Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur

paling cocok dari skala temperatur termodinamika. Ketidaksesuaian antara kedua skala temperatur ini diperkirakan dalam derajat centigrade. Pada dasarnya, ada empat metode pengukuran temperatur : 1. Pemuaian panas 2. Termolistrik 3. Resistansi 4. Radiasi Metode yang dipilih akan tergantung pada faktor-faktor seperti ketelitian, persyaratan rekaman, persyaratan pengendalian, temperatur, lokasi, biaya dan kondisi luar yang penting.

II.3. Jenis-Jenis Alat Ukur Temperatur

Temperatur tidak diukur secara langsung, tetapi dengan cara tidak langsung, yaitu dengan mengamati pengaruh perubahan temperatur. Perubahan temperatur dapat menyebabkan berbagai macam perubahan, antara lain : a. Perubahan volume b. Perubahan tekanan c. Perubahan viskositas d. Perubahan tegangan listrik e. Perubahan tegangan listrik pada junction termokopel f. Perubahan resonansi kristal, dan lain-lain Universitas Sumatera Utara

II.3.1. Termometer Air Raksa

Prinsip kerja berdasarkan perubahan temperatur menyebabkan perubahan volume, agar perubahan volume tersebut dapat tampak lebih jelas lebih sensitif, maka digunakan system reservoir dan kapiler lihat Gambar 2.1. Gambar 2.1. Temometer Air Raksa Umumnya bila suatu aliran dipanaskan maka volumenya akan bertambah menurut hubungan : Vt = Vo + 1 + β Δt .............................2.4 Keterangan : Vt = Volume pada termometer t Vo = Volume mula Β = Koefisien muai volume dari cairan Δt = Perubahan temperatur

II.3.2. Termometer Bimetal

Dua buah logam dengan koefisien muai panjang berbeda diletakkan sejajar, karena satu logam mempunyai koefisien muai panjang yang lebih besar, maka kenaikan temperatur akan ditunjukkan oleh penyimpangan defleksi dari bimetal. Penurunan temperatur akan disertai dengan gerakan pada arah yang Universitas Sumatera Utara berlawanan. Umumnya bila suatu batang dipanaskan maka akan terjadi pertambahan panjang. L t = L o 1 + α Δt ...............................2.5 Keterangan : L t = Panjang mula α = Koefsien muai panjang Δt = Perubahan temperatur L t = Panjang pada temperatur Suatu batang bimetal yang mula-mula lurus pada temperatur To, akan melengkung bila temperatur diubah menjadi T. Jari-jari lengkungan akan mengikuti rumus empiris lihat Gambar 2.2. t 3 1 + m 2 + 1 + m m 2 + 1 mn R t m n α A dan α B T To .......................2.6 6 α A - α B T – T o 1 + m 2 Keterangan : = = = = = = = Jari-jari lengkungan yang terjadi Tebal total pelat Perbandingan tebal pelat terhadap A Perbandingan modulus elastisitas bahan A terhadap B Masing-masing koefisien muai panjang bahan A dan B Temperatur pada waktu terjadi pelengkugan temperatur yang diukur ditunjukkan o C Temperatur pada waktu kedua pelat diletakkan pada waktu pelat tidak melengkung C Untuk mendapatkan sensitivitas yang lebih besar, diusahakan agar metal B mempunyai α A yang sekecil mungkin dan metal A yang sebesar mungkin. r = Universitas Sumatera Utara Contohnya : invar campuran besi-nikel dengan koefisien muai kecil, paduan kuningan atau nikel dengan koefisien muai besar. Bimetal ini selain pengukur pengukur temperatur, sering pula digunakan sebagai elemen control pada system pengontrol temperatur pada kontroler jenis on-off. Gambar 2.2. Temometer Bimetal Konstruksi antara lain : - Spiral - Bentuk U - Washer - Helik - Helik Ganda -

II.3.3. Termokopel

Termokopel terdiri dari sambungan junction dari dua logam yang berbeda. Pada sambungan ini terdapat tegangan listrik yang nilainya dipengaruhi Universitas Sumatera Utara oleh temperature junction. Perubahan temperatur akan memberikan harga tegangan yang berubah pula. Pada termokopel terdapat 3 efek yang saling berkaitan yaitu : 1. Efek Seebeck Bila dua logam yang berbeda dan dihubungkan seperti pada Gambar 2.3 maka akan timbul tegangan listrik antara kedua terminal yang besarnya tergantung pada temperatur pada junctionnya temperatur pada titik hubung antara kedua logam tersebut. 2. Efek Peltier Bila pada junction tersebut mengalir arus listrik maka tegangan listrik yang terjadi tadi akan berubah naik atau turun tergantung dari arah arus listrik yang mengalir pada junction tersebut. 3. Efek Thomson Bila sepanjang logam tersebut terdapat gradient temperatur, maka besarnya tegangan juga akan berubah. Gambar 2.3. Termokopel

II.3.4. Termometer Bejana Kapiler

Pada sistem pengukuran temperatur yang menggunakan Termometer Bejana Kapiler ini, dapat terbagi menjadi tiga kelas : Universitas Sumatera Utara Kelas I : Berisi cairan Kelas II : Berisi uap Kelas III : Berisi gas Termometer jenis ini umumnya terdiri dari 3 bagian, seperti yang dapat diperhatikan pada gambar 2.4 berikut: - Bejana sebagai elemen perasa - Pipa kapiler sebagai penghubung - Pengukur tekanan seperti tabung bourdon, bellow, atau diafragma sebagai indikator Gambar 2.4. Termometer Bejana Kapiler II.3.5. Termometer Tahanan Platinum Resistance Pt-100 Platinum Resistance Pt-100 atau dikenal dengan Detektor Temperatur Tahanan adalah salah satu bagian dari instrumen yang digunakan untuk menentukan nilai atau besaran suatu temperatursuhu, yang menggunakan elemen sensitif dari kawat platina, tembaga, atau nikel murni yang memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam batas suhunya. Detektor Temperatur Tahanan listrik berdasarkan perubahan tahanan listrik suatu logam terhadap perubahan temperatur, umumnya bila suatu logam Universitas Sumatera Utara dipanaskan maka tahanan listriknya akan naik sesuai dengan temperaturnya menurut hubungan : Rt = R 1 + At + Bt 2 Dimana : R = tahanan pada suhu T R = tahanan pada suhu To Reference a,b = konstanta yang ditentukan dengan eksperimen a = 3,908x10 -3 dan b = 5,775x10 -7 α = koefisien suhu dari bahan logam yang bersangkutan per C II.3.5.1. Jenis-Jenis Logam PT-100 Platinum Resistance Pt-100 menggunakan karakteristik dari besaran tahanan listrik dari suatu jenis logam yang berubah berdasarkan perubahan temperatur. Dalam dunia industri atau penggunaannya di dalam suatu proses, biasanya Platinum Resistance Pt-100 digunakan pada: a. Mesin pendingin b. Proses pembuatan makanan c. Kompor dan alat pemanggang d. Produksi kain textile e. Produksi plastik f. Produksi bahan-bahan kimia g. Pembuatan bahan-bahan mikroelektronik h. Pengukuran suhu udara, gas, dan cairan-cairan Universitas Sumatera Utara i. Pengukuran suhu tempat pembuangan gas Beberapa jenis logam yang digunakan pada Pt-100 adalah platinum, nickel dan copper tembaga, yang masing-masing mempunyai karakteristik yang sesuai dengan kenaikan temperatur dan kenaikan besaran tahanan. Mengenai karakteristik resistensi temperatur dari bahan termoresistif pada kenaikan suhu, dapat dilihat pada Ggambar 2.1. 0 0 200 400 600 800 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 TEMPERATURE, C RELATIVE RESISTANCE, RT R0 C THERMISTOR NICKEL TUNGSTEN COPPER PLATINUM Gambar 2.1. Karakteristik Resistansi Temperatur dari Bahan Termoresistif pada Kenaikan Suhu Banyak sekali pilihan dalam pertimbangan ketika memutuskan untuk memilih jenis elemen Pt-100 yang harus digunakan. a. Tingkatan besaran temperatur b. Batas toleransi, tingkat keakurasian, dan kemampuan untuk tidak mudah berubah-ubah c. Kecepatan tanggap d. Jarak dari tempat pengontrolan atau peralatan pengukuran Universitas Sumatera Utara Pada tabel 2.1 dapat dilihat batas temperatur dari beberapa jenis-jenis logam yang digunakan untuk Pt-100 . Tabel 2.1. Jenis Logam Pt-100 Jenis Batas Temperatur Keuntungan Kekurangan Platina - 200 C sampai dengan +650 C - Murah - Stabilitas tinggi - Batas kerja lebar - Waktu respons yang relatif lambat 5 S - Tidak selinear tembaga Tembaga -200 C sampai dengan +150 C - Linearitas tinggi - Ketelitian dalam batas temperatur sekeliling - Batas temperatur terbatas sampai 150 C Nikel - 70 C sampai dengan +150 C - Umur panjang - Sensitivitas tinggi - Koefisien temperatur tinggi - Lebih linear dari pada tembaga - Batas temperatur terbatas A. Platinum Resistance Temperature Detector Dari semua jenis logam, biasanya Platinum Resistance Pt-100 yang sering digunakan pada industri adalah jenis Platinum Resistance. karena memiliki kemampuan pengukuran suhu yang sangat luas dan memiliki koefisien tahanan terhadap suhu yang besar. Platina memiliki karakteristik optimum dalam melayani berbagai rentang suhu. Meskipun platina itu adalah logam mulia yang paling sempurna dan tidak mudah teroksidasi, namun akan mudah mengalami kontaminasi pada suhu yang tinggi, diakibatkan oleh beberapa jenis gas seperti karbon monoksida, reduksi atmosfir lainnya dan oleh oksida logam. Platina tersedia secara komersial dalam bentuk murni, serta memberikan karakteristik yang tahan terhadap suhu. Platina dengan koefisien temperatur dari tahanan sama dengan 0,00385 ΩΩ C untuk kisaran suhu 0 sampai 100 C telah digunakan sebagai standar untuk termometer industri di Amerika Serikat dan Universitas Sumatera Utara di seluruh Eropa Barat sejak Perang Dunia II. Platina telah semakin mendapatkan perhatian di Amerika Serikat semenjak tidak adanya koefisien standar yang sudah terdefenisi dan diterima secara umum. Platina memiliki titik lebur yang tinggi dan tidak mudah menguap pada suhu dibawah 1.200 C. Selain itu, platina juga memiliki kekuatan tarik mencapai 18.000 psi dan resistivitas 60 Ωcir mil ft pada 0 C 9,83µ Ω-cm. Platina adalah bahan yang umumnya sering digunakan dalam pembuatan termometer standar laboratorium untuk pekerjaan kalibrasi. Dalam kenyataannya, termometer resistan platina biasanya dengan dasar tahanan sama dengan 25,5 Ω pada 0 C adalah merupakan standar yang didefinisikan untuk standar kisaran suhu pada titik oksigen -182,96 C hingga pada titik antimoni 630,74 C sebagaimana didefinisikan oleh International Practical Temperature Scale tahun 1968 IPTS 68.

B. Nickel Platinum Resistance Pt-100

Untuk pengukuran temperatur pada industri dalam jarak -70 C sampai dengan 150 C, Platinum Resistance Pt-100 dengan menggunakan jenis elemen logam nikel telah memiliki kegunaan yang luas dan efisien. Nikel memiliki kekuatan tarik 120.000 psi dan resistivitas 38,36 Ωcir milft pada 0 C 6,38 µ Ω-cm. Suhu maksimum dari termometer ini adalah terkait dengan jenis material yang digunakan sebagai pelindung kabel nikel, yang diantaranya lapisan tipis porselein, sutera atau kapas. Pemanfaatan kawat isolasi fiberglass untuk konstruksi elemen secara efektif mendorong batasan suhu maksimum hingga Universitas Sumatera Utara 300 C. Diatas suhu 300 C nikel akan mengalami perubahan bentuk yang membuat kurva resistensi suhu tidak beraturan. Koefisien suhu dari nikel murni mendekati 0,0066 Ω Ω C, sedangkan platinum kurang dari 0,0033 Ω Ω C. Sehingga penggunaan nikel yang menggantikan platina dalam termometer resistansi seringkali memberikan sensitivitas yang tinggi.

C. Copper Platinum Resistance Pt-100

Tembaga elektrolit dengan kemurnian tertinggi telah tersedia secara komersial, dan memiliki koefisien suhu dengan konsistensi tinggi untuk nilai resistansi sama dengan atau mendekati 0,0042 Ω Ω C, yang lebih tinggi dari platinum. Elemen resistansi tembaga ini dibuat untuk memanfaatkan koefisien suhu maksimal dan juga dapat dipertukarkan dengan merujuk pada hubungan suhu resistensi. Kisaran suhu Resistance Temperature Detector tembaga adalah berkisar antara -200 hingga +150 C, dan memiliki kecenderungan oksidasi pada suhu tinggi. Tembaga memiliki kekuatan tarik 300.000 psi. Resistivitas tembaga adalah 9,38 Ω pada 0 C dengan nilai yang lebih rendah dari platina atau nikel.

II.4. Sistem Kontrol