Bengkeltv.id – Pengertian Thermocouple : Memahami Fungsi dan Cara Kerjanya. Thermocouple adalah salah satu alat ukur suhu yang banyak digunakan dalam berbagai industri dan aplikasi teknik. Alat ini terdiri dari dua jenis logam yang berbeda, yang terhubung di satu ujungnya dan menghasilkan tegangan listrik yang sebanding dengan perubahan suhu. Ketika ujung terhubung, atau junction, mengalami perubahan suhu, perbedaan temperatur antara dua logam tersebut akan menciptakan tegangan listrik. Tegangan ini kemudian dapat diukur dan dikonversi menjadi nilai suhu dengan menggunakan rumus tertentu.
Salah satu keunggulan thermocouple adalah kemampuannya untuk memberikan pengukuran suhu yang cepat dan akurat, serta dapat beroperasi dalam rentang suhu yang luas, mulai dari ratusan derajat di bawah nol hingga ribuan derajat Celsius. Ini menjadikannya pilihan ideal untuk berbagai aplikasi, mulai dari pengukuran suhu dalam proses industri hingga pemantauan suhu dalam sistem HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning).
Thermocouple juga dikenal karena ketahanannya terhadap lingkungan yang ekstrem, termasuk kelembapan tinggi dan paparan bahan kimia. Dengan demikian, alat ini sering digunakan dalam industri minyak dan gas, metalurgi, serta penelitian laboratorium. Dalam artikel ini, kita akan membahas lebih dalam mengenai pengertian thermocouple, prinsip kerjanya, serta berbagai jenis dan aplikasi yang ada di industri saat ini.
Pengertian Termokopel (Thermocouple)
Termokopel adalah sensor suhu yang berfungsi untuk mendeteksi atau mengukur suhu dengan memanfaatkan dua jenis logam konduktor berbeda yang disambungkan di ujungnya, menciptakan efek “termo-elektrik”.
Efek termo-elektrik ini pertama kali ditemukan oleh fisikawan Estonia, Thomas Johann Seebeck, pada tahun 1821. Ia mengungkapkan bahwa jika dua logam konduktor mengalami perbedaan suhu, akan muncul tegangan listrik di antara keduanya.
Tegangan listrik yang dihasilkan di antara dua persimpangan ini dikenal dengan nama efek “Seebeck”.
Termokopel merupakan salah satu sensor suhu paling populer, sering digunakan dalam berbagai rangkaian atau perangkat listrik dan elektronik yang berhubungan dengan pengukuran suhu.
Beberapa keunggulan termokopel yang menjadikannya banyak diminati adalah responsnya yang cepat terhadap perubahan suhu serta rentang suhu operasional yang sangat luas, yaitu dari -200˚C hingga 2000˚C. Selain itu, termokopel juga tahan terhadap guncangan dan getaran, serta mudah digunakan.
Sejarah Thermocouple
Pada tahun 1821, ilmuwan Jerman Thomas Johann Seebeck menemukan fenomena termo-elektrik. Dalam penelitiannya, ia menggabungkan dua logam berbeda, yaitu besi dan tembaga, dalam sebuah rangkaian. Ia juga menempatkan jarum kompas di dalam perangkat tersebut.
Saat rangkaian dipanaskan, jarum kompas mulai bergerak. Pergerakan ini disebabkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui logam, menciptakan medan magnet yang mempengaruhi pergerakan jarum kompas. Fenomena ini kemudian dikenal sebagai efek Seebeck.
Penemuan ini menginspirasi Jean Charles Peltier untuk merancang alat pengukur suhu yang memanfaatkan dua jenis logam berbeda. Dari teori ini, lahirlah alat yang dikenal sebagai termokopel. Termokopel memanfaatkan teknologi termo-elektrik untuk mendeteksi perubahan suhu pada benda atau perangkat elektronik.
Karakteristik Thermocouple
Dibandingkan dengan alat pengukur suhu lainnya, termokopel memiliki karakteristik atau ciri khas yang unik. Beberapa ciri utama termokopel meliputi:
- Terdiri dari dua konduktor yang berfungsi sebagai sensor suhu.
- Konduktor terbuat dari dua jenis logam yang berbeda.
- Salah satu logam berfungsi sebagai pengukur suhu yang konstan, sedangkan logam lainnya berperan dalam mendeteksi panas.
- Tegangan yang dihasilkan oleh termokopel bervariasi tergantung pada perangkat elektronik yang digunakan.
- Rentang suhu yang dapat diukur oleh termokopel berkisar antara -200°C hingga 1450°C.
Fungsi Thermocouple
Setelah memahami pengertian termokopel, kita dapat melihat bahwa alat ini berfungsi untuk mengukur suhu dengan memanfaatkan efek termo-elektrik yang dihasilkan dari dua jenis logam yang disambungkan di ujungnya.
Ketika terdapat perbedaan suhu di kedua ujung logam, akan muncul perbedaan potensial yang dapat diukur oleh alat elektronik sebagai indikator suhu.
Dalam praktiknya, termokopel sering digunakan dalam berbagai perangkat elektronik untuk mengukur suhu.
Contoh penggunaan termokopel meliputi sensor otomotif untuk mengukur suhu mesin, alat penanak nasi dan lemari pendingin untuk mengontrol suhu, mesin cuci untuk mengukur suhu air, serta sensor pada pesawat terbang untuk memantau suhu di dalam kabin dan mesin pesawat. Penggunaan termokopel tidak terbatas pada itu saja.
Dengan keunggulannya yang mencakup respons cepat terhadap perubahan suhu dan rentang suhu operasional yang luas, termokopel menjadi salah satu pilihan populer untuk aplikasi pengukuran suhu dalam berbagai alat elektronik dan industri.
Prinsip Kerja Termokopel (Thermocouple)
Prinsip kerja termokopel cukup sederhana. Alat ini terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan disambungkan di ujungnya.
Salah satu logam berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan, sedangkan logam lainnya berfungsi untuk mendeteksi suhu panas.
Ketika kedua persimpangan atau junction memiliki suhu yang sama, beda potensial atau tegangan listrik yang dihasilkan antara dua junction tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Namun, jika salah satu junction diberikan suhu panas atau dihubungkan dengan objek pengukuran, akan terjadi perbedaan suhu antara kedua junction. Hal ini menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterima, yaitu V1 – V2.
Tegangan listrik yang dihasilkan biasanya berkisar antara 1 µV hingga 70 µV untuk setiap derajat Celsius. Tegangan tersebut kemudian dikonversi sesuai dengan tabel referensi yang telah ditetapkan, sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dipahami.
Dalam konstruksi termokopel, terdapat beberapa jenis junction yang digunakan, seperti junction terbuka, junction terbungkus, dan junction tipis. Masing-masing jenis junction memiliki kelebihan dan kekurangan yang sesuai dengan aplikasinya.
Instalasi Thermocouple
Untuk memperoleh pemahaman yang lebih mendalam mengenai instalasi termokopel, berikut ini adalah informasi lengkap mengenai hal tersebut:
1. Probe dan Seath
Probe dan sheath merupakan bagian integral dari instalasi termokopel. Probe adalah dua kabel dalam termokopel yang berfungsi sebagai sensor suhu utama. Sementara itu, sheath berperan untuk melindungi probe, biasanya terletak di luar probe untuk memberikan perlindungan tambahan.
Probe, juga dikenal sebagai konduktor, adalah komponen utama termokopel. Probe terbuat dari bahan logam dan terdiri dari dua jenis logam yang berbeda. Ukuran probe pada termokopel dapat bervariasi; semakin besar diameter probe, semakin tinggi kemampuan termokopel dalam mengukur suhu.
Namun, perlu diingat bahwa semakin besar diameter probe, waktu respons terhadap perubahan suhu akan semakin lambat. Oleh karena itu, pemilihan diameter probe harus dilakukan dengan hati-hati untuk memastikan hasil pengukuran yang optimal.
2. Indikator Suhu
Selain konduktor, instalasi termokopel juga memerlukan indikator suhu. Indikator suhu berfungsi sebagai alat untuk membaca hasil pengukuran dari termokopel.
Hasil pengukuran suhu harus disampaikan ke alat khusus agar dapat terbaca dengan jelas. Untuk menghubungkannya, alat tersebut memerlukan kabel ekstensi sebagai media penghubung. Kabel ekstensi berfungsi untuk mengantarkan sinyal suhu dari termokopel ke indikator suhu, sehingga dapat ditampilkan dan dibaca dengan jelas.
3. PLC dan DCS
Untuk memperoleh nilai hasil pengukuran dari termokopel, Kalian memerlukan perangkat seperti PLC (Programmable Logic Controller) dan DCS (Distributed Control System). Ada dua cara untuk mengirimkan nilai hasil pengukuran ke DCS atau PLC.
Pertama, Kalian dapat menghubungkan kabel termokopel langsung ke modul input yang tersedia pada perangkat tersebut. Cara kedua adalah dengan menggunakan transmitter suhu. Kalian dapat mencabut kabel dari termokopel dan menghubungkannya ke transmitter suhu. Kemudian, transmitter suhu akan mengirimkan nilai pengukuran ke PLC dan DCS menggunakan sinyal analog.
Jenis – jenis Thermocouple
Sebagai alat pengukur suhu yang umum digunakan, termokopel memiliki berbagai jenis. Berikut ini adalah beberapa jenis termokopel yang umum ditemui:
1. Thermocouple Tipe K
Salah satu jenis termokopel adalah termokopel tipe K. Tipe ini terbuat dari nikel-alumunium (Ni-Al) dan nikel-kromium (Ni-Cr). Karena memiliki karakteristik positif dan negatif yang sesuai, Ni-Al dan Ni-Cr sering digunakan dalam pengukuran suhu.
Pada termokopel tipe K, terdapat dua kabel probe. Probe dengan sifat positif biasanya berwarna kuning, sedangkan probe dengan sifat negatif berwarna merah.
Termokopel tipe K memiliki rentang pengukuran suhu mulai dari -200° Celcius hingga 1250° Celcius. Aplikasi umum dari termokopel ini termasuk dalam pengukuran suhu ruang bahan bakar, boiler, reformer, dan sebagainya.
2. Thermocouple Tipe J
Termokopel tipe J adalah pengukur suhu yang terbuat dari besi dan konstantan. Alat pengukur ini memiliki rentang suhu pengukuran yang terbatas, yaitu sekitar -40° Celcius hingga 750° Celcius.
3. Thermocouple Tipe E
Termokopel tipe E terdiri dari bagian negatif yang terbuat dari konstantan, dan bagian positif yang terbuat dari nikel-kromium. Alat ukur ini memiliki rentang suhu pengukuran yang luas, umumnya mulai dari -200° Celcius hingga 900° Celcius.
4. Thermocouple Tipe N
Termokopel tipe N terbuat dari nisil untuk bagian negatifnya dan nicrosil untuk bagian positifnya. Alat pengukur suhu ini memiliki rentang pengukuran suhu mulai dari 0° Celcius hingga 1250° Celcius.
Termokopel tipe N memiliki beberapa kelebihan yang perlu dipertimbangkan. Salah satunya adalah hasil pengukurannya yang stabil dan tahan terhadap oksidasi. Selain itu, termokopel ini juga dapat digunakan untuk mengukur suhu tinggi tanpa perlu menggunakan platinum.
5. Thermocouple Tipe U
Termokopel tipe U memiliki bagian positif yang terbuat dari tembaga (Cooper) dan bagian negatif yang terbuat dari cupronickel (Cooper Nickel). Rentang suhu pengukuran termokopel ini relatif rendah, dimulai dari -200° Celcius hingga 350° Celcius.
6. Thermocouple Tipe T
Termokopel tipe T terbuat dari tembaga dan konstantan. Alat pengukur ini memiliki rentang suhu pengukuran yang luas, mulai dari 0°C hingga 1450°C.
Kelebihan dan Kekurangan Thermocouple
Setelah mengetahui Pengertian Termokopel, selanjutnya adalah kelebihan dan kekurangannya. Termokopel merupakan alat ukur yang cukup populer. Namun, alat tersebut tentunya tidak terlepas dari kelebihan dan juga kekurangannya.
Adapun kelebihan dan kekurangan thermocouple antara lain adalah sebagai berikut :
1. Kelebihan Thermocouple
Sebagai alat ukur suhu, termokopel memiliki beberapa kelebihan, antara lain:
- Harganya relatif murah namun hasil pengukurannya akurat.
- Tingkat repeatability (keulangan pengukuran) yang cukup tinggi.
- Memiliki skala yang jelas dan hasil pengukuran mudah dibaca.
- Responsnya cepat terhadap perubahan suhu.
- Akurasinya tinggi dan tepat.
- Rentang pengukuran yang luas, yaitu mulai dari -200°C hingga 1450°C.
- Tahan lama dan tidak mudah rusak.
- Dapat bekerja dengan baik pada jarak yang pendek, kurang dari 1 cm.
- Merupakan alat yang self-powered, tidak memerlukan sumber daya listrik eksternal untuk beroperasi.
2. Kekurangan Thermocouple
Selain memiliki beberapa kelebihan, termokopel juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain:
- Memerlukan peralatan tambahan yang mahal untuk dapat digunakan.
- Susah di kalibrasi.
- Memerlukan acuan temperatur terlebih dahulu saat melakukan pengukuran awal.
- Tingkat sensitivitas yang rendah.
- Kurang stabil.
- Hanya dapat digunakan untuk mengukur suhu saja.
- Akurasinya tidak cukup tinggi, yaitu hanya sekitar 0,5°C saja.
Penutup
Dalam artikel dari bengkeltv.id ini, kita telah membahas secara mendetail mengenai pengertian thermocouple dan prinsip kerjanya. Thermocouple adalah alat ukur suhu yang menggunakan efek termo-elektrik dari dua jenis logam yang berbeda, yang disambungkan di ujungnya. Dengan kemampuannya untuk mendeteksi perubahan suhu dengan akurat dan cepat, thermocouple telah menjadi salah satu pilihan utama dalam berbagai aplikasi industri dan elektronika.
Dari bagian-bagian penting seperti probe dan sheath hingga peran indikator suhu dan sistem kontrol seperti PLC dan DCS, kita dapat melihat bahwa thermocouple bukan hanya sekadar alat pengukur, tetapi juga merupakan bagian integral dari sistem pengukuran suhu yang lebih luas. Keunggulan thermocouple dalam hal rentang suhu yang luas dan respons yang cepat membuatnya sangat relevan dalam berbagai bidang, termasuk otomotif, elektronik, dan manufaktur.
Dengan pemahaman yang lebih baik tentang pengertian thermocouple dan aplikasinya, diharapkan pembaca dapat mengaplikasikan informasi ini dalam praktik sehari-hari, baik dalam memilih thermocouple yang tepat untuk kebutuhan spesifik maupun dalam merancang sistem pengukuran suhu yang lebih efisien. Penggunaan thermocouple yang tepat dapat meningkatkan efektivitas pengukuran suhu, mengurangi kesalahan, dan mendukung proses pengambilan keputusan yang lebih baik dalam berbagai aplikasi.
