DPL.4 Sistem Instrumentasi Pengukuran Autosaved 1

DASAR PENGUKURAN LISTRIK

  OUTLINE

  

  

  

  4. Simpulan Objektif Teori Contoh Simpulan

  Tujuan Pembelajaran

  Mahasiswa mampu: ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip RTD.

  ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip Thermistor. ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai Thermocouple.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

• • Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi nilai resistansi pada suatu

  logam.

  Hubungan antara temperatur dan resistansi:

  2

  = [1 + ∆ + (∆ ) ]

  1

  2 Jika

  ∆ ≪ , maka: = 1 + ∆

  positive temperature coefficient (PTC)

  Suhu meningkat, Resistansi meningkat 

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

  Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu RTD Elemen RTD biasanya ditentukan sesuai dengan resistansi dalam pada ℃.

  Spesifikasi RTD yang paling umum adalah 100 .

  Berarti: pada suhu 0 ℃, elemen RTD harus menunjukkan nilai resistansi100 . Teori Objektif

  Contoh Simpulan

Resistance Temperature Detector (RTD)

  RTD terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan:

  a. Sensitivity

  Perhitungan sensitivitas RTD dapat dicatat dari nilai tipical dari perubahan kecil yang

linier dalam tahanan terhadap suhu.

  C.

• Untuk platinum, nilai ini secara tipical adalah berkisar 0.004/ C.
• Untuk nikel adalah 0.005/

  Sehingga, dengan platinum, sebagai contoh sebuah perubahan hanya 0.4W akan mengubah

  100W pada RTD dengan perubahan suhu 1

  C. Biasanya spesifikasi akan disediakan dalam

bentuk informasi kalibrasi dan grafik tahanan versus suhu atau berbentuk tabel harga-harga

dari mana sensitivitas dapat ditentukan untuk material yang sama tetapi nilainya relativ konstan karena merupakan fungsi dari tahanan. Teori Objektif

  Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

  b. Respone Time

  RTD mempunyai tanggapan waktu dari 0.5 sampai 5 detik atau lebih. Lambatnya respon disebabkan lambatnya konduktivitas panas yang membawa perangkat ke keseimbangan panas dengan lingkungannya.

  c. Construction Sebuah RTD, tentunya dengan mudah digambarkan sebagai sebuah kawat yang resistansinya dimonitor sebagai fungsi suhu. Konstruksi ini serupa dengan gulungan kawat atau potongan kawat untuk mencapai ukuran kecil dan meningkatkan konduktivitas panas

untuk mengurangi tanggapan waktu. Dalam beberapa kasus, gulungan terlindungi dari

lingkungan oleh lapisan atau kaleng pelindung yang meningkatkan tanggapan waktu tetapi memerlukan perlawanan terhadap lingkungan.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

  b. Signal Conditioning Keluaran dari RTD merupakan perubahan resistansi, sehingga diperlukan pengkondisi sinyal yang berfungsi untuk mengkonversi resistansi ke tegangan menggunakan jembatan Wheatstone.

  b. Dissipation Constant

  Konstanta dissipasi biasanya ditentukan oleh dua kondisi, udara bebas dan “well-stirred oil bath”. Hal ini disebabkan perbedaan dalam kapasitas media untuk membawa panas keluar dari perangkat. Kenaikan Suhu pemanasan sendiri dapat ditemukan dari daya dissipasi oleh RTD dan konstanta dissipasi.

  Rumus: ∆ =

  dengan: T = Kenaikan temperatur karena self heating P = Disipasi daya pada RTD dalam W P = Konstanta disipasi RTD dalam W/ºC _D Objektif Contoh Simpulan

  Teori Pendahuluan

  Mengkompensasi nilai resistansi Contoh Objektif Teori

  Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

1) Diketahui: tahanan RTD terbuat dari platinum 120

  ℃. Pada saat temperatur 0℃ tahanannya adalah 100 . Berapakah temperatur yang seharusnya terbaca? (konstanta platinum: 0.00385)

  Jawab: = 1 + ∆ 120 = 100 [1+ 0.00385T] 120 = 100 + 0.385T T = 120 - 100 / 0.385 = 51.94

  ℃ dengan

  1 =

  2 = 500 . Jika supply adalah 10 V dan RTD 0℃, tentukan nilai

  3 .

  Jawab: 1) Temukan nilai RTD resistansi 0

  ℃ tanpa memasukan efek disipasi: = 1 + ∆ = = 500 [1 + 0.005 0 − 20 = 450Ω

  2) Untuk efek self heating (pemanasan sendiri), kita tentukan daya disipasi di RTD, asumsi resistansi 450 Ω. Dengan: P= I

  2 R Objektif Teori

  Simpulan Contoh

  Resistance Temperature Detector (RTD)

2) Diketahui : = 0.005/℃, = 500 Ω, Konstanta disipasi RTD = 30 /℃ pada 20℃.

  Contoh Objektif Teori

  Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD)

  10 3)

  Arus ditemukan dari : I = = 0.011 A 500+450

2 Sehingga daya: P = (

  0.011) 450 = 0.054

4) Dapatkan temperatur:

  ∆ = 0.054

  = 1.8 ∆T = ℃

  0.030 Jadi, RTD tidak aktual di temperatur 0 ℃ tapi di di temperatur 1.8 ℃. Sehingga kita harus menemukan resistansi RTD = 500 [1 + 0.005 1.8 − 20 = 454.5Ω Sehingga didapatkan nilai = 454.5Ω

  3 Teori Objektif

  Contoh Simpulan Thermistor

  ▪

  Thermistor = Thermal Resistor

  ▪ Sensor temperatur berdasarkan perubahan resistansi semikonduktor terhadap temperatur.

  ▪ Prinsipnya: memberikan perubahan resistansi yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Thermistor

  Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu Thermistor ▪ Dibuat dari material semikonduktor.

  ▪

  Hubungan antara temperatur dan resistansi:

  1 1 −

  = ( )

• Kepekaan:

  1 1 − =

  2

  = = −

  ▪

  Suhu meningkat, Resistansi menurun/kecil  negative temperature coefficient (NTC) a. Sensitifitas sangat tinggi (1000 kali lebih senstif dari RTD)

  b. Resistansi tinggi 1 K Ω

  c. Respon Waktu Cepat

  d. Perubahan Resistansi 10 % per ℃.

  e.

  Tidak senstif terhadap shock dan vibrasi f.

  Dilindungi capsul (plastik, teflon/material lembam)

  g. Memperlambat waktu respon karena kontak termal kurang baik Objektif

  Contoh Simpulan Teori

  Karakteristik Thermistor

  Contoh Objektif Teori

  Simpulan Thermistor

1) Termistor mempunyai resistansi 3.5 k

  pada 20℃ dengan kemiringan - 10%/

  = 5 mW/ ℃. Konstanta disipasi ℃. Diusulkan untuk digunakan pada thermistor rangkaian pembagi pada Gambar dibawah ini dengan tegangan

  5 V pada 20 ℃. Evaluasi efek dari self heating!

  Jawab: Pada 20

  ℃ resistansi thermistor 3.5 k , sehingga rangkaian pembagi akan:

  3.5

  = . 10 = 5V

  3.5 +3.5

  Disipasi daya:

  2

  5 = =

  3.5 = 7.1 Kenaikan suhu pada thermistor menggunakan persamaan:

  7.1 ∆ = =

  5mW/℃ = 1.42℃

  Contoh Objektif Teori

  Simpulan Thermistor

  Ini berarti resistansi thermistor: =3.5k -1.42℃(0.1/℃)(3.5k )

  = 3.0k Sehingga pembagi tegangan actual

  = 4.6V

• Pengukuran menunjukkan bahwa ini tidak demikian sehingga sistem tidak memuaskan.

  Contoh Objektif Teori

  Simpulan Thermistor

2) Hitunglah kepekaan suhu termistor pada 100

  ℃. Nyatakan hasilnya dalam ohm- sentimeter per derajat celsius. Anggaplah = 4120 pada 100℃.

  Jawab:

  ▪

  = = 100℃=373K

  ▪ Kepekaan (S) didapatkan dengan persamaan:

  1 1 − =

  2

  = = −

  ▪ Karena hasilnya dalam satuan resistifitas, jadi resistifitas pada 100

  ℃ disisipkan sebagai pengganti .

  Sehingga:

  

4120 −(110)(4120)

  = = -3,26 = − 100℃

  Ω-cm/℃

  2

  2 (373) (373) Teori Objektif

  Contoh Simpulan Thermocouple

  ▪ Pembuatan berdasarkan sifat termal bahan logam. ▪ Satu ujungnya dipanaskan  elektron2 dalam logam akan bergerak semakin aktif

  dan akan menempati ruang yang semakin luas  elektron2 bergerak ke arah ujung yang tdk dipanaskan.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Thermocouple

• Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi emf.

  ▪

  Dasar teori dari efek thermocouple adalah dari perbandingan distribusi listrik dan panas pada logam yang berbeda.

  ▪ Apabila terjadi perbedaan panas pada suatu logam maka energy panas yang terjadi akan mengalir ke bagian logam yang lebih dingin.

  ▪ Ketika dua konduktor yang berbeda menerima panas maka akan menimbulkan

  emf (Electric motive Force) yang akan menimbulkan tegangan untuk setiap derajat kenaikan suhu. Kemudian akan dikonversikan sesuai dengan reference table yang telah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe yang dipakai).

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Seebeck Effect Emf dihasilkan dari perbedaan temperatur.

  2 Rumus: − = ׬

  1 dengan: ε = emf yang dihasilkan T = temperature sambungan Q= Konstanta distribusi panas

  Rumus Junction Temperatur: dengan:

  = ( − )

  2

  1 : konstanta (V/K) , : Junction Temperatur (K)

  1

  2 Teori Objektif

  Contoh Simpulan Peltier Effect

  Closed-loop dari 2 metal yang berbeda dengan tambahan tegangan luar sehingga menyebabkan aliran arus pada sirkuit. Teori Objektif

  Contoh Simpulan Type Thermocouple

  Setiap type memiliki seperti rentang, linieritas, sensitivitas. Teori Objektif

  Contoh Simpulan Types Thermocouple

  Type J dan E lebih sensitive dibandingkan Type R. Teori Objektif

  Contoh Simpulan Karakteristik Thermocouple

  Polaritas:

• Tegangan yang dihasilkan berbeda untuk tiap type thermocouple

  ▪

  Type J dengan acuan 0˚C menghasilkan +5.27 mV pada sambungan di 100˚C, jika pengukuran di sambungan -

  100˚C menghasilkan -4.63mV Dengan tabel, maka dapat membantu memperoleh tegangan berdasarkan temperature acuan.

  Contoh: Type J saat

  210˚C dengan 0˚C sebagai acuan maka: V(210˚C ) = 11.34 mV

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan

Karakteristik Thermocouple

  Sensitivitas Sensitivitas tergantung dari type signal conditioningnya.

• Type J: 0.05 mV/ Type R: 0.006 mV/

  ℃

• Konstruksi

  ℃

  Secara sederhana, dari 2 logam yang di gabungkan. Untuk aplikasi biasanya di tutupi dengan kaca untuk perlindungan.

  Range Type J digunakan dalam rentang - 150˚C hingga 745˚C.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan

Karakteristik Thermocouple

  Time Response

  Tergantung ukuran kabel dan type perlindungan, untuk mencapai panas yang konstan

  Signal Conditioning Diharapkan tegangan keluaran kecil, biasanya kurang dari 50mV. Kompensasi Acuan Perbedaan pengukuran dan temperatur acuan. Gangguan Aplikasi dilapangan sering terjadi gangguan elektrik.

  Teori Objektif

  Contoh Simpulan Thermocouple

  Rumus Junction Temperatur Type Thermokopel: −

• = ( − )

  − Rumus Tegangan Type Thermokopel:

  −

• = ( − )

  −

  dengan:

  : tegangan antara (tegangan high) dan (tegangan low) : temperatur high, temperatur low.

  , , Tegangan pada 23.72 mV diukur dengan type K thermokople pada referensi 0 ℃. Tentukan pengukuran junction temperatur.

  Jawab: Diketahui:

  = 23.72 (diantara = 23.63mV dan = 23.84mV) 

  = 570 ℃ dan = 575

  ℃ = +

  − −

  ( − ) = 570℃ +

  575 ℃ − 570℃

  23.84 − 23.63 (23.72 − 23.63) = 570℃ +

  5℃

  0.21

  (0.09) =572.1 ℃

  Objektif Teori Simpulan

  Contoh Thermocouple