Teknik Pengukuran dan Alat Ukur Pengukuran Temperatur 8

Pengukuran suhu Skala suhu ditentukan dari titik beku dan titik didih fluida pada tekanan atmosfir standar. Fluida yang digunakan dapat berupa air, air raksa, dan alkohol Skala yang umum digunakan skala Fahrenheit dan skala Celcius

Koefisien muai alkohol > air raksa Alkohol digunakan untuk mengukur suhu lebih rendah dari air raksa karena mudah mendidih pada temperatur tinggi Alkohol tidak dapat untuk mengukur temperatur dibawah – 37,8C

Skala pengukuran Titik beku air pada tekanan 1 atm: 1C atau 32F Titik didih air pada tekanan 1 atm: 100C atau 212F

Metode Pengukuran Temperatur Perubahan fase Sifat ekspansi thermal Termometer air raksa (termometer dengan menggunakan cairan dalam pipa kapiler) Termometer bimetal Sifat kelistrikan Termistor RDT (Resistor Detector Thermal) Pengukuran temperatur termoelektrik thermocouple Prinsip Kerja Termometer

Perubahan fase Menggunakan acuan titik didih fluida yang digunakan. Bila cairan dan uap terbentuk didalam pyrometer bulb, maka kenaikan tekanan uap yang terjadi dapat digunakan untuk mengukur temperatur dengan menggunakan pressure gauge

Sifat ekspansi Termometer air raksa Perubahan temperatur yang menyebabkan perubahan volume Untuk terlihat lebih jelas (sensitif) digunakan pipa kapiler Ukuran kapiler tergantung pada: reservoir, zat cair dan range temperatur

Sifat Ekspansi - Bimetal Termometer bimetal Terdiri dari 2 logam yang berbeda koefisien muai panjang dan diletakkan bersama-sama 1 logam memiliki koefisien muai panjang lebih besar sehingga kenaikkan temperatur akan menunjukkan penyimpangan (defleksi) Penurunan temperatur akan menyebabkan defleksi kearah yang berlawanan Bimetallic Strip application https://www.youtube.com/watch?v=jAQmGKXk2q8 PHYS1550 Everyday Physics The Bimetallic Strip https://www.youtube.com/watch?v=WzX5tpC8Bs8

Termometer bimetal Plat bimetal harus digabungkan menjadi 1 Prinsip kerjanya T , plat bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muainya < T , plat bimetal melengkung ke arah logam yang koefisien muai > Material yang sering digunakan besi dan tembaga Contoh: besi-tembaga, T  lengkungan ke bagian tembaga Aplikasi: oven, grill, alarm pemadam kebakaran

Bimetal: strip, spiral, helical Bimetal coil reacts to lighter (spiral) https://www.youtube.com/watch?v=J5uehxbvLFA

Termometer bimetal Hubungan antara radius curvature dengan temperatur rc radius of curvature C material thermal expansion coefficient Invar (FeNi36=nikel iron alloy) = 1.7x10-8 m/mC Steel = 2x10-5 to 20x10-5 m/mC T temperature d thickness

Bimetal - Helical metal strip

Bimetal - Helical metal strip http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/bimetallic_strip.html

Thermocouple Terdiri dari sambungan (junction) 2 kawat logam yang berbeda Pada sambungan terdapat tegangan listrik yang tergantung pada temperatur junction Perubahan temperatur menyebabkan perubahan tegangan Temperatur range hingga 1800C Relatif tidak akurat dan tidak berulang (non repeatable) dibanding dengan RTD dan thermistor Tahan terhadap kejutan dan getaran https://www.youtube.com/watch?v=LYxcE3kPN20

Thermocouple 3 jenis efek pada thermocouple Efek Seebeck Efek Peltier Efek Thomson

Dasar rangkaian termocouple Emf (electromotiveforce): akan meningkatkan beda tegangan pada rangkaian T1  T2

Thermocouple Efek Seebeck Bila 2 logam berbeda dihubungkan seperti pada gambar, akan timbul tegangan listrik antara kedua terminal yang besarnya tergantung pada temperatur junctionnya, tapi tidak ada arus mengalir pada rangkaian Thermocouples https://www.youtube.com/watch?v=gtO0kQ-PT_0

Efek Peltier Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan listrik yang terjadi akan berubah naik atau turun tergantung arus listrik yang mengalir pada junction tersebut AB = coefficient Peltier

Efek Thomson Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradien temperatur maka besarnya tegangan tersebut akan berubah  koefisien Thomson

Thermocouples Kombinasi material logam pada thermocouple mempengaruhi: Temperatur range kalibrasi Kombinasi yang umum digunakan: J, K, E, T

Kombinasi material pada thermocouple

Sifat Kelistrikan Thermometer resistance dibagi 2 kelompok Thermally Sensistive Resistor - Thermistor Resistance Temperature Detector - RTD

Thermistor Thermistor merupakan salah satu jenis sensor temperatur dengan koefisien temperatur yang tinggi Prinsip kerja adanya perubahan tahanan listrik yang akan terjadi jika temperatur suatu logam mengalami perubahan

Beda dengan termometer pada umumnya, termistor menggunakan resistor sebagai pengukur temperatur Thermistor dibuat dari bahan oksida logam campuran (sintering mixture), Cr, Co, Cu, Fe, Ni yang akan berpengaruh pada karakteristik thermistor

Thermistor Tingkat kepressian sangat baik dan akurat Untuk aplikasi pada temperatur rendah karena rangkaian tahanan dapat saling menempel dengan logam lain pada temperatur tinggi sehingga pembacaan menjadi tidak akurat Perubahan hambatan resistor dapat dilakukan pendekatan dengan 1st order R – R0 = k (T – T0) K koefisien temperatur

Thermistor Hubungan antara hambatan dengan temperatur  adalah parameter yang tergantung pada jenis thermistor dengan range 3500 – 4600K

Thermistor Thermistor Al2O3 , BeO , MgO campuran Ba, timah, strontium titanates Hubungan hambatan pada thermistor dengan temperatur https://www.youtube.com/watch?v=NoQ450868Es

Rangkaian thermistor, Pada temperatur tinggi, arus mengalir melalui thermistor, bulb off Pada temperatur rendah, arus mengalir tanpa melalui thermistor, melainkan melalui bulb (bulb on)

RTD- Resistor Temperature Detector Merupakan sensor untuk mengukur temperatur  dengan menggunakan tahanan dari elemen RTD Terdiri dari wire coil Nilai resistansi/tahanan mudah berubah sesuai dengan temperatur dan perubahannya hampir secara linear Temp , Nilai tahanan  Range temperatur -260 to 650 C

RTD Material sensor: platinum, tungsten, nikel alloys Memiliki higher repeatability, kestabilan dan akurasi Paling rapuh dibanding thermocouple dan thermistor MIT Physics Demo -- Temperature Effect on Resistance https://www.youtube.com/watch?v=XxBn_Wzm0aI

RTD Hambatan (R) dari konduktor dengan panjang (l) dan luasan (Ac) dapat dinyatakan dengan istilah resistivity (resistivitas) (e) Hubungan hambatan konduktor logam dengan temperatur

R0 nilai tahanan terukur pada temperatur T0  koefisien resistivitas temperatur (tabel 8.2) Konduktivitas: kemampuan bahan menghantarkan panas, sedang resistivitas: kemampuan bahan menahan panas

Relatif resistance 3 logam murni (R0 pada 0C)

Resistance as a function of temperature for materials used as temperature sensors