DASAR PENGUKURAN LISTRIK - elektro.teknik.unja.ac.idelektro.teknik.unja.ac.id/wp-content/uploads/...Pengukuran-Autosaved-1.pdf · Objektif Teori Contoh Simpulan Resistance Temperature

DASAR PENGUKURAN LISTRIK

1. Objektif

2. Teori

3. Contoh

4. Simpulan

OUTLINE

Konsep Etika Profesi & Etika Profesi Engineer.pptx#4. PowerPoint Presentation



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)


• 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)




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 .




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.




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.




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


Pendahuluan


Mengkompensasi nilai

resistansi

Objektif Teori SimpulanContoh



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




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




Thermistor = Thermal Resistor

Sensor temperatur berdasarkan perubahan resistansi semikonduktor terhadaptemperatur.

Prinsipnya: memberikan perubahan resistansi yang berbanding terbalik denganperubahan suhu.


Thermistor


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)


Thermistor


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


Karakteristik Thermistor


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


Thermistor


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.


Thermistor


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/


Thermistor


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.


Thermocouple


• 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).


Thermocouple



Seebeck Effect


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)


Peltier Effect


Closed-loop dari 2 metal yang berbeda

dengan tambahan tegangan luar sehingga

menyebabkan aliran arus pada sirkuit.


Type Thermocouple


Setiap type memiliki seperti rentang,

linieritas, sensitivitas.


Types Thermocouple


Type J dan E lebih sensitive

dibandingkan Type R.


Karakteristik Thermocouple


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




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.




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.


Thermocouple


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


Thermocouple


Documents

DASAR PENGUKURAN LISTRIK - elektro.teknik.unja.ac.idelektro.teknik.unja.ac.id/wp-content/uploads/...Pengukuran-Autosaved-1.pdf · Objektif Teori Contoh Simpulan Resistance Temperature