja rangkaian:

Saat temperatur masih dingin hambatan thermistor sangat besar

dibandingkan dengan R2, sehingga transistor dalam kondisi menghantar

lalu rele kontak (terhubung) dan heater (pemanas) menghasilkan panas.

Akan tetapi, ketika ruangan menjadi panas, thermistor juga ikut panas

sehingga hambatannya turun. Hambatan paralel thermistor dengan R2

menjadi kecil, sehingga tegangan bias Tr juga kecil, mengakibatkan Tr

dalam kondisi cut off, rele tidak kontak dan heater tidak bekerja.

Akibatnya, suhu ruangan turun. Demikian seterusnya proses akan

berulang dari awal dan suhu ruangan menjadi konstan.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 9

Page 10: Pengukuran Suhu Efek Listrik

3. Termokopel

Prinsip kerja termokopel secara sederhana berupa dua buah kabel

dari jenis logam yang berbeda ujungnya, hanya ujungnya saja,

disatukan (dilas). Titik penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip

kerjanya memanfaatkan karakteristik hubungan antara tegangan (volt)

dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada temperatur tertentu

memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama, logam A

memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah perbedaan

tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi.

Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya

maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak

semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-

elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak

dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan

terjadi muatan positif.

Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung

dari jenis logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya,

dan kemudian dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang

memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yang kepadatan

elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan

diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau

dipanaskan. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet )

mengalir dari titik hot-juction ke cold-junction atau sebaliknya. Setelah

terdeteksi perbedaan tegangan (volt). Beda tegangan ini linear dengan

perubahan arus, sehingga nilai arus ini bisa dikonversi kedalam bentuk

tampilan display. Sebelum dikonversi, nilai arus di komparasi dengan

nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator, fungsinya untuk

menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt kemudian

dijadikan besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor

Instrumentasi dan Pengukuran Page 10

Page 11: Pengukuran Suhu Efek Listrik

berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi

oleh termokopel.

3.1 Hubungan Suhu dan Tegangan pada Termokopel

Hubungan antara perbedaan suhu dengan tegangan yang

dihasilkan termokopel bukan merupakan fungsi linier melainkan

fungsi interpolasi polinomial. Namun demikian, untuk pengukuran

suhu yang lebih kecil perubahan tegangan relative linear. Secara

matematis ditunjukkan sebagai berikut:

V= α(T1-Tref)

Dimana:

V = TeganganUkur

T1 = suhu ukur(K)

Tref = suhu referensi (K)

α = koefisien seebek

3.2 Berbagai Sifat dan Tipe Termokopel

Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua

ujungnya disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit

voltage sebagai fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan

termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage, yang ditemukan

oleh Thomas Seebeck pada 1921. Hubungan antara tegangan dan

pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik pertemuan dua

buah kawat adalah linear.

Walaupun begitu, untuk perubahan suhu yang sangat kecil,

tegangan pun akan terpengaruh secara linear, atau dirumuskan

sebagai berikut : (National Instrument , Application Note 043)

dengan ΔV adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien seebeck,

dan ΔT adalah perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan

perubahan suhu, yang berdampak pada nilai keluaran berupa

tegangan termokopel tersebut, dan nilaiS akan bersifat non-linear di

atas rentang tegangan dari termokopel tersebut.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 11

Page 12: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Termokopel diberi tanda dengan hurup besar yang

mengindikasikan komposisinya berdasar pada aturan American

National Standard Institute (ANSI), seperti dibawah ini :

Tabel Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C ;

Tipe Material( + dan -)Temp.Kerja

(0C)

Sensitivitas

(µV/0C)

E Ni-Cr dan Cu-Ni -270 ~ 1000 60.9

J Fe dan Cu-Ni -210 ~ 1200 51.7

K Ni-Cr dan Ni-Al -270 ~ 1350 40.6

T Cu dan Cu-Ni -270 ~ 400 40.6

RPt dan Pt(87%)-

Rh(13%)-50 ~ 1750 6

SPt dan Pt(90%)-

Rh(10%)-50 ~ 1750 6

B

Pt(70%)-

h(30%)dan

Pt(94%)-Rh(6%)

-50 ~ 1750 6

Tipe-Tipe Termokopel

Tersedia beberapa jenis termokopel tergantung aplikasi penggunaannya,

yaitu :

1. Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)

Termokopel untuk tujuan umum. Lebih murah. Tersedia untuk

rentang suhu −200 °C hingga +1200 °C.

2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)

Tipe E memiliki output yang besar (68 µV/°C) membuatnya cocok

digunakan pada temperatur rendah. Properti lainnya tipe E adalah

tipe non magnetik.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 12

Page 13: Pengukuran Suhu Efek Listrik

3. Tipe J (Iron / Constantan)

Rentangnya terbatas (−40 hingga +750 °C) membuatnya kurang

populer dibanding tipe K.

4. Tipe J memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C

5. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy)

Stabil dan tahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N

cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Dapat

mengukur suhu di atas 1200 °C. Sensitifitasnya sekitar 39 µV/°C

pada 900 °C, sedikit di bawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan

tipe K.

Termokopel tipe B, R, dan S adalah termokopel logam mulia

yang memiliki karakteristik yang hampir sama. Mereka adalah

termokopel yang paling stabil, tetapi karena sensitifitasnya rendah

(sekitar 10 µV/°C) mereka biasanya hanya digunakan untuk mengukur

temperatur tinggi (>300 °C).

1. Type B (Platinum-Rhodium/Pt-Rh)

Cocok mengukur suhu di atas 1800 °C. Tipe B memberi output

yang sama pada suhu 0 °C hingga 42 °C sehingga tidak dapat

dipakai di bawah suhu 50 °C.

2. Type R (Platinum /Platinum with 7% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10

µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai

untuk tujuan umum.

3. Type S (Platinum /Platinum with 10% Rhodium)

Cocok mengukur suhu di atas 1600 °C. sensitivitas rendah (10

µV/°C) dan biaya tinggi membuat mereka tidak cocok dipakai

untuk tujuan umum. Karena stabilitasnya yang tinggi Tipe S

digunakan untuk standar pengukuran titik leleh emas (1064.43 °C).

4. Type T (Copper / Constantan)

Cocok untuk pengukuran antara −200 to 350 °C. Konduktor positif

terbuat dari tembaga, dan yang negatif terbuat dari constantan.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 13

Page 14: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Sering dipakai sebagai alat pengukur alternatif sejak penelitian

kawat tembaga. Type T memiliki sensitifitas ~43 µV/°C

Pada dunia elektronika, termokopel adalah sensor suhu yang

banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda

menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang

sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang

sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang

cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Berfungsi sebagai sensor suhu rendah dan tinggi, yaitu suhu

serendah 3000F sampai dengan suhu tinggi yang digunakan pada proses

industri baja, gelas dan keramik yang lebih dari 30000F. Thermokopel

dibentuk dari dua buah penghantar yang berbeda jenisnya (besi dan

konstantan) dan dililit bersama.

3.3 Prinsip Kerja

Jika salah satu bagian pangkal lilitan dipanasi, maka pada

kedua ujung penghantar yang lain akan muncul beda potensial

(emf). Thermokopel ditemukan oleh Thomas Johan Seebeck tahun

1820 dan dikenal dengan Efek Seebeck.

Efek Seebeck:

Sebuah rangkaian termokopel sederhana dibentuk oleh 2

buah penghantar yang berbeda jenis (besi dan konstantan), dililit

bersama-sama. Salah satu ujung T merupakan measuring junction

dan ujung yang lain sebagai reference junction. Reference junction

Instrumentasi dan Pengukuran Page 14

Page 15: Pengukuran Suhu Efek Listrik

dijaga pada suhu konstan 320F (00C atau 680F (200C). Bila ujung

T dipanasi hingga terjadi perbedaan suhu terhadap ujung Tr, maka

pada kedua ujung penghantar besi dan konstantan pada pangkal Tr

terbangkit beda potensial (electro motive force/emf) sehingga

mengalir arus listrik pada rangkaian tersebut.

Kombinasi jenis logam penghantar yang digunakan

menentukan karakteristik linier suhu terhadap tegangan.

Tipe-tipe kombinasi logam penghantar thermokopel:

Tipe E (kromel-konstantan)

Tipe J (besi-konstantan)

Tipe K (kromel-alumel)

Tipe R-S (platinum-platinum rhodium)

Tipe T (tembaga-konstantan)

Tegangan keluaran emf (elektro motive force) thermokopel

masih sangat rendah, hanya beberapa milivolt. Thermokopel

bekerja berdasarkan perbedaan pengukuran. Oleh karena itu jika

ukntuk mengukur suhu yang tidak diketahui, terlebih dulu harus

diketahui tegangan Vc pada suhu referensi (reference temperature).

Bila thermokopel digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi

makaa akan muncul tegangan sebesar Vh. Tegangan sesungguhnya

adalah selisih antara Vc dan Vh yang disebut net voltage (Vnet).

Besarnya Vnet ditentukan dengan rumus:

Vnet = Vh – Vc

Keterangan :

Vnet = tegangan keluaran thermokopel

Vh = tegangan yang diukur pada suhu tinggi

Vc = tegangan referensi

Instrumentasi dan Pengukuran Page 15

Page 16: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Gambar grafik tegangan terhadap suhu pada thermokopel tipe E, J,

K dan R :

Gambar di bawah ini menunjukkan beberapa thermokopel yang

dihubungkan secara seri membentuk thermopile. Thermopile ini

diletakkan di titik tengah pyrometer radiasi dan lensa yang

digunakan untuk memfokuskan radiasi (pancaran panas) agar jatuh

pada thermopile.

Gambar Thermopile:

Instrumentasi dan Pengukuran Page 16

Page 17: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Gambar Pyrometer Radiasi:

Untuk masa sekarang thermokopel sudah dibuat dengan kemasan

yang mempunyai unjuk kerja yang lebih peka yang disebut

thermopile yang digunakan sebagai pyrometer radiasi.

Grafik hubungan suhu terhadap arus keluaran:

Efek peltier :

Jika arus dilewatkan melalui termokopel yang pada mulanya

suhu kedua ujungnya adalah sama, maka sejumlah panas akan

dilepas pada salah satu ujungnya dan sejumlah lain panas akan

diserap pada ujung lainnya sehingga terjadi perbedaan suhu pada

Instrumentasi dan Pengukuran Page 17

Page 18: Pengukuran Suhu Efek Listrik

kedua ujung tersebut. Perpindahan panas tersebut dipengaruhi oleh

arus yang mengalir, dengan hubungan seperti persamaan:

Dimana f adalah koefisien Peltier (volt). Efek Peltier ini menjadi

dasar utama system pendinginan efek termoelektrik. Dan hal itu

terjadi karena disebabkan oleh arus yang mengalir di dalam

rangkain.

Efek Thomson :

Jika arus mengalir melalui konduktor termokopel yang pada

mulanya bersuhu seragam, maka panas Joulean akan menyebabkan

gradien suhu sepanjang termokopel tersebut, dengan hubungan:

Dimana t adalah koefisien Thomson (V/K) dan dT/dx adalah

gradien suhu yang terjadi pada konduktor.

Secara termodinamik koefisien Seebeck (a), Peltier (f) dan

Thomson (t) adalah saling berhubungan. Besaran a dan f sangat

tergantung pada sifat kedua konduktor pada termokopel tersebut

sehingga harus dinyatakan dalam nilai beda (a = aA - aB dan f = fA

- fB). Dengan demikian, hubungan ketiga koefisien tersebut dapat

dinyatakan dengan dua persamaan berikut:

Instrumentasi dan Pengukuran Page 18

Page 19: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Contoh Aplikasi Penggunaan Pengukur Suhu dengan Efek Listrik

1. Alarm Sensor Suhu Dengan Menggunakan Termistor

Berikut komponen yang digunakan untuk membuat rangkaian

sensor suhu dengan thermistor :

Power supply 5 volt dan 9 volt

Sensor suhu thermistor (NTC)

Variabel resistor/potensiometer 10 K

Resistor 10 K dan 100 ohm

Transistor NPN

Relay

Buzzer/alarm

Setelah semua komponen terkumpul maka saatnya kita merangkai

rangkaian sensor suhu dengan thermistor dimana alarm sebagai

indikator. Berikut rangkaian alarm sensor suhu :

Instrumentasi dan Pengukuran Page 19

Page 20: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Gambar Rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor

Prinsip kerja dari rangkaian alarm sensor suhu dengan thermistor

diatas :

R3, Thermistor dan VR1 dipasang seri supaya dapat menentukan

pembagian tegangan yang sesuai yang akan diberikan ke transistor

switching.

Tegangan supply adalah sama dengan jumlah tegangan yang jatuh

pada R3, Thermistor dan VR1. Tegangan pada VR1 paralel

terhadap basis transistor, sehingga pada saat tegangan pada VR1

mencapai 0,7 volt maka transistor akan aktif dan mengaktifkan

relay sehingga alarm/buzzer akan terenergise .

Thermistor dipasang pada bagian atas dari VR1 dimaksudkan

supaya pada saat suhu naik tegangan pada titik trigger (basis

transistor = VR1) akan mengalami kenaikan, dikarenakan

Instrumentasi dan Pengukuran Page 20

Page 21: Pengukuran Suhu Efek Listrik

thermistor (NTC) tersebut akan mengalami penurunan nilai

resistansi seiring dengan kenaikan suhu.

Kita bisa saja menukar posisi thermistor dengan VR1 dengan

tujuan agar rangkaian alarm akan aktif pada saat suhu mengalami

penurunan. Kita bisa juga meengganti nilai R3 dan VR1 untuk

mendapatkan sensitifitas yang sesuai dengan karakteristik

thermistor yang anda miliki dan sesuai keinginan anda.

2. Aplikasi dan Penggunaan Termokopel

Melihat karakter dari termokopel, instrumen ini tepat

digunakan untuk mengukur suhu dengan suhu mimimal 2000°C.

Dalam dunia industri, termokopel dijadikan sebagai transduser

pada tungku pencairan logam. termokopel akan memberikan

feedback berupa tegangan yang dapat dimanfaatkan oleh sistem

yang lebih cerdas untuk menanggapi tiap kenaikan/penurunan suhu

pada object yang diukur. Dalam dunia industri, termokopel sangat

penting adanya, yang digunakan dalam hal berikut ;

industri besi dan baja,

pengaman pada alat-alat pemanas,

sebagai thermopile (alat untuk mengubah suhu menjadi

tegangan) pada sensor radiasi,

pembangkit listrik tenaga panas radioisotop.

Instrumentasi dan Pengukuran Page 21

Page 22: Pengukuran Suhu Efek Listrik

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Pengukuran suhu efek listrik adalah Pengukuran suhu dengan cara

memberikan sinyal yang mudah dideteksi dan digunakan untuk tujuan

pengendalian.

Termometer Tahanan Listrik adalah instrumentasi suhu berdasarkan

kenaikan resistensi logam terhadap suhu.

Termistor adalah alat semi-konduktor dengan tahanan yang mempunyai

koefisien suhu negatif, berlawanan dengan koefisien yang positif pada

kebanyakan logam.

Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah

perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase).

Instrumentasi dan Pengukuran Page 22

Page 23: Pengukuran Suhu Efek Listrik

Daftar Pustaka

Karl Ehinger, Industrial temperature measurement, ABB Automation

Product, 2008

Raytek Corporation, Principles of Non-Contact Temperature Measurement,

2003

http://anistkr.blogspot.com/2012/05/jenis-jenis-sensor-dan-fungsinya.html

http://m-edukasi.net/online/2008/jenissensor/sensor%20suhu%20dan

%20fungsinya.html

http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-suhu-

thermopile-mlx90247/

http://elektronika-dasar.web.id/komponen/sensor-tranducer/sensor-suhu-

termistor/

Instrumentasi dan Pengukuran Page 23