Tugas 7 (UTS)

 THERMOCOUPLE DAN PENGAPLIKASIANNYA

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Simulasi

6. Link Download

1. Tujuan

a) Untuk mengetahui apa itu sensor Thermocouple

b) Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja dari sensor Thermocouple

c) Untuk mempelajari aplikasi dari sensor Thermocouple

d) Untuk mempelajari simulasi rangkaian sensor Thermocouple dengan menggunakan aplikasi proteus

2. Komponen

• OP-AMP CA3140
Spesifikasi :
- Impedansi input : 1,5 T ohm
- Arus yang ditarik : 10pA (Piko ampere)
 

•  Sensor Thermocouple
  Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”.
  
  
  

• Resistor

Spesifikasi :

- Toleransi +/- 1%

- Daya : 1/2 watt atau 1/4 watt

• LED 
Spesifikasi :


- Tegangan : ±2 - 3V


- Arus : ±20 mA

• Potensiometer

Potensiometer adalah sebuah jenis resistor yang mengatur sebuah tahanan atau hambatan secara linier atau Komponen resistif tiga kawat yang bertindak sebagai pembagi tegangan yang menghasilkan sinyal output tegangan variabel kontinu yang sebanding dengan posisi fisik wiper di sepanjang trek.

3. Dasar Teori

Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”. Efek Thermo-electric pada Termokopel ini ditemukan oleh seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck pada Tahun 1821, dimana sebuah logam konduktor yang diberi perbedaan panas secara gradient akan menghasilkan tegangan listrik. Perbedaan Tegangan listrik diantara dua persimpangan (junction) ini dinamakan dengan Efek “Seeback”.

Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.

Gambar 1. Simbol Thermocouple

Kelebihan Thermocouple

§Self Powered

§Sederhana

§Murah

§Bentuk yang beragam

§Range respon suhu yang luas

Kekurangan Thermcouple

§Tidak linier

§Tegangan output rendah

§Memerlukan tegangan referensi

§Kurang Stabil

§Kurang Sensitif

Karakteristik Thermocouple

Salah satu contoh thermocouple adalah J-TC Thermocouple. JTC merupakan sensor yang mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dimana sensor ini dibuat dari sambungan dua bahan metallic yang berlainan jenis. Sambungan ini dikomposisikan dengan campuran kimia tertentu, sehingga dihasilkan beda potensial antar sambungan yang akan berubah terhadap suhu yang dideteksi.

Prinsip Kerja Termokopel (Thermocouple)

Prinsip kerja Termokopel cukup mudah dan sederhana. Pada dasarnya Termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya.  Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.

Untuk lebih jelas mengenai Prinsip Kerja Termokopel, mari kita melihat gambar dibawah ini :

Gambar 2. Skema Prinsip Kerja Thermocouple

Berdasarkan Gambar diatas, ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan Tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti oleh kita.

Jenis-jenis Termokopel (Thermocouple)

Termokopel tersedia dalam berbagai ragam rentang suhu dan jenis bahan. Pada dasarnya, gabungan jenis-jenis logam konduktor yang berbeda akan menghasilkan rentang suhu operasional yang berbeda pula. Berikut ini adalah Jenis-jenis atau tipe Termokopel yang umum digunakan berdasarkan Standar Internasional.

Gambar 3. Grafik Respon Sensor Thermocouple

1. Termokopel Tipe E

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 900˚C

2. Termokopel Tipe J

Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C – 750˚C

3. Termokopel Tipe K

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C – 1250˚C

4. Termokopel Tipe N

Bahan Logam Konduktor Positif : Nicrosil
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C – 1250˚C

5. Termokopel Tipe T

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 350˚C

6. Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-Nickel
Rentang Suhu : 0˚C – 1450˚C

• Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.Prinsip kerja resistor adalah dengan mengatur elektron (arus listrik) yang mengalir melewatinya dengan menggunakan jenis material konduktif tertentu yang dicampur dengan material lain sehingga menimbulkan suatu hambatan pada aliran elektron (arus listrik).

• LED

  

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

• CA3140
  

  CA3140 adalah penguat operasional sirkuit terpadu yang menggabungkan kelebihan dari PMOS transistor tegangan tinggi dengan tegangan tinggi transistor bipolar pada sebuah chip monolithic.
  
  
  

  
  

Peringkat Maksimum Mutlak

Tegangan Suplai DC (Antara Terminal V + dan V-). ..... . ... . . . . . . . . 36V

Tegangan Input Mode Diferensial. . . . . . . . . .... ... . . ... . .. ... . . . . . . . . . 8V

Tegangan Input DC. . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... ... . . (V + + 8V) Ke (V- -0.5V)

Input Terminal Saat Ini. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... .... . . . . . . . . . . 1mA

Output Short Circuit Duration∞ (Catatan 2). . . . . ... ... .. .... . . . . . . . Tak terbatas

Rentang Suhu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . ... ... . . -55oC sampai 125oC

Suhu Persimpangan Maksimum (Paket Plastik). ..... . ... ... . . . . . 150oC

Kisaran Suhu Penyimpanan Maksimum. . . . . .. .... .... .. ... -65oC hingga 150oC

Suhu Timbal Maksimum (Solder 10s). . . . .... . ... . ..... . . . . 300oC

4. Percobaan

Rangkaian

5. Simulasi 

Video simulasi :

6. Link Download 

- Rangkaian download di sini

- Html download di sini

- Video simulasi download di sini

- Datasheet download di sini