Prinsip Kerja Thermocouple | Instrument

Pengertian Thermocouple
Sebuah termokopel adalah perangkat yang terbuat dua penghantar yang berbeda yang digabung di salah satu ujungnya, yang disebut junction end atau measuring end. Dua penghantar yang disebut thermoelements atau kaki dari termokopel:
dua elemen thermo dibedakan sebagai positif dan negatif. Ujung termokopel disebut tail end atau reference (Gambar 1). Junction end dibenamkan pada daerah yang akan diukur temperaturenya (T2), misalnya mengukur suhu pembakaran 500 ° C, sedangkan tail end diadakan pada T1 suhu yang berbeda, misalnya pada ambient temperature(suhu ruangan).


Gambar 1 Schematic Thermocouple


Karena perbedaan suhu antara junction end dan tail end perbedaan tegangan dapat diukur antara dua thermoelements di ujung tail end sehingga termokopel adalah temperature-voltage transducer.

Hubungan antara temperatur dan tegangan adalah sebagai berikut :

Persamaan 1

di mana EMF adalah Electro-Motive Force atau tegangan yang dihasilkan oleh termokopel pada tail end, T1 adalah suhu referensi dan T2 adalah suhu yang diukur, S12 disebut koefisien Seebeck dari termokopel dan S1 dan S2 adalah koefisien Seebeck dari dua thermoelements, koefisien Seebeck tergantung pada bahan thermoelementnya. Berdasarkan Persamaan 1 dapat dilihat bahwa:


1. tegangan nol diukur jika dua thermoelements terbuat dari bahan yang sama: berarti dibutuhkan element dari jenis yang berbeda yang untuk membuat temperature sensing device (perangkat pengukur suhu),
2. tegangan nol diukur jika tidak ada perbedaan suhu antara ujung tail end dan junction end: perbedaan suhu dibutuhkan untuk mengoperasikan termokopel,
3. koefisien Seebeck tergantung suhu.

Untuk memperjelas titik pertama mari kita perhatikan contoh berikut (Gambar 2): ketika perbedaan suhu diterapkan antara dua ujung kawat Ni tunggal drop tegangan dikembangkan di kawat itu sendiri. end wire kawat pada suhu tertinggi, T2, disebut ujung panas, sementara ujung yang satunya pada suhu terendah, T1, disebut ujung dingin.

Gambar 2

Ketika voltmeter, dengan kabel koneksi Cu, digunakan untuk mengukur penurunan tegangan kawat Ni, dua junction perlu dibuat di ujung panas dan dingin antara kawat Cu dan kawat Ni; dengan asumsi bahwa voltmeter adalah pada suhu kamar T1, salah satu kabel Cu voltmeter akan mengalami  penurunan suhu yang sama dari T2 ke T1 kawat Ni. Dalam upaya untuk mengukur tegangan drop pada kawat Ni termokopel Ni-Cu telah dibuat dan tegangan yang diukur dalam kenyataannya drop tegangan di sepanjang kawat Ni ditambah drop tegangan di sepanjang kawat Cu.

EMF sepanjang thermoelement tunggal tidak dapat diukur: EMF diukur pada tail end pada Gambar 1 adalah jumlah drop tegangan sepanjang masing-masing thermoelements. Sehingga dua thermoelements diperlukan, pengukuran suhu dengan termokopel adalah pengukuran diferensial.
Catatan: jika kawat pada Gambar 2 adalah kawat Cu tegangan nol akan terukur pada voltmeter.

Pengukuran suhu dengan termokopel juga pengukuran diferensial karena dua temperatur yang berbeda, T1 dan T2, yang terlibat. Suhu yang diinginkan adalah satu di junction end, T2. Dalam rangka untuk memiliki transducer yang berguna untuk pengukuran, monotonic EMF dibandingkan junction end hubungan suhu T2 diperlukan, sehingga untuk setiap suhu di junction end tegangan yang unik diproduksi di ujung tail end.

Namun, dari integral dalam Persamaan 1 dapat dipahami bahwa EMF tergantung pada keduanya T1 dan T2: sebagai T1 dan T2 dapat berubah secara independen, Monotonic EMF vs hubungan T2 tidak dapat didefinisikan jika suhu tail end tidak konstan. Untuk alasan ini ujung tail end dimasukan dalam bak es yang dibuat oleh serpihan es dan air , ini menghasilkan suhu acuan 0 ° C. Semua tegangan terhadap hubungan suhu termokopel yang direferensikan ke 0 ° C.

sistem pengukuran yang dihasilkan diperlukan untuk termokopel seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Sistem Pengukuran Thermocouple

Dalam rangka untuk mengukur tegangan di ujung tail end, dua kawat tembaga yang terhubung antara thermoelements dan voltmeter: baik kabel Cu mengalami perbedaan suhu yang sama dan sebagai hasilnya tegangan turun sepanjang masing-masing dari mereka adalah sama satu sama lain dan membatalkan keluaran eror dalam pengukuran di voltmeter.

Bak Es biasanya diganti dalam aplikasi industri dengan sirkuit terpadu yang disebut cold junction kompensator: dalam hal ini ujung tail end pada suhu kamar dan fluktuasi suhu pada ujung tail end ditoleransi; sebenarnya cold junction kompensator menghasilkan tegangan sebanding dengan tegangan termokopel antara 0 ° C dan suhu lingkungan, yang dapat ditambahkan ke tegangan termokopel pada ujung ekor untuk mereproduksi tegangan terhadap hubungan suhu termokopel.

Gambar 4

Perlu digarisbawahi bahwa kompensasi persimpangan dingin tidak dapat mereproduksi persis tegangan terhadap hubungan suhu termokopel, tapi hanya dapat memperkirakannya: untuk alasan ini kompensasi persimpangan dingin memperkenalkan kesalahan dalam pengukuran suhu.

Gambar 4 menunjukkan juga penyaringan dan amplifikasi termokopel. Menjadi tegangan termokopel sinyal DC, penghapusan noise AC melalui penyaringan yang bermanfaat; selanjutnya termokopel menghasilkan tegangan beberapa puluh mV dan untuk alasan amplifikasi ini diperlukan. Rentang tegangan kecil untuk beberapa termokopel yang paling umum (letter designated thermocouples) ditunjukkan pada Gambar 5, di mana tegangan vs hubungan suhu dilaporkan.

Tipe termokopel R, S dan B menggunakan thermoelements Pt-base dan dapat beroperasi pada suhu sampai 1700 ° C; Namun hal tsb lebih mahal dan output tegangannya lebih rendah dari tipe K dan tipe N termokopel, yang menggunakan thermoelements Ni-base. Namun, termokopel dasar Ni dapat beroperasi pada suhu yang lebih rendah dari yang Pt-base. Table1 melaporkan komposisi perkiraan untuk thermoelements positif dan negatif dari surat yang ditunjuk termokopel.

Gambar 5

Tabel 1


Semua hubungan tegangan-suhu letter designed termokopel yang monoton, tapi tidak linear. Misalnya jenis N tegangan termokopel output didefinisikan sebagai berikut 10 derajat polinomial , di mana t adalah suhu dalam derajat :


Koefisien Ci dilaporkan dalam Tabel 2.

Dalam rangka untuk memiliki hubungan tegangan-suhu linear koefisien Seebeck harus konstan dengan suhu (lihat Persamaan 1); Namun koefisien Seebeck tergantung suhu, seperti yang ditunjukkan misalnya untuk jenis K termokopel di gambar 6. Rincian tambahan pada relatinships tegangan-suhu termokopel dapat ditemukan di:

http://srdata.nist.gov/its90/main/

Sekian, semoga bermanfaat

Referensi :
http://www.msm.cam.ac.uk/utc/thermocouple/pages/ThermocouplesOperatingPrinciples.html
Prinsip Kerja Thermocouple | Instrument Rating: 4.5 Diposkan Oleh: budis

No comments:

Berlangganan Via Email