Teknik Pengukuran dan Alat Ukur
advertisement
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 – 37,8C Skala pengukuran • Titik beku air pada tekanan 1 atm: 1C atau 32F • Titik didih air pada tekanan 1 atm: 100C atau 212F F 32.0 95 C R 95 K 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 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 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 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/mC – Steel = 2x10-5 to 20x10-5 m/mC • T temperature • d thickness Bimetal - Helical metal strip Bimetal - Helical metal strip 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 1800C • Relatif tidak akurat dan tidak berulang (non repeatable) dibanding dengan RTD dan thermistor • Tahan terhadap kejutan dan getaran 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 • 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 1. Rangkaian thermistor, 2. Pada temperatur tinggi, arus mengalir melalui thermistor, bulb off 3. 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 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 0C) Resistance as a function of temperature for materials used as temperature sensors
