PendahuluanPendahuluan Sensor Sensor TemperaturTemperatur@ i dsantoso.s@ui.edu

DefinisiDefinisiDefinisiDefinisi

Temperatur adalah suatu besaran fisikapyang dapat dikatakan sebagai amplitudoenergi gerak atom atau molekul. Energi inig g gdisebut dengan panas yang disebabkanoleh adanya interaksi atom atau molekul.y

EnergiEnergi panaspanas –– ZatZat PadatPadatEnergiEnergi panaspanas ZatZat PadatPadatZat padat :

Atom atau molekul saling tarik-menarik dengankuatnya dan membentuk ikatan satu dengan yang lainnya, sehingga tidak ada atom atau molekul yang lainnya, sehingga tidak ada atom atau molekul yang berpindah. Hal ini terjadi pada keadaan seimbang(tetap pada posisinya). Atom atau molekul dapatb ib i di kit l k i A bil tid k dbervibrasi di sekitar lokasinya, Apabila tidak adavibrasi, maka bahan tidak mempunyai energi panas, atau Wth = 0. Apabila ditambahkan energi darith p gluar, akan terjadi vibrasi molekul di sekitar posisikeseimbangan, dikatakan bahwa bahan mempunyaienergi panas tertentu atau W h > 0 energi panas tertentu atau Wth > 0 .

EnergiEnergi panaspanas –– ZatZat CairCairEnergiEnergi panaspanas ZatZat CairCairZat cair :

P b h i kib k ib iPenambahan energi mengakibatkan vibrasidipercepat, energi panas akan naik. Sehingga ikatanantar molekul akan pecah dan molekul akanb k di d l b h d d khi b hbergerak di dalam bahan dan pada akhirnya bahanmeleleh dan menjadi cairan. Dalam hal ini tarikmenarik antar molekul tetap ada tetapi tidak

h k k d k b dmampu mempertahankan keadaan struktur bendapadat. Dalam keadaan bervibrasi, molekul dapatberpindah. Dapat dikatakan bahwa kecepatan rata-

i d h l k l k k d irata perpindahan molekul merupakan ukuran darienergi panas yang ditanamkan pada molekul suatubahan.

EnergiEnergi panaspanas -- GasGasEnergiEnergi panaspanas GasGasGas :

Penambahan energi panas secara intensif, mempercepat gerak molekul sehinggap p g ggmampu menghilangkan gaya tarik antarmolekul, pada saat ini cairan mendidih, molekul-molekul saling bertabrakan dan jugaantara molekul dengan dinding tempatdil k b h K ik l k l l k ldiletakannya bahan. Ketika molekul-molekulterlepas dan bergerak bebas, bahan tersebutb b h j diberubah menjadi gas.

Perlu diketahui bahwa tidak semua bahandapat mengalami transisi di atas. Sepertinitrogen dapat berubah dari keadaang ppadat ke cair dan gas, tetapi kertas dankayu : molekulnya segera terpecahy y g psebelum terjadi pencairan dan penguapan.

KonsepKonsep temperaturtemperaturKonsepKonsep temperaturtemperatur..1. Thermodinamika

T dib l h G lil Termometer pertama dibuat oleh Galileo (1592), berdasarkan pada pertambahan volume udara karena perubahan panas. Perkembangan

diik i l l h k btermometer diikuti pula oleh perkembanganpembuatan skala temperatur. Penentuan skalaumumnya berdasarkan padaKalibrasi termometer dengan dua temperaturreferensi, temperatur yang lain diperoleh denganpembagian linier dan dengan extrapolasi.p g g pKalibrasi termometer dengan satu temperaturreferensi, temperatur lainnya diperoleh denganperhitungan pemuaian cairanperhitungan pemuaian cairan.

ThermodinamikaThermodinamikaThermodinamikaThermodinamikaPada tahun 1661, Boyle menyimpulkan bahwa padatemperatur konstan T :temperatur konstan T :

PV = konstandengan P = tekanan, V= volume udara (mol N).

Satu abad berikutnya, pada percobaan yang terpisahCharles dan Gay-Lussac, merumuskan hubungan :y g

V = Vo ( 1 + αt )dengan :

V = volume N moles gas pada temperatur τV = volume N moles gas pada temperatur τpada skala sembarang

V0 = volume pada temperatur 0 pada skala τ k ffi i i lα = koeffisien muai volume

Dengan keterbatasan percobaan, mereka menemukan bahwa untuk beberapa gas, α berharga sama. Apabila temperatur T p g , g p pdinyatakan sebagai :

T = τ + α−1

Dan (dengan eliminasi τ) diperoleh V/T = konstan( g ) pSelanjutnya dapat diturunkan bahwa : PV = konstanNilai konstanta ditemukan sebagai N R dengan R = kb Na adalah

konstanta gas dalam Joule/mol K, kb = konstanta Boltzmang J bdan Na = bilangan Avogadro.

Maka dapat dituliskan bahwa untuk gas : PV = NRT

Ketika T = 0 diperoleh τ = − α−1 hal ini berarti kontraksi / pemampatan gas ke volume V0

sehingga dapat dikatakan, bahwa tidak ada temperatur yang l bih d h d i T d d di k b h i i d l hlebih rendah dari T dan dapat dinyatakan bahwa ini adalahtemperatur nol absolut. Pada keadaan ini tekanan dan volume mendekati nol.

Di awal abad 19 Regnault melakukan percobaan dandibuktikan bahwa persamaandibuktikan bahwa persamaan

PV / T = konstanadalah rumus pendekatan, karena gas yang berbeda

i b b d l Dik kmempunyai α yang berbeda pula. Dikatakannyabahwa rumus tersebut berlaku untuk gas padatekanan rendah dan jumlah mol N kecil, yang di b d id l Sk l i kdisebut dengan gas ideal. Skala yang sesuai untukmendefinisikan temperatur T adalah skalatemperatur absolut atau skala temperatur gas id l ideal.

Diperoleh bahwa pada τ = − α−1 = 0 °C bahwa T = 273,15 °C untuk α = 0,003661 (°C) -1 . Atau( )sebaliknya, titik nol skala gas ideal adalah -273,15 °C. Dalam hal ini, diinginkan skala temperaturyang bebas dari pengaruh suatu sifat bahan.y g p g

SkalaSkala temperaturtemperaturSkalaSkala temperaturtemperatur..Supaya pengukuran temperatur menjadi mudah dan praktis

d d i i d i l k- terutama pada dunia industri yang memerlukanreprodusibilitas pengukuran serta keseragaman universal (worldwide) di dalam pengukuran temperatur - sangatdiperlukan keberadaan satu skala praktis dan bukan bukanbeberapa skala yang ada semasa Kelvin. Skala temperatur yang dipakai secara umum danSkala temperatur yang dipakai secara umum danInternasional adalah ITS-90 (International Temperature Scale of 1990). Di sini diberikan nilai temperatur untuk 17 phase keseimbangan dari material murni (Table 2 1 Hal phase keseimbangan dari material murni (Table 2-1. Hal 23) . Kemudian dilakukan interpolasi di antara titik-titiktemperatur ini sesuai dengan span yang diperlukan. T h di ik T d k l i (K) Temperatur thermodinamik T dengan satuan kelvin (K) dinyatakan sebagai besaran dasar yang dapat pula dinyatakan dalam temperatur (t ) dalam satuan Celcius.

SkalaSkala temperaturtemperaturSkalaSkala temperaturtemperatur..Dengan definisi :

Besar satu satuan dalam temperatur Celcius ( C ) sama dengan besar satu satuan dalam kelvin. Kelvin didefinisikan sebagai 1/273,16 dari interval Kelvin didefinisikan sebagai 1/273,16 dari interval antara nol absolute dengan triple point of water. Pada saat mendefinisikan skala temperatur adasatu set titik kalibrasi yang dipergunakan :Oksigen : Keseimbangan cairan / gasAir : Keseimbangan padat / cairAir : Keseimbangan padat / cairAir : Keseimbangan cair / gasEmas : Keseimbangan padat / cairEmas : Keseimbangan padat / cair

PengukuranPengukuran temperaturtemperaturPengukuranPengukuran temperaturtemperatur..Berdasarkan efek yang ditimbulkan oleh perubahan temperatur pada suatu zat.

Efek/perubahan tersebut adalah : Efek/perubahan tersebut adalah :

1. Perubahan volume suatu cairan (air raksa, alkohol, dsb) yang dipakai padatermometer gelas

2 Perubahan tekanan gas atau tekanan uap atau tekanan cairan, seperti2. Perubahan tekanan gas atau tekanan uap atau tekanan cairan, sepertipada termometer tekanan relatif (pressure gage thermometer).

3. Perubahan dimensi suatu zat padat (pemuaian), seperti pada termometerbimetal.

4. Pembangkitan tenaga listrikyang disebabkan oleh perbedaan temperaturantara dua buah sambungan pada lup yang dibentuk oleh dua buah metal yang berbeda (prinsip termokopel).

5. Perubahan harga tahanan listrik suatu zat, yang diterapkan padatermometer tahanan listrik (platina atau termistor)

6. Perubahan warna dari filamen lampu pijar yang diatur untuk disesuaikand b k i i (P ik)dengan warna pancaran obyek temperatur tinggi (Pyrometer optik)

7. Penyerapan energi radiasi (Pyrometer radiasi)

PrinsipPrinsip FisikaFisika untukuntuk Sensor Sensor PanasPanas..

Primary (thermodynamic) Thermometer. y ( y )Apabila hubungan antara besaran fisika Φdan T dapat diturunkan.a apat tu u a .

Secondary (practical) ThermometerSecondary (practical) Thermometer.Apabila hubungan yang ada hanyalah dari

b / i ipercobaan/empiris.

www temperatures comwww temperatures comwww.temperatures.comwww.temperatures.comBasicsThese are the fundamentals of temperature and These are the fundamentals of temperature and temperature measurements. If you are not sure you know them, then go no further until you do. Here are some very useful links that will help you Here are some very useful links that will help you master the fundamentals of temperature sensors and its measurements.Wh h & ? A b What are heat & temperature ? A web page with links to a site written for middle school children that contains a wealth of information and d f l i a wonderful perspective on temperature

measurement. Plus a site at a major national laboratory that provides interesting explanations f b h I l h f h l k b lof both topics. It also has some of the links below.

Types of Temperature SensorsTypes of Temperature SensorsTypes of Temperature SensorsTypes of Temperature Sensors

A large distinction can be made among g gtemperature sensor or temperature measurement device types. From one ypperspective they can be simply classified into two groups, contact and non-contact. g pThe two links below take you to descriptive pages on each type with a p p g ypbreakdown by more specific, detailed types.yp

Contact SensorsContact SensorsContact SensorsContact SensorsContact temperature sensors measure ptheir own temperature. One infers the temperature of the object O e e s t e te pe atu e o t e object to which the sensor is in contact by assuming or knowing that the two are in g gthermal equilibrium, that is, there is no heat flow between them.

NonNon--Contact SensorsContact SensorsNonNon Contact SensorsContact SensorsMost commercial and scientific non-contact temperature sensors measure the thermal radiant power of the Infrared or pOptical radiation that they receive from a known or calculated area on its surface, or a known or calculated volume within it (in those cases where the object is ( jsemitransparent within the measuring wavelength pass band of the sensor). g p )

Contact Temperature Sensors:Contact Temperature Sensors:Contact Temperature Sensors:Contact Temperature Sensors:Thermocouple,R RTD & PRT Resistance - RTDs & PRTs, Thermistors, Labels & PaintLabels & Paint,Glass Thermometers, Filled SystemsFilled Systems,Bimetal,ICs & Diode, ,Thermowells,Others

Noncontact Temperature Sensors, IR Noncontact Temperature Sensors, IR Th IRTh IR Th hTh hThermometers, IRThermometers, IR ThermographyThermography::

IR Thermometers,Thermal Imaging, Optical Pyrometry Optical Pyrometry, Blackbody and IR Calibration

Displays, Electronics & Cal.:Displays, Electronics & Cal.:Displays, Electronics & Cal.:Displays, Electronics & Cal.:Meters, Transmitters, Controllers Controllers, Data Acquisition/Logging (DAS/DAQ), C lib i P d & S iCalibration Products & Services

Temp Sensor Resources:Temp Sensor Resources:Temp Sensor Resources:Temp Sensor Resources:TC + RTD Tables Thermowell Wakes, Emissivity, Selecting Sensors Selecting Sensors, Heat & Temp, Wh i T ? What is Temp?, Thermally Curious?Scales & Conversions