Termokopel dan Termopile: Cara Kerja Sensor Suhu yang Menghasilkan Tegangan Sendiri

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 03: Listrik Arus (artikel 5 dari 7)

Sambungkan dua kawat dari logam berbeda menjadi satu titik, lalu panaskan titik itu. Akan muncul tegangan. Besarnya kecil, hanya puluhan milivolt, tetapi nilainya naik turun mengikuti suhu secara teratur. Sambungan sesederhana itu bernama termokopel, dan itulah yang terpasang di dalam alat ukur suhu yang Anda tempelkan ke rumah belitan motor.

Dua logam berbeda, satu titik sambungan, dan panas. Itu saja syaratnya.

Syaratnya Hanya Dua

Termokopel butuh dua hal dan tidak lebih.

Yang pertama, dua logam yang berbeda jenis. Kalau kedua kawatnya sama, misalnya tembaga dengan tembaga, tidak akan ada tegangan sama sekali berapa pun panasnya. Perbedaan bahan itulah syarat mutlaknya.

Yang kedua, perbedaan suhu, karena yang membangkitkan tegangan bukan panas itu sendiri melainkan selisihnya, sehingga satu sambungan harus benar-benar lebih panas daripada ujung yang lain supaya ada sesuatu yang terbaca.

Kenapa tegangannya muncul? Karena dua logam yang berbeda melepaskan elektron dengan kemudahan yang tidak sama saat dipanaskan. Satu logam lebih mudah melepas elektronnya daripada yang lain, sehingga elektron cenderung berpindah ke satu arah di titik sambungan. Perpindahan yang tidak seimbang itu yang terbaca sebagai tegangan.

Besarnya tegangan bukan angka sembarangan. Ia naik mengikuti suhu secara teratur, dan keteraturan itulah yang membuat termokopel bisa dipakai sebagai alat ukur, bukan cuma sebagai penghasil tegangan.

Besarnya Memang Kecil

Satu termokopel menghasilkan tegangan dalam orde milivolt. Untuk gambaran, selisih suhu beberapa ratus derajat baru menghasilkan puluhan milivolt.

Angka sekecil itu tidak bisa dipakai menyalakan apa pun, karena tidak ada lampu, tidak ada relay, dan tentu tidak ada motor yang mau bergerak dengan tegangan sebesar itu, bahkan kalau sepuluh termokopel sekalipun dipasang berdampingan tanpa dirangkai.

Tetapi untuk mengukur, angka kecil justru tidak masalah. Alat ukur modern bisa membaca milivolt dengan ketelitian tinggi, lalu mengubah angka itu menjadi tampilan derajat celsius.

Jadi termokopel bukan sumber daya. Ia sumber sinyal. Beda tujuan, beda cara menilainya.

Termopile: Menyusun Banyak Sambungan

Kalau satu termokopel hanya menghasilkan milivolt, bagaimana kalau butuh lebih besar?

Jawabannya sama dengan baterai: susun seri. Banyak termokopel dirangkai seri sehingga tegangannya bertambah, dan susunan itu disebut termopile.

Semua sambungan panasnya dikumpulkan di satu sisi yang akan terkena panas sementara semua sambungan dinginnya berada di sisi yang lain, dan dengan puluhan sampai ratusan sambungan yang dirangkai begitu, tegangan keluarannya naik dari orde milivolt menjadi beberapa volt. Cukup untuk bekerja.

Pemakaiannya? Pada alat yang perlu mendeteksi panas dari jarak jauh seperti sensor inframerah, dan pada pengaman tungku gas yang menutup aliran gasnya sendiri begitu nyala apinya mati dan panas di sisi sambungannya hilang.

Prinsip serinya persis sama dengan yang sudah dibahas di artikel baterai seri vs paralel: tegangan bertambah, arus tetap.

Perbandingan Singkat dengan Sumber Lain

Sumber	Yang diubah	Besar tegangan khas	Dipakai untuk
Termokopel tunggal	Panas menjadi listrik	Puluhan milivolt	Sinyal pengukuran suhu
Termopile	Panas menjadi listrik	Beberapa volt	Sensor inframerah, pengaman nyala api
Sel kimia	Reaksi kimia menjadi listrik	1,5 sampai 2,1 volt per sel	Catu daya
Sel surya	Cahaya menjadi listrik	Di bawah 1 volt per sel	Catu daya

Pola yang perlu dicatat: termokopel satu-satunya di tabel ini yang memang dirancang bukan untuk menyalakan apa pun.

Satu sambungan menghasilkan milivolt. Ratusan sambungan seri menghasilkan beberapa volt.

Sudut Pandang Workshop

Di bengkel, termokopel paling sering saya temui dalam bentuk alat ukur suhu bersonde, yang dipakai memeriksa suhu rumah belitan dan bearing setelah motor dijalankan.

Satu kesalahan sering terjadi. Sonde ditempelkan sebentar lalu angkanya langsung dicatat, padahal ujung sonde itu sendiri perlu waktu untuk mencapai suhu benda yang diukur, dan sebelum waktu itu lewat angka yang muncul belum berarti apa-apa. Kalau cuma disentuh dua detik, yang terbaca adalah suhu di antara suhu sonde dan suhu benda, bukan suhu benda itu sendiri. Tempelkan sampai angkanya berhenti naik, baru catat.

Kesalahan kedua lebih halus. Sonde ditempelkan di permukaan rumah motor yang kena angin kipas, lalu hasilnya dianggap mewakili suhu belitan. Jelas tidak, karena di situ pendinginannya paling kuat dan angkanya paling rendah. Kalau tujuannya memeriksa panas berlebih, ambil titik yang paling buruk pendinginannya, bukan yang paling nyaman diukur.

Soal keandalan, titik lemah termokopel ada di sambungannya dan di kabelnya, bukan di prinsipnya. Gejala khas sonde yang mulai rusak adalah angkanya melonjak-lonjak tidak wajar atau menunjukkan suhu ruang padahal ujungnya sedang menempel di benda panas. Sebelum menyimpulkan motornya aneh, coba dulu sondenya pada air panas dan air dingin. Dua titik uji itu cukup untuk tahu alatnya masih benar atau tidak.

Satu hal lagi yang penting. Kabel termokopel tidak boleh disambung dengan kawat tembaga biasa. Sambungan dua logam berbeda itu sendiri menghasilkan tegangan, jadi menyambungnya dengan bahan yang salah berarti menambahkan termokopel palsu di tengah jalur, dan bacaannya akan bergeser. Kalau kabelnya kurang panjang, pakai kabel perpanjangan yang memang sejenis dengan termokopelnya.

Cek Pemahaman

1. Apa dua syarat agar termokopel menghasilkan tegangan?
   Jawaban: dua logam yang berbeda jenis dan adanya perbedaan suhu.
2. Berapa besar tegangan satu termokopel?
   Jawaban: dalam orde milivolt, bukan volt.
3. Apa yang disebut termopile?
   Jawaban: susunan banyak termokopel yang dirangkai seri agar tegangannya bertambah.
4. Kenapa termokopel dipakai untuk mengukur, bukan untuk menyalakan?
   Jawaban: karena tegangannya terlalu kecil untuk menggerakkan beban, tetapi naik turunnya teratur mengikuti suhu.
5. Apa yang terjadi kalau kabel termokopel disambung dengan tembaga biasa?
   Jawaban: sambungan itu menjadi termokopel tambahan yang tidak diinginkan sehingga bacaannya bergeser.

Baca Juga

• Baterai Seri vs Paralel: Cara Menyusun dan Bedanya
• Sel Primer vs Sekunder: Sekali Pakai dan Isi Ulang
• Arti Tegangan, Arus, dan Hambatan dengan Analogi Air
• 6 Cara Menghasilkan Listrik

Ringkasan

• Termokopel adalah sambungan dua kawat dari logam yang berbeda jenis.
• Syaratnya dua: logam berbeda dan ada perbedaan suhu.
• Dua kawat sejenis tidak menghasilkan tegangan berapa pun panasnya.
• Tegangannya timbul karena kedua logam melepas elektron dengan kemudahan berbeda.
• Besarnya dalam orde milivolt, terlalu kecil untuk menyalakan beban.
• Nilainya naik teratur mengikuti suhu, sehingga cocok sebagai alat ukur.
• Termopile adalah banyak termokopel yang dirangkai seri agar tegangannya bertambah.
• Termopile dipakai pada sensor inframerah dan pengaman nyala api tungku gas.
• Saat mengukur, tunggu sampai angkanya berhenti naik sebelum dicatat.
• Kabel perpanjangannya harus sejenis, bukan tembaga biasa.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Apa itu termokopel?

Termokopel adalah sambungan dua kawat yang dibuat dari logam berbeda jenis, dan sambungan itu menghasilkan tegangan kecil ketika suhunya berbeda dari ujung yang lain. Tegangan yang muncul besarnya hanya dalam orde milivolt, tetapi naik turunnya teratur mengikuti suhu, sehingga bisa dibaca alat ukur dan diubah menjadi tampilan derajat.

Kenapa termokopel harus dari dua logam berbeda?

Karena dua logam yang berbeda jenis melepaskan elektron dengan kemudahan yang tidak sama saat dipanaskan, sehingga di titik sambungannya elektron cenderung berpindah ke satu arah dan ketidakseimbangan itu terbaca sebagai tegangan. Kalau kedua kawatnya terbuat dari bahan yang sama, kemudahan melepas elektronnya identik, sehingga tidak ada perpindahan bersih dan tidak ada tegangan sama sekali berapa pun panasnya.

Apa itu termopile?

Termopile adalah susunan banyak termokopel yang dirangkai seri, dengan semua sambungan panasnya dikumpulkan di satu sisi dan semua sambungan dinginnya di sisi lain. Karena dirangkai seri, tegangan setiap sambungan bertambah satu sama lain, sehingga keluarannya naik dari orde milivolt menjadi beberapa volt dan cukup untuk dipakai pada sensor inframerah atau pengaman nyala api.

Bisakah termokopel dipakai sebagai sumber listrik?

Satu termokopel tidak bisa, karena tegangannya hanya puluhan milivolt dan tidak ada lampu, relay, atau motor yang mau bekerja dengan tegangan sekecil itu. Dalam bentuk termopile dengan banyak sambungan seri, tegangannya bisa mencapai beberapa volt dan dipakai menggerakkan perangkat yang kebutuhan dayanya sangat kecil, misalnya katup pengaman gas yang menutup sendiri saat apinya mati.

Kenapa kabel termokopel tidak boleh disambung tembaga biasa?

Karena setiap sambungan antara dua logam berbeda jenis dengan sendirinya menghasilkan tegangan, sehingga menyambung kabel termokopel dengan tembaga biasa berarti menambahkan termokopel kedua yang tidak diinginkan di tengah jalur sinyal. Tegangan tambahan itu ikut terbaca alat ukur dan membuat hasilnya bergeser, jadi kalau kabelnya kurang panjang pakailah kabel perpanjangan yang bahannya sejenis dengan termokopelnya.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 3, bagian Other Sources of Electricity, subbagian Electricity from Heat (modul internal Motor Academy).
• Kunci kuis modul: susunan banyak termokopel yang dirangkai seri disebut termopile.
• Praktik pengukuran suhu belitan dan bearing di bengkel servis motor listrik.