Materi Sesi II SUHU

Kalibrasi Termometer Digital

LIPI

Pusat Penelitian Metrologi

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia

Suherlan

[email protected]

• Indikator

• Sensor

– Termokopel

– Termometer tahanan platina

– Termistor

– Gas/Liquid expansion type

Termometer Digital

Produk Komersial

Termokopel

Terdiri dari sepasang kawat dari bahan yang berbeda dengan satu ujung ( tersambung) sebagai measuring junction dan ujung yang lain (terbuka) sebagai reference junction

T1

A

BSambungan

ukur Sambungan

acuan

Cu

Cu voltmeter

Termokopel

Termokopel

• Thomas Johann Seebeck (Jerman - 1821)

• tembaga (A) dan bismuth (B)

• Perbedaan suhu sambungan menimbulkan

tegangan listrik

• sambungan didinginkan perubahan

polaritas tegangan

EA A

Bt1 t2

Termokopel

– A lebih positif dari B bila arus mengalir dari A ke B melalui cold junction

– Besar emf tidak bergantung pada panjang dan diameter kawat

– Besar dan polaritas emf ditentukan oleh jenis kawat dan beda suhu kedua sambungan

-termokopel tipe S Le Chateleir (awal 1900-an)

alat interpolasi IPTS-68: 660oC ~ 1064oC

PRT vs Termokopel

• Akurasi/Ketidakpastian

– Lebih akurat >< Kurang akurat

• Rentang ukur

– Lebih sempit >< Lebih luas

• Stabilitas

– Bagus >< Sedang

• Harga

– Lebih mahal (3x) >< Lebih murah

• Sensor

– Stem >< Ujung / sambungan

• Ukuran

– Lebih besar >< Sangat kecil

PRT vs Termokopel

• Titik acuan

• Tidak diperlukan >< diperlukan

• Efek self heating

• Ada >< Tidak ada

• Kawat sambungan

• Kawat tembaga >< Kawat termokopel s.d. sambungan acuan

• Luaran

• Tahanan >< Tegangan

• Sensitifitas

• Pt100: 0,4 ohm/ oC >< Base metal: 40uV/ oC

• Pt25 0,1 ohm/ oC Noble metal: 10uV/ oC

Tegangan Seebeck termokopel

A

VABB

B

t3t2

At1

Cu

Cu

2t

tBABA dTTSTS=V

1

n1

n2n

21

222121 tt.....attatta=V

n2n

22221 t.....atata=V Bila t1 = 0,

Dokumen Acuan

• ASTM volume 14.03

– Tipe, material, maksimum suhu

– Konstanta persamaan matematika

– yang menghubungkan antara suhu dan tegangan

– Tabel

• JIS

Jenis bahan

Tipe Kaki positif Kaki negatif

B Paduan Platina-30% Rhodium Platina (Pt)

E Paduan Nikel-Chromium

(Chromel)

Paduan Tembaga-Nikel

(Constantan)

J Besi (Fe) Paduan Tembaga-Nikel

(Constantan)

K Paduan Nikel-Chromium

(Chromel)

Paduan Nikel-Aluminium

(Alumel)

N Nicrosil Nisil

R Paduan Platina-13% Rhodium Platina (Pt)

S Paduan Platina-10% Rhodium Platina (Pt)

T Tembaga (Cu) Paduan Tembaga-Nikel

(Constantan)

ASTM E 230-96 : Tipe termokopel populer

ASTM E 230-96 : Batas maksimum suhu (oC)

Diameter kawat [ mm ]

Tipe 3.25 1.53 0.81 0.51 0.33

B - - - 1705 -

E 871 649 538 427 427

J 760 593 482 371 371

K 1260 1093 982 871 871

R - - - 1482 -

S - - - 1482 -

T - 371 260 204 204

Suhu di atas dicapai dengan memasang insulasi keramik

yang tertutup pada satu ujung.

Suhu yang lebih tinggi dapat dicapai dengan kompensasi umur

dan kestabilan termokopel.

ASTM E 230-96 :

Kode warna isolasi termokopel

Warna bungkusWarna

isolasi luarTipe kaki positif kaki negatif

E Ungu merah Coklat

J Putih merah Coklat

K kuning merah Coklat

T biru merah Coklat

R (hitam) (merah) (coklat)

S (hitam) (merah) (coklat)

Cuplikan tabel ASTM E230-96 untuk termokopel tipe S

Table 20 Type S Thermocouple

Temperature in Degree Celcius (ITS-90)

EMF in Millivolts Reference junctions at 0C

C 0 1 -- 4 5 --- 9 10

THERMOELECTRIC VOLTAGE IN MILLIVOLTS

0 0.000 0.005 --- --- --- -- 0.050 0.055

10 0.055 0.061 --- --- --- -- 0.107 0.113

20 0.113 0.119 --- --- --- -- 0.167 0.173

… ---- ---- --- --- ---- -- ---- ----

100 0.646 0.653 --- --- --- -- 0.713 0.720

110 0.720 0.727 --- --- ---- -- 0.788 0.795

120 ---- ---- --- 0.826 0.834 -- ---- ----

… ---- ---- --- --- ---- -- ---- ----

Note: Koefisien Seebeck termokopel tipe S pada suhu 110oC = 7uV/oC

Contoh pengukuran dan penggunaan tabel acuan

0,715mV

tx = ?

Vx

t1 = 0C Cu

CuDVM

Pengukuran dengan titik es

Contoh pengukuran dan penggunaan tabel acuan

Solusi

Dari tabel termokopel untuk tipe S (tabel 5)

Va = 0,713 mV ta = 109C,

Vb = 0,720 mV tb = 110C, dan

Vx = 0,715 mV antara ta dan tb (gambar 5)

ta tx tb

Va

Vx

Vb

tx = 109,29C

Apabila sambungan acuan 0oC

• termometer digital dengan sensor termokopel:

- automatic cold junction compensation (ACJC)

- (internal mode)

- (external mode)

Reference junction compensation

+

TTC

-

TRJ

Vo2 = VT2(TTJ – T0)

Vo1 = VT1(TTC - TTJ)

VTC = Vo1 + Vo2

Termistor

Indikator suhu untuk termokopel

• Digital multimeter

• Indikator termometer

• Potentiometer


• Digital multimeter

– Harga reasonable

– Akurasi reasonable

– Fleksibel

– Mudah didapat

– Penunjukan dalam satuan tegangan

– Tidak ada reference junction compensation


• Indikator termometer

– Harga sebanding dengan akurasi

– Ukuran compact

– Penunjukan dalam satuan suhu

– Ada RJC


• Potentiometer

– Paling akurat

– Harga lebih mahal

– Ukuran besar

– Relatif sulit dioperasikan

Kalibrasi Sensor Suhu dengan Indikator

• Sebagai satu unit utuh: sensor dan

indikator: perbandingan terhadap

termometer standar

• Terpisah:

– Sensor: Perbandingan terhadap termometer

standar

– Indikator: Simulasi dan pengukuran

tegangan/tahanan listrik

Kalibrasi sensor suhu beserta indikator



Kalibrasi Termokopel

Metode Perbandingan

Switch DVM

titik es

furnace

Kalibrasi Termokopel

Metode Perbandingan

Tabel 6. Hasil kalibrasi dan perhitungan koreksi

646 100 4096 20

Set

point

(C)

Hasil pengukuran Hasil perhitungan Koreksi

Vtest

(V)

Vstd

(V)

Koreksistd

(V)

Vstd_corrected

(V)

Tstd

(C)

Vref

(V)

Vref - Vtest

(V)

…. ….. …. …. …. … … …

100 4076 645 1

…. ….. …. …. …. … … …

Untuk mendapatkan koreksi pada nilai suhu yang lain, di dalam rentang kalibrasi,

harus dilakukan interpolasi Tstd terhadap koreksi.

Documents

Materi Sesi II SUHU