Merancang Pengkondisi Sinyal Termokopel


Selamat datang temen2… ^_^ nach pada postingan kali ini ane sharing mengenai suatu transduser yang dapat kita jadikan sebagai sensor suhu.. nah transduser itu adalah TERMOKOPEL:D wujud dari termokopel tersebut ialah seperti gambar berikut ini:

okedeh gak pake basa basi lagi…silakan temen2 baca penjelasan mengenai termokopel tersebut berikut dengan penjelasan perancangan rangkaian pengkondisi sinyal nya yg dapat kita olah dengan ADC nantinya ^_^

Transduser Termokopel

Berasal dari kata “Thermo” yang berarti energi panas dan “Couple”yang berarti pertemuan dari dua buah benda. Termokopel adalah transduser aktif suhu yang tersusun dari dua buah logam berbeda dengan titik pembacaan pada pertemuan kedua logam dan titik yang lain sebagai outputnya.

Sebuah termokopel terdiri dari dua buah kawat yang kedua ujungnya disambung sehingga menghasilkan suatu open-circuit voltage sebagai fungsi dari suhu, diketahui sebagai tegangan termolistrik atau disebut dengan seebeck voltage, yang ditemukan oleh Thomas Seebeck pada 1921.           Hubungan antara tegangan dan pengaruhnya terhadap suhu masing-masing titik pertemuan dua buah kawat adalah linear. Walaupun begitu, untuk perubahan suhu yang sangat kecil, tegangan pun akan terpengaruh secara linear, atau dirumuskan sebagai   berikut : (National Instrument , Application Note 043)


dengan ΔV adalah perubahan tegangan, S adalah koefisien seebeck, dan ΔT adalah perubahan suhu. Nilai S akan berubah dengan perubahan suhu, yang berdampak pada nilai keluaran berupa tegangan termokopel tersebut, dan nilai S akan bersifat non-linear di atas rentang tegangan dari termokopel tersebut.

Termokopel diberi tanda dengan hurup besar yang mengindikasikan komposisinya berdasar pada aturan American National Standard Institute (ANSI), seperti dibawah ini :

Tabel Sifat dari beberapa tipe termokopel pada 250C

Tipe Material( + dan -) Temp.Kerja(0C) Sensitivitas(µV/0C)
E Ni-Cr dan Cu-Ni -270 ~ 1000 60.9
J Fe dan Cu-Ni -210 ~ 1200 51.7
K Ni-Cr dan Ni-Al -270 ~ 1350 40.6
T Cu dan Cu-Ni -270 ~ 400 40.6
R Pt dan Pt(87%)-Rh(13%) -50 ~ 1750 6
S Pt dan Pt(90%)-Rh(10%) -50 ~ 1750 6
B Pt(70%)-h(30%)dan Pt(94%)-Rh(6%) -50 ~ 1750 6

Sumber   : http://www.wfunda.com/designstandards/sensors/thermocouples/thmeple_intro.cfm

Rangkaian Pengkondisi sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal  berfungsi untuk mengolah sinyal dari transduser termokopel berupa tegangan yang cukup kecil menjadi tegangan yang lebih besar, sehingga output dari rangkaian ini dapat dibaca oleh untai Analog Digital Converter (ADC).

Rangkaian signal conditioning terbagi dalam 3 blok fungsi:

a)                  Low pass Filter

Termokopel yang terlalu panjang bisa menangkap sinyal liar layaknya sebuah antenna, karena output dari termokopel merupakan sinyal berfrekuensi rendah, perlu dipasang sebuah filter untuk menghilangkan sinyal frekuensi tinggi yang tidak lain adalah noise. R4, R5, C1, dan C2 adalah komponen penyusun low pass filter yang memiliki frekuensi cut off sekitar 3Hz. Diode zener D1 dan D3 digunakan untuk membatasi input yang masuk ke rangkaian. Resistor pull up 1MΩ berfungsi sebagai pengaman pada saat termokopel putus / tidak terhubung, karena saat termokopel tidak terhubung input rangkaian signal conditioning menjadi besar sehingga pemanas tidak akan menyala bila alat ini digunakan sebagai pengendali suhu.

b)                  Penguat tingkat I

Penguat Tingkat I adalah rangkaian non Inverting OP-AMP menggunakan IC OP 07. Kami memilih penguat jenis non inverting dengan pertimbangan penguat non Inverting memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dan impedansi keluaran yang rendah, selain itu sinyal input dari termokopel sebanding dengan kenaikan suhu. Didalam rangkaian ini terdapat 2 buah potensiometer. R3 sebagai Zero adjustment, berfungsi untuk mengatur besar kecilnya tegangan offset keluaran. Tegangan offset adalah tegangan yang timbul pada keluaran saat nilai inputannya nol. Tegangan ini digunakan untuk menentukan suhu terendah yang bisa dibaca alat ukur ini. R10 sebagai Gain Adjustment, berfungsi untuk mengatur besar penguatan pada tingkat ini, dengan menganggap tegangan offset = 0V, besar penguatannya adalah seperti berikut:

penguatan saat potensiometer posisi minimal:

penguatan saat potensiometer posisi maksimal

c)                  penguat tingkat II

Penguat tingkat II juga menggunakan penguat Non Inverting  sama seperti menguat tingkat I. Op Amp yang digunakan adalah LF 353 Pada penguat ini nilai gain adalah tetap yaitu sebesar :

Selanjutnya bila rangkaian di analisis secara keseluruhan, rangkaian signal conditioning memiliki penguatan sebesar:

Penguatan saat potensiometer posisi minimal

Penguatan saat potensiometer posisi maksimal

Besarnya penguatan rangkaian signal conditioning adalah 210 – 279 kali. Sedangkan tegangan outputnya sebesar:

nach ini dia galery hasil rangkaian pengkondisi sinyal termokopel nya temen2 ^_^

dan ini hasil rekaman videonya :D

About these ads

70 responses to this post.

  1. manstap mas fahmi. :-)

    Balas

  2. Posted by nugroho on November 4, 2010 at 9:07 am

    artikel yg bagus mas.
    saya mau tanya, VCC yg dipake brp Volt?
    kalau berkenan saya minta gambar rangkaian yang sudah jadi (dalam eagle atau protel), soalnya saya sedang mengerjakan tugas akhir membaca suhu dengan termokopel. saya telah membuat rangkaian pengkondisi sinyal termokopel menggunakan IC AD595, tetapi dalam beberapa bulan percobaan hasilnya kurang memuaskan, yaitu ada noise pada pembacaan ADC. saya sudah sangat bingung dan hampir kehabisan waktu.
    terimakasih mas fahmi, saya tunggu jawaban anda.

    nugrozt_respect@yahoo.co.id

    Balas

    • makasih mas nugroho, VCC-nya pake plus-minus 12 volt…kalo rangkaian jadi sepertinya sudah ntah kamana…itu dulu proyek KP-ku di CITS UGM, ya merancang pengkondisi termokopel,…pengalamanku dulu mas : emang termokopel kelemahanya mudah terganggu noise…tapi akhirnya setelah kurang lebih 2 bulan riset akhirnya jadi juga…saranku pake ADC yg resolusi besar mas…oiya mungkin rangkaian pengkondisi diatas bisa mas coba…semangat mas buat tugas akhirnya…semoga sukses.

      Balas

  3. Posted by THC on November 7, 2010 at 9:38 pm

    terima kasih buat rangkaiannya….. akan saya coba mas… op amp nya itu mudah di cari ga mas?… saya udah muter2 buat sampai pusing mas karna ga stabil keluarannya…

    Balas

  4. Posted by THC on November 11, 2010 at 3:19 pm

    mas q dah coba op ampnya… kok keluaran nya negatif y…

    Balas

  5. Posted by THC on November 11, 2010 at 4:06 pm

    oya mas dah positif dink heeee…
    tp masih naik turun… ko g stabil… ada saran mas?

    Balas

  6. Posted by THC on November 11, 2010 at 4:42 pm

    maksudnya di adc nya ga stabil mas… kira2 apanya yang error ya…

    Balas

  7. Posted by THC on November 12, 2010 at 7:42 am

    pakai yang tipe K mas jenisnya TK 101… gmna mas? klo mas nya pake yang tipe ma jenis yang mana?

    ooo,brarti masalah filternya y.. tp sebelum di masukan ke adc lumayan stabil… keluarannya sekitar 1,25V itu bener gak mas? cm pas msk ke adc aja jd berubah2 beda 10-30 lah…
    pada waktu penelitian yang mas buat waktu masuk adc gmn stabil ga mas?

    mohon petunjuknya.. ^^

    Balas

    • sama mas, ane juga pake yg tipe K,dulu waktu percobaan ku…output termokopel sebelum diberi penguat adalah saat suhu 30 derajat celcius = 0,01 milivoltt, teruz setelah diberi penguat adalah 0,307 milivot, besar penguatanya ialah sekitar 300 kali, agar pengukurannya baek…coba hindari offset dari penguatan op-amp tersebut…usahakan mendekati nol, untuk ADC gunakan resolusi bit yang tinggi, ADC Atmega8535 10bit, waktu percobaan dulu stabil…

      Balas

  8. Posted by THC on November 14, 2010 at 5:46 pm

    mas mw tanya lagi.. itu pake 1 thermocouple atau 2 thermocouple….?? 1 buat sensing yg 1 lagi buat cold junction? mas buat nya gt ga?… atau cm 1 aja mas….

    oya, tegangan offset itu berarti pas ga ada masukan zero adj di puter2 supaya hasilnya itu nol y….?

    ane jg pke atmega8535 vccpin pa vreff mas? yang dipake….

    Balas

  9. Posted by THC on November 15, 2010 at 6:58 pm

    mas ane mnta ym nya donk.. biar bs tanya2… pliss ^^

    Balas

  10. Posted by nugroho on November 26, 2010 at 12:50 pm

    oiya mas, itu kapasitornya pake elko atau milar?kalo elko berapa volt?
    terus, gimana cara /perhitungan untuk konversi tegangan keluaran pengkondisi sinyal menjadi suhu terbaca?apakah perlu memakai suhu referensi(misalnya pake sensor LM35 untuk ngukur suhu sekitar)?

    trimakasih atas tanggapan saudara

    Balas

    • Posted by nugroho on Desember 2, 2010 at 8:35 am

      kok belum ditanggapi pertanyaan saya mas? :)

      Balas

      • maaf mas nugroho baru sempet bales…akhir2 ni tugas kuliah q menumpuk…jadi lum sempat mikir tu jwab pertanyaanya…
        kapasitornya menggunakan elco…10 mikrofarad teg. 16 volt, kaliabrasi nya menggunakan sensor termokopel buatan pabrik yang telah teruji dan memiliki validitas yang baik.

        Berikut adalah langkah-langkah untuk kalibrasi rangkaian signal conditioning:

        1. Termokopel dimasukkan ke media bersuhu 0°∁ dengan cara menggunakan es batu untuk mendapatkan suhu 0°∁.

        2. Putar potensiometer Zero Adjustment sampai didapatkan tegangan 0V pada output rangkaian signal conditioning.

        3. Termokopel dimasukkan ke media besuhu 100°∁ dengan cara menggunakan Air mendidih untuk mendapatkan suhu 100°∁.

        4. Untuk mendapatkan sensitivitas alat ukur sebesar 10 mV/°∁ , maka pada saat suhu 100°∁ output rangkaian harus bernilai 1V. Putar potensiometer Gain Adjustment untuk mendapatkan output sebesar 1V.

        5. Amati output pada suhu antara 0°∁ sampai 100°∁. Apabila masih ada ketidaksesuaian dapat dikoreksi secara software pada mikrokontroler.

  11. Posted by rie on Desember 30, 2010 at 7:55 pm

    mas fahmi, ni aku dah pake rangkaian yang mas tampilin. n outputan untuk pengecekan dengan air panas g sampe 1v tapi sktar 0,7 volt tu.

    bisa di jelaskan tentang maksud sensitifitas 10 mV / c ???

    tapi aku merasa beruntung dengan artikel mas ini. mohon dksh tanggapan yach…..

    Balas

    • air panasnya itu air mendidih lo mas suhunya sekitar 100-104 derajat celcius…nah itu di set 1 volt,
      maksud dari 10 mV / c ialah setiap kenaikan 1 derajat celcius tegangannya bertambah 10 mV

      Balas

  12. Posted by rie on Desember 30, 2010 at 7:57 pm

    oiya mas, untuk output percobaan kondisi air panas menghasilkan tegangan 0,7 tu dah maksimal. n udah tak puter2 potensiometer Gain Adjustmentnya.
    tapi ya tetep j g bisa 1 volt tu…

    Balas

    • iya bisa jadi memang gk bisa, bnyak faktor yg menyebabkan itu mas, mungkin salah satunya faktor hardware dan noise…mungkin bisa di akali saja saat programming ADC nya mas

      Balas

  13. Posted by siteguh on Januari 12, 2011 at 12:30 pm

    mas, mau tanya tp agak melenceng dari tema di atas.
    untuk pemasangan sensor kelembaban 808H5v5 ketika dimasukan ke dalam tanah apakah sensor tersebut perlu di bungkus terlebih dahulu atau tidak ?
    soalnya bentuk sensornya itu kok berlubang-lubang.

    Balas

  14. Posted by suci on Februari 1, 2011 at 10:07 am

    jzkllh khair mas fahmi,insyllh artikelnya membantu sy utk ngrjain tgs kul.

    Balas

  15. Posted by ajuz on Juni 8, 2011 at 5:50 am

    mas, bisa tolong dik

    Balas

  16. Posted by ajuz on Juni 8, 2011 at 5:56 am

    mas, bisa tolong di jelaskan mengapa sampyan lebih memilih ic itu . bisa tolong dijelaskan secara detailnya??? saya menduga bahwa ada rangkain tambahan selain yang selain yang sudah smpyan postingkan bisa minta tolong mas di share ke email saya?mhon dengan sukarela bisa membantu saya mas….terima kasih

    Balas

  17. mas outputan dr termokopel kn ada 3 kabel,,disambung kemana yg buat inputan rangkaiannya?

    oiya + dan – nya mana ya?

    mohon bantuannya mas :)

    Balas

  18. Posted by Zali on Agustus 7, 2011 at 3:29 pm

    Saya mau tanya mas fahmi, saya udah buat rangkaian pengkondisi sinyalnya,pas saya ukur keluarannya masih gak stabil ya mas, terus untuk potensiometer zero adjusmentnya kok gak berfungsi ya mas meski udah saya puter2, yang berfungsi baik itu malah potensiometer gain adjusmentnya.
    trus buat ke ADC mikrokontrollernya saya pakai yang 8 bit, itu ngaruh sama kestabilan outputnya gak mas,,tolong bimbingannya??

    Balas

    • oiya di zero adjusmentnya qmu pake IC apa? kalo masih kurang stabil tambahin filter sebelum masuk op-ampnya… low pass filter :D

      Balas

      • Posted by Zali on Agustus 22, 2011 at 6:46 am

        sama mas pake op-07 juga, di rangkaian itu kan udah ada rangkaian low pass filternya mas, apa ditambahin filternya lagi buat sebelum masuk ke op-ampnya??

      • sebenarnya q dulu juga pembacaanya kacau tapi q filter dengan pemrograman mas, contohnya seperti filter kalman, oiya termokopelku menggunakan seri K, mungkin untuk seri laen berbeda hasilnya :D

  19. ni bsa buat semua jenis termokopel ga mas? mohon pencerahannya agar bsa dpake untuk smua jenis termokopel

    Balas

  20. Posted by zaki on Januari 10, 2012 at 11:26 am

    tanya mas… dioda zener itu kan berlawanan itu kenapa ya mas… lagi pula kalao untuk membatasi input keluaran thermocouple kan ga sampai volt paling2 mV… gmn penjelasannya mas… trmakasih

    Balas

  21. Posted by zaki on Januari 10, 2012 at 11:35 am

    satu lagi mas.. thermocouple kan tidak linier.. ranngkaian ini berfungsi untuk melinearkan atau gmn mas…

    Balas

  22. mas boleh share ndak,,, itu rumus perhitungannya referensi dr mana ya? boleh tolong disebutkan sumbernya ndak mas? cz buat rferensi skripsi saya… Terima kasih

    Balas

  23. Posted by zaki on Februari 21, 2012 at 10:48 pm

    mas yg pull up 1M saya belum mudeng klo di atas mas jelaskan apabila tidak terhubung input nya besar? bukannya bila tak terhubung itu inputnya 0 ya mas… input atau output ni mas?

    Balas

  24. Posted by tito afif s on Maret 16, 2012 at 11:55 pm

    mas bagus banget artikelnya karena sesuai dengan TA saya
    tapi umpama suhu maksimal yang mw diukur sekitar 500 C ntar tetap diset pada 1Volt pada potensiometer gain adjustment nya ?
    thanks

    Balas

  25. Posted by ian on Mei 16, 2012 at 1:17 pm

    mas, share donk rangkaian sama programnya…

    fungkyking01@gmail.com

    Balas

  26. mas bisa minta program sama rangkaian secara total gak ya kalo boleh kirim k email saya robiah.wijaya239@gmail.com

    Balas

  27. Posted by abdul on Mei 22, 2012 at 11:14 am

    sama mas..boleh minta program sama rangkaian nya ngak..abdulqodir3@yahoo.com
    thanks ya mas..

    Balas

  28. mas bisa minta program sama rangkaian secara total gak ya kalo boleh kirim k email saya hadinurhidayat@ymail.com

    Balas

  29. Posted by Jono on Agustus 29, 2012 at 7:23 pm

    mas boleh minta coding utk 7segmentnya ga?
    klu boleh minta juga gambar rangkaian lengkap mas.program eagle mas.mksh mas.
    dwi_harjono@ymail.com

    Balas

  30. Posted by irul on Januari 3, 2013 at 5:00 pm

    bisa minta program sama rangkaiannya secara total mas, ya kalo boleh kirim ke email saya khairulmuhtadin@gmail.com

    Balas

  31. senang bisa membaca tulisanmu bro..by the way rumus penguatan potentiometer tingkat I dan II referensinya dari mana bro,bisa minta link terkait atau sumber aslinya?

    Balas

  32. makasih mas, artikelnya sangat membantu, saya boleh minta gambar rangkaian jadi dalam bentuk eagle, saya sedang mengerjakan Tugas Akhir yang menggunakan termokopel sebagai sensornya mas, mohon bantuannya mas, terima kasih

    akhmad.salmi91@gmail.com

    Balas

  33. Posted by budi on Desember 6, 2013 at 7:22 pm

    mas kok tegangan output nya besar sekitar 8 volt ya mas?
    boleh minta skematiknya di eagle mas?terimakasih sebelumnya mas

    Balas

  34. mas menggunakan pengkondisi sinyal termokopel tipe k, itu konversi adc pada mikrokontroler sama seperti sensor LM35 kan mas?

    Balas

  35. saya boleh minta gambar rangkaian jadi dalam bentuk eagle, saya sedang mengerjakan Tugas Akhir yang menggunakan termokopel sebagai sensornya mas, mohon bantuannya mas, terima kasih
    fadhli_azinnuddin@yahoo.com

    Balas

  36. Mas bagaimana caranya sampling ADC dengan Bascom AVR, dan bagaimana agar pengambilan samplingnya supaya lebih banyak kemudian diambil rata-ratanya, source code bascom nya seperti apa?

    Balas

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

Bergabunglah dengan 232 pengikut lainnya.

%d bloggers like this: