View
245
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
DASAR PENGUKURAN LISTRIK
1. Objektif
2. Teori
3. Contoh
4. Simpulan
OUTLINE
Mahasiswa mampu:
Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip RTD.
Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip Thermistor.
Menjelaskan dengan benar mengenai Thermocouple.
Teori Contoh SimpulanObjektif
Tujuan Pembelajaran
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
• Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi nilai resistansi pada suatu
logam.
Hubungan antara temperatur dan resistansi:
𝑅 𝑇 = 𝑅 𝑇0 [1 + 𝛼1∆𝑇 + 𝛼2(∆𝑇)2]
Jika ∆𝑇 ≪ , maka:
𝑅 𝑇 = 𝑅 𝑇0 1 + 𝛼0∆𝑇
Suhu meningkat, Resistansi meningkat positive temperature coefficient (PTC)
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu RTD
Spesifikasi RTD yang paling
umum adalah 100 𝞨.Berarti: pada suhu 0 , elemen
RTD harus menunjukkan nilai
resistansi100 𝞨.
Elemen RTD biasanya
ditentukan sesuai dengan
resistansi dalam 𝞨 pada .
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
RTD terdapat hal-hal yang perlu diperhatikan:
a. SensitivityPerhitungan sensitivitas RTD dapat dicatat dari nilai tipical dari perubahan kecil yang
linier dalam tahanan terhadap suhu.
• Untuk platinum, nilai ini secara tipical adalah berkisar 0.004/0C.
• Untuk nikel adalah 0.005/0C.
Sehingga, dengan platinum, sebagai contoh sebuah perubahan hanya 0.4W akan mengubah
100W pada RTD dengan perubahan suhu 10C. 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.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
b. Respone TimeRTD 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.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
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 ConstantKonstanta 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
𝑃𝐷 dengan:
T = Kenaikan temperatur karena self heating
P = Disipasi daya pada RTD dalam W
PD = Konstanta disipasi RTD dalam W/ºC
Objektif Contoh SimpulanTeori
Pendahuluan
Dasar Pengukuran Listrik
Mengkompensasi nilai
resistansi
Objektif Teori SimpulanContoh
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
1) Diketahui: tahanan RTD terbuat dari platinum 120. Pada saat temperatur 0
tahanannya adalah 100𝞨. Berapakah temperatur yang seharusnya terbaca?
(konstanta platinum: 0.00385)
Jawab:
𝑅 𝑇 = 𝑅 𝑇0 1 + 𝛼0∆𝑇
120 = 100 [1+ 0.00385T]
120 = 100 + 0.385T
T = 120 - 100 / 0.385 = 51.94
2) Diketahui :𝛼 = 0.005/, 𝑅 = 500 Ω, Konstanta disipasi RTD = 30 𝑚𝑊/ pada 20.
dengan 𝑅1 = 𝑅2 = 500𝞨. Jika supply adalah 10 V dan RTD 0,
tentukan nilai 𝑅3.
Jawab:
1) Temukan nilai RTD resistansi 0 tanpa memasukan efek disipasi:
𝑅 𝑇 = 𝑅 𝑇0 1 + 𝛼0∆𝑇 = 𝑅 = 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= I2R
Objektif Teori SimpulanContoh
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
3) Arus ditemukan dari : I = 10
500+450= 0.011 A
Sehingga daya: P = (0.011)2 450 = 0.054 𝑊
4) Dapatkan temperatur: ∆𝑇 =𝑃
𝑃𝐷
∆T = 0.054
0.030= 1.8
Jadi, RTD tidak aktual di temperatur 0 tapi di di temperatur 1.8 . Sehingga kita harusmenemukan resistansi RTD
𝑅 = 500 [1 + 0.005 1.8 − 20 = 454.5Ω
Sehingga didapatkan nilai 𝑅3 = 454.5Ω
Objektif Teori SimpulanContoh
Resistance Temperature Detector (RTD)
Dasar Pengukuran Listrik
Thermistor = Thermal Resistor
Sensor temperatur berdasarkan perubahan resistansi semikonduktor terhadaptemperatur.
Prinsipnya: memberikan perubahan resistansi yang berbanding terbalik denganperubahan suhu.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
Dibuat dari material semikonduktor.
Hubungan antara temperatur dan resistansi:
𝑅 𝑇 = 𝑅(𝑇0)𝑒𝛽
1𝑇−
1𝑇0
• Kepekaan:
𝑆 =𝑑𝑅
𝑑𝑇= 𝑅 = 𝑅0𝑒𝑥𝑝 𝛽
1
𝑇−1
𝑇0
−𝛽
𝑇2
Suhu meningkat, Resistansi menurun/kecil
negative temperature coefficient (NTC)
Objektif Contoh SimpulanTeori
Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu 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
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
1) Termistor mempunyai resistansi 3.5 k𝞨 pada 20 dengan kemiringan -10%/ . Konstanta disipasi 𝑃𝐷= 5 mW/. Diusulkan untuk digunakan padathermistor rangkaian pembagi pada Gambar dibawah ini dengan tegangan5 V pada 20. Evaluasi efek dari self heating!
Jawab:
Pada 20 resistansi thermistor 3.5 k𝞨, sehingga rangkaian pembagi akan:
𝑉𝐷 =3.5𝑘𝞨
3.5𝑘𝞨+3.5𝑘𝞨. 10 = 5V
Disipasi daya:
𝑃 =𝑉2
𝑅𝑇𝐻=
5
3.5𝑘𝞨= 7.1𝑚𝑊
Kenaikan suhu pada thermistor menggunakan persamaan:
∆𝑇 =𝑃
𝑃𝐷=
7.1𝑚𝑊
5mW/= 1.42
Objektif Teori SimpulanContoh
Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
Ini berarti resistansi thermistor:
𝑅𝑇𝐻 =3.5k𝞨-1.42(0.1/)(3.5k𝞨)
= 3.0k𝞨
Sehingga pembagi tegangan actual 𝑉𝐷 = 4.6V
• Pengukuran menunjukkan bahwa ini tidak demikian sehingga sistemtidak memuaskan.
Objektif Teori SimpulanContoh
Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
2) Hitunglah kepekaan suhu termistor pada 100. Nyatakan hasilnya dalam ohm-sentimeter per derajat celsius. Anggaplah 𝛽 = 4120𝐾 pada 100.
Jawab:
𝑇 = 𝑇0 = 100=373K
Kepekaan (S) didapatkan dengan persamaan:
𝑆 =𝑑𝑅
𝑑𝑇= 𝑅 = 𝑅0𝑒𝑥𝑝 𝛽
1
𝑇−1
𝑇0
−𝛽
𝑇2
Karena hasilnya dalam satuan resistifitas, jadi resistifitas pada 100 disisipkan sebagaipengganti 𝑅0.
Sehingga:
𝑆 = −𝜌1004120
(373)2=
−(110)(4120)
(373)2= -3,26 Ω-cm/
Objektif Teori SimpulanContoh
Thermistor
Dasar Pengukuran Listrik
Pembuatan berdasarkan sifat termal bahan logam.
Satu ujungnya dipanaskan elektron2 dalam logam akan bergerak semakin aktifdan akan menempati ruang yang semakin luas elektron2 bergerak ke arahujung yang tdk dipanaskan.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
• Tranduser yang mengubah perubahan nilai temperatur menjadi emf.
Dasar teori dari efek thermocouple adalah dari perbandingan distribusi listrik danpanas pada logam yang berbeda.
Apabila terjadi perbedaan panas pada suatu logam maka energy panas yangterjadi akan mengalir ke bagian logam yang lebih dingin.
Ketika dua konduktor yang berbeda menerima panas maka akan menimbulkanemf (Electric motive Force) yang akan menimbulkan tegangan untuk setiap derajatkenaikan suhu. Kemudian akan dikonversikan sesuai dengan reference table yangtelah ada (table ini sesuai dengan tipe dari thermocoupe yang dipakai).
Objektif Contoh SimpulanTeori
Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
Objektif Contoh SimpulanTeori
Seebeck Effect
Dasar Pengukuran Listrik
Emf dihasilkan dari perbedaan temperatur.
dengan:
ε = emf yang dihasilkan
T = temperature sambungan
Q= Konstanta distribusi panas
Rumus: 𝜖 = 𝑇1𝑇2 𝑄𝐴 − 𝑄𝐵 𝑑𝑇
Rumus Junction Temperatur:
𝜖 = 𝛼(𝑇2 − 𝑇1) dengan:
𝛼: konstanta (V/K)
𝑇1, 𝑇2: Junction Temperatur (K)
Objektif Contoh SimpulanTeori
Peltier Effect
Dasar Pengukuran Listrik
Closed-loop dari 2 metal yang berbeda
dengan tambahan tegangan luar sehingga
menyebabkan aliran arus pada sirkuit.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Type Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
Setiap type memiliki seperti rentang,
linieritas, sensitivitas.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Types Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
Type J dan E lebih sensitive
dibandingkan Type R.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
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 berdasarkantemperature acuan.
Contoh:
Type J saat 210˚C dengan 0˚C sebagai acuan maka:
V(210˚C ) = 11.34 mV
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
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.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Karakteristik Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
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.
Objektif Contoh SimpulanTeori
Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
Rumus Junction Temperatur Type Thermokopel:
𝑇𝑀 = 𝑇𝐿 +𝑇𝐻 − 𝑇𝐿𝑉𝐻 − 𝑉𝐿
(𝑉𝑀 − 𝑉𝐿)
Rumus Tegangan Type Thermokopel:
𝑉𝑀 = 𝑉𝐿 +𝑉𝐻 − 𝑉𝐿𝑇𝐻 − 𝑇𝐿
(𝑇𝑀 − 𝑇𝐿)
dengan:
𝑉𝑀 : tegangan antara 𝑉𝐻(tegangan high) dan 𝑉𝐿 (tegangan low)
𝑇𝐻, 𝑇𝐿, : temperatur high, temperatur low.
Tegangan pada 23.72 mV diukur dengan type K thermokople pada referensi 0. Tentukan pengukuran junction temperatur.
Jawab:
Diketahui:
𝑉𝑀 = 23.72 (diantara 𝑉𝐿 = 23.63mV dan 𝑉𝐻 = 23.84mV)
𝑇𝐿= 570 dan 𝑇𝐻= 575
𝑇𝑀 = 𝑇𝐿 +𝑇𝐻 − 𝑇𝐿𝑉𝐻 − 𝑉𝐿
(𝑉𝑀 − 𝑉𝐿)
𝑇𝑀 = 570 +575− 570
23.84 − 23.63(23.72 − 23.63)
𝑇𝑀 = 570 +5
0.21(0.09) =572.1
Objektif Teori SimpulanContoh
Thermocouple
Dasar Pengukuran Listrik
Recommended