Merancang Cold Junction Compensation Thermocouple

Merancang Cold Junction Compensation Thermocouple tipe K

  Tabel 1.2 Perbandingan Suhu Cold jungtion dengan Vo (Tegangan Output)

No	Suhu (celcius)	Vo (Mv)	hitung=Vo/101 (Mv)
1	20
2	25	12	0.118811881
3	30	3	0.02970297
4	35	-10	-0.099009901
5	40	-29	-0.287128713
6	45	-48	-0.475247525
7	50	-66	-0.653465347
8	55	-90	-0.891089109
9	60	-110	-1.089108911
10	65	-137	-1.356435644
11	70	-160	-1.584158416
12	75	-181	-1.792079208
13	80	-208	-2.059405941
14	85	-229	-2.267326733
15	90	-251	-2.485148515
16	95	-276	-2.732673267
17	100	-316	-3.128712871

 

       














        Dari tabel 1.2 tentang cold junction yang terkena panas, dapat disimpulkan bahwa jika cold junction terkena suhu panas maka cold junction akan mengeluarkan data berubapa nilai negatif yang datanya hampir mirip dengan hot junction, maka dari itu berarti data pada hot junction pada tabel 1.1 adalah data hot junction yang telah terdapat cold junction didalamnya, oleh karena itu cold junction compensation dibuat untuk membuat agar nilai cold junction tetap atau tidak berefek pada hot junction  saat hot junction terkena panas.

           Cold junction compensation harus ditambahkan pada thermocouple karena thermocouple terbuat dari bahan yang mudah mengaliri panas artinya jika hot junction terkena panas maka cold junction pun sebenarnya terkena panas serupa dengan hot junction, maka dari itu cold junction compensation dibuat agar nilai cold junction tidak ikut terdeteksi saat hot junction thermocouple terkena panas yang bervariasi.

           Cold junction yang dibuat disini  adalah cold junction yang menggunakan 2 buah op-amp yang digunakan sebagai inverting amplifier dan differential amplifier, untuk skematiknya seperti Gambar 1b. Berikut

 

           Pada cold junction compensation ini terdapat sebuah sensor suhu LM35 dan rangkaian pembagi tegangan yang digunakan untuk mengurangi nilai cold junction yang masuk kedalam hot juntion, LM35 adalah sensor suhu yang mana tiap derajatnya akan mengeluarkan tegangan 10mV, namun cold junction pada thermocouple tipe K, tiap derajatnya mengeluarkan tegangan 51 uV, ini sangat berbeda jauh antara output tegangan yang dihasilkan sensor suhu LM35 dengan thermocouple tipe K, maka dari itu agar sama dengan kenaikan cold junction pada thermocouple tipe K maka harus ditambahkan rangkaian pembagi tegangan, rangkaian pembagi tegangan ini sangat sederhana, hanya terdiri dari 2 buah resistor yaitu resistor A dan B , resistor ini digunakan untuk menentukan besaran agar didapat ouptut tegangan sebesar 51 uV pada tiap derajatnya, maka dari itu langkah pertama dalam membuat rangkaian ini adalah menentukan nilai resistor agar output LM35 bisa sama dengan output cold junction pada thermocouple tipe K
 

            
              Vout yang diingikan adalah 51 uV dan Vin yang didapat oleh Lm35 adalah 10 mV sehingga dimasukkan kedalam rumus pembagi tegangan

                   Dari hasil tersebut didapat bahwa perbandingan Ra dan Rb adalah 196 maka dari itu digunakan Ra = 1k dan Rb = 195k

         Pada rangkaian cold junction compensation terdapat sebuah op-amp OP07 yang berfungsi untuk inverting amplifier ataua untuk memberikan nilai negatif pada tegangan output, kenapa harus nilai negatif ? karena untuk dibandingkan ke differensial amplifier antara hasil output pada thermocouple dan hasil output pada inverting amplifier, jadi hasil dari pembagi tegangan akan di ubah menjadi negati

         Jadi berapapu hasil yang diterima input OP07 akan dirubah menjadi nilai negatif tanpa penguatan karena perbandingan resistor referensi yang dipakai bernilai 1 itu artinya berapapun nilai Vi akan dikalikan dengan -1 sehingga didapat hasil yang negatif

       Pada rangkaian cold junction compensation terdapat pula IC op-amp yaitu LF353 yang berfungsi sebagai differential amplifier, pada rangkaian ini akan membandingkan dua bah tegangan input yaitu dari thermocouple dan LM35 yang telah dimodifikasi tegangannya, dari kedua buah sensor suhu tersebut tegangan diolah menggunakan IC LF353 sehingga nilai yang didapat adalah nilai hot junction saja tanpa ada nilai cold junction didalamnya
       Rumus yang dipakai pada rangkaian ini yaitu mengurangkan V2 dengan V1 yang mana tegangan V1 berasal dari Lm35 dan V2 berasal dari thermocouple, nilai resistor referensi R1, R2, R3 dan R4 sama maka didapatkan rumus 

  Vout = V2 – V1

         Inilah mengapa alasan adanya inverting amplifier, karena cold junction jika terkena panas akan bernilai negatif maka hasil yang didapat Lm35 juga harus bernilai negatif agar negatif dikurang negatif akan menghasilkan nilai positif, inilah cara untuk memberikan pengurangan pada cold junction sehingga didapatkan hasil output hanya nilai hot junction saja. 

        Pengujian dilakukan untuk membuktikan bahwa rangkaian cold junction compensation berjalan maksimal yaitu dengan meletakkan sensor suhu Lm35 dan cold junction secara bersamaan pada heater sehingga didapat suhu yang bervariasi.

                                  Tabel 1.3 Perbandingan Cold Junction dengan LM35

Suhu	Vo LF353 (mV)
25	0,86
30	0,86
35	0,86
40	0,86
45	0,88
50	0,9
55	0,91
60	0,92
65	0,93
70	0,94
75	0,95
80	0,97
85	0,98
90	0,99
95	1,0
100	1,0

                    

            Dari tabel 1.3 didapat hasil bahwa cold junction ditambah tegangan output Lm35 menghasilkan nilai yang tidak negatif ini dikarenakan tegangan output Lm35 lebih besar saat suhu 45 sampai 100 derajat celcius sehingga menghilangkan nilai cold junction, untuk suhu kurang dari 50 derajat didapat hasil bahwa kondisi tetap tidak berubah yaitu pada tegangan 0,86 milivolt.

            Setelah dilakukan pengujian tersebut dilakukan pengecekan nilai tegangan yang keluar dari Lf353 saat sensor suhu LM35 saja yang terkena panas, ini untuk mengetahui seberapa besar pengaruh LM35 terhadap cold junction, berikut tabel pengujiannya.

                                 Tabel 1.4 Perbandingan Lm35 dengan Suhu Bervariasi

Suhu	Vo LM35 (mV)
25	0,86
30	0,88
35	0,88
40	0,88
45	0,88
50	0,89
55	0,89
60	0,91
65	0,92
70	0,93
75	0,95
80	0,96
85	0,97
90	0,99
95	0,99
100	1,0

                   

                   Hasil akhir Tegangan output LM353 dari rangkaian junction compensation saat hot junction diberikan panas yang bervariasi didapat hasil seperti tabel 1.5

                      Tabel 1.5 Tegangan Output Hot Junction dengan Suhu Bervariasi

Suhu	Vo (mV)
30	0,88
35	0,90
40	0,93
45	0,95
50	0,97
55	0,98
60	0,99
65	1,01
70	1,02
75	1,03
80	1,05
85	1,09
90	1,12

                   Jika diambil grafik maka akan menghasilkan grafik linear seperti Gambar 1g.

 NOTE :
- Untuk suhu = 34 derajat celcius rangkaian mulai beroperasi
- Rangkaian aktif pada suhu > 34 derajat celcius
- Tidak bisa mengukur suhu < 34 derajat celcius