Pengukuran Temperatur Muhammad Arman

Pentingnya temperatur Setelah waktu, temperatur adalah besaran fisik kedua yang sering diukur.

Prinsip Pengukuran Temperatur Perubahan dimensi fisik –Bimetal –Termometer gelas Perubahan hambatan listrik –RTD –Thermistor Pembangkitan tegangan (thermoelectric) –Thermocouple Perubahan Emisi radiasi termal –Infrared pyrometer Perubahan fasa –Quartz Crystal Thermometry.

Termometer bimetal Terbuat dari dua metal yang memiliki koefisien muai panas yang berbeda yang ditempelkan satu dengan lainnya. Jika terkena panas salah satu metal tersebut akan memuai lebih panjang dari metal yang lain. Jika salah satu ujung dibuat tetap metal tersebut akan melengkung.

Termometer bimetal Dapat dibuat dalam bentuk lilitan, piringan (disk), spiral. Biasa digunakan sebagai pengontrol (thermostat) Range : -65 – 430 °C Akurasi : ± 0.5 to 12°C Keunggulan : –Biaya rendah –Hampir tidak memerlukan perawatan –Stabil

Termometer Gelas Pengukuran temperatur dengan memanfaatkan pemuaian cairan dalam tabung kapiler Cairan Merkuri : –Range = °C, Akurasi ± 0.3 °C Cairan Alkohol : –Range = -75 to 120 °C, Akurasi ± 0.6°C Kelebihan : harga murah Kelemahan : tidak dapat dipakai untuk pembacaan jarak jauh (remote reading).

Termometer gelas Pemuaian juga berlangsung pada “gelas” tidak saja pada sensing bulb. Semua bagian dari termometer gelas juga “sensitif” terhadap perubahan temperatur. Untuk keperluan kalibrasi, perlu diperhatikan kedalaman sensing bulb terhadap sumber panas dan isolasi pada bagian termometer gelas yang lainnya.

Fluid Expansion Thermometer Fluida yang terisi dalam bulb dihubungkan dengan alat sejenis “bourdon tube” melalui pipa kapiler. Jika fluida terkena panas dan memuai akan menaikkan tekanan. Hubungan antara temperatur dengan tekanan. Akurasi dan range tergantung pada jenis fluida.

Kelebihan/kekurangan  Biaya rendah  Stabil  Banyak digunakan dalam aplikasi industri  Memungkinkan untuk pembacaan jarak jauh  Respon transien ditentukan oleh ukuran bulb dan panjang pipa kapilernya

RTD  Resistance Temperature Detector/Devices.  Berja berdasarkan prinsip perubahan hambatan listrik jika temperatur berubah.  Jika temperatur naik, nilai hambatan listrik juga naik (hampir secara linier).

RTD Terbuat dari metal konduktor (platinum) Memiliki koefisien hambatan positif Banyak dikenal sebagai PT-100 atau PTC (positive temperature coefficient)

RTD Beberapa bahan yang digunakan untuk RTD: Platinum (harga tingi, sangat linear, umum digunakan) Tungsten (sangat linear) Copper (untuk range temperatur yang rendah) Nickle (temperatur rendah, murah, nonlinear) Nickle alloys (temperatur rendah, murah)

Hubungan temperatur dan hambatan Pendekatan linier untuk RTD adalah: Rt = Ro (1 +  T) Dimana : Rt = Hambatan pada temperatur T (  Ro = Hambatan pada temperatur 0 °C (   Koefisien hambatan (  °C)

RTD Nilai Hambatan yang rendah –Umumnya 100  samapi 1000  Range (-200 °C °C) Sensitivitas yang tinggi (dibanding dengan thermocouple) Akurasi tinggi (± °C - 0.1°C) Stabilitas dan repeatabilitas yang tinggi –Low drift ( °C/year) –Industrial models drift < 0.1 °C/year

RTD Lead wire:  2 Wire untuk pemasangan standar  3 Wire untuk akurasi yang lebih baik  4 Wire, 1 pasang kabel untuk supply arus dan 1 pasang kabel untuk pengukuran tegangannya

RTD Response time yang lambat Sensitif terhadap getaran Harus memperhatikan “pemanasan sendiri”, self heating, jika arus supply terlalu besar akan menimbulkan pemanasan = I 2 R joule. Arus supply sebaiknya dijaga konstan sekitar 1 mA.

Thermistor Terbuat dari bahan semikonduktor Memiliki koefisien hambatan negatif

Thermistor Nilai hambatan yang tinggi 1 k  k  –Menghilangkan pengaruh ‘lead resistance” pada RTD Sangat tidak linear Ukuran fisik yang kecil –response time yang lebic cepat Harga yang lebih murah dari RTD Sangat sensitif and resolusi tinggi –Samapi 1000 kali lebih sensitif dari RTD Tidak sensitif terhadap vibrasi

Grafik Perbandingan RTD VS Thermistor

Hubungan temperatur dan hambatan pada thermistor = Nilai hambatan pada temperatur Referensi T R  R o e  1 T  1 T o        R o o T= Temperatur yang terukur  = Koefisien hambatan R = Nilai hambatan pada temperatur T dimana

Thermocouple Jika dua metal berbeda digabungkan pada salah satu ujung kemudian dipanaskan, pada kedua ujung yang lain akan timbul tegangan (Efek Seebek, tahun 1821)

Thermocouple Hot Junction dan cold Juction Tegangan yang terjadi, tergantung dari jenis material A dan B, dan beda temperatur antara hot junction dan cold junction (reference temperature)

Reference Temperature Ice bath (kotak es)

Reference Temperature Electronically Controlled References –sebuah rangkaian elektronik yang mensimulasi “ice bath” V1V1 B Cu B A A T1T1 Thermistor or IC Temperature Reference VRVR

Reference Temperature Compensated Reference Temperature Systems –Adanya temperatur sensor untuk mengetahui temperature lingkungan sekitar dan mengkompensasikannya dalam pembacaan thermocouple. LM v V out

Reference Temperature Zone boxes –Kotak yang terisolasi termal pada temperatur tertentu yang menjamin temperatur yang seragam sepanjang waktu pengukuran.

Pemilihan Termocouple Range temperature Akurasi (s/d 0,5 % OR, atau 1 °C) Ketahanan terhadapa bahan kimia Ketahananan terhadap vibrasi Dimensi, untuk pemasangan Maintenance

Grafik Tegangan

Tipe-tipe Thermocouple Cooper-Constantan (Tipe T) –Cooper (+), Contantan (-). –Sampai 400 °C –Baik juga untuk temperature rendah Iron-Constantan (tipe J) –Iron (+), Contantan (-). –Sampai 870 °C Chromel-Alumel (Type K) –Chromel (+), Contantan (-). –Sampai 1260 °C –Relatif linier –Paling banyak dipakai

Jenis Probe Thermocouple Ungrounded –Junction tidak pada permukaan –Response time lama Grounded –Junction pada permukaan cover –Response time cepat Exposed –Junction diluar cover –Response time lebih cepat –Untuk yang lingkungan yang tidak korosif

Tabel Perbandingan

Beberapa kesalahan dalam pengukuran temperatur Konduksi Konveksi Radiasi Response Time Noise Masalah Grounding dan hubung singkat.

Infrared Pyrometer Non contact Membandingkan intensitas cahaya dari suatu permuka dengan intensitas referensi. Aplikasi: Industri baja, Facility maintenance, engine manufacture, food safety, asphalt, HVAC, medical etc.

Alat kalibrasi Ice BathReference Block

The End