TERMOMETER TEMPERATUR......
TERMOMETERTEMPERATURTINGGI DENGAN MENGGUNAKAN TERMOKOPEL Yusrandihardja Abstract
A thermometersystemfor high temperaturewhich usesa type-K thermocoupleas a censorhas beendesignedand made. In this system, the microcontroller 80C31is usedto control and commandthe system. '[he outputsignal obtainedfrom the thermocouple wasfirstly amplified usingan amplifier and transmittedto A/D converterthenprocessedby the microcontroller.Data producedfrom theprocessingis presentedin the haveshown four 7-segmente.Theresultsobtainedfromthe experiments that an error factor of measurement was O.il7%, and the maximum rangeof mea,::rementwas 77d C. Thedevelopedsystemcan be said relativelygood. Pendahuluan kemajuan Seiramadenganperkembangan teknologiterutamadi bidangindustri padasaatini, yangtelahmenggunakan peralatan mesin-mesin modenr,umumnya prosesPeralatan itu mencakup dilengkapi danpengatur dengan suatualatpemantau pengukuran beberapa baikternperatur ruangan baglaqantaralainadalah temperahlr, mrupunzuhuairdalamradiatormesin,danlainsebagainya. digunakantermometerdengan Dalampengukuran temperaturmesinbiasanya sensorpanasyangmemilikirentangukuryangbesar,karenamesin-mesin di industri padaumumnyamemerfukan rentangukur yangbesar,sehingga dapatmencapai lebihbesardari 1000nC. Untukmengatasi haltersebut,makadiperlukan suatualat yangmemiliki spesifikasi sensor tertentu,sehingga digunakan termokopelsebagai panaskarename,milikirentangukur yangrelatif lebarjika dibandingkan dengan sensorpanaslainnya. Kurva karaheristiktermokopelmerupakangrafik antarateganganterhadap yangmembentuk temperatur, suatukurvayangtidaklinier(l) sedangkan dalam pengukuran linierisasi, agwpenErkuran relatiflebihtepat,maka suhudiperlukan padatermokopeldigunakan mikrokontroler tipe80C3I,diharapkan dengan caraini yangtadinya kurvatermokopel tidaklinierdapatdibuatmenjadi linier.
Mediteh ,'o1.8, Mt.22,Mei - Agtrstus2000
TERMOMETERTEMPERATUR
LandasanTeori Termokopel kawat logam(dua kawat Termokopelmerupakansuatugabungandari sepasang logam) yang berbeda jenis karakteristikny4 di mana salah satu ujung dui padasatr:ujungyang dinamakan masing-masing logam digabungkanbersama-sama ujung pengindera/ujungpanas, sedangkanujung-ujung yang lain yang tidak digabungkandinamakanujung referensi/ujungdingrr' temperaturpada ujung ini dipertahankan selalukonstankarenadianggapsebagaitemperaturactrar/referensi. Jika antaraujung penginderadanujung referansiterdapatperbedaantemperatur, makaakanterjadigayagerak listrik ( g€l ) termalyangmenyebabkan terbentuknya arusdalamrangkaian(l). Efek termakopel(1,2)yangdiakibatkan olehpotensialdarikawatlogamters$ut padaujung penginderadan ujung referensi,ini dikenalsebagaiefekSeehack,ymg menyatakanbahwatemperaturdari arusyangmengalirpadarangkaiantertutupyang terbuatdari dua macamlogam konduktor,selamapadatitik seimbangterdapatbeda temperatur.Besamyaggl terntal yang terjadi tergantungpadabahankawat logam yangdigunakan. Bila padakawat logammengaliraruske ujungreferensi,makadisebutkaki positif dan ujung kawat yang lainnya disebut kaki negati{ hal ini dapat terjadi jika temperaturujung pengin.leralebihtinggi daripadaujung referensi.Secaragarisbesar prinsipkerjadaritermokopelini dapatdilihatpadaGambar1 di bawahini. UjungRefersnsi
Ujung pengindera
l. Skema termokopel Gambar Kawat logam A terbuatdari bahanChromaldankawat logamB dad bahanjenis Alumel. kedua ujung logam dihubungkan pada satu titik disebut ujung pegindera/panas, sedangkzur ujung yang lain merupakantitik ujung referensi/dingin,
l0
Medileh Vol.8,Na22,Mei -Agnsfis2000
TT]RMOM ITf, RTEMPERATTI R ...... di rnanatemperatunrya selaludipertahankan konstan.Bila antaraujungpengindera clan u.iung referensi terdapat perbedaantemperatur,nraka ggl termal yang nrenyebabkanarus mengalirdalamrangkaianclanmenghasilkan tegangane. Jika pencatat, titik u.iungreferansiditutupolehsebuahalatukur makaalatukur itu akan nrenunjukkan nilaiyangsebanding denganselisihtemperaturantzu'a keduatitik ujung tersebutEfektermolistrik ini diakibatkan oleh potensial-potensial kontakpadatitik sambung. prosesini dikenalsebagaiefekSeeher:k jenis T'ermokopelmemiliki beberapatipe yang dapat dibedakanberdasarkan logarnsepertipada'labelll di bawahini:
flELl._Iipq:lipc19!uo3e!9!_
Bahln
lsinrbol I tt
, -- --- -'t , -- - -'Kaki Positif t platirurrodirurrclengiut krdar3()'Zn It l B I Clanrpuran
t
Kr-r.o**
-]
--.l
liil;,G,*r'.dil-_urkadar6 'Zn ldcrr8 -fPr;,ri',;-.* -----lI platina n Carrrprrnur lcdar ndiul dcngan lll')1, I I __ - -l t " - -- I ---.--L- l-l llyylrlri'"di":rtitl*rg!)'l:_lFl.u* t__ _t_
[ 5 ]!tlll1lrl:rl1drlt:11 -I
n
nikeldarrclrrorrr l{larrrprrrarr
I
I
lBcsi
I
T
lTenrbtrga
t.,..___._l
.fry-- ----l
JF4l!"l'ryger c, ,,*'i"',ir,s.,tdilikJl
"l d"l=",, -k"r L-F;al!"1,g,
I "if
L_._...-...t_- *___
Tipe-lipe ternrokopelmemiliki rentang ukur dan kurva karakteristikyang berteda,padaGa'rbar 2 adalahmerupakankurv'akarakteristiknya antarategangan denglartemperaturfl temperatur acuanatlalah.12"F atau0" (' l, sehagai
t(x0
?orxl
Trnrr.rur (i |)
2. Kurvakarakteistik tcrrrokopcl. Ganrbar
Meditek Vol.8, No.22,Mei - Agtsttr,;2000
tl
TERIV1OM ETER TEMPERATUR......
Dari gambarkurva di atas tedihatbahwarentangukur temperaturuntuk masing-masing tipe termokopelberbeda-beda sezuaidenganelemenbalun logamnya.Untuk pengukuran temperaturyang sangattinggi, lebih cocok digunakan rendahdigunakan termokopeltipe S danunhrktemperatur termokopel tipeT. MikrokontrolerE0C31 Mikrokontrol(3,4)ini merupakan salahsatujenisdarikeluarga MSC-51,yang terdiriatas8 bit dengandesainkhuzussebagai kontrolerdanmenggunakan EPROM sebagai penyimpan progran\karenajenis initidakmerniliki memoriinternal(ROIO Mikrbkontroler 80C31manpunyai alamat untukmemoridatayaitu128hyteRANI intertnl,128hytellegislerdan 64Khytememoridataekstemal. garisbesardapatdibagidalam4 macamyaitr.r: Instruksisecara L Fungsipemindahan data 2. Fungsiaritmatika 3. Fungsilogika 4. F'ungsi perintahkontrol
DesainSistem PerangkntKeras perangkatkerasini, dirancang Dalamperancangan sebuahtermometer digital untuk temperatur tinggi denganmenggunakan sensortermokopeltipe K yang berbasiskan mikrokontroler padagambar 80C31.Diagram blokrangkaiannya seperti dibawahini.
Ganrbarj. Diagramblokdarisistemlermorneter tetuperatur tinggi
t2
Mediteh wl. 8, Mt.22,Mei - Agrrhts2000
TERII{OMETERTf MPERATUR.,.... Rangkaiansensortemperaturterdiri atastermokopeldanrangkaiankompensasi. Ra"gkain kompensasi(lC LM335) diperlukan karena tabel kurva karakteristik termokopel dibuat berdasarkanreferensiatau temperaturujung dingn pada 00C, denganpengukurandilakukanpadasuhuruang sekitar25t. Sensorini menerima masukan suhu dari bendauji dan temperaturpanasyang didapatdiubahmenjadi tegangandan diperkuat lag oleh panguat (5,6) (Amplifier Ic AD524AD) Tegangananalog kemudiandiubaholeh 8 bit A/D cuuerter (5) menjadibesaran digital8-bit,sinyaldatakelarandariA/D cornrerter masukke mikokontrolerg0C3l. SelanjutnyamikrokontrolermanbandingkandatayangdiberikanolehND comrerter dangan data dari kurva termokopel yang disimpan dalam EpRoM. Jika mikrokontrolertidak menemukandata keluaranND crnnerter padadata yang tersimpandalamEPROIV|,maka mikrokontrolerakanmelakukanproseslinierisasi untuk mendapatkannilai tempoatur akhir. Setelahnilai akhir diperolehmaka hasil tersebutditampilkan. PerangkatLunak
Gambar4. Diagramalir dan sislenrlsrntomelertenlperaturtinggi
Meditek.l"ol. S, Mt.22,Mei - Agt.sttr.s2000
13
...... TEMPERATUR TERMOMETER Programyangdrgunakanuntuk membuatsistemagarlinier adalahbahasa Baha^sa pada prograrnA.ssemhlS:. khususuntuk Mikrokontroler80C31 lnstruksi-instruksi pada mikokontroler tidak progran'rini disimpanpada EPROM 27C64 karena disediakanfa-silitaspenyimpanprogram
[email protected] dipilih karena memungkinkanpemakaiuntuk menghapusdan menyimpanprogramyang dibuat sampaiakhimyadiha^silkan suatuprogramdandatayangtelahsempuma. Secaragzuis besar terdapat dua buah program yaitu program inisialisasidan programutama(A4ain) Programutamamemiliki empatbuahsubprogran\sebagai nilai dad berikut adalah zubprogrammembacanilai dari ADC, membandingkan segynent dan ADC denganisi tabel,melakukankonversidarinilaiBCD ke ntlu.seven nrenampilkan hasilakhimya Progrrununttrk inisialisasimernberikanketerangantentangvariabelyang digunakan pada programdan mernberialamatpada interupsi agar tidak terjadi lompatan interupsiyangtidakdiinginkan. isi programutam4 di manamikrokontrolertelahmenyimpan Sebelumrnenjalankan tabclkarakteristikdari termokopelyangdigunakanke EPROM.Padasubprogram membacanilaidari ADC, keluaranADC disimpanpadaregisteryangterdapatpada mikrikontroleruntuk kemudiandibandingkan denganisi tabelyangtelahlebihdulu disirnpan, danjuga padaprogramini dibuatbatasmaksimumtemperaturagarsupaya tampilantemperaftrrtidak melebihinilai 780"C, serta dapat melakukanproses liniensasibila nilai dari ADC tidak terdapatpadatabel Kemudian subprogram segment. nrengpbah nilaiBCD ke nilaiyangdapatditampilkanoleh.seven llasil Pengamatan Hasil pengukuransinyal keluarandari tegangan dibandingkandenganhasil perhitungansecarateoretis,ha-silnya dapatdilihat padatabel di bawahini. Nilai kesalahan alatdinyatakan dalampersen(%). l-abcl IL Hasil Pcngu.jian RangkaianAna Tegugan
Telrrpcrahu
(rnV) FlasilPerhihurgan
Hasil Pcnguktuiur(ru\./)
l4
866
tiTl
t6 l8
946
952
40
t4
Kelmrat
t029
1025 ilt4
(vt 0 -58 0.42 0.39 0.27
2000 Meditek Lbl. B, Mt.22,Mei - Agu.stus
TERII,IO METERTEMPERATUR ...... Tabel di bawah ini adalah merupakanhasil pengukurantemperatur dengan bermacam-macam teganganmasukandan dibandingkandenganhasil perhitungaq denganfaktor kesalahanrata-rata0,0l7o . TabelIII. Hasilpengrrkuran pe TeganganMasukrn ADC (mV) -50 lfi) Zfi) 3fi) 4(X) 500 6(X)
tt(x) I(XX)
I t(x) I 3(X) l4(x) | 5(X)
TemperaturFIasil PerhitunganfC)
TemperahuFLrsil PengukuranfC)
74t.Zl 742.40 '7M.81
741.l
147.78 149.63
747.6
75205 754.4s '759.29 '7(4.12
752.0
766.5(t 711.3',1 7',t3.80 776.22
766.1
742.3 744.6 749.6 154.6 7 59.4 7(t4.2 771.6 771.9 7764
FaktorKesalahan Nar(/o)
0.015 0.013 0.027 0.024 0.004 0.m7 0.020 0.014 0.010 0.018 0.030 0.013 0 023
Kesimpulan Dan hasil percobaan di atas terlihat bahwa pengujian rangkaian analog menrpunyaifhktor kesalahanrata-rata pengukuran sebesar0,420 dan faktor kesalahanrata-ratadari pengukurantemperaturadalah0,017yo.Pengukuranini relatif cukup baik tetapi masih perlu penyempumaim karenapengukuranhanya dapat mencapai,rada temperatur77€C. sedangkandirencanakan kurang lebih 780nC.Dan untuk pangembangan selanjutnyasistemini perlu dilengkapidengan huzzer yurgberbunyi bila suatusaatnilai pengukuranmelampauibatasaman tanda dan nilai yangtelahditennrkan.
Kepustakaan L Chin, Foster A and JonesL, Electronic Instrunrenland Measurements, J o h nW i l e y& S o n s l,n c . , N e wY o r k , 1 9 8 3
Meditek,l'ol. B, Mt.22,Mei - Agtstus2000
t5
TEMPERATUR ...... TER]VTOMETER 2 Clayton G.B, OperationalAmplifiers, Butterworth, london, 1979. 3 Cooper, William D, Electronic Instrumentation and Meqsurememt techniques,Prentice-Hall, Inc., EnglewoodCliffs, USA, 1978. 4 Daniel L and Metzger, Microcomputer Electrctnlc.r,Prentice-Hall, inc., EnglewoodCliffs,New Jersey,USA, 1989. 5 Haff D.Y, Microprocessor and Interfaceng, McGraw-Hill, Singapore, I e86 6 Malvino A.P, Elektronika Komputer Digital, diterjemahkanoleh Tjia May On, Erlangga,Jakarta,1983.
l6
Meditehvol. 8, Mt.22,Mei - Agtstus2000
