BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari Termokopel, Prinsip kerja sistem, dan Komponen pembentuk sistem. 2.1. Termokopel Termokopel adalah sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase). Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 C [2] Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 C. Termokopel terdiri dari dua konduktor atau termoelemen yang berbeda, dihubungkan menjadi satu rangkaian seperti yang terlihat pada Gambar 2.1. A Dingin B Gambar 2.1. Diagram skematik termokopel Panas Dua termoelemen A dan B dihubungkan (junction) dan jika temperatur antara junction pertama (cold junction) dan kedua (hot junction) berbeda maka akan timbul arus akibat gaya gerak listrik (EMF). Gambar 2.2. Pengukuran EMF 4
5 Jika cold junction hubung buka dan dihubungkan dengan voltmeter dengan impedansi yang tak terhingga (besar sekali), seperti yang terlihat pada Gambar 2.2., maka akan terbaca tegangan pada voltmeter, tegangan tersebut dikenal sebagai tegangan seebeck. Laju perubahan nilai tegangan akibat perubahan temperatur disebut dengan koefisien Seebeck. Jika termokopel digunakan untuk mengukur temperatur hot junction (gambar 2.2) maka tegangan Seebeck pada cold junction, hot junction serta temperatur cold junction harus diketahui terlebih dahulu. Karena cold junction juga menghasilkan tegangan Seebeck maka untuk mempermudah pembacaan temperatur pada tabel termokopel, cold junction ditempatkan pada titik cair es. Gaya gerak listrik (EMF), terjadi karena gradien temperatur pada kawat yang menghubungkan hot junction dan cold junction. Dengan mengasumsikan kawat termokopel homogen maka gaya gerak listrik (EMF) didapat akibat perbedaan temperatur antara hot junction dengan cold junction. Hubungan tegangan antara termoelemen A dan B dapat dilihat pada persamaan 2.1. [3] E AB (T) = S AB (T) T [2.1] Dimana: E AB (T) adalah tegangan Seebeck (Volt) S(T) adalah koefisien Seebeck (Volt / Celcius) T adalah perbedaan temperatur pada hot junction junction. (Celcius) dan cold [3] Ada 3 hukum termoelektrik yang dapat menjelaskan tentang termokopel ideal. 1. Law of Homogenous Metals Gaya gerak listrik (EMF) tidak akan terjadi apabila termoelemen A dan B merupakan konduktor dari bahan yang sama.
6 2. Law of Intermediate Metals Apabila ada penambahan logam atau material lain pada rangkaian termokopel, maka tegangan Seebeck akan sama dengan 0 (nol) jika material tersebut pada temperatur yang sama. Gambar 2.3 Contoh Hukum termoelektrik ke 2 3. Law of Successive or Intermediate Temperature Gaya gerak listrik (EMF) yang terjadi dari termokopel dimana kedua junction yaitu T1 dan T3 sama dengan gaya gerak listrik (EMF) pada T1 dan T2 ditambah gaya gerak listrik (EMF) junction pada T2 dan T3. Gambar 2.4 Contoh hukum termoelektrik ke 3 Akibat dari adanya hukum termoelektrik adalah penghubungan junction dengan penyolderan dan pengelasan tidak akan mempengaruhi tegangan output, tetapi dengan adanya 2 kawat tembaga homogen yang menghubungkan termokopel dengan voltmeter dengan tujuan untuk melakukan pengukuran tegangan akan mempengaruhi tegangan output sehingga tegangan output adalah akumulasi tegangan yang timbul
7 akibat sambungan kawat tembaga dengan dan hot junction. Oleh karena itu pengukuran dengan voltmeter mengharuskan menggunakan eksternal kompensator untuk cold junction dimana hal ini tidaklah efisien karena setiap pengukuran mengharuskan penyediaan media isotermal sebagai reference junction (sambungan referensi) dan memerlukan adanya pentabelan untuk megkonversi tegangan menjadi besaran temperatur. Berdasarkan hal itu maka beberapa Thermocouple readout (Pembaca termokopel) sudah menyediakan Cold Junction Compencator (CJC) yang sudah tertanam didalamnya. Gambar 2.5 Es Batu sebagai sambungan referensi (Reference junction) [3] 2.2. Prinsip Kerja Sistem Alat ukur termokopel ini pada dasarnya adalah alat ukur suhu dengan menggunakan sensor termokopel yang memiliki 8 kanal masukan sensor termokopel dan juga sebagai alat akuisisi data atau pengambilan dan penyimpanan data hasil pengukuran. Alat ini memiliki LCD sebagai penampil data dan juga dapat merekam data melalui perangkat lunak yang terdapat pada komputer atau laptop. Pertama-tama, sensor termokopel akan langsung membaca suhu objek yang akan diukur atau diamati. Setelah itu hasil pengukuran akan diolah oleh mikrokontroler
8 sebagai pengendali utama alat ini. Data hasil pengukuran akan ditampilkan pada LCD yang terdapat pada alat ukur ini. Apabila pengguna ingin menyimpan data hasil pengukuran maka alat dapat dihubungkan ke komputer atau laptop melalui kanal USB yang tersedia dan menjalankan perangkat lunak pada komputer atau laptop untuk melakukan perekaman data. Perangkat lunak di dalam komputer akan merekam dan mengolah data menjadi bentuk tabel. 2.3. Komponen Pembentuk Sistem Alat akuisisi data ini terdiri dari beberapa komponen utama. Sensor suhu termokopel adalah salah satu komponen utama yang digunakan karena untuk mengukur suhu objek yang akan diamati. Data hasil pengukuran oleh sensor kemudian akan diolah oleh mikrokontroler. Mikrokontroler adalah komponen yang berfungsi untuk mengolah data dan sebagai pengendali utama dan mengontrol selektor pada multiplexer. Multiplexer berperan sebagai pemilih jalur data yang akan diolah oleh mikrokontroler. Setelah data diolah oleh mikrokontroler, kemudian hasilnya akan ditampilkan oleh LCD. LCD berfungsi untuk menampilkan hasil dari pengukuran suhu oleh sensor. Perangkat lunak yang terdapat pada komputer atau laptop berfungsi sebagai perekam data dan penyimpan data. Berikut ini merupakan komponen-komponen utama yang dibutuhkan untuk membangun sistem ini : 1. Sensor suhu Termokopel type K 2. Mikrokontroler Atmega 32 3. Multiplexer CD4051 4. Pengondisi sinyal termokopel AD595 5. LCD Grafik 128 x 64 6. Perangkat lunak sebagai perekam data