DASAR PENGUKURAN LISTRIK

DASAR PENGUKURAN LISTRIK

OUTLINE

1. Objektif 2. Teori 3. Contoh

4. Simpulan

Objektif

Teori

Contoh Tujuan Pembelajaran

Mahasiswa mampu: ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip RTD. ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai prinsip Thermistor. ▪ Menjelaskan dengan benar mengenai Thermocouple.

Dasar Pengukuran Listrik

Simpulan

Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

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)


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

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.


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan


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 0.004/0C. • 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

Teori

Contoh

Simpulan


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.


Teori

Objektif

Contoh

Simpulan

Resistance Temperature Detector (RTD) b.

b.

Signal Conditioning Keluaran dari RTD merupakan perubahan resistansi, sehingga diperlukan pengkondisi sinyal yang berfungsi untuk mengkonversi resistansi ke tegangan menggunakan jembatan Wheatstone. 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 𝑃𝐷

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


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Pendahuluan

Mengkompensasi nilai resistansi


Objektif

Contoh

Teori

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: 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 ℃ Dasar Pengukuran Listrik

Objektif

Contoh

Teori

Resistance Temperature Detector (RTD) 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= I 2 R


Simpulan

Objektif

Contoh

Teori

Simpulan

Resistance Temperature Detector (RTD) 3)

10

Arus ditemukan dari : I = 500+450 = 0.011 A Sehingga daya: P = (0.011)2 450 = 0.054 𝑊

4) Dapatkan temperatur: ∆𝑇 = 0.054

∆T = 0.030 = 1.8 ℃

𝑃 𝑃𝐷

Jadi, RTD tidak aktual di temperatur 0 ℃ tapi di di temperatur 1.8 ℃. Sehingga kita harus menemukan resistansi RTD 𝑅 = 500 [1 + 0.005 1.8 − 20 = 454.5Ω Sehingga didapatkan nilai 𝑅3 = 454.5Ω


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Thermistor ▪ Thermistor = Thermal Resistor ▪ Sensor temperatur berdasarkan perubahan resistansi semikonduktor terhadap

temperatur.

▪ Prinsipnya: memberikan perubahan resistansi yang berbanding terbalik dengan

perubahan suhu.


Teori

Objektif

Contoh

Simpulan

Thermistor Grafik Hubungan Tahanan dengan Suhu Thermistor ▪ Dibuat dari material semikonduktor. ▪ Hubungan antara temperatur dan resistansi:

𝑅 𝑇 = 𝑅(𝑇0 )𝑒 • Kepekaan:

𝑆=

𝛽

1 1 − 𝑇 𝑇0

𝑑𝑅 1 1 = 𝑅 = 𝑅0 𝑒𝑥𝑝 𝛽 − 𝑑𝑇 𝑇 𝑇0

−𝛽 𝑇2

▪ Suhu meningkat, Resistansi menurun/kecil

 negative temperature coefficient (NTC)


Objektif

Teori

Contoh 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


Simpulan

Objektif

Contoh

Teori Thermistor

1)

Termistor mempunyai resistansi 3.5 k𝞨 pada 20℃ dengan kemiringan 10%/ ℃. Konstanta disipasi 𝑃𝐷 = 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:

𝑉𝐷 =

3.5𝑘𝞨 . 10 3.5𝑘𝞨+3.5𝑘𝞨

= 5V

Disipasi daya: 𝑉2 5 𝑃= = = 7.1𝑚𝑊 𝑅𝑇𝐻 3.5𝑘𝞨 Kenaikan suhu pada thermistor menggunakan persamaan: 𝑃 7.1𝑚𝑊 ∆𝑇 = = = 1.42℃ 𝑃𝐷 5mW/℃ Dasar Pengukuran Listrik

Simpulan

Objektif

Contoh

Teori Thermistor

Ini berarti resistansi thermistor: 𝑅𝑇𝐻 =3.5k𝞨-1.42℃(0.1/℃)(3.5k𝞨) = 3.5k𝞨 Sehingga pembagi tegangan actual 𝑉𝐷 = 4.6V • Pengukuran menunjukkan bahwa ini tidak demikian sehingga sistem

tidak memuaskan.


Simpulan

Objektif

Contoh

Teori

Simpulan

Thermistor 2)

Hitunglah kepekaan suhu termistor pada 100℃. Nyatakan hasilnya dalam ohmsentimeter per derajat celsius. Anggaplah 𝛽 = 4120𝐾 pada 100℃.

Jawab: ▪ 𝑇 = 𝑇0 = 100℃=373K ▪ Kepekaan (S) didapatkan dengan persamaan:

𝑑𝑅 1 1 𝑆= = 𝑅 = 𝑅0 𝑒𝑥𝑝 𝛽 − 𝑑𝑇 𝑇 𝑇0

−𝛽 𝑇2

▪ Karena hasilnya dalam satuan resistifitas, jadi resistifitas pada 100℃ disisipkan sebagai

pengganti 𝑅0 .

Sehingga: 𝑆 = −𝜌100℃

4120 (373)2

=

−(110)(4120) = (373)2

-3,26 Ω-cm/℃


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

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.


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

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).


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Seebeck Effect

Emf dihasilkan dari perbedaan temperatur. Rumus:

𝑇

𝜖 = ‫ 𝑇׬‬2 𝑄𝐴 − 𝑄𝐵 𝑑𝑇 1

dengan: ε = emf yang dihasilkan T = temperature sambungan Q= Konstanta distribusi panas Rumus Junction Temperatur: 𝜖 = 𝛼(𝑇2 − 𝑇1 ) dengan: 𝛼: konstanta (V/K) 𝑇1 , 𝑇2 : Junction Temperatur (K)


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Peltier Effect

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


Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Type Thermocouple

Setiap type memiliki seperti rentang, linieritas, sensitivitas. Dasar Pengukuran Listrik

Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

Types Thermocouple

Type J dan E lebih sensitive dibandingkan Type R.


Teori

Objektif

Contoh

Simpulan

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 berdasarkan temperature acuan.

Contoh: Type J saat 210˚C dengan 0˚C sebagai acuan maka: V(210˚C ) = 11.34 mV


Teori

Objektif

Contoh

Simpulan

Karakteristik Thermocouple 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. Dasar Pengukuran Listrik

Objektif

Teori

Contoh

Simpulan

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. Dasar Pengukuran Listrik

Objektif

Teori

Contoh Thermocouple

Rumus Junction Temperatur Type Thermokopel: 𝑇𝐻 − 𝑇𝐿 𝑇𝑀 = 𝑇𝐿 + (𝑉𝑀 − 𝑉𝐿 ) 𝑉𝐻 − 𝑉𝐿 Rumus Tegangan Type Thermokopel: 𝑉𝐻 − 𝑉𝐿 𝑉𝑀 = 𝑉𝐿 + (𝑇𝑀 − 𝑇𝐿 ) 𝑇𝐻 − 𝑇𝐿 dengan: 𝑉𝑀 : tegangan antara 𝑉𝐻 (tegangan high) dan 𝑉𝐿 (tegangan low)

𝑇𝐻, 𝑇𝐿, : temperatur high, temperatur low. Dasar Pengukuran Listrik

Simpulan

Objektif

Contoh

Teori

Simpulan

Thermocouple 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℃

𝑇𝐻 − 𝑇𝐿 𝑇𝑀 = 𝑇𝐿 + (𝑉𝑀 − 𝑉𝐿 ) 𝑉𝐻 − 𝑉𝐿 575℃ − 570℃ 𝑇𝑀 = 570℃ + (23.72 − 23.63) 23.84 − 23.63 𝑇𝑀 = 570℃ +

5℃ 0.21

(0.09) =572.1 ℃ Dasar Pengukuran Listrik

DASAR PENGUKURAN LISTRIK

Recommend Documents