Termokopel, atau thermocouple dalam bahasa Inggris, adalah alat yang umum digunakan untuk mengukur perbedaan suhu pada perangkat elektronik.
Penggunaan termokopel dalam dunia elektronika sudah sangat populer. Untuk memahami lebih dalam mengenai alat ukur ini, kita akan membahas secara lengkap apa itu termokopel. Mulai dari pengertian, fungsi, karakteristik, hingga prinsip kerjanya, semuanya akan diulas secara tuntas dalam pembahasan berikut.
Pengertian Thermocouple
Thermocouple adalah alat pengukur yang menggunakan tegangan termo-elektrik untuk mendeteksi perubahan suhu pada perangkat elektronik.
Untuk beroperasi, thermocouple menggunakan dua jenis logam konduktor yang berbeda material.
Kedua logam tersebut disambungkan pada ujung-ujungnya (junction). Saat tegangan listrik mengalir melalui junction, alat akan mendeteksi perubahan suhu yang terjadi.
Thermocouple memiliki respon yang akurat, mudah dibaca, dan rentang pengukuran yang luas. Oleh karena itu, penggunaan thermocouple sebagai transduser suhu semakin populer dan banyak digunakan pada berbagai perangkat elektronik.
Sejarah Thermocouple
Pada tahun 1821, ilmuwan Jerman bernama Thomas Johann Seebeck menemukan fenomena termoelektrik. Dalam penelitiannya, Thomas menggabungkan dua logam yang berbeda, yaitu besi dan tembaga, dalam suatu rangkaian. Ia juga menempatkan sebuah jarum kompas pada rangkaian tersebut.
Ketika rangkaian dipanaskan, jarum kompas akan bergerak. Hal ini disebabkan oleh aliran listrik pada logam yang memicu medan magnet, yang pada gilirannya mempengaruhi jarum kompas. Fenomena ini dikenal sebagai efek Seebeck.
Temuan ini menginspirasi Jean Charles Peltier untuk menciptakan alat pengukur suhu yang menggunakan dua logam berbeda. Dengan dasar teori ini, berkembanglah thermocouple, alat yang memanfaatkan teknologi termoelektrik untuk mendeteksi perubahan suhu pada benda atau perangkat elektronik.
Fungsi Thermocouple
Di bidang elektronika, termokopel telah mengalami kemajuan pesat dan memiliki fungsi yang semakin beragam. Namun, secara umum, alat ini masih bertugas sebagai pengukur suhu secara digital.
Data suhu yang diukur dapat digunakan sebagai panduan untuk mengatur suhu pada berbagai perangkat atau ruangan, seperti AC, oven, kulkas, freezer, mesin, dan sebagainya. Operasi perangkat-perangkat tersebut disesuaikan dengan informasi yang diberikan oleh termokopel.
Selain itu, termokopel juga dapat berperan dalam pengukuran tegangan listrik karena kinerjanya bergantung pada suhu objek yang diukur. Oleh karena itu, alat ini juga dapat digunakan untuk mengukur suhu listrik.
Itulah beberapa fungsi utama termokopel. Namun, di masa depan, kemungkinan besar alat ini akan memiliki fungsi yang semakin beragam seiring dengan peningkatan penggunaan perangkat listrik yang semakin luas di era saat ini, di mana alat pengukur suhu seperti termokopel menjadi semakin penting.
Jenis-Jenis Thermocouple
Sebagai alat yang umum digunakan untuk mengukur suhu, termokopel memiliki berbagai jenis. Berikut adalah beberapa jenis termokopel yang umum digunakan.
1. Thermocouple Tipe K
Jenis pertama adalah termokopel tipe K. Tipe ini terbuat dari nikel-alumunium dan nikel-kromium. Karena memiliki sifat positif dan negatif, Ni-Al dan Ni-Cr dianggap sangat cocok sebagai alat untuk mengukur suhu.
Termokopel tipe K ini terdiri dari dua kabel probe, di mana probe positif memiliki kabel berwarna kuning, sedangkan probe negatif memiliki kabel berwarna merah.
Termokopel tipe K memiliki rentang pengukuran suhu mulai dari -200°C hingga 1250°C. Penggunaan umum termokopel tipe K meliputi pengukuran suhu di ruang bahan bakar, boiler, reformer, dan sebagainya.
2. Thermocouple Tipe J
Termokopel tipe J terbuat dari besi dan konstantan. Alat ini memiliki rentang pengukuran suhu yang terbatas, biasanya sekitar -40°C hingga 750°C.
3. Thermocouple Tipe E
Termokopel tipe E memiliki bagian negatif yang terbuat dari konstantan, sementara bagian positifnya terbuat dari nikel-kromium. Alat ini memiliki rentang pengukuran suhu yang cukup luas, biasanya mulai dari -200°C hingga 900°C.
4. Thermocouple Tipe N
Termokopel tipe N terbuat dari bahan nisil untuk bagian negatifnya dan nicrosil untuk bagian positifnya. Alat ini memiliki rentang pengukuran suhu mulai dari 0°C hingga 1250°C.
Termokopel tipe N memiliki beberapa kelebihan yang perlu dipertimbangkan. Salah satunya adalah hasil pengukurannya yang stabil dan tahan terhadap oksidasi. Selain itu, termokopel tipe ini juga dapat digunakan untuk mengukur suhu tinggi tanpa menggunakan platinum.
5. Thermocouple Tipe U
Termokopel tipe U memiliki bagian positif yang terbuat dari tembaga (copper) dan bagian negatifnya terbuat dari cupronickel. Alat ini memiliki rentang pengukuran suhu yang cukup rendah, mulai dari -200°C hingga 350°C.
6. Thermocouple Tipe T
Termokopel tipe T terbuat dari tembaga dan konstantan. Alat ini memiliki rentang pengukuran suhu yang cukup luas, mulai dari 0°C hingga 1450°C.
Cara Kerja Thermocouple
Cara kerja termokopel cukup sederhana. Terdapat dua logam yang berfungsi sebagai sensor suhu. Sensor ini mendeteksi dan mengukur perubahan panas pada suatu benda.
Dua kawat dengan logam yang berbeda dililitkan pada ujung termokopel. Satu logam berfungsi untuk mengukur suhu konstan, sementara logam lainnya mendeteksi suhu panas. Ketika kedua ujung kawat memiliki suhu yang sama, arus listrik yang melewati kawat berada pada titik netral.
Namun, jika ujung kawat terpapar suhu panas atau terhubung ke perangkat elektronik, perubahan suhu akan terdeteksi. Termokopel menghasilkan tegangan listrik sekitar 1 µV – 70 µV setiap kali menerima panas. Nilai ini kemudian dikonversikan ke suhu yang lebih mudah dipahami, seperti dalam derajat Celcius.
Rentang suhu operasional termokopel sangat luas, mulai dari -200°C hingga 1450°C.
Instalasi Thermocouple
Untuk informasi lebih lanjut tentang termokopel, mari kita lihat lebih detail mengenai instalasinya berikut ini.
1. Probe dan Seath
Probe dan sheath merupakan bagian integral dari instalasi termokopel. Probe adalah dua kabel yang menjadi sensor suhu utama dalam termokopel. Sheath, di sisi lain, adalah bagian yang melindungi probe untuk menjaga keandalan dan kinerjanya.
Probe atau konduktor adalah komponen utama dari termokopel, terbuat dari logam yang berbeda. Ukuran probe bervariasi tergantung pada aplikasinya. Diameter probe memengaruhi respons terhadap perubahan suhu; semakin besar diameter, semakin lama responsnya, sehingga pemilihan diameter yang tepat penting untuk hasil pengukuran yang akurat.
2. Temperatur Indikator
Selain membutuhkan konduktor sebagai komponen utamanya, instalasi termokopel juga memerlukan temperatur indikator. Temperatur indikator adalah alat yang digunakan untuk membaca hasil pengukuran dari termokopel.
Hasil pengukuran perlu disampaikan ke alat khusus agar dapat dibaca. Untuk menghubungkannya, diperlukan kabel sebagai media yang disebut kabel ekstensi.
3. PLC dan DCS
Untuk membaca nilai yang dihasilkan dari pengukuran dengan termokopel, Anda membutuhkan perangkat bernama PLC (Programmable Logic Controller) dan DCS (Distributed Control System). Untuk mengirimkan nilai hasil pengukuran ke DCS atau PLC, Anda dapat melakukannya dengan dua cara.
Pertama, Anda dapat menyambungkan kabel termokopel ke modul input yang ada di perangkat tersebut. Cara kedua adalah dengan menarik kabel dari termokopel dan menyambungkannya ke temperatur transmitter. Temperatur transmitter akan mengirimkan hasil pengukuran ke PLC dan DCS menggunakan sinyal analog.
Karakteristik Thermocouple
Dibandingkan dengan alat pengukur lainnya, termokopel memiliki karakteristik khas sebagai berikut:
- Terdiri dari dua konduktor yang berfungsi sebagai sensor suhu.
- Konduktor terbuat dari dua material logam yang berbeda.
- Satu logam digunakan untuk mengukur suhu konstan, sedangkan logam lainnya untuk mendeteksi panas.
- Tegangan yang dihasilkan oleh termokopel bervariasi tergantung pada perangkat elektronik yang digunakan.
- Rentang pengukuran suhu termokopel mulai dari -200°C hingga 1450°C.
Kelebihan dan Kekurangan Thermocouple
Termokopel, meskipun populer sebagai alat pengukur suhu, memiliki kelebihan dan kekurangan yang perlu dipertimbangkan sebelum digunakan dalam aplikasi tertentu.
Kelebihan termokopel antara lain:
- Harga Terjangkau dan Akurasi Tinggi: Termokopel relatif murah dibandingkan dengan beberapa jenis sensor suhu lainnya, sementara tetap memberikan akurasi yang baik dalam pengukuran suhu.
- Repeatability yang Tinggi: Termokopel memiliki tingkat repeatability yang tinggi, artinya hasil pengukuran yang konsisten dapat diandalkan.
- Skala Pengukuran Jelas: Skala suhu pada termokopel biasanya mudah dibaca dan dipahami.
- Respon Cepat terhadap Perubahan Suhu: Termokopel merespons perubahan suhu dengan cepat, membuatnya ideal untuk aplikasi di mana pemantauan suhu real-time penting.
- Rentang Pengukuran Luas: Termokopel dapat mengukur suhu mulai dari -200°C hingga 1450°C, mencakup berbagai rentang suhu yang luas.
- Awet dan Tidak Mudah Rusak: Ketahanan termokopel terhadap kerusakan fisik membuatnya tahan lama dalam penggunaan sehari-hari.
- Dapat Bekerja pada Jarak Dekat: Termokopel dapat berfungsi dengan baik bahkan pada jarak yang sangat dekat, kurang dari 1 cm.
- Mempunyai Daya Sendiri: Termokopel merupakan sensor yang self-powered, yang berarti tidak memerlukan catu daya tambahan.
Namun, termokopel juga memiliki kekurangan, antara lain:
- Membutuhkan Peralatan Tambahan yang Mahal: Untuk kalibrasi dan pemrosesan data yang akurat, termokopel memerlukan peralatan tambahan yang bisa cukup mahal.
- Susah di Kalibrasi: Proses kalibrasi termokopel bisa rumit dan memerlukan keahlian khusus.
- Memerlukan Acuan Temperatur Awal: Sebelum digunakan, termokopel memerlukan referensi suhu awal yang dapat menjadi kendala dalam beberapa aplikasi.
- Sensitivitas Rendah: Termokopel memiliki tingkat sensitivitas yang lebih rendah dibandingkan dengan beberapa sensor suhu lainnya.
- Kurang Stabil: Karena termokopel dapat terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan, stabilitas pengukuran dapat menjadi masalah dalam beberapa kasus.
- Hanya Digunakan untuk Mengukur Suhu: Meskipun termokopel sangat baik dalam mengukur suhu, mereka tidak dapat digunakan untuk aplikasi pengukuran parameter lain.
- Akurasi yang Terbatas: Meskipun akurat, termokopel memiliki batas akurasi sekitar 0,5°C, yang mungkin tidak mencukupi untuk beberapa aplikasi yang memerlukan akurasi tinggi.
Kesimpulan
Termokopel adalah alat untuk mengukur suhu yang terdiri dari dua logam berbeda yang berfungsi sebagai sensor saat suhu berubah. Selain harganya yang terjangkau, termokopel juga memiliki respons cepat, skala yang jelas, mudah dibaca, dan rentang pengukuran suhu yang luas, yaitu mulai dari -200°C hingga 1450°C.
Alat ini sering digunakan dalam berbagai perangkat elektronik seperti lemari pendingin, sensor otomotif, sensor pesawat terbang, penanak nasi, mesin cuci, dan sebagainya.
Semoga artikel dari Teknoindie.com bermanfaat untuk memperluas pemahaman tentang pengertian dan fungsi termokopel. Dengan pengetahuan ini, kita dapat lebih menghargai peran dan kontribusi termokopel dalam kehidupan sehari-hari dan proses industri penting lainnya. Di masa depan, kita mungkin akan melihat inovasi dan perkembangan lebih lanjut dalam teknologi termokopel yang akan membuka peluang baru dalam pengendalian dan pengukuran suhu.