Thermocouple dalam bahasa Indonesia sering disebut juga sebagai termokopel. Dimana termokopel ini merupakan alat yang biasa digunakan untuk mengukur perbedaan suhu pada perangkat elektronik.
Penggunaan termocouple dalam dunia elektronika sendiri sudah cukup populer. Untuk mengetahui lebih jauh mengenai alat ukur tersebut, berikut akan kita bahas tuntas mengenai apa itu termokopel. Mulai dari pengertian, fungsi, karakteristik, hingga prinsip kerjanya akan kami ulas secara tuntas melalui pembahasan di bawah ini.
Pengertian Thermocouple
Thermocouple adalah alat ukur yang memanfaatkan tegangan thermo-elektrik untuk dapat mendeteksi terjadinya perubahan suhu pada sebuah perangkat elektronik.
Untuk dapat bekerja, thermocouple menggunakan dua jenis logam konduktor. Dimana kedua konduktor tersebut terbuat dari logam dengan material yang berbeda.
Untuk dapat beroperasi, logam akan didesain menyatu pada kedua ujungnya (junction). Kemudian saat tegangan listrik merambat melalui junction. Maka alat pun akan mendeteksi apabila terjadi peristiwa penyerapan ataupun pelepasan panas.
Bisa dikatakan responnya yang cukup akurat, mudah dibaca, kemudian alat tersebut juga memiliki rentang pengukuran yang luas. Jadi rasanya tidak heran penggunaan thermocouple sebagai transduser suhu semakin populer dan banyak dipakai sekarang ini. Khususnya digunakan pada berbagai jenis perangkat elektronik.
Sejarah Thermocouple
Pada tahun 1821, seorang ilmuwan yang berasal dari negara Jerman bernama Thomas Johann Seebeck pertamakali menemukan fenomena thermo-elektrik. Dimana dalam penelitian tersebut Thomas menggabungkan dua buah logam yang berbeda. Yakni besi dan juga tembaga dalam sebuah rangkaian. Lalu kemudian Ia juga meletakkan jarum kompas pada alat tersebut.
Dan ketika rangkaian dipanaskan, maka jarum kompas akan mengalami proses gerak. Hal itu ternyata disebabkan karena adanya aliran listrik pada logam. Yang kemudian memicu terjadinya reaksi medan magnet serta menimbulkan reaksi pada jarum penunjuk. Fenomena inilah yang kemudian dikenal dengan istilah efek Seebeck.
Berdasarkan temuan tersebut, maka menginspirasi Jean Charles Peltier untuk menciptakan alat ukur suhu yang memanfaatkan dua jenis logam berbeda. Dengan dasar teori inilah, kemudian menjadi cikal bakal pengembangan alat yang bernama thermocouple. Yaitu alat yang menggunakan teknologi thermo-elektrik untuk dapat mendeteksi perubahan suhu pada suatu benda ataupun perangkat elektronik.
Fungsi Thermocouple
Secara umum, fungsi thermocouple adalah sebagai alat ukur untuk mendeteksi suhu. Jadi, dengan memanfaatkan dua komponen logam penyusunnya itu termokopel akan mendeteksi apabila terjadi perubahan suhu pada sebuah alat elektronik.
Untuk pengaplikasiannya sendiri, termokopel sering digunakan untuk berbagai keperluan. Misalnya saja seperti digunakan pada sensor otomotif, penanak nasi, lemari pendingin, mesin cuci, sensor pada pesawat terbang dan lain sebagainya.
Cara Kerja Thermocouple
Cara kerja thermocouple ini cukup sederhana. Pada alat tersebut, terdapat dua buah logam yang berfungsi sebagai alat sensor suhu. Alat sensor inilah yang nantinya berfungsi untuk mendeteksi dan mengukur ketika terjadi penyerapan dan pelepasan panas pada suatu benda nantinya.
Jadi, dua kawat dengan jenis logam yang berbeda akan dililitkan pada pada ujung thermocouple. Dimana, satu logam berfungsi untuk mengukur suhu konstan. Sedangkan logam yang lainnya akan berguna untuk mendeteksi adanya suhu panas. Untuk lebih jelasnya, mari kita perhatikan gambar berikut ini :
Ketika junction atau ujung kawat yang dililitkan memiliki suhu yang sama, maka arus listrik yang melewati dua persimpangan tersebut akan berada pada titik nol atau netral.
Namun apabila pada junction tersebut dialiri dengan suhu panas, atau dihubungkan pada perangkat elektronik, maka perubahan suhu akan terjadi dan juga akan terdeteksi pada perangkat.
Setiap kali menerima panas, termokopel setidaknya akan menghasilkan tegangan listrik sekitar 1 µV – 70µV. Namun untuk lebih dapat dipahami, nilai tersebut kemudian akan dikonversikan dengan hasil pengukuran yang lebih dapat dimengerti. Misalnya saja dengan cara dikonversikan terlebih dahulu ke dalam Celcius dan lain sebagainya.
Sedangkan untuk rentang suhu operasionalnya, termokopel memiliki range pengukuran yang terbilang cukup luas. Yakni dapat mengukur rentang suhu mulai dari -200 derajat Celcius, hingga 1450 derajat Celcius sekalipun.
Instalasi Thermocouple
Untuk mengetahui lebih jauh mengenai alat sensor suhu yang satu ini, simak informasi selengkapnya mengenai instalasi thermocouple berikut :
- Probe dan Seath
Probe dan seath merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari instalasi termokopel. Probe adalah dua buah kabel yang terdapat pada termokopel. Yang mana fungsi utamanya yakni berperan sebagai sensor suhu. Sedangkan seath adalah bagian yang berfungsi untuk melakukan proteksi atau melindungi probe. Jadi, seath ini letaknya ada pada bagian luar dari probe karena berfungsi sebagai pelindung.
Probe atau konduktor merupakan komponen utama dari termokopel. Komponen tersebut terbuat dari bahan logam, serta masing-masing terdiri dari jenis yang berbeda. Ukuran probe pada termokopel juga tidak tidak akan sama persis. Dimana semakin besar diameternya, maka semakin besar kemampuan alat tersebut untuk mengukur suhu.
Namun semakin besar diameter yang digunakan sebagai sensor, maka waktu yang dibutuhkan untuk merespon perubahan suhu juga akan semakin lambat. Sehingga ukuran diameter probe memang perlu dipertimbangkan dengan matang agar mendapatkan hasil pengukuran maksimal, ya?
- Temperatur Indikator
Selain membutuhkan konduktor sebagai komponen utamanya, ternyata ianstalasi termokopel juga membutuhkan adanya temperatur indikator. Dimana temperatur indikator dalam hal ini merupakan alat yang berfungsi untuk membaca hasil pengukuran dari termokopel.
Jadi, hasil pengukuran harus dihantarkan pada alat khusus agar dapat dibaca. Dimana untuk menghantarkannya, alat tersebut juga membutuhkan kabel sebagai media yang dikenal dengan sebutan kabel ekstensi.
- PLC dan DCS
Agar dapat mengetahui nilai yang dihasilkan dari pengukuran menggunakan thermocouple. Anda juga membutuhkan alat yang bernama PLC dan DCS. Untuk mengirimkan nilai hasil pengukuran pada DCS atau PLC ini ternyata juga dapat dilakukan dengan dua cara.
Pertama yaitu dengan cara menyambungkan kabel termokopel pada module input yang terdapat pada alat tersebut. Lalu cara kedua yang bisa dicoba yakni dengan menarik kabel pada termokopel, kemudian menyambungkannya pada temperatur transmitter. Selanjutnya temperatur transmitter akan mengirimkan hasil pengukuran ke PLC dan DCS dengan menggunakan sinyal analog.
Jenis – jenis Thermocouple
Sebagai alat yang biasa digunakan untuk mengukur suhu, termokopel juga dibedakan menjadi berbagai macam jenis. Untuk jenis-jenis thermocouple diantaranya yakni sebagai berikut :
1. Thermocouple Tipe K
Jenis yang pertama adalah thermocouple tipe K. Tipe yang satu ini terbuat dari Nickel-aluminium dan juga Nikel-chromium. Karena memiliki sifat positif dan negatif, Ni-al dan Ni-cr dianggap sangat sesuai dijadikan sebagai alat untuk mengukur suhu.
Pada pengukur suhu tipe K ini, Anda akan menemukan dua buah kabel probe. Dimana probe positif merupakan kabel berwarna kuning, sedangkan yang negatif adalah kabel dengan warna merah.
Termokopel dengan tipe K memiliki rentang suhu pengukuran mulai dari -200° Celcius, sampai dengan 1250° Celcius. Untuk pengaplikasiannya sendiri, alat tersebut sering digunakan untuk ruang bahan bakar, boiler, reformer dan lain sebagainya.
2. Thermocouple Tipe J
Termokopel dangan tipe J merupakan pengukur suhu yang terbuat dari besi dan constantan. Alat ukur tersebut memiliki rentang suhu ukur yang terbatas. Yakni umumnya hanya sekitar -40° C sampai dengan 750° Celcius saja.
3. Thermocouple Tipe E
Thermocouple tipe E bagian negatifnya terbuat dari costantan, sedangkan bagian positifnya adalah Nikel-chromium. Alat ukur ini memiliki rentang suhu ukur yang cukup luas, yakni umumnya mulai dari -200° Celcius sampai dengan 900° Celcius.
4. Thermocouple Tipe N
Alat ukur suhu dengan tipe N terbuat dari bahan nisil untuk bagian negatifnya. Sedangkan bagian positifnya adalah Nicrosil. Thermocouple dengan tipe tersebut memiliki rentang suhu ukur mulai dari 0° Celcius hingga 1250° Celcius.
Alat ukur suhu tipe N ini memiliki beberapa kelebihan yang patut untuk dipertimbangkan. Diantaranya yaitu hasil pengukurannya yang stabil dan memiliki ketahanan yang tinggi terhadap oksidasi. Dan yang tidak kalah penting yakni juga dapat digunakan untuk mengukur suhu tinggi meskipun tanpa menggunakan platinum sekalipun.
5. Thermocouple Tipe U
Pada termokopel dengan tipe U, bagian positifnya adalah Cooper atau tembaga. Sedangkan bagian negatifnya terbuat dari Cooper Nickel. Untuk rentang suhu ukur dari alat tersebut cukup rendah, yaitu dimulai dari -200° C, sampai dengan 350°C saja.
6. Thermocouple Tipe T
Termokopel tipe T terbuat dari bahan tembaga dan juga Constantan. Alat ukur yang satu ini memiliki rentang suhu ukur yang terbilang cukup luas, yaitu dapat mengukur suhu dari 0°C sampai dengan 1450° C.
Karakteristik Thermocouple
Dibandingkan dengan alat ukur yang lainnya, termokopel tentunya memiliki karakteristik atau ciri khas tersendiri. Adapun karakteristik dari alat ukur tersebut diantaranya yaitu :
- Termokopel terdiri dari dua konduktor yang berfungsi sebagai sensor suhu.
- Logam yang digunakan untuk konduktor terbuat dari dua material yang berbeda.
- Pada termokopel, satu logam digunakan untuk mengukur suhu konstan, sedangkan satunya lagi digunakan untuk mendeteksi panas.
- Tegangan yang dihasilkan oleh alat tersebut memiliki nilai berbeda tergantung alat elektronik yang digunakan.
- Rentang suhu pengukuran termokopel mulai dari -200° C sampai dengan 1450° C.
Kelebihan dan Kekurangan Thermocouple
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, Kelebihan dari thermocouple adalah:
- Termokopel merupakan alat ukur yang murah namun hasilnya akurat.
- Memiliki tingkat repeatability yang cukup tinggi.
- Memiliki skala jelas.
- Hasil pengukuran mudah dibaca.
- Responnya cepat apabila terjadi perubahan suhu.
- Memiliki akurasi yang tepat.
- Range pengukuran luas yakni mulai dari -200° C hingga 1450°C.
- Termokopel awet dan tidak mudah rusak.
- Dapat bekerja dengan baik pada jarak kurang dari 1 cm.
- Self powered.
2. Kekurangan Thermocouple
Selain kelebihan-kelebihan yang diulas diatas, alat ukur suhu tersebut juga tidak lepas dari kekurangan. Adapun kekurangan thermocouple adalah:
- Untuk dapat digunakan, termokopel membutuhkan peralatan tambahan dan harga peralatan tambahan tersebut cukup mahal.
- Alat ukur tersebut susah di kalibrasi.
- Ketika melakukan pengukutan awal, termokopel membutuhkan acuan temperatur terlebih dahulu.
- Memiliki tingkat sensitivitas yang rendah.
- Alat ukur tersebut kurang stabil.
- Termokopel hanya bisa digunakan untuk mengukur suhu saja.
- Akurasinya tidak cukup tinggi, yakni hanya sekitar 0,5 ° C saja.
Kesimpulan
Thermocouple merupakan alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Alat tersebut memiliki dua buah logam berlainan jenis yang berfungsi sebagai sensor apabila terjadi perubahan suhu. Selain murah, termokopel juga memiliki respon yang cepat, skala jelas, mudah dibaca, serta memiliki rentang pengukuran suhu yang luas. Yakni mulai dari -200° C hingga 1450° C.
Alat ukur ini sering diaplikasikan pada berbagai perangkat elektronik. Misalnya saja seperti diaplikasikan pada lemari pendingin, sensor otomotif, sensor pada pesawat terbang, penanak nasi, mesin cuci dan lain sebagainya.