Termokopel

• Untuk memilih termokopel yang ideal, pertama-tama kita perlu memahami kebutuhan aplikasi pengukuran.
  • Faktor-faktor yang mempengaruhi perubahan suhu
  • Keakuratan yang diperlukan - dampak keakuratan sensor pada keakuratan pengukuran keseluruhan.
  • Durasi penyebaran
  • Pemilihan material termokopel
  • Pemilihan Sambungan Pengukuran
  • Daya tahan
• Kisaran suhu yang akan diukur.
  • Tentukan rentang maksimum dan minimum di mana Anda ingin mengukur suhu, lalu pilih termokopel dengan rentang suhu maksimum yang lebih tinggi.
  • Periksa apakah linearitas termokopel memenuhi persyaratan rentang.
• Pertimbangan Lingkungan
  • Pilih bahan selubung yang tepat untuk menahan reaksi kimia.
  • Isolasi sempurna untuk menahan perlindungan kebisingan.
  • Termokopel harus tahan terhadap getaran dan abrasi.
• Konektor dan kabel yang sesuai untuk digunakan antara termokopel dan instrumen pengukuran.
• Alat ukur yang tepat harus digunakan untuk memberikan hasil yang akurat.

• Karena Thermistor merupakan semikonduktor, mereka lebih rentan terhadap de-kalibrasi permanen pada suhu tinggi daripada RTD atau termokopel.
• Penggunaan termistor umumnya dibatasi hingga beberapa ratus derajat Celsius dan produsen memperingatkan bahwa paparan yang lama akan menyebabkan termistor keluar dari toleransi yang ditentukan.
• Termistor dapat dibuat sangat kecil yang berarti mereka akan merespons perubahan suhu dengan cepat. Ini juga berarti bahwa massa termal mereka yang kecil membuat mereka sangat rentan terhadap kesalahan pemanasan sendiri.
• Termistor jauh lebih rapuh daripada RTD atau termokopel dan harus dipasang dengan hati-hati untuk menghindari kerusakan atau pemisahan ikatan.

Untuk membentuk sambungan panas, metode yang tepat harus diadopsi untuk memperoleh kontak listrik yang baik antara kabel termokopel.
Untuk Chromal/Alumal dan kombinasi lainnya, untuk penggunaan dalam pengukuran suhu tinggi, pengelasan adalah satu-satunya metode untuk mendapatkan sambungan yang sesuai. Untuk tujuan ini, pengelasan Tig & pengelasan sinar laser paling banyak digunakan.

Pengelasan Tig

Pengelasan busur tungsten gas (GTAW), juga dikenal sebagai pengelasan gas inert tungsten (TIG), adalah proses pengelasan busur yang menggunakan elektroda tungsten tak habis pakai untuk menghasilkan las. Area las dilindungi dari kontaminasi atmosfer oleh gas pelindung.

Pengelasan sinar laser

Pengelasan sinar laser (LBW) adalah teknik pengelasan yang digunakan untuk menyambung beberapa bagian logam melalui penggunaan laser. Sinar laser menghasilkan sumber panas yang terkonsentrasi, sehingga memungkinkan pengelasan yang sempit dan dalam serta kecepatan pengelasan yang tinggi. LBW adalah proses yang serbaguna, yang mampu mengelas baja karbon, baja HSLA, baja tahan karat, aluminium, dan titanium. Kecepatan pengelasan sebanding dengan jumlah daya yang diberikan, tetapi juga bergantung pada jenis dan ketebalan benda kerja.

• ASTM E235: Spesifikasi Standar untuk Termokopel, Berselubung, Tipe K dan Tipe N untuk Nuklir atau Aplikasi Keandalan Tinggi lainnya.
• ASTM E839: Metode Uji Standar untuk Termokopel Berselubung dan Kabel Termokopel Berselubung.
• ASTM E220: Metode Uji Kalibrasi Termokopel dengan Teknik Perbandingan
• ASTM E230: Spesifikasi dan Tabel Suhu-EMF untuk Termokopel Standar.
• ASTM E585: Spesifikasi standar untuk kabel termokopel logam dasar MI, MS yang dipadatkan.
• ASTM E608: Spesifikasi standar untuk termokopel MI, MS, dan logam dasar yang dipadatkan.
• ASTM E696: Spesifikasi standar untuk kawat termokopel paduan tungsten – renium.
• ASTM E 1652: ASTM E 1652: Spesifikasi standar untuk bubuk Magnesium Oksida & Aluminium Oksida & isolator yang dapat dihancurkan yang digunakan dalam PRT berselubung logam, termokopel logam mulia, termokopel logam dasar, dan kabelnya masing-masing.
• adalah 12579: Spesifikasi untuk Kabel Termokopel Berisolasi Mineral Logam Dasar dan Termokopel.
• GB/T 1598-2010: Standar Cina untuk termokopel platinum.
• IEC 584: Standar internasional untuk termokopel.

Banyak kombinasi bahan telah digunakan untuk menghasilkan termokopel yang dapat diterima, masing-masing dengan spektrum aplikasinya sendiri. Akan tetapi, hanya sedikit jenis tertentu yang tersedia dengan mudah, dan sejauh ini mencakup sebagian besar aplikasi suhu dan lingkungan.

Standar ini mencakup delapan termokopel yang ditentukan dan paling umum digunakan. Jenis termokopel ini dapat dibagi lagi menjadi 3 kelompok, yaitu termokopel logam dasar, logam mulia (langka), dan termokopel logam tahan api.Termokopel Logam Dasar

Jenis termokopel logam dasar terdiri dari logam umum yang murah seperti nikel, besi, dan tembaga. Jenis termokopel E, J, K, N, dan T termasuk dalam kelompok ini dan merupakan jenis termokopel yang paling umum digunakan.

Termokopel Logam Mulia

Termokopel logam mulia dibuat dengan kawat yang terbuat dari logam mulia seperti Platinum dan Rhodium. Jenis utamanya adalah R, S, dan B.

Termokopel Logam Tahan Api

Termokopel logam tahan api dibuat dengan logam eksotis tungsten dan renium. Logam-logam ini mahal, sulit dibuat, dan kawat yang dibuat dengan logam-logam ini sangat rapuh.

Termokopel logam mulia diproduksi dengan kawat yang terbuat dari logam mulia seperti Platinum dan Rhodium. Termokopel logam mulia dapat digunakan dalam aplikasi oksidasi atau inert dan harus digunakan dengan tabung pelindung keramik yang mengelilingi elemen termokopel. Sensor ini biasanya rapuh dan tidak boleh digunakan dalam aplikasi yang bersifat reduksi atau dalam aplikasi yang mengandung uap logam.

• Tipe R – Termokopel tipe R dibuat dengan kaki positif platinum/rhodium 13% dan kaki negatif platinum murni. Kisaran suhu untuk tipe R adalah 0 hingga 1450ºC (32 – 2642 ºF).
• Tipe S – Termokopel tipe S dibuat dengan kaki positif platinum/rhodium 10% dan kaki negatif platinum murni. Kisaran suhu untuk tipe S adalah 0 hingga 1450ºC (32 – 2642 ºF).
• Tipe B – Termokopel tipe B dibuat dengan kaki positif platinum/30% rhodium dan kaki negatif platinum/6% Rhodium. Kisaran suhu untuk tipe B adalah 0 hingga 1700ºC (32 – 3092ºF).

Termokopel logam tahan api dibuat dengan kawat yang terbuat dari logam eksotis Tungsten dan Rhenium. Logam-logam ini mahal, sulit dibuat, dan kawat yang dibuat dengan logam-logam ini sangat rapuh. Termokopel ini dimaksudkan untuk digunakan dalam tungku vakum pada suhu yang sangat tinggi dan tidak boleh digunakan di tempat yang terdapat oksigen pada suhu di atas 300°C. Ada beberapa kombinasi paduan yang berbeda yang telah digunakan di masa lalu, tetapi hanya satu (Tipe C) yang umum digunakan saat ini.

• Tipe C – Tipe C – Termokopel tipe C dibuat dengan kaki positif tungsten/5% rhenium dan kaki negatif tungsten 26% Rhenium dan memiliki rentang suhu 0 – 2320°C (32 – 4208 °F).
• Tipe G- Termokopel tipe G secara teknis juga dikenal sebagai WM26Re. Termokopel tipe G memiliki paduan paduan tungsten (W) sebagai kabel positif dan tungsten + 26% Rhenium (W-26% Re) sebagai kabel negatif. Kisaran suhu maksimum yang dapat digunakan untuk termokopel ini adalah 0 hingga 2320°C.
• Tipe D- Tipe D- Termokopel tipe D secara teknis juga dikenal sebagai W3ReM25Re. Termokopel tipe D memiliki paduan paduan tungsten + 3% rhenium (W-3%Re) sebagai kabel positif dan tungsten + 25 % Rhenium (W-56% Re) sebagai kabel negatif. Kisaran suhu maksimum yang berguna dari termokopel ini adalah 0 hingga 2320°C.

Termokopel cocok untuk mengukur pada rentang suhu yang besar, hingga 2300ºC. Termokopel kurang cocok untuk aplikasi yang memerlukan perbedaan suhu yang lebih kecil dengan akurasi tinggi, misalnya rentang 0-100ºC dengan akurasi 0,1 ºC. Termistor dan detektor suhu resistansi lebih cocok untuk aplikasi tersebut. Aplikasinya meliputi pengukuran suhu untuk kiln, gas buang turbin gas, mesin diesel, dan proses industri lainnya. Beberapa aplikasi lainnya adalah sebagai berikut:

• Industri Baja
• Industri Semen
• Industri Farmasi
• Industri Petrokimia
• Industri Nuklir
• Industri Tenaga Listrik
• Laboratorium
• Industri Tungku

Ada dua jenis konstruksi termokopel yang paling umum digunakan, yaitu termokopel MI (Mineral Insulated) dan termokopel non-MI.

Termokopel berisolasi mineral:

Termokopel berinsulasi mineral (kebanyakan magnesium oksida) digunakan dalam banyak aplikasi proses dan laboratorium. Termokopel ini kuat dan dapat ditekuk, serta memiliki peringkat suhu yang cukup tinggi sehingga termokopel MgO menjadi pilihan populer untuk berbagai aplikasi pengukuran suhu.

Sensor MgO dibuat dengan menempatkan satu atau beberapa elemen ke dalam selubung dengan bahan dan ukuran yang sesuai, mengisolasi elemen dari dirinya sendiri dan selubung dengan bubuk Magnesium Oksida yang longgar atau mudah hancur atau isolator, lalu menjepit atau menarik selubung yang terisi hingga ke ukuran akhirnya yang diperkecil. Proses menjepit menghasilkan elemen dengan isolasi MgO yang sangat padat dan menyediakan isolasi berkekuatan dielektrik tinggi antara elemen itu sendiri dan selubungnya.

Termokopel berisolasi mineral terdiri dari kawat termokopel yang tertanam dalam bubuk oksida tahan api yang dikemas rapat, semuanya terbungkus dalam selubung logam yang ditarik dan tanpa sambungan (biasanya baja tahan karat).

Di satu ujung, inti dan selubung dilas dari sambungan "panas". Di ujung lainnya, termokopel dihubungkan ke "transisi" kabel ekstensi, kepala penghubung atau konektor.

Termokopel Non MI

Pada termokopel Non-MI, kawat termokopel diisolasi dengan manik-manik keramik atau tabung keramik, setelah isolasi keramik, ditutupi oleh selubung logam (biasanya baja tahan karat) dan beberapa bentuk terminasi (misalnya kabel ekstensi, kepala penghubung atau konektor). Pada konstruksi jenis ini, kawat termokopel dilindungi dari lingkungan pengukuran saat pelindung selubung disediakan. Bahan selubung bergantung pada lingkungan pengukuran, biasanya baja tahan karat digunakan. Sesuai dengan lingkungan korosif, pemilihan selubung diubah.

Konstruksi ini tidak memberikan fleksibilitas & tidak ditemukan dalam ukuran kecil. Kekuatan mekanisnya tidak terlalu baik.

Pada konstruksi Non MI selubungnya dapat terbuat dari keramik atau logam sesuai dengan kesesuaian.

Semua jenis sambungan yang terekspos, yang ditanahkan, dan yang tidak ditanahkan terbentuk dalam konstruksi MI dan Non MI.

• Dimensi keseluruhannya kecil dan fleksibilitasnya tinggi, yang memungkinkan pengukuran suhu di lokasi yang aksesibilitasnya buruk.
• Kekuatan mekanik yang baik.
• Perlindungan kabel elemen termo terhadap oksidasi, korosi dan kontaminasi.
• Respon termal yang cepat.

Oksida mineral yang digunakan untuk isolasi sangat higroskopis dan kabel ujung terbuka harus disegel secara efektif (biasanya dengan resin epoksi) untuk mencegah penyerapan air. Termokopel yang diisolasi dengan mineral yang disiapkan dengan hati-hati biasanya akan memiliki nilai Resistansi Isolasi yang tinggi (ratusan Mega Ohm).

Biasanya ada tiga konfigurasi ujung alternatif yang ditawarkan:

• Sebuah yang terekspos Sambungan (pengukuran) direkomendasikan untuk pengukuran suhu gas non-korosif yang mengalir atau statis ketika sensitivitas terbesar dan respons tercepat dibutuhkan.
  
• Sebuah terisolasi sambungan lebih cocok untuk media korosif meskipun respons termal lebih lambat. Dalam beberapa aplikasi di mana lebih dari satu termokopel terhubung ke instrumentasi terkait, isolasi mungkin penting untuk menghindari sinyal palsu yang terjadi di sirkuit pengukuran. Jika tidak ditentukan, ini adalah standarnya.
  
• Sebuah bumi yang terhubung Sambungan (grounded) juga cocok untuk media korosif dan untuk aplikasi tekanan tinggi. Sambungan ini memberikan respons yang lebih cepat daripada sambungan terisolasi dan perlindungan yang tidak ditawarkan oleh sambungan terbuka.
  

Ujung sambungan termokopel berinsulasi mineral dapat terdiri dari tiga jenis seperti yang dijelaskan sebelumnya. Ujungnya dapat berupa tipe terisolasi, tipe ground, dan tipe tereduksi.

• Ujung Terisolasi: Sambungan ujung panas terisolasi cocok untuk sebagian besar aplikasi, terutama di tempat yang memerlukan penangkapan EMF rendah. Resistansi isolasi yang tinggi ditingkatkan karena pemadatan ekstrem dari isolasi bubuk MgO dengan kemurnian tinggi.
• Ujung yang Ditanahkan: Sambungan yang diikat atau ditanahkan menawarkan respons suhu yang sedikit lebih cepat daripada jenis sambungan yang diisolasi. Tidak direkomendasikan untuk instrumentasi multi-titik.
• Reduced Tip: Sambungan ini ideal untuk aplikasi yang membutuhkan massa rendah dan waktu respons yang sangat cepat, bersama dengan kekuatan mekanis yang baik. Reduced tip dapat disediakan pada termokopel berdiameter 1,0 hingga 6,0 mm.
  

Toleransi pada Pembacaan Suhu

Toleransi menunjukkan nilai maksimum yang diizinkan yang diperoleh dengan mengurangi pembacaan suhu atau suhu pada sambungan panas dari suhu standar yang dikonversi dari tabel EMF suhu yang berlaku.

Suhu Operasional Maksimum

Batas suhu pengoperasian berarti suhu atas di mana termokopel dapat digunakan terus-menerus. Batas maksimum berarti suhu atas di mana termokopel dapat digunakan sementara untuk jangka waktu pendek karena keadaan yang tidak dapat dihindari.

Faktor utama yang mempengaruhi umur termokopel adalah:

• Suhu: Masa pakai termokopel berkurang sekitar 50% saat terjadi peningkatan 500 °C.
• Diameter: Dengan menggandakan diameter kawat, masa pakainya meningkat 2-3 kali lipat.
• Siklus termal: Bila termokopel terkena siklus termal dari suhu ruangan hingga di atas 500ºC, masa pakainya berkurang sekitar 50% dibandingkan dengan termokopel yang digunakan terus-menerus pada suhu yang sama.
• Perlindungan: Bila termokopel dilapisi selubung pelindung dan ditempatkan pada isolator keramik, masa pakainya akan diperpanjang secara signifikan.

Waktu Respon Termokopel

Waktu respons untuk termokopel biasanya didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan tegangan termal (output) untuk mencapai 63,2% maksimum untuk suhu perubahan langkah. Waktu respons bergantung pada beberapa parameter termasuk dimensi termokopel, konstruksi, konfigurasi ujung, dan sifat media tempat sensor berada.

Durasi Perendaman

Rakitan termokopel adalah perangkat penginderaan "ujung" yang dapat digunakan untuk aplikasi permukaan dan perendaman tergantung pada konstruksinya. Namun, jenis perendaman harus digunakan dengan hati-hati untuk menghindari kesalahan karena konduksi batang dari proses yang dapat mengakibatkan pembacaan tinggi atau rendah. Aturan umumnya adalah merendam ke dalam media minimal 4 kali diameter luar selubung; tidak ada data kuantitatif yang berlaku tetapi kehati-hatian harus dilakukan untuk mendapatkan hasil yang berarti.

Pengukuran Suhu Permukaan

Meskipun rakitan termokopel utamanya adalah perangkat penginderaan ujung, penggunaan tabung pelindung membuat penginderaan permukaan menjadi tidak praktis. Secara fisik, probe tidak cocok untuk presentasi permukaan dan konduksi batang akan menyebabkan kesalahan pembacaan. Jika termokopel akan digunakan secara andal untuk penginderaan permukaan, maka harus berupa sambungan yang terbuka, dilas dengan massa termal yang sangat kecil atau ditempatkan dalam konstruksi, yang memungkinkan kontak permukaan yang sebenarnya saat menempel pada permukaan.

Termokopel memiliki peran penting dalam industri baja. Berdasarkan area, berbagai jenis termokopel digunakan di berbagai unit industri baja:

TERMOKOUPLE KUBAH KOMPOR

Kubah tungku/kompor semburan panas merupakan salah satu bagian terpenting dalam industri baja. Semburan panas memiliki 3 tahap operasi, baik menggunakan gas, semburan panas, atau ditampung (siap dan menunggu untuk disemburkan).

Suhu merupakan salah satu parameter utama untuk mengendalikan proses kritis ini. Suhu di dalam tanur tinggi sekitar 1100°C dan tekanan tinggi. Suhu dan tekanan tinggi membuat perakitan menjadi sangat penting.

TERMOKOUPLE OVEN KOKA

Kokas merupakan bahan baku terpenting yang dimasukkan ke dalam tanur tinggi dalam kaitannya dengan pengaruhnya terhadap pengoperasian tanur tinggi dan kualitas logam panas. Proses pembuatan kokas melibatkan karbonisasi batu bara pada suhu tinggi (1100°C) dalam atmosfer yang kekurangan oksigen untuk mengonsentrasikan karbon.

TERMOKOUPLE TAHAN API PERAPIAN

Termokopel tahan api sangat penting untuk fase awal dan fase pengoperasian bahan tahan api di pabrik baja. Termokopel ini biasanya berukuran sangat panjang (hingga 40 meter) dalam konstruksi yang diisolasi mineral. Termokopel dengan berbagai panjang dapat dikelompokkan bersama dalam satu flensa, untuk area tertentu di tungku.

TERMOKOUPEL KILN DRILL

Termokopel respon cepat biasanya tipe K dengan konektor miniatur atau Standar untuk aplikasi kiln DRI dan biasanya digunakan dengan indikator genggam untuk memeriksa suhu langsung.

Termokopel banyak digunakan di berbagai unit Pabrik Semen:

• Tempat pembakaran
• Suhu Klinker
• Pra-Pemanas.
• Sistem ESP (Electro-Static Precipitators).
• Silo Batubara.

Dalam industri farmasi, termokopel digunakan untuk Validasi dan Proses. Berbagai bidang aplikasinya adalah:

UNTUK VALIDASI

• Autoklaf
• Prosesor Bung
• Sterilisasi Panas Kering (terowongan)
• Lipofilizer (FD)

UNTUK PROSES

• Tangki
• Kapal
• Ketel
• Reaktor
• Kolom Distilasi
• Pengering
• Granulasi

• Termokopel digunakan untuk berbagai aplikasi dalam Industri Petrokimia:
• Termokopel multi titik untuk Reaktor, Cracker dan Tangki gas cair.
• Termokopel MI untuk Permukaan Tabung
• Unit Pemulihan Sulfur
• Cracker dan Gas Cair dalam Tangki
• Unit Perengkahan Katalitik Fluida (FCCU)