Alat Akuisisi Data Sensor Termokopel 8 Kanal Dengan Mikrokontroler

BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan
dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini
terdiri dari Termokopel, Prinsip kerja sistem, dan Komponen pembentuk sistem.
2.1. Termokopel
Termokopel adalah
sensor suhu yang banyak digunakan untuk mengubah
perbedaan suhu dalam benda menjadi perubahan tegangan listrik (voltase).
Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar
yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup
besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1°C [2] Termokopel yang
sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta
dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas
kesalahan pengukuran kurang dari 1°C. Termokopel terdiri dari dua konduktor atau
”termoelemen” yang berbeda, dihubungkan menjadi satu rangkaian seperti yang
terlihat pada Gambar 2.1.
A
Dingin
Panas
B
Gambar 2.1. Diagram skematik termokopel
Dua termoelemen A dan B dihubungkan (junction) dan jika temperatur antara
junction pertama (cold junction) dan kedua (hot junction) berbeda maka akan timbul
arus akibat gaya gerak listrik (EMF).
Gambar 2.2. Pengukuran EMF
4
5
Jika cold junction hubung buka dan dihubungkan dengan voltmeter dengan
impedansi yang tak terhingga (besar sekali), seperti yang terlihat pada Gambar 2.2.,
maka akan terbaca tegangan pada voltmeter, tegangan tersebut dikenal sebagai
tegangan seebeck. Laju perubahan nilai tegangan akibat perubahan temperatur
disebut dengan koefisien Seebeck. Jika termokopel digunakan untuk mengukur
temperatur hot junction (gambar 2.2) maka tegangan Seebeck pada cold junction, hot
junction serta temperatur cold junction harus diketahui terlebih dahulu. Karena cold
junction juga menghasilkan tegangan Seebeck maka untuk mempermudah
pembacaan temperatur pada tabel termokopel, cold junction ditempatkan pada titik
cair es.
Gaya gerak listrik (EMF), terjadi karena gradien temperatur pada kawat yang
menghubungkan hot junction dan cold junction. Dengan mengasumsikan kawat
termokopel homogen maka gaya gerak listrik (EMF) didapat akibat perbedaan
temperatur antara hot junction dengan cold junction. Hubungan tegangan antara
termoelemen A dan B dapat dilihat pada persamaan 2.1. [3]
EAB (T) = SAB (T) ∆T
Dimana:
[2.1]
EAB (T) adalah tegangan Seebeck (Volt)
S(T) adalah koefisien Seebeck (Volt / Celcius)
∆T adalah perbedaan temperatur pada hot junction
dan cold
junction. (Celcius)
Ada 3 hukum termoelektrik yang dapat menjelaskan tentang termokopel ideal.
[3]
1. Law of Homogenous Metals
Gaya gerak listrik (EMF) tidak akan terjadi apabila termoelemen A dan B
merupakan konduktor dari bahan yang sama.
6
2. Law of Intermediate Metals
Apabila ada penambahan logam atau material lain pada rangkaian
termokopel, maka tegangan Seebeck akan sama dengan 0 (nol) jika material
tersebut pada temperatur yang sama.
Gambar 2.3 Contoh Hukum termoelektrik ke 2
3. Law of Successive or Intermediate Temperature
Gaya gerak listrik (EMF) yang terjadi dari termokopel dimana kedua
junction yaitu T1 dan T3 sama dengan gaya gerak listrik (EMF) pada T1 dan
T2 ditambah gaya gerak listrik (EMF) junction pada T2 dan T3.
Gambar 2.4 Contoh hukum termoelektrik ke 3
Akibat dari adanya hukum termoelektrik adalah penghubungan junction dengan
penyolderan dan pengelasan tidak akan mempengaruhi tegangan output, tetapi
dengan adanya 2 kawat tembaga homogen yang menghubungkan termokopel dengan
voltmeter dengan tujuan untuk melakukan pengukuran tegangan akan mempengaruhi
tegangan output sehingga tegangan output adalah akumulasi tegangan yang timbul
7
akibat sambungan kawat tembaga dengan dan hot junction. Oleh karena itu
pengukuran dengan voltmeter mengharuskan menggunakan eksternal kompensator
untuk cold junction dimana hal ini tidaklah efisien karena setiap pengukuran
mengharuskan penyediaan media isotermal sebagai reference junction (sambungan
referensi) dan memerlukan adanya pentabelan untuk megkonversi tegangan menjadi
besaran temperatur. Berdasarkan hal itu maka beberapa Thermocouple readout
(Pembaca termokopel) sudah menyediakan Cold Junction Compencator (CJC) yang
sudah tertanam didalamnya.
Gambar 2.5 Es Batu sebagai sambungan referensi (Reference junction) [3]
2.2. Prinsip Kerja Sistem
Alat ukur termokopel ini pada dasarnya adalah alat ukur suhu dengan
menggunakan sensor termokopel yang memiliki 8 kanal masukan sensor termokopel
dan juga sebagai alat akuisisi data atau pengambilan dan penyimpanan data hasil
pengukuran.
Alat ini memiliki LCD sebagai penampil data dan juga dapat merekam data
melalui perangkat lunak yang terdapat pada komputer atau laptop.
Pertama-tama, sensor termokopel akan langsung membaca suhu objek yang akan
diukur atau diamati. Setelah itu hasil pengukuran akan diolah oleh mikrokontroler
8
sebagai pengendali utama alat ini. Data hasil pengukuran akan ditampilkan pada
LCD yang terdapat pada alat ukur ini.
Apabila pengguna ingin menyimpan data hasil pengukuran maka alat dapat
dihubungkan ke komputer atau laptop melalui kanal USB yang tersedia dan
menjalankan perangkat lunak pada komputer atau laptop untuk melakukan
perekaman data.
Perangkat lunak di dalam komputer akan merekam dan mengolah data menjadi
bentuk tabel.
2.3. Komponen Pembentuk Sistem
Alat akuisisi data ini terdiri dari beberapa komponen utama. Sensor suhu
termokopel adalah salah satu komponen utama yang digunakan karena untuk
mengukur suhu objek yang akan diamati. Data hasil pengukuran oleh sensor
kemudian akan diolah oleh mikrokontroler.
Mikrokontroler adalah komponen yang berfungsi untuk mengolah data dan
sebagai pengendali utama dan mengontrol selektor pada multiplexer. Multiplexer
berperan sebagai pemilih jalur data yang akan diolah oleh mikrokontroler. Setelah
data diolah oleh mikrokontroler, kemudian hasilnya akan ditampilkan oleh LCD.
LCD berfungsi untuk menampilkan hasil dari pengukuran suhu oleh sensor.
Perangkat lunak yang terdapat pada komputer atau laptop berfungsi sebagai
perekam data dan penyimpan data.
Berikut ini merupakan komponen-komponen utama yang dibutuhkan untuk
membangun sistem ini :
1. Sensor suhu Termokopel type K
2. Mikrokontroler Atmega 32
3. Multiplexer CD4051
4. Pengondisi sinyal termokopel AD595
5. LCD Grafik 128 x 64
6. Perangkat lunak sebagai perekam data