Macam Macam Sensor dan Fungsinya: Sensor Suhu (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”. 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”.

Termokopel merupakan salah satu jenis sensor suhu yang paling populer dan sering digunakan dalam berbagai rangkaian ataupun peralatan listrik dan Elektronika yang berkaitan dengan Suhu (Temperature). Beberapa kelebihan Termokopel yang membuatnya menjadi populer adalah responnya yang cepat terhadap perubahaan suhu dan juga rentang suhu operasionalnya yang luas yaitu berkisar diantara -200˚C hingga 2000˚C. Selain respon yang cepat dan rentang suhu yang luas, Termokopel juga tahan terhadap goncangan/getaran dan mudah digunakan.

Prinsip Kerja 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 :

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.

Fungsi dan Peng-aplikasian Thermocouple

Thermocouple berfungsi sebagai sensor suhu menengah hingga tinggi. kemampuan sensor ini dapat digunakan untuk mengukur suhu ruangan oven hingga temperatur 900 Celcius. Sensor ini terbuat dari dua buah terminal yang dihubungkan ke bagian input thermometer atau alat pengukuran dan relay otomatis yang dirangkai untuk bekerja secara otomatis.

Skema Sensor Suhu (Thermocouple)

Rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).

Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:

a) Low pass Filter

Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antenna, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up 1MΩ berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.

b) Penguat tingkat I

Penguat Tingkat I adalah rangkaian non Inverting OP-AMP menggunakan IC OP 07. Kami memilih penguat jenis non inverting dengan pertimbangan penguat non Inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V, besar penguatannya adalah seperti berikut:

penguatan saat potensiometer posisi minimal:

penguatan saat potensiometer posisi maksimal

c) penguat tingkat II

Penguat tingkat II juga menggunakan penguat Non Inverting sama seperti menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai gain adalah tetap yaitu sebesar :