Kalibrasi Thermocouple: Apa, Mengapa dan Bagaimana

oleh | Apr 26, 2023 | Kalibrasi

Thermocouple adalah salah satu jenis sensor suhu yang banyak digunakan dalam berbagai industri. Thermocouple bekerja dengan prinsip Seebeck, yaitu menghasilkan tegangan listrik (emf) ketika dua logam berbeda yang membentuk sirkuit tertutup dipanaskan pada ujung yang berbeda. Tegangan listrik ini berbanding lurus dengan perbedaan suhu antara ujung panas (hot junction) dan ujung dingin (cold junction) thermocouple.

Namun, thermocouple tidak dapat menunjukkan suhu absolut, melainkan hanya perbedaan suhu antara kedua ujungnya. Oleh karena itu, diperlukan sebuah alat ukur atau indikator yang dapat mengubah tegangan listrik menjadi nilai suhu. Selain itu, thermocouple juga perlu dikalibrasi secara berkala untuk memastikan akurasi dan ketelitian pengukuran suhu.

Apa itu Kalibrasi Thermocouple?

Kalibrasi thermocouple adalah proses untuk menentukan atau menyesuaikan penyimpangan dari alat ukur (yang sedang dikalibrasi) dengan acuan standar yang diketahui karakteristiknya. Proses ini dilakukan dengan membandingkan alat ukur atau keluaran dari sebuah instrumen dengan standar yang memiliki karakteristik yang diketahui.

Standar yang digunakan untuk kalibrasi thermocouple biasanya berupa sensor suhu lain yang telah dikalibrasi oleh lembaga kalibrasi yang terakreditasi, seperti KAN atau LIPI. Sensor suhu standar ini harus memiliki ketelitian dan ketidakpastian yang lebih rendah dari sensor suhu yang akan dikalibrasi.

Ada beberapa metode untuk kalibrasi thermocouple, antara lain:

  • Metode perbandingan: metode ini menggunakan sumber suhu yang stabil, seperti bak air atau bak es, untuk membandingkan tegangan listrik antara thermocouple standar dan thermocouple uji pada beberapa titik suhu yang ditentukan. Metode ini cocok untuk kalibrasi thermocouple tipe J, K, T, E dan N.
  • Metode tetapan: metode ini menggunakan sumber suhu tetap, seperti sel Zener atau sel Weston, untuk menghasilkan tegangan listrik yang konstan pada beberapa titik suhu yang ditentukan. Metode ini cocok untuk kalibrasi thermocouple tipe R, S dan B.
  • Metode simulasi: metode ini menggunakan alat kalibrator yang dapat menghasilkan tegangan listrik sesuai dengan kurva karakteristik thermocouple pada beberapa titik suhu yang ditentukan. Metode ini cocok untuk kalibrasi indikator atau alat ukur thermocouple.

Mengapa Perlu Kalibrasi Thermocouple?

Kalibrasi thermocouple perlu dilakukan secara berkala untuk memastikan akurasi dan ketelitian pengukuran suhu. Thermocouple dapat mengalami penyimpangan atau kesalahan akibat beberapa faktor, antara lain:

  • Degradasi material: material thermocouple dapat mengalami degradasi akibat oksidasi, korosi, kontaminasi atau penuaan termal. Degradasi material dapat menyebabkan perubahan sifat listrik dan termal dari thermocouple, sehingga mempengaruhi nilai tegangan listrik yang dihasilkan.
  • Drift: drift adalah perubahan nilai tegangan listrik akibat variasi temperatur lingkungan atau referensi. Drift dapat menyebabkan kesalahan pembacaan suhu jika tidak dikompensasikan dengan baik.
  • Kesalahan pembacaan: kesalahan pembacaan adalah perbedaan antara nilai sebenarnya dan nilai yang ditunjukkan oleh alat ukur atau indikator. Kesalahan pembacaan dapat disebabkan oleh ketidaksesuaian antara kurva karakteristik thermocouple dengan kurva standar, kesalahan koneksi atau wiring, gangguan elektromagnetik atau interferensi, atau kesalahan manusia.

Dengan melakukan kalibrasi thermocouple secara berkala, kita dapat mengetahui nilai penyimpangan atau kesalahan dari thermocouple dan mengkoreksinya dengan cara menyesuaikan alat ukur atau indikator, atau mengganti thermocouple yang sudah rusak atau tidak akurat. Kalibrasi thermocouple juga dapat meningkatkan kualitas produk yang dihasilkan, karena pengukuran suhu yang akurat dapat mempengaruhi proses produksi yang menggunakan mesin pemanas.

Bagaimana Cara Kalibrasi Thermocouple?

Berikut adalah langkah-langkah umum untuk kalibrasi thermocouple dengan metode perbandingan:

  1. Periksa kondisi fisik thermocouple yang akan dikalibrasi, pastikan ujung panas dan ujung dinginnya masih utuh dan bersih.
  2. Beri label atau tanda pada thermocouple uji untuk membedakannya dengan thermocouple standar.
  3. Masukkan thermocouple standar dan thermocouple uji ke dalam lubang blok pengimbang yang ada di dalam furnace atau sumber suhu yang stabil, pastikan ujung panasnya berada di tempat yang sama di dalam blok.
  4. Atur furnace atau sumber suhu ke suhu yang diinginkan dan tunggu sampai suhu stabil.
  5. Catat nilai tegangan listrik yang ditunjukkan oleh thermocouple standar dan thermocouple uji pada setiap titik suhu yang ditentukan. Lakukan minimal 5 pengukuran untuk setiap titik suhu.
  6. Ulangi langkah 4 dan 5 untuk titik suhu lainnya yang ditentukan, misalnya 100, 200, 300, 400 dan 500 °C.
  7. Setelah selesai kalibrasi, jangan langsung cabut thermocouple dari furnace atau sumber suhu, biarkan mendingin secara perlahan untuk menghindari perubahan suhu yang mendadak.
  8. Catat data pengukuran secara sistematis untuk semua thermocouple dengan data suhu referensi jika ditempatkan pada suhu lingkungan. Catat juga data lingkungan seperti suhu ruangan dan kelembaban relatif (RH).
  9. Hitung nilai suhu aktual dari thermocouple standar berdasarkan sertifikat kalibrasinya untuk setiap nilai tegangan listrik yang diukur di dalam furnace.
  10. Hitung nilai suhu aktual dari thermocouple uji berdasarkan tabel referensi thermocouple jika suhu referensinya dipertahankan pada 0 °C. Jika suhu referensinya dipertahankan pada suhu lingkungan, tambahkan nilai tegangan listrik yang sesuai dengan suhu referensi ke nilai tegangan listrik yang diukur di dalam furnace.
  11. Hitung nilai penyimpangan atau kesalahan dari thermocouple uji dengan mengurangi nilai suhu aktual dari thermocouple uji dengan nilai suhu aktual dari thermocouple standar untuk setiap titik suhu yang dikalibrasi.
  12. Buat laporan kalibrasi thermocouple yang berisi data pengukuran, perhitungan, ketidakpastian dan hasil kalibrasi.

Contoh Perhitungan Kalibrasi Thermocouple

Misalkan kita akan mengkalibrasi thermocouple tipe K dengan thermocouple standar tipe K yang telah dikalibrasi oleh lembaga kalibrasi yang terakreditasi. Kita menggunakan furnace sebagai sumber suhu yang stabil dan memilih titik suhu 100, 200, 300, 400 dan 500 °C sebagai titik kalibrasi. Kita juga menggunakan multimeter yang telah dikalibrasi sebagai alat ukur tegangan listrik.

Langkah pertama adalah memasukkan thermocouple standar dan thermocouple uji ke dalam lubang blok pengimbang di dalam furnace, pastikan ujung panasnya berada di tempat yang sama di dalam blok. Lalu hubungkan ujung dinginnya ke multimeter masing-masing.

Langkah kedua adalah mengatur furnace ke suhu 100 °C dan menunggu sampai suhu stabil. Lalu catat nilai tegangan listrik yang ditunjukkan oleh multimeter untuk thermocouple standar dan thermocouple uji. Ulangi langkah ini untuk suhu 200, 300, 400 dan 500 °C.

Misalkan kita mendapatkan data pengukuran sebagai berikut:

Suhu (°C)Tegangan standar (mV)Tegangan uji (mV)
1004.0964.101
2008.1388.145
30012.20212.211
40016.27616.287
50020.64420.657

Langkah ketiga adalah menghitung nilai suhu aktual dari thermocouple standar berdasarkan sertifikat kalibrasinya untuk setiap nilai tegangan listrik yang diukur di dalam furnace.

Misalkan kita mendapatkan data sertifikat kalibrasi sebagai berikut:

Tegangan (mV)Suhu (°C)
4.09699.98
8.138199.96
12.202299.94
16.276399.92
20.644499.90

Langkah keempat adalah menghitung nilai suhu aktual dari thermocouple uji berdasarkan tabel referensi thermocouple tipe K jika suhu referensinya dipertahankan pada 0 °C.

Misalkan kita mendapatkan data tabel referensi sebagai berikut:

Tegangan (mV)Suhu (°C)
4.101100.01
8.145200.02
12.211300.04
16.287400.06
20.657500.08

Langkah kelima adalah menghitung nilai penyimpangan atau kesalahan dari thermocouple uji dengan mengurangi nilai suhu aktual dari thermocouple uji dengan nilai suhu aktual dari thermocouple standar untuk setiap titik suhu yang dikalibrasi.

Kita mendapatkan data penyimpangan sebagai berikut:

Suhu (°C)Penyimpangan (°C)
100+0.03
200+0.06
300+0.10
400+0.14
500+0.18

Langkah keenam adalah membuat laporan kalibrasi thermocouple yang berisi data pengukuran, perhitungan, ketidakpastian dan hasil kalibrasi.

Laporan kalibrasi thermocouple dapat berisi informasi sebagai berikut:

  • Identitas thermocouple standar dan thermocouple uji, termasuk tipe, nomor seri, produsen, dll.
  • Identitas alat ukur atau indikator yang digunakan, termasuk tipe, nomor seri, produsen.
  • Identitas sumber suhu yang digunakan, termasuk tipe, nomor seri, produsen, dll.
  • Data pengukuran tegangan listrik untuk thermocouple standar dan thermocouple uji pada setiap titik suhu yang dikalibrasi.
  • Data perhitungan suhu aktual untuk thermocouple standar dan thermocouple uji berdasarkan sertifikat kalibrasi atau tabel referensi.
  • Data perhitungan penyimpangan atau kesalahan untuk thermocouple uji pada setiap titik suhu yang dikalibrasi.
  • Data ketidakpastian kalibrasi thermocouple uji yang dihitung dengan mempertimbangkan sumber-sumber ketidakpastian seperti repeatability, readability, sertifikat standar, media kalibrasi, inhomogenitas ice point, inhomogenitas probe, drift dan regresi.
  • Hasil kalibrasi thermocouple uji yang menyatakan apakah thermocouple uji memenuhi kriteria akurasi dan ketelitian yang ditetapkan atau tidak.

Demikian contoh perhitungan kalibrasi thermocouple dengan metode perbandingan. Semoga bermanfaat dan menambah pengetahuan Anda tentang kalibrasi sensor suhu ini.

Contoh Sertifikat Kalibrasi Thermocouple

Berikut adalah contoh sertifikat kalibrasi thermocouple yang saya temukan di internet:

Sertifikat Kalibrasi Thermocouple

Nomor Sertifikat: 123456789 Tanggal Kalibrasi: 01/01/2021 Tanggal Kadaluarsa: 31/12/2021 Lembaga Kalibrasi: PT. XYZ Akreditasi: KAN ISO 17025

Thermocouple Uji

Tipe: K Nomor Seri: ABCD Produsen: PT. EFG Rentang Suhu: 0 – 1000 °C Ketelitian: ±0.5 °C

Thermocouple Standar

Tipe: K Nomor Seri: WXYZ Produsen: PT. LMN Rentang Suhu: 0 – 1000 °C Ketelitian: ±0.1 °C Sertifikat Kalibrasi: 987654321

Metode Kalibrasi: Perbandingan Sumber Suhu: Furnace Alat Ukur: Multimeter Titik Kalibrasi: 100, 200, 300, 400, 500 °C

Data Pengukuran

Suhu (°C)Tegangan standar (mV)Tegangan uji (mV)
1004.0964.101
2008.1388.145
30012.20212.211
40016.27616.287
50020.64420.657

Data Perhitungan

Suhu (°C)Suhu standar (°C)Suhu uji (°C)Penyimpangan (°C)
10099.98100.01+0.03
200199.96200.02+0.06
300299.94300.04+0.10
400399.92400.06+0.14
500499.90500.08+0.18

Data Ketidakpastian

Ketidakpastian kalibrasi thermocouple uji dihitung dengan mempertimbangkan sumber-sumber ketidakpastian sebagai berikut:

  • Repeatability: variasi pengukuran yang terjadi ketika mengukur suhu yang sama dengan kondisi yang sama.
  • Readability: ketidakpastian yang terjadi akibat keterbatasan resolusi alat ukur atau indikator.
  • Sertifikat standar: ketidakpastian yang terjadi akibat ketidakpastian dari thermocouple standar yang digunakan sebagai acuan.
  • Media kalibrasi: ketidakpastian yang terjadi akibat variasi suhu di dalam furnace atau sumber suhu yang digunakan sebagai media kalibrasi.
  • Inhomogenitas ice point: ketidakpastian yang terjadi akibat variasi suhu di dalam bak es yang digunakan sebagai suhu referensi.
  • Inhomogenitas probe: ketidakpastian yang terjadi akibat variasi suhu di sepanjang probe thermocouple.
  • Drift: ketidakpastian yang terjadi akibat perubahan nilai tegangan listrik akibat variasi suhu lingkungan atau referensi.
  • Regresi: ketidakpastian yang terjadi akibat kesalahan statistik dalam menghitung kurva karakteristik thermocouple.

Ketidakpastian kalibrasi thermocouple uji dihitung dengan rumus berikut:

U = k * sqrt(sum(u_i^2))

dimana:

U = ketidakpastian kalibrasi thermocouple uji k = faktor cakupan, biasanya k = 2 untuk tingkat kepercayaan u_i = ketidakpastian standar dari sumber ketidakpastian ke-i.

Misalkan kita mendapatkan data ketidakpastian standar sebagai berikut:

Sumber ketidakpastianKetidakpastian standar (°C)
Repeatability0.01
Readability0.01
Sertifikat standar0.02
Media kalibrasi0.05
Inhomogenitas ice point0.01
Inhomogenitas probe0.02
Drift0.03
Regresi0.01

Maka, ketidakpastian kalibrasi thermocouple uji dihitung sebagai berikut:

U = 2 * sqrt((0.01)^2 + (0.01)^2 + (0.02)^2 + (0.05)^2 + (0.01)^2 + (0.02)^2 + (0.03)^2 + (0.01)^2) U = 2 * sqrt(0.0058) U = 2 * 0.076 U = 0.152 °C

Hasil Kalibrasi

Hasil kalibrasi thermocouple uji menyatakan apakah thermocouple uji memenuhi kriteria akurasi dan ketelitian yang ditetapkan atau tidak.

Misalkan kita menetapkan kriteria akurasi dan ketelitian sebagai berikut:

  • Akurasi: ±0.5 °C
  • Ketelitian: ±0.1 °C

Maka, hasil kalibrasi thermocouple uji dapat dinyatakan sebagai berikut:

  • Thermocouple uji memenuhi kriteria akurasi, karena nilai penyimpangan maksimum (+0.18 °C) lebih kecil dari batas akurasi (±0.5 °C).
  • Thermocouple uji tidak memenuhi kriteria ketelitian, karena nilai ketidakpastian kalibrasi (0.152 °C) lebih besar dari batas ketelitian (±0.1 °C).

Demikian contoh sertifikat kalibrasi thermocouple dengan metode perbandingan. Semoga bermanfaat dan menambah pengetahuan Anda tentang sertifikat kalibrasi sensor suhu ini.

Kesimpulan

Kalibrasi thermocouple adalah proses yang penting untuk memastikan akurasi dan ketelitian pengukuran suhu dengan thermocouple. Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk kalibrasi thermocouple, tergantung pada tipe, rentang dan aplikasi thermocouple. Kalibrasi thermocouple menghasilkan sertifikat kalibrasi yang berisi data pengukuran, perhitungan, ketidakpastian dan hasil kalibrasi thermocouple.

Bagi anda yang ingin membeli alat thermocouple silahkan klink disini. Dan bagi anda yang ingin melakukan kalibrasi thermocouple silahkan kunjungi link berikut ini di www.envical.co.id.

Sumber:

  • https://news.tridinamika.com/4735/cara-mudah-mengkalibrasi-thermocouple-pt100-dan-sensor-temperature-dengan-metode-perbandingan
  • https://tempsens.co.id/thermocouple-calibration/
  • https://prokalibrasi.com/kalibrasi-alat-ukur-akreditasi-kan-iso-17025-2/
Bagikan ini ke:
<a href="https://bloglab.id/author/bloglab/" target="_self">Erwin Widianto</a>

Erwin Widianto

Content Creator

Saya adalah seorang Content Creator dan SEO Spesialist yang berasal dari Jawa Barat, Indonesia yang memulai karir di bidang Digital Marketing sejak tahun 2017 hingga sekarang.

0 Komentar

Kirim Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

×