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 = -37 - 320 °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 - 850 °C)• Sensitivitas yang tinggi (dibanding dengan

thermocouple)• Akurasi tinggi (±0.0006 °C - 0.1°C)• Stabilitas dan repeatabilitas yang tinggi

– Low drift (0.0025 °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 = I2R 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 - 100

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

Gr a

f ik P

erba

ndin

gan

RTD

VS

Ther

mis

tor

Hubungan temperatur dan hambatan pada thermistor

= Nilai hambatan pada temperatur Referensi T

R Roe

1T

1To

Ro 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)

Ambient Temp. = 24 °C

+-Voltmeter

iron

constantan-10 °C

ice bathCu

Cu

?

Reference Temperature• Electronically Controlled References

– sebuah rangkaian elektronik yang mensimulasi “ice bath”

V1

B

Cu

Cu B

A

+ --- + +

+-

AT1

Thermistor or ICTemperature Reference VR

Reference Temperature• Compensated Reference Temperature Systems

– Adanya temperatur sensor untuk mengetahui temperature lingkungan sekitar dan mengkompensasikannya dalam pembacaan thermocouple.

LM 335+15v

Vout

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 Bath Reference Block

The End