Saat ini ada banyak alat ukur besaran fisika yang telah dikembangkan. Beberapa alat ukur sederhana dapat digunakan secara portabel di mana saja dan kapanpun. Untuk keperluan pengukuran yang kompleks, membutuhkan akurasi tinggi, dan terus menerus, diperlukan alat ukur yang canggih.
Dalam industri misalnya, pengukuran dilakukan untuk memantau parameter proses. Pengukuran semacam ini dilakukan menggunakan sensor agar data terekam secara digital dan otomatis. Hal ini untuk menjamin kualitas produksi dan keamanan proses produksi.
Termokopel adalah salah satu sensor suhu paling umum dan populer yang digunakan dalam berbagai aplikasi industri, laboratorium, dan pengukuran suhu lainnya. Alat ini berfungsi untuk mengukur suhu dengan mengubah perbedaan suhu menjadi sinyal listrik yang dapat diukur.
Apa itu termokopel dan bagimana cara kerjanya? Artikel ini membahas tentang pengertian termokopel, cara kerjanya, jenis-jenis termokopel, dan aplikasi umum termokopel.
Apa Itu Termokopel?
Termokopel adalah jenis sensor suhu yang terdiri dari dua kawat konduktor berbeda yang dihubungkan pada satu ujung, membentuk titik pengukuran suhu. Pada ujung lain dari kawat-kawat tersebut, keduanya dihubungkan dengan instrumen pengukur suhu atau sistem kontrol. Ketika suhu di titik pengukuran berbeda, akan terjadi perbedaan potensial listrik antara dua kawat konduktor tersebut, yang disebut sebagai efek termoelektrik. Efek ini dimanfaatkan untuk mengukur suhu secara akurat dan tepat.
Cara Kerja Termokopel
Cara kerja termokopel didasarkan pada efek termoelektrik, yaitu perubahan potensial listrik yang terjadi ketika ada perbedaan suhu di antara dua kawat konduktor yang berbeda. Efek ini pertama kali ditemukan oleh fisikawan Denmark, Thomas Johann Seebeck, pada tahun 1821.
Prosesnya dimulai dengan menghubungkan dua kawat logam berbeda pada satu ujung untuk membentuk titik pengukuran suhu. Ujung kawat ini ditempatkan di lokasi yang ingin diukur suhunya. Bagian lain dari kawat-kawat tersebut dihubungkan dengan instrumen pengukur suhu, seperti multimeter atau termometer digital.
Ketika suhu di titik pengukuran berbeda, elektron dalam kawat-kawat tersebut menjadi tidak seimbang. Ini menghasilkan perbedaan potensial listrik antara kedua kawat. Perbedaan potensial ini menghasilkan aliran arus listrik di dalam sirkuit termokopel. Arus ini kemudian diukur dan dikonversi menjadi nilai suhu oleh instrumen pengukur suhu.
Penting untuk dicatat bahwa termokopel hanya mengukur perbedaan suhu antara titik pengukuran dan titik referensi (biasanya ruangan atau sumber suhu stabil). Oleh karena itu, hasil pengukuran termokopel adalah nilai suhu relatif.
Efek Termoelektrik
Efek termoelektrik yang diandalkan oleh termokopel terjadi karena adanya perbedaan dalam potensial listrik antara dua kawat konduktor yang berbeda ketika suhu berubah. Efek termoelektrik memiliki beberapa jenis utama yang mempengaruhi kinerja termokopel:
- Efek Seebeck: Efek Seebeck terjadi ketika dua logam yang berbeda berada dalam hubungan terbuka pada dua ujung termokopel dan ada perbedaan suhu di antara keduanya. Ini menyebabkan adanya gradien suhu di sepanjang termokopel dan menghasilkan aliran arus listrik yang disebabkan oleh perbedaan potensial listrik.
- Efek Peltier: Efek Peltier adalah fenomena sebaliknya dari efek Seebeck. Ketika arus listrik mengalir melalui termokopel, aliran elektron menyebabkan panas dihasilkan atau diserap di persimpangan logam. Efek ini dapat menyebabkan peningkatan atau penurunan suhu di sepanjang termokopel, tergantung pada arah aliran arus.
- Efek Thomson: Efek Thomson terjadi ketika ada gradien suhu di dalam kawat logam yang sama, tetapi arah arusnya berlawanan. Efek ini dapat menyebabkan penyerapan atau pelepasan panas, tergantung pada arah gradien suhu dan arah aliran arus.
Jenis-jenis Termokopel
Ada berbagai jenis termokopel berdasarkan material konduktor yang digunakan untuk membentuk termokopel. Setiap jenis termokopel memiliki rentang suhu yang berbeda dan keunggulan tertentu tergantung pada aplikasinya. Berikut adalah beberapa jenis termokopel yang paling umum:
- Termokopel Tipe K (K-Type) Termokopel tipe K adalah salah satu jenis termokopel yang paling umum digunakan. Mereka terbuat dari kawat kromel (NiCr) dan alumel (NiAl). Termokopel tipe K memiliki rentang suhu yang luas dan tahan terhadap oksidasi. Mereka digunakan dalam berbagai aplikasi industri, laboratorium, dan sistem pengukuran suhu.
- Termokopel Tipe J (J-Type) Termokopel tipe J terbuat dari kawat besi (Fe) dan konstantan (NiCu). Mereka memiliki rentang suhu yang lebih rendah daripada termokopel tipe K, dan mereka lebih rentan terhadap oksidasi. Termokopel tipe J sering digunakan dalam aplikasi suhu rendah dan aplikasi di mana termokopel tipe K tidak cocok.
- Termokopel Tipe T (T-Type) Termokopel tipe T terbuat dari kawat tembaga (Cu) dan konstantan (NiCu). Mereka memiliki rentang suhu yang sempit dan cocok untuk aplikasi suhu rendah hingga menengah. Termokopel tipe T juga tahan terhadap oksidasi dan memiliki respon cepat terhadap perubahan suhu.
- Termokopel Tipe E (E-Type) Termokopel tipe E terbuat dari kawat nikel-kromel (NiCr) dan konstantan (NiCu). Mereka memiliki rentang suhu yang luas dan tahan terhadap oksidasi. Termokopel tipe E sering digunakan dalam aplikasi suhu tinggi dan lingkungan yang korosif.
- Termokopel Tipe N (N-Type) Termokopel tipe N terbuat dari nikel-kromel (NiCr) dan nikel-silikon (NiSi). Mereka memiliki rentang suhu yang luas dan tahan terhadap oksidasi. Termokopel tipe N sering digunakan dalam aplikasi suhu tinggi dan lingkungan yang korosif, terutama dalam industri metalurgi dan refraktori.
Aplikasi Umum Termokopel
Termokopel adalah sensor suhu yang luas penggunaannya dalam berbagai aspek kehidupan sehari-hari. Dengan kemampuannya untuk mengukur suhu secara akurat dan cepat, termokopel telah digunakan dalam berbagai bidang untuk memantau, mengontrol, dan menjamin keamanan proses atau perangkat yang memerlukan pengukuran suhu. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa aplikasi termokopel yang sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari.
- Alat Pengukur Suhu Dalam Rumah Tangga. Penggunaan termokopel yang paling umum dalam rumah tangga adalah sebagai alat pengukur suhu dalam berbagai perangkat elektronik dan peralatan rumah tangga. Misalnya, termokopel digunakan dalam termometer digital untuk mengukur suhu tubuh manusia atau lingkungan sekitar. Mereka juga digunakan dalam oven, pemanggang roti, air fryer, dan peralatan memasak lainnya untuk memantau suhu masakan dan menghasilkan hasil yang tepat.
- Alat Pengukur Suhu Industri. Dalam industri, termokopel banyak digunakan untuk mengukur suhu dalam proses produksi, pemanasan, dan pendinginan. Mereka digunakan dalam industri kimia, petrokimia, logam, dan manufaktur untuk mengontrol suhu dalam berbagai perangkat, seperti tungku, oven, kiln, dan perangkat pemanas lainnya. Termokopel juga sering digunakan dalam industri makanan dan minuman untuk mengukur suhu dalam proses pasteurisasi dan pendinginan makanan.
- Penerbangan dan Antariksa. Dalam industri penerbangan dan antariksa, termokopel memiliki peran penting dalam memastikan keselamatan dan performa sistem. Mereka digunakan untuk mengukur suhu dalam mesin pesawat, jet roket, dan kendaraan antariksa. Termokopel membantu insinyur dan teknisi untuk memantau suhu di dalam mesin dan sistem untuk mencegah overheating dan memastikan operasi yang aman.
- Industri Semikonduktor. Dalam industri semikonduktor, termokopel digunakan untuk mengukur suhu dalam berbagai proses fabrikasi dan uji coba semikonduktor. Proses produksi semikonduktor memerlukan kontrol suhu yang ketat, dan termokopel membantu memastikan suhu yang stabil dan konsisten selama proses fabrikasi.
- Penggunaan di Peralatan Medis. Dalam peralatan medis, termokopel digunakan dalam berbagai aplikasi untuk mengukur suhu tubuh pasien, suhu lingkungan di ruang operasi, dan suhu dalam perangkat medis lainnya. Termokopel membantu dokter dan tenaga medis dalam memantau kondisi pasien dan memastikan prosedur medis yang aman dan efektif.
- Industri Otomotif. Dalam industri otomotif, termokopel digunakan untuk mengukur suhu dalam mesin kendaraan, sistem pendingin, dan sistem pembuangan. Mereka membantu mengawasi suhu di dalam mesin untuk mencegah overheating dan menjaga kinerja kendaraan yang optimal.
- Penelitian dan Laboratorium. Dalam lingkungan laboratorium dan penelitian, termokopel sering digunakan untuk mengukur suhu dalam berbagai percobaan dan penelitian ilmiah. Mereka digunakan dalam percobaan kimia, fisika, biologi, dan teknik untuk memahami dan memantau perubahan suhu dalam reaksi dan proses penelitian lainnya.
- Alat Elektronik dan Perangkat. Selain penggunaan yang disebutkan di atas, termokopel juga digunakan dalam berbagai peralatan elektronik, seperti komputer, ponsel pintar, kamera, dan perangkat elektronik lainnya untuk mengukur dan mengontrol suhu dalam perangkat.