Apa itu Termokopel: Prinsip Kerja & Aplikasinya

Pada tahun 1821, seorang fisikawan bernama “Thomas Seebeck” mengungkapkan bahwa ketika dua kawat logam yang berbeda dihubungkan pada kedua ujung satu junction dalam suatu rangkaian ketika temperatur diterapkan pada junction, maka akan terjadi aliran arus melalui sirkuit yang dikenal sebagai medan elektromagnetik (EMF). Energi yang dihasilkan oleh rangkaian tersebut dinamakan Seebeck Effect. Menggunakan efek Thomas Seebeck sebagai pedomannya, baik fisikawan Italia yaitu Leopoldo Nobili dan Macedonio Melloni berkolaborasi untuk merancang baterai termoelektrik pada tahun 1826, yang disebut pengganda termal, yang diambil dari penemuan termoelektrik Seebeck dengan menggabungkan galvanometer serta termopile untuk menghitung radiasi. Atas usahanya, beberapa orang mengidentifikasi Nobili sebagai penemu termokopel.

Apa itu Termokopel?

Termokopel dapat diartikan sebagai sejenis suhu sensor yang digunakan untuk mengukur suhu pada satu titik tertentu dalam bentuk EMF atau arus listrik. Sensor ini terdiri dari dua kabel logam berbeda yang dihubungkan bersama pada satu persimpangan. Suhu dapat diukur pada persimpangan ini, dan perubahan suhu pada kawat logam menstimulasi tegangan.

Termokopel

Jumlah EMF yang dihasilkan di perangkat sangat menit (milivolt), jadi perangkat yang sangat sensitif harus digunakan untuk menghitung e.m.f yang dihasilkan di sirkuit. Perangkat yang umum digunakan untuk menghitung e.m.f adalah potensiometer penyeimbang tegangan dan galvanometer biasa. Dari keduanya, potensiometer penyeimbang digunakan secara fisik atau mekanis.

Prinsip Kerja Termokopel

Itu prinsip termokopel terutama bergantung pada tiga efek yaitu Seebeck, Peltier, dan Thompson.

Lihat efek beck

Jenis efek ini terjadi di antara dua logam yang berbeda. Ketika panas mengalir ke salah satu kabel logam, maka aliran elektron memasok dari kawat logam panas ke kawat logam dingin. Oleh karena itu, arus searah merangsang rangkaian.

Efek peltier

Efek Peltier ini berlawanan dengan efek Seebeck. Efek ini menyatakan bahwa perbedaan suhu dapat dibentuk di antara dua konduktor yang berbeda dengan menerapkan variasi potensial di antara keduanya.

Efek Thompson

Efek ini menyatakan bahwa sebagai dua logam yang berbeda saling menempel & jika mereka membentuk dua sambungan maka tegangan menginduksi panjang konduktor total karena gradien suhu. Ini adalah kata fisik yang menunjukkan perubahan kecepatan dan arah suhu pada posisi yang tepat.

Konstruksi Termokopel

Konstruksi perangkat ditunjukkan di bawah ini. Ini terdiri dari dua kabel logam yang berbeda dan yang dihubungkan bersama di ujung persimpangan. Persimpangan dianggap sebagai ujung pengukuran. Ujung persimpangan diklasifikasikan menjadi tiga tipe yaitu persimpangan tanpa ground, ground, dan persimpangan terbuka.

Konstruksi Termokopel

Ungrounded-Junction

Pada sambungan jenis ini, konduktor dipisahkan seluruhnya dari penutup pelindung. Aplikasi persimpangan ini terutama mencakup pekerjaan aplikasi tekanan tinggi. Manfaat utama menggunakan fungsi ini adalah untuk mengurangi efek medan magnet nyasar.

Grounded-Junction

Pada sambungan jenis ini, kabel logam, serta penutup pelindung, dihubungkan bersama. Fungsi ini digunakan untuk mengukur suhu di atmosfer asam, dan memberikan ketahanan terhadap kebisingan.

Exposed-Junction

Persimpangan yang terbuka dapat diterapkan di area yang memerlukan respons cepat. Persimpangan jenis ini digunakan untuk mengukur suhu gas. Logam yang digunakan untuk membuat sensor suhu pada dasarnya bergantung pada kisaran suhu yang dihitung.

Umumnya termokopel dirancang dengan dua kawat logam yang berbeda yaitu besi dan konstantan yang berfungsi untuk mendeteksi elemen dengan menghubungkan pada salah satu sambungan yang dinamakan sambungan panas. Ini terdiri dari dua persimpangan, satu persimpangan dihubungkan dengan voltmeter atau pemancar dimana persimpangan dingin dan persimpangan kedua dikaitkan dalam suatu proses yang disebut persimpangan panas.

Bagaimana Cara Kerja Termokopel?

Itu diagram termokopel ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Sirkuit ini dapat dibuat dengan dua logam berbeda, dan digabungkan bersama dengan menghasilkan dua sambungan. Kedua logam tersebut dikelilingi oleh sambungan melalui pengelasan.

Dalam diagram di atas, persimpangan dilambangkan dengan P & Q, dan suhu dilambangkan dengan T1, & T2. Ketika suhu persimpangan tidak sama satu sama lain, maka gaya elektromagnetik dihasilkan di sirkuit.

Sirkuit Termokopel

Jika temperatur di ujung persimpangan berubah menjadi ekuivalen, maka ekivalen, serta gaya elektromagnetik balik, dihasilkan di sirkuit, dan tidak ada aliran arus yang melewatinya. Demikian pula, suhu di ujung persimpangan menjadi tidak seimbang, kemudian variasi potensial diinduksi di sirkuit ini.

Besarnya gaya elektromagnetik yang diinduksi dalam rangkaian bergantung pada jenis bahan yang digunakan untuk pembuatan termokopel. Seluruh aliran arus di seluruh rangkaian dihitung dengan alat pengukur.

Gaya elektromagnetik yang diinduksi dalam rangkaian dihitung dengan persamaan berikut

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Di mana ∆Ө adalah perbedaan suhu antara ujung sambungan termokopel panas serta ujung sambungan termokopel referensi, a & b adalah konstanta

Jenis Termokopel

Sebelum membahas jenis termokopel, harus dipertimbangkan bahwa termokopel perlu dilindungi dalam wadah pelindung untuk mengisolasi dari suhu atmosfer. Penutup ini secara signifikan akan meminimalkan dampak korosi pada perangkat.

Jadi, termokopel ada banyak jenisnya. Mari kita lihat detailnya.

Ketik K - Ini juga disebut sebagai termokopel jenis Nikel-Kromium / Nikel-Alumel. Ini adalah tipe yang paling umum digunakan. Ini memiliki fitur keandalan yang ditingkatkan, ketepatan, dan murah serta dapat beroperasi untuk rentang suhu yang diperpanjang.

Tipe K

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -454F hingga 2300F (-270⁰C sampai 1260⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe K ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 2,2C atau +/- 0,75% dan batas khusus +/- 1,1C atau 0,4%

Ketik J - Ini adalah campuran Besi / Constantan. Ini juga merupakan jenis termokopel yang paling banyak digunakan. Ini memiliki fitur keandalan yang ditingkatkan, ketepatan, dan murah. Perangkat ini hanya dapat dioperasikan untuk kisaran suhu yang lebih rendah dan memiliki masa pakai yang pendek saat dioperasikan pada kisaran suhu yang tinggi.

Tipe J

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -346F hingga 1400F (-210⁰C sampai 760⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe J ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 2,2C atau +/- 0,75% dan batas khusus +/- 1,1C atau 0,4%

Ketik T - Ini adalah campuran Tembaga / Constantan. Termokopel tipe T meningkatkan stabilitas dan umumnya diterapkan untuk aplikasi suhu yang lebih rendah seperti freezer suhu sangat rendah dan kriogenik.

Tipe T.

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -454F hingga 700F (-270⁰C sampai 370⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 1,0C atau +/- 0,75% dan batas khusus +/- 0,5C atau 0,4%

Ketik E - Ini adalah campuran Nikel-Chromium / Constantan. Ini memiliki kemampuan sinyal yang lebih besar dan akurasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan termokopel Tipe K dan J ketika dioperasikan pada ≤ 1000F.

Tipe E

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -454F hingga 1600F (-270⁰C sampai 870⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 1,7C atau +/- 0,5% dan batas khusus +/- 1,0C atau 0,4%

Ketik N - Ini dianggap sebagai termokopel Nicrosil atau Nisil. Tingkat suhu dan akurasi tipe N mirip dengan tipe K. Tetapi tipe ini lebih mahal daripada tipe K.

Tipe N

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -454F hingga 2300F (-270⁰C sampai 392⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 2,2C atau +/- 0,75% dan batas khusus +/- 1,1C atau 0,4%

Ketik S - Ini dianggap sebagai termokopel Platinum / Rhodium atau 10% / Platinum. Jenis termokopel S sangat diimplementasikan untuk aplikasi kisaran suhu tinggi seperti di organisasi Bioteknologi dan farmasi. Ini bahkan digunakan untuk aplikasi rentang suhu yang lebih rendah karena ketepatan dan stabilitasnya meningkat.

Tipe S.

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -58F hingga 2700F (-50⁰C sampai 1480⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 1.5C atau +/- 0.25% dan batas khusus +/- 0.6C atau 0.1%

Ketik R - Ini dianggap sebagai termokopel Platinum / Rhodium atau 13% / Platinum. Jenis termokopel S sangat diimplementasikan untuk aplikasi kisaran suhu tinggi. Jenis ini disertakan dengan jumlah Rhodium yang lebih tinggi daripada Tipe S yang membuat perangkat lebih mahal. Fitur dan performa tipe R dan S hampir serupa. Ini bahkan digunakan untuk aplikasi rentang suhu yang lebih rendah karena ketepatan dan stabilitasnya meningkat.

Tipe R

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - -58F hingga 2700F (-50⁰C sampai 1480⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 200⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 1.5C atau +/- 0.25% dan batas khusus +/- 0.6C atau 0.1%

Ketik B - Ini dianggap sebagai 30% dari Platinum Rhodium atau 60% dari termokopel Platinum Rhodium. Ini banyak digunakan dalam aplikasi suhu yang lebih tinggi. Dari semua jenis yang tercantum di atas, tipe B memiliki batas suhu tertinggi. Pada tingkat suhu yang ditingkatkan, termokopel tipe B akan memiliki stabilitas dan akurasi yang meningkat.

Tipe B

Kisaran suhu:

Kabel kelas termokopel - 32F hingga 3100F (0⁰C sampai 1700⁰C)

Kabel ekstensi (0⁰C sampai 100⁰C)

Tipe-T ini memiliki tingkat akurasi

Standar +/- 0,5%

Jenis S, R, dan B dianggap termokopel logam mulia. Ini dipilih karena dapat berfungsi bahkan pada kisaran suhu tinggi yang memberikan akurasi tinggi dan masa pakai yang lama. Namun, jika dibandingkan dengan jenis logam tidak mulia harganya lebih mahal.

Saat memilih termokopel, kita harus mempertimbangkan banyak faktor yang sesuai dengan aplikasinya.

• Periksa kisaran suhu rendah dan tinggi yang diperlukan untuk aplikasi Anda?
• Berapa anggaran termokopel yang akan digunakan?
• Berapa persentase akurasi yang akan digunakan?
• Dalam kondisi atmosfir, apakah termokopel dioperasikan seperti gas inert atau pengoksidasi
• Berapa tingkat respons yang diharapkan, yang berarti seberapa cepat perangkat perlu merespons perubahan suhu?
• Berapa masa hidup yang dibutuhkan?
• Periksa sebelum operasi apakah perangkat terendam air atau tidak dan pada tingkat kedalaman yang mana?
• Apakah penggunaan termokopel akan terputus-putus atau terus menerus?
• Apakah termokopel akan mengalami pemuntiran atau pelenturan selama masa pakai perangkat?

Bagaimana Anda Tahu Jika Anda Memiliki Termokopel yang Buruk?

Untuk mengetahui apakah termokopel bekerja dengan sempurna, seseorang perlu melakukan pengujian perangkat. Sebelum pergi dengan penggantian perangkat, seseorang harus memeriksa apakah itu benar-benar berfungsi atau tidak. Untuk melakukan ini, multimeter dan pengetahuan dasar elektronik sudah cukup lengkap. Terutama ada tiga pendekatan untuk menguji termokopel menggunakan multimeter dan itu dijelaskan sebagai berikut:

Uji Resistensi

Untuk melakukan pengujian ini, perangkat harus ditempatkan pada saluran alat gas dan peralatan yang dibutuhkan adalah multimeter digital dan penjepit buaya.

Prosedur - Hubungkan klip buaya ke bagian-bagian di multimeter. Pasang klip di kedua ujung termokopel di mana salah satu ujungnya akan dilipat ke dalam katup gas. Sekarang, aktifkan multimeter dan catat opsi membaca. Jika multimeter menampilkan ohm dalam urutan kecil, maka termokopel dalam kondisi kerja yang sempurna. Atau jika pembacaannya 40 ohm atau lebih, maka itu tidak dalam kondisi baik.

Tes Sirkuit Terbuka

Di sini peralatan yang digunakan adalah penjepit buaya, korek api, dan multimeter digital. Di sini, alih-alih mengukur resistansi, tegangan dihitung. Sekarang, dengan korek api panaskan salah satu ujung termokopel. Ketika multimeter menampilkan tegangan pada kisaran 25-30 mV, maka multimeter berfungsi dengan baik. Atau, bila voltase mendekati 20mV, maka perangkat harus diganti.

Tes Sirkuit Tertutup

Di sini peralatan yang digunakan adalah penjepit buaya, adaptor termokopel, dan multimeter digital. Di sini, adaptor ditempatkan di dalam katup gas dan kemudian termokopel ditempatkan di salah satu tepi adaptor. Sekarang, aktifkan multimeter. Saat pembacaan berada dalam kisaran 12-15 mV, perangkat dalam kondisi yang baik. Atau ketika pembacaan tegangan turun di bawah 12mV, ini menunjukkan perangkat yang rusak.

Jadi, dengan menggunakan metode pengujian di atas, seseorang dapat mengetahui apakah termokopel berfungsi dengan baik atau tidak.

Apa Perbedaan Antara Termostat dan Termokopel?

Perbedaan antara termostat dan termokopel adalah:

Keuntungan Kerugian

Keuntungan termokopel meliputi yang berikut ini.

• Akurasinya tinggi
• Ini Kuat dan dapat digunakan di lingkungan seperti getaran yang keras dan tinggi.
• Reaksi termalnya cepat
• Kisaran pengoperasian suhu lebar.
• Kisaran suhu pengoperasian yang luas
• Biayanya rendah dan sangat konsisten

Kerugian termokopel meliputi yang berikut ini.

• Nonlinier
• Stabilitas terkecil
• Tegangan rendah
• Referensi diperlukan
• sensitivitas paling rendah
• Kalibrasi ulang termokopel sulit dilakukan

Aplikasi

Beberapa dari aplikasi termokopel termasuk yang berikut ini.

• Ini digunakan sebagai sensor suhu di termostat di kantor, rumah, kantor & bisnis.
• Ini digunakan di industri untuk memantau suhu logam dalam besi, aluminium, dan logam.
• Ini digunakan dalam industri makanan untuk aplikasi kriogenik dan suhu rendah. Termokopel digunakan sebagai pompa kalor untuk melakukan pendinginan termoelektrik.
• Ini digunakan untuk menguji suhu di pabrik kimia, pabrik minyak bumi.
• Ini digunakan dalam mesin gas untuk mendeteksi nyala api pilot.

Apa Perbedaan Antara RTD dan Termokopel?

Hal terpenting lainnya yang harus dipertimbangkan dalam kasus termokopel adalah perbedaannya dari perangkat RTD. Jadi, tabel menjelaskan perbedaan antara RTD dan termokopel.

Apa itu Life Span?

Itu umur termokopel didasarkan pada aplikasi saat digunakan. Jadi, seseorang tidak dapat secara spesifik memprediksi periode hidup termokopel. Jika perangkat dirawat dengan baik, perangkat tersebut akan memiliki masa pakai yang lama. Padahal, setelah dipakai terus-menerus bisa saja rusak karena efek penuaan.

Dan juga, karena ini, kinerja keluaran akan diturunkan dan sinyal akan memiliki efisiensi yang buruk. Harga termokopel juga tidak mahal. Jadi, lebih disarankan untuk memodifikasi termokopel setiap 2-3 tahun sekali. Inilah jawabannya berapa umur termokopel ?

Jadi, ini semua tentang gambaran umum termokopel. Dari informasi di atas akhirnya dapat disimpulkan bahwa pengukuran keluaran termokopel dapat dihitung dengan menggunakan metode seperti multimeter, potensiometer, dan penguat oleh perangkat keluaran. Tujuan utama termokopel adalah untuk membuat pengukuran suhu yang konsisten & langsung dalam beberapa aplikasi berbeda.