DASAR PENGUKURAN LISTRIK

Transkripsi

1 DASAR PENGUKURAN LISTRIK

2 OUTLINE 1. Objektif 2. Teori 3. Contoh 4. Simpulan

3 Objektif Teori Tujuan Pembelajaran Mahasiswa mampu: Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip RTD. Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip Thermistor. Menjelaskan dengan benar mengenai Thermocouple.

4 Resistance Temperature Detector (RTD) Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi nilai resistansi pada suatu logam. Hubungan antara temperatur dan resistansi: R T = R T 0 [1 + α 1 T + α 2 ( T) 2 ] Jika T, maka: R T = R T α 0 T Suhu meningkat, Resistansi meningkat positive temperature coefficient (PTC)

5 Resistance Temperature Detector (RTD) Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu RTD Elemen RTD biasanya ditentukan sesuai dengan resistansi dalam Ω pada. Spesifikasi RTD yang paling umum adalah 100 Ω. Berarti: pada suhu 0, elemen RTD harus menunjukkan nilai resistansi100 Ω.

6 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. Untuk platinum, nilai ini secara tipical adalah berkisar 0.004/ 0 C. Untuk nikel adalah 0.005/ 0 C. Sehingga, dengan platinum, sebagai contoh sebuah perubahan hanya 0.4W akan mengubah 100W pada RTD dengan perubahan suhu 1 0 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.

7 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.

8 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: T = P P D dengan: T = Kenaikan temperatur karena self heating P = Disipasi daya pada RTD dalam W P D = Konstanta disipasi RTD dalam W/ºC

9 Pendahuluan Mengkompensasi nilai resistansi

10 Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD) 1) Diketahui: tahanan RTD terbuat dari platinum 120. Pada saat temperatur 0 tahanannya adalah 100Ω. Berapakah temperatur yang seharusnya terbaca? (konstanta platinum: ) Jawab: R T = R T α 0 T 120 = 100 [ T] 120 = T T = / = 51.94

11 Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD) 2) Diketahui : α = 0.005/, R = 500 Ω, Konstanta disipasi RTD = 30 mw/ pada 20. dengan R 1 = R 2 = 500Ω. Jika supply adalah 10 V dan RTD 0, tentukan nilai R 3. Jawab: 1) Temukan nilai RTD resistansi 0 tanpa memasukan efek disipasi: R T = R T α 0 T = R = 500 [ = 450Ω 2) Untuk efek self heating (pemanasan sendiri), kita tentukan daya disipasi di RTD, asumsi resistansi 450 Ω. Dengan: P= I 2 R

12 Contoh Simpulan Resistance Temperature Detector (RTD) 3) Arus ditemukan dari : I = = A Sehingga daya: P = (0.011) = W 4) Dapatkan temperatur: T = P P D T = = 1.8 Jadi, RTD tidak aktual di temperatur 0 tapi di di temperatur 1.8. Sehingga kita harus menemukan resistansi RTD R = 500 [ = 454.5Ω Sehingga didapatkan nilai R 3 = 454.5Ω

13 Thermistor Thermistor = Thermal Resistor Sensor temperatur berdasarkan perubahan resistansi semikonduktor terhadap temperatur. Prinsipnya: memberikan perubahan resistansi yang berbanding terbalik dengan perubahan suhu.

14 Thermistor Dibuat dari material semikonduktor. Hubungan antara temperatur dan resistansi: Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu Thermistor R T = R(T 0 )e β 1 T 1 T 0 Kepekaan: S = dr dt = R = R 0exp β 1 T 1 β T 0 T 2 Suhu meningkat, Resistansi menurun/kecil negative temperature coefficient (NTC)

15 Karakteristik Thermistor a. Sensitifitas sangat tinggi (1000 kali lebih senstif dari RTD) b. Resistansi tinggi 1 KΩ 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

16 Contoh Simpulan Thermistor 1) Termistor mempunyai resistansi 3.5 kω pada 20 dengan kemiringan - 10%/. Konstanta disipasi P D = 5 mw/. 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 kω, sehingga rangkaian pembagi akan: V D = 3.5kΩ 3.5kΩ+3.5kΩ. 10 = 5V Disipasi daya: P = V2 = 5 R TH 3.5kΩ = 7.1mW Kenaikan suhu pada thermistor menggunakan persamaan: T = P P D = 7.1mW 5mW/ = 1.42

17 Contoh Simpulan Thermistor Ini berarti resistansi thermistor: R TH =3.5kΩ-1.42 (0.1/ )(3.5kΩ) = 3.5kΩ Sehingga pembagi tegangan actual V D = 4.6V Pengukuran menunjukkan bahwa ini tidak demikian sehingga sistem tidak memuaskan.

18 Contoh Simpulan Thermistor 2) Hitunglah kepekaan suhu termistor pada 100. Nyatakan hasilnya dalam ohmsentimeter per derajat celsius. Anggaplah β = 4120K pada 100. Jawab: T = T 0 = 100 =373K Kepekaan (S) didapatkan dengan persamaan: S = dr dt = R = R 0exp β 1 T 1 β T 0 T 2 Karena hasilnya dalam satuan resistifitas, jadi resistifitas pada 100 disisipkan sebagai pengganti R 0. Sehingga: S = ρ (373) 2 = (110)(4120) (373) 2 = -3,26 Ω-cm/

19 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.

20 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).

21 Seebeck Effect Emf dihasilkan dari perbedaan temperatur. Rumus: ε = T1 T 2 Q A Q B dt Rumus Junction Temperatur: ε = α(t 2 T 1 ) dengan: α: konstanta (V/K) T 1, T 2 : Junction Temperatur (K) dengan: ε = emf yang dihasilkan T = temperature sambungan Q= Konstanta distribusi panas

22 Peltier Effect Closed-loop dari 2 metal yang berbeda dengan tambahan tegangan luar sehingga menyebabkan aliran arus pada sirkuit.

23 Type Thermocouple Setiap type memiliki seperti rentang, linieritas, sensitivitas.

24 Types Thermocouple Type J dan E lebih sensitive dibandingkan Type R.

25 Karakteristik Thermocouple Polaritas: Tegangan yang dihasilkan berbeda untuk tiap type thermocouple Type J dengan acuan 0 C menghasilkan 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 ) = mv

26 Karakteristik Thermocouple Sensitivitas Sensitivitas tergantung dari type signal conditioningnya. Type J: 0.05 mv/ Type R: 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.

27 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.

28 Thermocouple Rumus Junction Temperatur Type Thermokopel: T M = T L + T H T L V H V L (V M V L ) Rumus Tegangan Type Thermokopel: V M = V L + V H V L T H T L (T M T L ) dengan: V M : tegangan antara V H (tegangan high) dan V L (tegangan low) T H, T L, : temperatur high, temperatur low.

29 Contoh Simpulan Thermocouple Tegangan pada mv diukur dengan type K thermokople pada referensi 0. Tentukan pengukuran junction temperatur. Jawab: Diketahui: V M = (diantara V L = 23.63mV dan V H = 23.84mV) T L = 570 dan T H = 575 T M = T L + T H T L (V V H V M V L ) L T M = T M = (0.09) =572.1 ( )

30