Instrumentasi dan Pengukuran

Pengukuran Suhu Efek Mekanik

DISUSUN OLEH :

Findi Agustianti (0612 4041 1526)

Recxy Brilian T.S (0612 4041 1536)

Kelas : 3 EG B

Dosen Pembimbing : Ida Febriana, S.si, M.T

Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi (DIV)

Politeknik Negeri Sriwijaya

2013/2014

Kata Pengantar

Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, Karena atas

karunia dan rahmat-Nya serta dengan diiringi dengan usaha yang kami lakukan,

kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “ Pengukuran Suhu Efek

Mekanik “.

Makalah ini kami susun sesuai dengan materi yang dipelajari pada modul mata

kuliah instrumentasi dan pengukuran. Pada makalah ini kami akan membahas pokok

pembahasan Pengukuran Suhu Efek Mekanik yang terdiri dari : Termometer Raksa,

Termometer Gas, Termometer Tekanan Uap, Termometer Bimetal. Serta akan

dibahas aplikasi dari masing-masing sub-bab pembahasan yang ada dalam kehidupan

sehari- hari kita terutama mengenai aplikasi elektronika dikehidupan kita dan juga

rumus dari masing-masing pokok pembahasan.

Kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak

yang telah membantu kami untuk menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya .

Semoga apa yang telah kami tulis mengenai “ Pengukuran Suhu Efek Mekanik”

dapat bermanfaat bagi kita semua kedepannya. Sebelumnya, kami mengucapkan

mohon maaf yang sebesar- besarnya apabila tulisan pada makalah kami ini terdapat

kesalahan, karena manusia tidak akan pernah sempurna walaupun manusia itu selalu

berusaha dan mencoba untuk menjadi seseorang yang sempurna karena

kesempurnaan itu hanyalah milik Allah SWT.

Tim Penyusun

Findi - Recxy

i

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

P ada za man s eka ra ng banyak s eka l i a l a t - a l a t yang d i gunakan

un tuk me ngukur ba ik s uhu , t e kanan ,ma upun l a i nnya . D i s i n i , kam i

akan m en je l a s kan ba ga im ana pengukuran suhu se ca ra e f ek

meka n ik ,ba i k da r i penge r t i a n ,maupun da r i p r in s ip ke r j a , dan

ap l i ka s i da r i a l a t - a l a t nya . pengukura n s uhu c a i r an dan gas

merupa kan s a l ah s a t u ha l yang pa l ing um um d ip ros e s i ndus t r i .

A l a t pe ngukuran ada l ah s ua tu a l a t ya ng dapa t m ende t eks i

kebe ra daan s ua tu f e nomena a l am dan mengukurnya dalam suatu kuantitas

fisik dan mengubahnya menjadi suatu sinyal yang dapat dibaca oleh pengamat

atau alat tertentu. Begitu banyaknya besaran fisik yang dapat diamati dari

sekian banyak fenomena alam yang ada di dunia ini, maka ada begitu

banyak sensor yang diciptakan dan ditemukan oleh manusia, masing-

masing spesifik untuk jenis besaran dan objek yang diukurnya.

1.

1.2 Tujuan

Menjelaskan mengenai pengertian pengukuran suhu efek mekanik

Menjelaskan aplikasi pengukuran suhu efek mekanik dalam

kehidupan sehari- hari

2.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Pengukuran Suhu Efek Mekanik

Fenomena suhu maupun panas merupakan fenomena yang selalu menarik untuk dipelajari. Awalnya

fenomena panas dianggap sebagai fenomena zat atau material, yang dapat dipindah dari satu

metarial ke material lainnya. Menjelang akhir abad 18, Benjamin Thomson dan Humphry Davy

mengadakan penelitian yang mengahasilkan teori baru tentang panas sebagai suatu fenomana yang

berhubungan dengan putaran (cyclic phenomona). Fisikawan Sadi Carnot menyatakan teori bahwa

panas adalah bentuk energi yang terdistribusi diantara zat / energi lainnya. Sadi Carnot kemudian

dikenal sebagai bapak ilmu termodinamika. Penelitiannya pada awal abad 19 menyatakan bahwa

perpindahan panas menjadi gerak mekanik terjadi pada suatu titik titik dimana energi tersebut

tersimpan, misalnya pada uap. Penelitian lanjutannya tentang bagaimana gerak mekanik

menghasilkan panas membawa pada suatu gagasan bahwa panas merupakan energi yang bersifat

abadi, yang tidak dapat diciptakan dan dihancurkan (hukum pertama Thermodynamic). Pada

pertengahan abab 18, Maxwell dan Bolzman mengembangkan dasar – dasar matematis dan

formulasi tentang teori kenetik gas. Menurut teori ini, panas disamakan dengan pergerakan molekul.

Maxwell menjelaskan bahwa suhu suatu benda merupakan property termal, yang membuatnya

mungkin memindahkan panas (energi) pada benda lainnya. Dari sudut pandang pengukuran suhu

merupakan property fisis yang mempunyai informasi energi dari suatu system dengan demikian

dapat menyatakan informasi tentang panas (derajat panas, status panas). Menurut Maxwell, suhu

merupakan nilai rata – rata energi kinetik dari suatu molekul suatu zat.

3.

Sehingga dari sudut pandang ini, pengukuran suhu efek mekanik adalah menentukan jumlah energi

panas pada suatu zat dengan perpindahan panas menjadi gerak mekanik yang terjadi pada suatu titik

titik dimana energi tersebut tersimpan, misalnya pada uap. Ada juga yang berpendapat bahwa

pengukuran suhu dengan efek mekanik adalah Pengukuran suhu dengan instrumentasi yang bekerja

atas dasar perubahan dimensi mekanik akibat perubahan suhu.

2.2 Prinsip Pengukuran Suhu Efek Mekanik

Pengukuran temperatur merupakan sesuatu penting dalam semua aspek kehidupan, terutama dalam

proses industri. Hal ini sering menimbulkan masalah tertentu, karena pengukuran suhu tidak dapat

menggunakan standar suhu sebgaimana yang dapat dilakukan pada pengukuran besaran lain yang

dapat menggunakan standar primer seperti massa, panjang dan waktu. Jika dua benda dengan

panjang l1 dan l2 terhubung bersama-sama, hasilnya adalah panjang akhir l1 + l2. Hubungan serupa

juga terjadi pada massa dan waktu. Namun, jika dua benda pada suhu yang sama terhubung

bersama-sama, gabungan benda tersebut mempunyai temperatur yang sama seperti sebelum

dihubungkan. Ini adalah penyebab kesulitan mendasar yang ada dalam membangun sebuah standar

mutlak pada suhu dalam hubungan masalah tersebut. Dengan tidak adanya hubungan tersebut, maka

perlu untuk menetapkan titik referensi yang dihasilkan suhu dalam bentuk titik beku dan titik didih

zat. Titik titik tersebut mendefinisakan secara tajam transisi antara padat, cair dan gas.

International Practical Temperature Scale (IPTS) menggunakan filosofi tersebut dan menetapkan 6

primary fixed points untuk suhu referensi dalam hal :

        the triple point of equilibrium hydrogen - 259.34°C

        the boiling point of oxygen - 182.962°C

        the boiling point of water 100.0°C

        the freezing point of zinc 419.58°C

        the freezing point of silver 961.93°C

        the freezing point of gold 1064.43°C

(standart diukur dalam tekanan atmosfir)

4.

Titik beku logam lainnya juga digunakan sebagai secondary fixed points untuk titik referensi

tambahan pada prosedur kalibrasi.

Skala temperature termodinamik yang dikembangkan dan digunakan sejak 1990 adalah ITS-90

(International Temperature Scale of 1990). Temperature yang diukur dalam ITS-90 ditetapkan T90

untuk derajat Kelvin (oK) dan t90 untuk derajat celcius (oC). Salah satu poin penting dalam ITS-90

adalah penetapan triple point of water yaitu T90 = 273,16 oK atau t90 = +0,01 oC. Tabel fixed point

menurut standar ITS-90 ditunjukkan tabel 1.1

Tabel 1 Fixed Point untuk standar ITS-90

 

Fixed point adalah titik fase kesetimbangan dari suatu zat atau kondisi murni zat tersebut, dimana

perubahan akan terjadi (menjadi gas, cair atau padat) pada zat tersebut apabila terjadi perubahan

yang kecil saja pada tekanan dan temperaturnya.

Temperature dapat dipandang sebagai nilai kecepatan rata – rata molekul suatu zat yang ditentukan

secara statistik sehingga hal tersebut merupakan energi kinetis. Misalnya pada suatu kasus,

temperatur suatu benda berubah dari T1 ke T2, maka dalam hal itu harus ada energi yang berubah.

Perubahannnya tergantung pada derajat jumlah molekul (jumlah meterialnya) dan ukurannya.

5.

Dalam termodinamika modern, temperatur suatu benda didiskripsikan sebagai tipe dari potensial

panas, yang merupakan properti dari penambahan dan pengurangan panas (heat source dan heat

sink). Sehingga gradien temperatur mendefinisakan arah perubahan benda terhadap temperatur.

Arah perubahan ini misalnya dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.

Instrumen untuk mengukur suhu dapat dibagi sesuai dengan prinsip fisik dimana instrument

tersebut beroperasi. Prinsip-prinsip utama yang digunakan adalah:

         Efek termoelektrik

         Perubahan Resistansi

         Sensitivitas semikonduktor

         emisi radiasi panas

         Thermography

         Ekspansi Thermal

         Perubahan frekuensi Resonant

         Sensitivitas serat optik

         Akustik thermometry

         Perubahan Warna

         Perubahan keadaan materi.

2.3 Macam – macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik

2.3a. Termometer Raksa

Termometer zat cair dalam gelas merupakan jenis instrumentasi

pengukuran suhu yang paling umum. Konsentrasi rinci instrument dari thermometer

ini digambarkan pada gambar 2.2. sebuah cembul yang relative besar di bgaian

bawah thermometer itu menampung sebagian besar zat cair yang memuai bila

dipanaskan dan mengisi tabung kapiler yang telah diberi garis-garis penanda skala.

6

Pada bagian atas tabung kapiler itu ada lagi sebuah cembul yang ditempatkan sebagai

pengaman bilamana jangkauan suhu termometer itu secara tidak sengaja terlampaui. Zat cair yang

paling umum digunakan adalah alcohol dan raksa. Alcohol mempunyai keunggulan karena

koefisien muainya lebih besar daripada raksa, akan tetapi terbatas penggunaannya pada pengukuran

suhu rendah karena zat ini mudah mendidih pada suhu tinggi.

Untuk mengoperasikannya, cembul termometer zat cair dalam gelas dikenakan pada

lingkungan yang akan diukur suhunya. Kenaikan suhu menyebabkan zat cair di dalam cembul

memuai dan naik di dalam kapiler dan akan menunjukkan skala suhu. Pemuaian yang ditunjukkan

termometer itu adalah perbedaan pemuaian zat cair dan pemuaian gelas. Perbedaan ini bukan hanya

merupakan fungsi perpindahan kalor dari lingkungan makin besar pula kesalahannya. Termometer

raksa dalam gelas bermutu tinggi memiliki penandaan skala suhu yang digoreskan pada gelas

beserta yang menunnjukkkan kedadalaman celup yang seharusnya. Termometer raksa dalam gelas

yang sangat tepat bisa didapatkan dari National Bureau of Standarts lengkap dengan informasi

kalibrasinya bersama setiap termometer. Jenis khusus termometer air raksa, disebut termometer

maksimun, bekerja dengan adanya katup pada leher tabung dekat bohlam. Saat suhu naik, air raksa

didorong ke atas melalui katup oleh gaya pemuaian. Saat suhu turun air raksa tertahan pada katup

dan tidak dapat kembali ke bohlam membuat air raksa tetap di dalam tabung. Pembaca kemudian

dapat membaca temperatur maksimun selama waktu yang telah ditentukan. Untuk mengembalikan

fungsinya, termometer harus diayunkan dengan keras. Termometer ini mirip desain termometer

medis.

7.

Air raksa akan membeku pada suhu -38.83 °C (-37.89 °F) dan hanya dapat digunakan pada suhu di

atasnya. Air raksa, tidak seperti air, tidak mengembang saat membeku sehingga tidak memecahkan

tabung kaca, membuatnya sulit diamati ketika membeku. Jika termometer mengandung nitrogen,

gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di sana ketika temperatur naik. Jika ini

terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya,

termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah

-37 °C (-34.6 °F). Pada area di mana suhu maksimum tidak diharapkan naik di atas - 38.83 ° C (-

37.89 °F) termometer yang memakai campuran air raksa dan thallium mungkin bisa dipakai.

Termometer ini mempunyai titik beku of -61.1 °C (-78 °F).

Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Anders Celsius

merumuskan skala Celsius, yang dipaparkan pada publikasinya ”the origin of the Celsius

temperature scale” pada 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es

mencair dan suhu penguapan air. Ini bukanlah ide baru, sejak dulu Isaac Newton bekerja dengan

sesuatu yang mirip. Pengukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu

pembekuan. Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada termometer Celsius

dilakukan selama 2 minggu setelah itu. Dengan melakukan eksperimen yang sama berulang-ulang,

dia menemukan es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada termometer. Dia menemukan titik

yang sama pada kalibrasi pada uap air yang mendidih (saat percobaan dilakukan dengan ketelitian

tinggi, variasi terlihat dengan variasi tekanan atmosfer). Saat dia mengeluarkan termometer dari uap

air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan

pemuaian kaca tabung).

Tekanan udara memengaruhi titik didih air. Celsius mengklaim bahwa ketinggian air raksa saat

penguapan air sebanding dengan ketinggian barometer.

Saat Celsius memutuskan untuk menggunakan skala temperaturnya sendiri, dia menentukan titik

didih pada 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F).

8.

Pada akhirnya, Celsius mengusulkan metode kalibrasi termometer sebagai berikut ini :

1. Tempatkan silinder termometer pada air murni meleleh dan tandai titik saat cairan di dalam

termometer sudah stabil. ini adalah titik beku air.

2. Dengan cara yang sama tandai titik di mana cairan sudah stabil ketika termometer ditempatkan di

dalam uap air mendidih.

3. Bagilah panjang di antara kedua titik dengan 100 bagian kecil yang sama.

Pengukuran Termometer Air Raksa

Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait.

Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu

penguapan air. Es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada thermometer yaitu

pada uap air yang mendidih. Saat dikeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air

raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian

kaca tabung). Jadi pegukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan

suhu pembekuan.

Titik didih Celcius yaitu 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Tetapi

peneliti lain -Frenchman Jean Pierre Cristin– mengusulkan versi kebalikan skala

celsius dengan titik beku pada 0 °C (32 °F) dan titik didih pada 100 °C (212 °F). Dia

menamakannya Centrigade.

Cara kerja Termometer Air Raksa

Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan air

raksa di ujung bawah. Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga

hampa udara. Jika temperatur meningkat, Merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa

dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah

ditentukan.

9.

Adapun cara kerja secara umum adalah sebagai berikut :

1. Sebelum terjadi perubahan suhu, volume air raksa berada pada kondisi awal.

2. Perubahan suhu lingkungan di sekitar termometer direspon air raksa dengan perubahan

volume.

3. Volume merkuri akan mengembang jika suhu meningkat dan akan menyusut jika suhu

menurun. Skala pada termometer akan menunjukkan nilai suhu sesuai keadaan lingkungan.

Termometer raksa dalam gelas biasanya dapat dipakai sampai 600 F (301,3 C ), tetapi

jangkauannya dapat diperluas hingga 1000 F (523,6 C ) dengan jalan mengisib ruang di atas raksa

itu dengangas seperti nitrogen . hal ini akan meningkatkan tekanan di atas raksa, menaikkan titik

didihnya dan dengan demikian memungkinkan penggunaaan termometer itu pada suhu yang lebih

tinggi.

Sehingga dari penjelasan diatas bahwa prinsip kerja termometer raksa yaitu : Cembul

termometer zat cair dalam gelas dikenakan pada lingkungan yang akan diukur suhunya, kenaikan

suhu menyebabkan zat cair dalam cembul memuai dan naik didalam kapiler dan akan menunjukkan

skala suhu, biasanya dapat dipakai sampai 600 F (301,3) diperluas 1000 F(523,6 C)

2.3 b. Termometer Gas

Termometer gas bekerja berdasarkan sifat pemuaian gas. Adapun gas yang biasa digunakan

yaitu gas hidrogen dan helium dengan tekanan rendah, apabila gas itu dikenai panas sehingga

volumenya akan bertambah. Karena gas memuai lebih besar daripada cairan maka termometer gas

lebih teliti daripada termometer cairan. Termometer gas dapat digunakan untuk mengukur suhu

yang sangat tinggi dan suhu yang sangat rendah, dimana lebar jangkauannya antara – 250°C sampai

degan 1500°C. Prinsip kerja dari termometer gas didasarkan pada hokum dasar dari gas. Prinsip

kerja dari termometer gas didasarkan pada hukum dasar dari gas (Gambar 2-3). Jika gas dijaga ada

di dalam sebuah bejana pada volume konstan dan kemudian tekanan serta suhunya diubah-ubah ,

maka perbandingan antara tekanan gas dan suhunya adalah konstan pula.

10.

Pengukuran tekanan

-----------------------------

Gambar Skema Termometer Gas

11.

Volume

V

Dari gambar tersebut maka akan didapatkan persamaan sebagai berikut :

P1 / T1 = P2 / T2 ……………………………………….. (2.5)

Dimana :

P1 , T1 = Tekanan dan Suhu absoult (K) untuk keadaan 1

P2 , T2 = Tekanan dan Suhu absoult (K) untuk keadaan 2

Jangkauan suhu operasi termometer gas berkisar = 150 sampai + 1000 F

Contoh 2.3

Sebuah gas yang ada di dalam sebuah bejana tertutup mempunyai tekanan sebesar

120psi pada suhu 20 C. Berapakah tekanannya pada 100 C

Penyelesaian :

Konversikan suhunya ke skla Kelvin sehingga diperoleh 293, 16 K dan 373,16 K .

Selanjutnya dipergunakan persamaan 2-5 untuk memperoleh tekanan pada keadaan 2

P2 = T1 / T2 . P1 = 373,16 / 293,16 . (120psi)

= 153 psi

12.

Karena termometer gas mengkorversikan informasi suhu secara langsung menjadi

sinyal tekanan, mka termometer gas ini sering dipakai pada system pneumatic.

Transduser seperti ini juga menguntungkan karena tidak mempumyai bagian-bagian

yang bergerak . Gas yang paling sering dipakai adalah gas nitrogen. Karena

termometer gas mengkorservasikan informasi suhu secara langsung menjadi tekanan,

maka termometer gas sering dipakai pada system pneumatic.

Tabel 2.1 Termometer Gas

Gas Temperatur

kritis C

Panas

spesifik pada

tekanan

konstan

Viscositas

X 10-6

(satuan cgs)

Koefisien

ekspansi

pada tekanan

konstan

Air -140 0,273 170 0,0037

Karbondioksida 31,1 0,203 139 0,0037

Helium -267 1,25 195 0,0037

Hydrogen -235 3,40 97 0,0037

Nitrogen -146 0,24 163 0,0037

Oksigen -118 0,216 212 0,0037

2.3 c. Termometer Tekanan Uap

Termometer tekanan uap mengkorversikan informasi suhu ke dalam tekanan

sebagaimana halnya termometer gas akan tetapi dengan proses yang berbeda. Jika sebuah bejana

tertutup diisi sebagian cairan, maka ruangan diatas cairan tersebut akan terdiri dari uap dan cairan

yang tekanannya tergantung pada suhu. Jika suhu dinaikkan, maka cairan yang menguap akan lebih

banyak dan tekanan akan meningkat. Penuruan suhu akan mengakibatkan terjadinya kondensasi

sebagai uap dan tekanan akan turun. Jadi, tekanan uap tergantung pada suhu (Gambar 2-4)

13.

Gambar 2-4

Tekanan itu digunakan sebagai penunjuk suhu keseluruhan system yang terdiri dari cembul, kapiler,

dan pengukuran tekanan yang dapat dikalibrasi bersama-sama secara langsung. Suhu kapiler jelas

ada pengaruhnya pada bacaan karena mengandung sebagian volume fluida di dalam cembul,

masalah ini dapat diatasi, asal suhu cembul selalu tinggi dari suhu tabung kapiler. dalam hal ini

fluida dalam kapiler akan selalu berada dalam keadaan zat cair lewat dingin, sedang tekanan akan

ditentukan semata-mata oleh suhu campuran yang terdapat di dalam cembul.

Sehingga dari penjelasan diatas bahwa prinsip kerja dari termometer tekanan uap yaitu : jika sebuah

bejana tertutup diisi dengan sebagian cairan, maka ruangan dibagian atas cairan tersebut akan terdiri

dari uap dan cairan yang tekanannya tergantung pada suhu. Jika suhu dinaikkan maka cairan

menguap akan lebih banyak dan tekanan akan meningkat. Penurunan suhu akan mengakibatkan

terjadi kondensasi sebagian uap dan tekanan turun. Jadi, tekanan uap tergantung pada suhu.

14.

2.3d. Termometer Bimetal

Metode pengukuran suhu yang sangat luas pemakaiannnya ialah keeping bimetal.

Termometer bimetal digunakan untuk jangkauan suhu -100 sampai 1000 F, banyak digunakan

dalam instrument kendali suhu sederhana. Termometer bimetal terdiri dari dua keeping logam yang

mempunyai koefisien ekspansi (muai) termal yang berbeda disatukan sehingga membentuk

instrumen seperti pada gambar.

Termometer bimetal adalah sebuah termometer yang terbuat dari dau buah kepingan logam yang

memiliki koefisien muai berbeda yang dikeling (dipelat) menjadi satu. Kata bimetal sendiri

memiliki arti yaitu bi berarti dua sedangkan kata metal berarti logam, sehingga bimetal berarti "dua

logam".

15.

Cara Kerja

Keping Bimetal sengaja dibuat memiliki dua buah keping logam karena kepingan ini dapat

melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping

bimetal akan melengkung ke arah logam yang keoefisien muainya lebih rendah, sedangkan jika

suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keofisien muainya lebih

tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga

kepingan akan membengkok (melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang.

Biasanya keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti besi

dan tembaga.

Pada termometer, keping bimetal dapat difungsikan sebagai penunjuk arah karena jika kepingan

menerima rangsangan berupa suhu, maka keping akan langsung melengkung karena pemuaian

panjang pada logam. Bila keeping itu dikenakan pada suhu yang lebih tinggi dari suhu pengikatnya

dan akan membengkok ke satu arah, bila dikenakan pada suhu yang lebih rendah dari suhu

pengikatnya, ia membelok kea rah lain koefisien ekspansi termal beberapa bahan yang lazim

dipakai diberikan dalam table 2-2.

Tabel 2-2 Sifat-sifat mekanik beberapa bahan termal yang umum dipakai

Bahan Koefisien ekspansi

Termal/ C

Modulus elastisitas Psi GN/ m2

Invar (64% Fe,36% Ni) 1,7x10 21,4x10 147

Kuningan kuning 2,02x10 14,0x10 96,5

Monel 400 1,35x10 26x10 179

Inconel 702 1,25x10 31,5x10 217

Baja anti-karat jenis

316

1,6x10 28x10 193

16.

Tipe transduser suhu ini mempunyai karakteristik akurasi yang relative kurang, mempunyai

histerisis, mempunyai waktu tanggap yang relative rendah dan biayanya murah. Instrumen seperti

ini dipakai untuk menutup kontak-kontak saklar atau untuk mengaktifkan suatu mekanisme pada

waktu suhu dinaikkan ke suatu set point, juga pada sejumlah aplikasi khususnya pada daur on/off.

Kebanyakan industry, termometer bimetal menggunakan sebuah koil helix yang dapat di desain

seperti bentuk spiral yang dilindungi oleh sebuah tube. Termometer bimetal jenis ini dapat

mengukur suhu gas atau liquid yang mengalir di dalam saluran pipa. Termometer ini dapat dilihat

pada gambar 2-6. Jadi, prinsip kerja dari termometer bimetal adalah bila keeping dikenakan pada

suhu yang lebih tinggi dari suhu peningkatnya dan akan membengkok ke suatu arah, bila dikenakan

pada suhu yang lebih rendah dari suhu peningkatnya, ia membelok kearah lain.

2.4 Kelebihan dan Kelemahan Pengukuran Suhu Efek mekanik

a. Termometer Raksa

Kelebihan dari termometer air raksa yaitu sebagi berikut ini :

Raksa tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukuran lebih teliti

Termometer raksa mempunyai jangkauan pengukuran besar -39®Csampai357®C

Raksa dapat dengan cepat mengambil kalor dari benda yang diukur sehingga suhu

raksa dapat dengan mudah sama dengan suhu benda

17.

Raksa mengilap sehingga mudah dilihat

Pemuaian raksa teratur terhadap kenaikan suhu.

Kelemahan dari termometer air raksa yaitu sebgai berikut ini :

Harga raksa mahal dan susah dicari

Bila tabung pecah, raksa sangat berbahaya, gas beracun

Raksa tidak dapat digunakan mengukur lebih rendah dari -39® C,padahal suhu di kutub

Utara dan Selatan lebih rendah daripada suhu tersebut.

2.4 b. Termometer Gas

Kelebihan dari Termometer Gas yaitu sebagai berikut ini :

lebih teliti

dapat mengukur suhu rendah karena titik bekunya -250°C

dapat mengukur suhu tinggi karena titik didihnya 1500°C

Kelemahan dari Termometer Gas yaitu sebagai berikut ini :

pengukuran lambat

2.4 c. Termometer Tekanan Uap

Kelebihan dari Termometer Tekanan Uap

Mudah didapat

Hasil pengukurannya akurat

Kelemahan dari T ermometer Tekanan Uap yaitu sebagai berikut ini:

Tekanannya bergantung pada suhu

Penurunan suhu pada termometer tekanan uap menyebabkan kondensasi

18

2.4 d. Termometer Bimetal

Kelebihan dari Termometer Bimetal yaitu sebagai berikut :

Tahan dari goncangan

Tidak mudah terbakar

harganya relatif Murah

tahan lama, awet dan mudah dikalibrasikan

dapat digunakan untuk termograf

Kelemahan  Termometer Bimetal yaitu sebagai berikut ini :

memerlukan kalibrasi sering untuk menjaga akurasi respon terhadap perubahan suhu lambat

Kurang akurat

2.5. Aplikasi Macam-macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik dalam kehidupan

sehari- hari

2.5 a. Termometer Air Raksa

Termometer air raksa masih banyak digunakan dalam bidang meteorologi, tetapi

penggunaan pada bidang-bidang lain semakin berkurang, karena air raksa secara permanen

sangat beracun pada sistem yang rapuh dan beberapa negara maju telah mengutuk

penggunaannya untuk tujuan medis. Beberapa perusahaan menggunakan campuran gallium,

indium, dan tin (galinstan) sebagai pengganti air raksa.

19

b. Termometer Gas

Dalam kehidupan sehari-hari, termometer gas jarang digunakan. Termometer gas

biasanya terdapat di Laboratorium untuk kegiatan penelitian. Selain itu, termometer gas

juga banyak dipakai dalam kegiatan industri, misalnya di pabrik-pabrik farmasi dan

yang sering berhubungan dengan gas dalam produksi. Jika sejumlah gas dipanaskan dan

volumenya dijaga tetap, tekanannya akan bertambah. Sifat termometrik ini

dimanfaatkan untuk mengukur suhu pada termometer gas.

c. Termometer Tekanan Uap

Termometer tekanan uap berguna dalam mengukur penurunan tekanan uap pada

sifat koligatif larutan. Penurunan tekanan uap jenuh larutan akan semakin besar apabila

konsentrasi (fraksi mol) dari zat terlarut semakin besar. Tekanan uap suatu zat cair lebih

tinggi dari tekanan uap jenuh larutan, perhatikan Gambar 11.1.

Gambar 11.1. Pengaruh adanya zat terlarut terhadap tekanan uap pelarut A murni dan adanya zat

terlarut B

Roult meneliti dan banyak melakukan eksperimen dalam berbagai campuran zat dan dia

menyimpulkan hubungan antara penurunan tekanan uap suatu zat cair dengan konsentrasi

larutannya, Hasil ekperimennya mengantarkan Roult untuk menyederhanakan fenomena tersebut

kedalam persamaan seperti dibawah ini :

20

dimana;

P = tekanan uap jenuh larutan

Pº = tekanan uap jenuh pelarut murni

XA = fraksi mol pelarut

Sedangkan penurunan tekanan uap jenuh diakibatkan karena adanya fraksi zat terlarut di dalam

pelarut.

Sehingga besarnya penurunan sangat tergantung pada fraksi zat ini yang dinyatakan dalam

persamaan;

Dimana :

ΔP = penurunan tekanan uap jenuh pelarut

Pº = tekanan uap jenuh pelarut murni

XB = fraksi mol zat terlarut

Dari hubungan di atas maka didapat, tekanan uap jenuh larutan:

P = tekanan uap larutan

ΔPºA = penurunan tekanan uap jenuh larutan

PºA = tekanan uap jenuh pelarut murni

21

d. Termometer Bimetal

Jika kendaraan bermotor melaju cepat, mesinnya cepat panas dan spidometer

menunjukkan angka kelajuan yang besar. Jika kendaraan melaju pelan, mesin tidak

cepat panas dan spidometer akan menunjukkan angka kelajuan yang kecil. Jenis

termometer ini adalah termometer bimetal yang menggunakan logam sebagai bahan

untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika

dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.

Prinsip kerjanya, keping bimetal dibentuk spiral dan tipis. Ujung spiral bimetal

ditahan, atau tidak bergerak dan ujung lainnya menempel pada gir penunjuk. Semakin

besar suhu, keping bimetal semakin melengkung dan menyebabkan jarum penunjuk

bergerak ke kanan ke angka yang lebih besar. Jika suhu turun, jarum penunjuk bergerak

kekiri ke arah angka yang lebih kecil.

Alat-alat teknologi yang menggunakan prinsip bimetal, antara lain termostat, sakelar

otomatis pada setrika, alat pemberitahu kebakaran.

Termostat

Ruangan hotel-hotel mewah yang terdapat di daerah sejuk atau dingin, seperti di kawasan

Puncak-Bogor, Lembang-Bandung, atau daerah lainnya memiliki pengaturan panas ruangan.

Apabila udara di ruangan dingin, lempengan bimetal akan menyusut, lurus, dan menyentuh

lempengan logam biasa sehingga kedua ujung lempengan tersebut saling bersentuhan. Sentuhan

antara kedua ujung logam itu menjadikan adanya kontak dengan arus listrik, arus listrik masuk dan

rangkaian pemanas tertutup yang menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat.

Sebaliknya, apabila ruangan telah cukup hangat, maka lempengan bimetal akan mengembang dan

kembali ke posisi semula, yaitu membengkok, tidak kontak dengan arus listrik, arus listrik terputus,

sehingga rangkaiannya terbuka, pemanas terputus, dan pemanasan ruangan selesai.

22

Sakelar Otomatis pada Setrika Otomatis

Suhu pada setrika secara otomatis, maka disebut setrika otomatis. Pada setrika otomatis

terdapat alat untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik secara otomatis, yang disebut

sakelar otomatis. Prinsip kerja sakelar otomatis dapat kamu amati pada gambar.

Apabila suhu sudah cukup tinggi, bimetal akan melengkung menjauhi kontak (K), arus

listriknya putus, setrika akan menjadi dingin. Ketika dingin, bimetal menyentuh kontak (K), maka

arus listrik mengalir kembali, sehingga setrika kembali panas.

Sumber Gambar: kampungide.com

Alat Pemberitahu Kebakaran

Apabila ada kenaikan suhu di sekitar alat ini, bimetal menyentuh kontak sehingga arus

listrik mengalir menuju bel listrik. Bel listrik akan berbunyi, yang menandakan ada kebakaran atau

panas.

23

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Pengukuran suhu efek mekanik adalah Pengukuran suhu dengan instrumentasi yang bekerja

atas dasar perubahan dimensi mekanik akibat perubahan suhu.

Prinsip Kerja thermometer raksa yaitu Cembul termometer zat cair dalam gelas dikenakan

pada lingkungan yang akan diukur suhunya, kenaikan suhu menyebabkan zat cair dalam

cembul memuai dan naik didalam kapiler dan akan menunjukkan skala suhu, biasanya dapat

dipakai sampai 600 F (301,3) diperluas 1000 F(523,6 C)

Prinsip Kerja termometer gas yaitu jika suatu gas ada di dalam sebuah bejana pada volume

konstan kemudian tekanan serta suhunya diubah- ubah maka perbandingan antara tekanan

gas dan suhunya konstan pula

Prinsip Kerja termometer tekanan uap yaitu jika sebuah bejana tertutup diisi sebagian cairan,

maka ruangan diatas tersebut akan terdiri dari uap dan cairan yang tekanannya tergantung

pada suhu. Jika suhu dinaikkan, maka cairan yang menguap akan lebih banyak dan tekanan

akan meningkat. Penurunan suhu akan mengakibatkan terjadinya kondensasi sebagian uap

dan tekanan akan turun. Jadi tekanan uap bergantung pada suhu

Prinsip Kerja termometer bimetal yaitu bila keping dikenakan pada suhu yang lebih tinggi

dari suhu peningkatnya dan akan membengkok ke suatu arah, bila dikenakan pada suhu

yang lebih rendah dari suhu peningkatnya, ia akan membelok ke arah lain.

24

Daftar Pustaka

Alan S. Morris, Measurement and Instrumentation Principles, Alan S. Morris, Butterworth-

Heinenman, 2001

Karl Ehinger, Industrial temperature measurement, ABB Automation Product, 2008

Raytek Corporation, Principles of Non-Contact Temperature Measurement, 2003

http://www.capgo.com/Resources/Temperature/FibreOptic/Fibre.html diakses tanggal 2 Desember

2012

.

25

DAFTAR ISI

Kata Pengantar ……………………………………………………………………… i

Daftar Isi ………………………………………………………………………...ii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ………………………………………………………………....1

1.2 Tujuan ………………………………………………………………….2

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Pengertian Pengukuran Suhu Efek Mekanik…………………………………… 3-4

2.2 Prinsip Pengukuran Suhu Efek Mekanik……………………………………… 4-6

2.3 Macam- macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik……………………………. 6-17

2.4 Kelebihan dan Kekurangan Pengukuran Suhu Efek Mekanik ……………….. 17-19

2.5 Aplikasi Macam- Macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik dalam Kehidupan ….19-23

BAB III PENUTUP

3.1 Kesimpulan ………………………………………………………………………… 24

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………………... 25