Upload
muhammad-ar
View
18.204
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
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
Gra
fik
Per
band
inga
n R
TD
VS
T
herm
isto
r
Hubungan temperatur dan hambatan pada thermistor
= Nilai hambatan pada temperatur Referensi T
R Roe
1
T 1
To
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 bath
Cu
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