Pendahuluan Sensor Temperatur
[email protected] @ i d
Definisi y
Temperatur p adalah suatu besaran fisika yang dapat dikatakan sebagai amplitudo energi g ggerak atom atau molekul. Energi g ini disebut dengan panas yang disebabkan oleh adanya y interaksi atom atau molekul.
Energi panas – Zat Padat Zat padat : y Atom atau molekul saling tarik-menarik dengan kuatnya dan membentuk ikatan satu dengan yang lainnya, sehingga tidak ada atom atau molekul yang berpindah. Hal ini terjadi pada keadaan seimbang (tetap pada posisinya). Atom atau molekul dapat b ib i di sekitar bervibrasi kit lokasinya, l k i A bil tidak Apabila tid k ada d vibrasi, maka bahan tidak mempunyai energi panas, atau Wth = 0. Apabila p ditambahkan energi g dari luar, akan terjadi vibrasi molekul di sekitar posisi keseimbangan, dikatakan bahwa bahan mempunyai energi panas tertentu atau Wthh > 0 .
Energi panas – Zat Cair Zat cair : y Penambahan P b h energii mengakibatkan kib k vibrasi ib i dipercepat, energi panas akan naik. Sehingga ikatan antar molekul akan pecah dan molekul akan b bergerak k di dalam d l bahan b h dan d pada d akhirnya khi b h bahan meleleh dan menjadi cairan. Dalam hal ini tarik menarik antar molekul tetap ada tetapi tidak mampu mempertahankan h k keadaan k d struktur k b d benda padat. Dalam keadaan bervibrasi, molekul dapat berpindah. Dapat dikatakan bahwa kecepatan ratarata perpindahan i d h molekul l k l merupakan k ukuran k d i dari energi panas yang ditanamkan pada molekul suatu bahan.
Energi panas - Gas Gas : y Penambahan energi panas secara intensif, p p ggerak molekul sehingga gg mempercepat mampu menghilangkan gaya tarik antar molekul, pada saat ini cairan mendidih, molekul-molekul saling bertabrakan dan juga antara molekul dengan dinding tempat dil k diletakannya b h Ketika bahan. K ik molekul-molekul l k l l k l terlepas dan bergerak bebas, bahan tersebut b b h menjadi berubah j di gas.
y
Perlu diketahui bahwa tidak semua bahan dapat mengalami transisi di atas. Seperti nitrogen g dapat p berubah dari keadaan padat ke cair dan gas, tetapi kertas dan kayu y : molekulnya y segera g terpecah p sebelum terjadi pencairan dan penguapan.
Konsep temperatur temperatur.. 1. Thermodinamika T Termometer pertama dibuat dib oleh l h Galileo G lil (1592), berdasarkan pada pertambahan volume udara karena perubahan panas. Perkembangan termometer diikuti diik i pula l oleh l h perkembangan k b pembuatan skala temperatur. Penentuan skala umumnya berdasarkan pada y Kalibrasi termometer dengan dua temperatur referensi, temperatur yang lain diperoleh dengan ppembagian g linier dan dengan g extrapolasi. p y Kalibrasi termometer dengan satu temperatur referensi, temperatur lainnya diperoleh dengan perhitungan pemuaian cairan. cairan y y
Thermodinamika y
y y
y y y y
Pada tahun 1661, Boyle menyimpulkan bahwa pada temperatur konstan T : PV = konstan dengan P = tekanan, V= volume udara (mol N). Satu abad berikutnya, pada percobaan yang terpisah Charles dan Gay-Lussac, y merumuskan hubungan g : V = Vo ( 1 + αt ) dengan : V = volume N moles gas pada temperatur τ pada skala sembarang V0 = volume pada temperatur 0 pada skala τ α = koeffisien k ffi i muaii volume l
Dengan keterbatasan percobaan, mereka menemukan bahwa p gas, g , α berharga g sama. Apabila p temperatur p T untuk beberapa dinyatakan sebagai : T = τ + α−1 Dan ((dengan g eliminasi τ)) diperoleh p V/T = konstan Selanjutnya dapat diturunkan bahwa : PV = konstan Nilai konstanta ditemukan sebagai N R dengan R = kb Na adalah konstanta ggas dalam JJoule/mol K, kb = konstanta Boltzman dan Na = bilangan Avogadro. Maka dapat dituliskan bahwa untuk gas : PV = NRT Ketika T = 0 diperoleh τ = − α−1 hal ini berarti kontraksi / pemampatan gas ke volume V0 sehingga dapat dikatakan, bahwa tidak ada temperatur yang l bih rendah lebih d h dari d i T dan d dapat d di dinyatakan k bahwa b h ini i i adalah d l h temperatur nol absolut. Pada keadaan ini tekanan dan volume mendekati nol.
Di awal abad 19 Regnault melakukan percobaan dan dibuktikan bahwa persamaan PV / T = konstan adalah rumus pendekatan, karena gas yang berbeda mempunyaii α yang berbeda b b d pula. l Dikatakannya Dik k bahwa rumus tersebut berlaku untuk gas pada tekanan rendah dan jumlah mol N kecil, yang di b dengan disebut d gas ideal. id l Skala Sk l yang sesuaii untukk mendefinisikan temperatur T adalah skala temperatur absolut atau skala temperatur gas id l ideal. Diperoleh bahwa pada τ = − α−1 = 0 °C bahwa T = 273,15 °C untuk α = 0,003661 ((°C)) -1 . Atau sebaliknya, titik nol skala gas ideal adalah -273,15 °C. Dalam hal ini, diinginkan skala temperatur yyangg bebas dari ppengaruh g suatu sifat bahan.
Skala temperatur temperatur.. Supaya pengukuran temperatur menjadi mudah dan praktis - terutama pada d dunia d i industri i d i yang memerlukan l k reprodusibilitas pengukuran serta keseragaman universal (worldwide) di dalam pengukuran temperatur - sangat diperlukan keberadaan satu skala praktis dan bukan bukan beberapa skala yang ada semasa Kelvin. y Skala temperatur yang dipakai secara umum dan Internasional adalah ITS-90 (International Temperature Scale of 1990). Di sini diberikan nilai temperatur untuk 17 phase keseimbangan dari material murni (Table 2-1. 2 1 Hal 23) . Kemudian dilakukan interpolasi di antara titik-titik temperatur ini sesuai dengan span yang diperlukan. T Temperatur thermodinamik h di ik T dengan d satuan kelvin k l i (K) dinyatakan sebagai besaran dasar yang dapat pula dinyatakan dalam temperatur (t ) dalam satuan Celcius. y
Skala temperatur temperatur.. Dengan definisi : y Besar satu satuan dalam temperatur Celcius ( C ) sama dengan besar satu satuan dalam kelvin. Kelvin didefinisikan sebagai 1/273,16 dari interval antara nol absolute dengan triple point of water. y Pada saat mendefinisikan skala temperatur ada satu set titik kalibrasi yang dipergunakan : y Oksigen : Keseimbangan cairan / gas y Air : Keseimbangan padat / cair y Air : Keseimbangan cair / gas y Emas : Keseimbangan padat / cair
Pengukuran temperatur temperatur.. Berdasarkan efek yang ditimbulkan oleh perubahan temperatur pada suatu zat. Efek/perubahan tersebut adalah : 1.
Perubahan volume suatu cairan (air raksa, alkohol, dsb) yang dipakai pada termometer gelas
2 2.
Perubahan tekanan gas atau tekanan uap atau tekanan cairan, seperti pada termometer tekanan relatif (pressure gage thermometer).
3.
Perubahan dimensi suatu zat padat (pemuaian), seperti pada termometer bimetal.
4.
Pembangkitan tenaga listrikyang disebabkan oleh perbedaan temperatur antara dua buah sambungan pada lup yang dibentuk oleh dua buah metal yang berbeda (prinsip termokopel).
5.
Perubahan harga tahanan listrik suatu zat, yang diterapkan pada termometer tahanan listrik (platina atau termistor)
6.
Perubahan warna dari filamen lampu pijar yang diatur untuk disesuaikan d dengan warna pancaran obyek b k temperatur tinggi i i (Pyrometer (P optik) ik)
7.
Penyerapan energi radiasi (Pyrometer radiasi)
Prinsip Fisika untuk Sensor Panas. Panas. Primaryy (thermodynamic) ( y ) Thermometer. y Apabila hubungan antara besaran fisika Φ a T dapat apat diturunkan. tu u a . dan Secondary (practical) Thermometer. Thermometer y Apabila hubungan yang ada hanyalah dari percobaan/empiris. b / ii
www temperatures com www.temperatures.com Basics These are the fundamentals of temperature and temperature measurements. If you are not sure you know them, then go no further until you do. Here are some very useful links that will help you master the fundamentals of temperature sensors and its measurements. y What Wh are h heat & temperature ? A webb page with links to a site written for middle school children that contains a wealth of information and a wonderful d f l perspective i on temperature measurement. Plus a site at a major national laboratory that provides interesting explanations off both b h topics. It I also l has h some off the h llinks k bbelow. l y
Types of Temperature Sensors y
A large g distinction can be made amongg temperature sensor or temperature measurement device types. yp From one perspective they can be simply classified into two ggroups, p contact and non-contact. The two links below take you to descriptive p pages p g on each type yp with a breakdown by more specific, detailed types. yp
Contact Sensors Contact temperature p sensors measure their own temperature. yO Onee infers e s tthee te temperature pe atu e of o the t e object to which the sensor is in contact by assumingg or knowingg that the two are in thermal equilibrium, that is, there is no heat flow between them. y
Non--Contact Sensors Non y
Most commercial and scientific noncontact temperature sensors measure the thermal radiant p power of the Infrared or Optical radiation that they receive from a known or calculated area on its surface, or a known or calculated volume within it ((in those cases where the object j is semitransparent within the measuring wavelength g pass p band of the sensor). )
Contact Temperature Sensors: y y y y y y y y y y
Thermocouple, R Resistance - RTDs RTD & PRTs, PRT Thermistors, Labels & Paint, Paint Glass Thermometers, Filled Systems, Systems Bimetal, ICs & Diode,, Thermowells, Others
Noncontact Temperature Sensors, IR Th Thermometers, IR Thermography Th Thermography: h : IR Thermometers, y Thermal Imaging, y Optical Pyrometry, Pyrometry y Blackbody and IR Calibration y
Displays, Electronics & Cal.: Meters, y Transmitters, y Controllers, Controllers y Data Acquisition/Logging (DAS/DAQ), y Calibration C lib i Products P d & Services S i y
Temp Sensor Resources: TC + RTD Tables Thermowell Wakes, y Emissivity, y Selecting Sensors, Sensors y Heat & Temp, y What Wh is i Temp?, T ? y Thermally Curious? y Scales & Conversions y
