Thermocouple adalah salah satu jenis alat ukur temperatur
yang menggunakan prinsip termoelektris pada sebuah material. Seperti
yang telah saya singgung pada artikel sebelumnya, alat ini tersusun atas
dua konduktor listrik dari material yang berbeda yang dirangkai
membentuk sebuah rangkaian listrik. Jika salah satu dari konduktor
tersebut dijaga pada temperatur yang lebih tinggi daripada konduktor
lainnya sehingga ada diferensial temperatur, maka akan timbul efek
termoelektris yang menghasilkan tegangan listrik. Besar tegangan listrik
yang terbentuk tergantung dari jenis material konduktor yang digunakan,
serta besar perbedaan temperatur antara dua konduktor tersebut.
Thermocouple
Komponen utama dari thermocouple adalah dua jenis logam
konduktor listrik yang berbeda yang dirangkai sedemikian rupa sehingga
pada saat salah satu logam terkena sumber panas, sedangkan logam yang
lain dijaga di temperatur yang tetap, maka rangkaian tersebut akan
menghasilkan tegangan listrik tertentu yang nilainya sebanding dengan
temperatur sumber panas. Penentuan kombinasi logam konduktor yang
digunakan pada thermocouple mempengaruhi besar energi listrik
yang akan dibangkitkan. Penentuan nilai tegangan listrik dari beberapa
kombinasi konduktor dapat digambarkan pada grafik di bawah ini, data
tersebut didapatkan dari pengujian laboratorium. Karakteristik yang
berbeda-beda dari setiap kombinasi logam konduktor ini akan bermanfaat
bagi kita dalam menentukan thermocouple yang tepat untuk digunakan pada berbagai rentan temperatur dan media yang berbeda-beda.
Prinsip Kerja Thermocouple
Komponen konduktor thermocouple dapat dirangkai secara seri
maupun paralel sesuai dengan kebutuhan yang ada. Jika dirangkai secara
seri, maka nilai tegangan total adalah jumlah dari keseluruhan tegangan
yang dibangkitkan oleh masing-masing pasangan konduktor. Sedangkan jika
disusun secara paralel, dan dengan syarat tiap-tiap pasangan konduktor
memiliki nilai tahanan yang sama, maka besar tegangan total yang
dibangkitkan adalah nilai rata-rata dari tegangan yang dibangkitkan oleh
masing-masing konduktor. Kemampuan thermocouple untuk
dirangkai secara seri maupun paralel ini bermanfaat pada saat
dibutuhkannya pengukuran temperatur dengan rentan yang kecil serta
ketelitian yang tinggi.
Grafik Tegangan Beberapa Kombinasi Logam Konduktor
Setiap kombinasi konduktor yang digunakan pada thermocouple menentukan rentan temperatur yang dapat dibaca oleh thermocouple
tersebut. Penentuan material konduktor yang cocok pada rentan
temperatur kerja tertentu sangat dipengaruhi oleh ketahanan material
tersebut terhadap proses oksidasi yang terjadi pada temperatur kerja
yang diinginkan. Sedangkan keawetannya dipengaruhi oleh ukuran kawat
yang digunakan, jenis osilator yang digunakan, serta kondisi lingkungan
kerjanya. Sebagai contoh, tabel berikut menjabarkan beberapa jenis
kombinasi konduktor serta karakteristik temperatur kerjanya.
Semua jenis thermocouple dengan berbagai tipe material, akan
mengalami penurunan fungsi jika digunakan untuk mengukur temperatur di
atas batas kemampuan ukurnya. Hal ini terutama terjadi jika digunakan
untuk mengukur temperatur gas atau udara. Untuk mengatasi masalah ini
digunakan sistem insulasi untuk melindungi kawat thermocouple
dari efek penurunan fungsi tersebut. Jenis insulasi yang umum digunakan
adalah magnesium oksida. Magnesium oksida ini membungkus kawat thermocouple, dan selanjutnya bahan dari baja digunakan sebagai pembungkus yang paling luar.
Ada dua jenis thermocouple yang menggunakan insulasi, yaitu grounded type dan ungrounded type. Kawat sensor thermocouple grounded type ter-grounding
pada lapisan baja yang terluar, menghasilkan hasil sensor temperatur
yang responsif untuk perubahan temperatur yang cepat namun thermocouple jenis ini tidak dapat dirangkai secara seri maupun paralel. Sedangkan thermocouple tipe ungrounded, kawat sensor tidak ter-grounding pada sisi luarnya. Tipe thermocouple yang kedua ini sangat cocok jika digunakan untuk dirangkai secara paralel maupun seri.
Contoh Instalasi Thermocouple pada Sebuah Pipa Boiler
Gambar di atas merupakan salah satu contoh instalasi thermocouple pada sebuah bagian pipa boiler dengan tujuan untuk mengukur temperatur metal pipa boiler tersebut. Kawat sensor thermocouple yang terinsulasi ditanamkan kesebentuk logam (pad) sebelum dilas pada pipa boiler. Jika pad dari thermocouple
tersebut terekspos oleh temperatur luar yang berbeda dengan temperatur
bagian yang diukur, maka cara instalasi ini tidak cocok untuk digunakan,
karena bagian pad tersebut akan menyerap panas dari sumber luar tersebut. Untuk metode instalasi thermocouple yang lainnya akan kita bahas pada artikel selanjutnya.
Sinyal yang keluar dari thermocouple adalah berupa voltase listrik berukuran milivolt. Maka pada rangkaian thermocouple
diperlukan potensiometer untuk membaca sinyal listrik tersebut. Selain
itu diperlukan juga alat konverter milimeter menjadi nilai temperatur
sesuai dengan yang dibutuhkan. Alat konverter ini harus terkalibrasi
dengan sempurna untuk mendapatkan hasil pembacaan yang baik. Ada juga
potensiometer jenis lain yang ia juga sekaligus sebagai konverter,
sehingga hasil pembacaan yang keluar dari potensiometer tersebut sudah
berupa temperatur aktual benda yang diukur.
Sumber :
- B&W – Steam, Its Generation and Use – Chapter 40
- Wikipedia.org\
- http://artikel-teknologi.com/prinsip-kerja-thermocouple
Tidak ada komentar:
Posting Komentar