Standard satuan temperatur yang
secara umum digunakan di dunia ada dua macam, yakni satuan Fahrenheit dan
Celcius. Skala Fahrenheit menggunakan angka 32o untuk menunjukkan
titik beku dan 212o untuk titik didih dari air murni pada tekanan
atmosfer. Sedangkan untuk satuan Celcius, menggunakan angka 0o pada
titik beku serta 100o untuk titik didih air murni pada tekanan
atmosfer. Pada perkembangan selanjutnya, konvensi internasional menetapkan standard
baru pada titik bawah masing-masing satuan tersebut. Sekarang penunjukan 0oC
atau 32oF bukan pada titik beku air, namun berada pada titik tripel
(triple point) dari air. Triple point adalah kondisi dimana air
bisa berfase cair, padat, ataupun gas sekaligus.
Panas sangat berpengaruh terhadap
properti dari suatu materi seperti ekspansi termal, radiasi, serta efek
elektrik. Ketiga properti tersebut menjadi dasar untuk membuat alat ukur
temperatur sesuai dengan pengaruh perubahan suhu terhadap properti suatu benda.
Tingkat presisi alat ukur temperatur sangat bergantung kepada properti materil
yang digunakan, properti material yang diukur, serta desain dari alat ukur itu
sendiri. Sehingga penentuan alat ukur yang tepat sesuai dengan media kerja yang
akan diukur sangat mempengaruhi hasil akhir pengukuran.
Di dunia sains telah banyak
dikembangkan metode-metode pengukuran temperatur. Sehingga berdasarkan metode
pengukuran ini juga dapat kita klasifikasikan termometer menjadi beberapa
jenis. Untuk lebih jelasnya, mari kita bahas satu-persatu metode pengukuran
temperatur ini:
- Perubahan Fase.
Fusi. Beberapa zat kimia seperti merkuri dan air, memiliki temperatur yang tetap untuk mengalami perubahan fase dari padat menjadi cair. Sifat ini disebut fusi, yang mana sangat cocok untuk dijadikan acuan skala alat pengukuran temperatur. Titik leleh atau cair materi-materi ini dijadikan acuan untuk batas bawah skala alat ukur temperatur. Salah satu aplikasi dari alat ukur yang menggunakan metode ini adalah pyrometric cone. Alat ini menggunakan campuran senyawa oksida dan kaca yang akan meleleh pada temperatur yang telah ditentukan. Pyrometric cone umum digunakan pada industri-industri keramik untuk mengukur temperatur furnace. Campuran zat yang digunakan pada alat ini dapat bekerja pada rentan temperatur 593-1982oC. Vaporisasi. Tekanan penguapan sebuah cairan bergantung kepada temperaturnya. Pada saat sebuah cairan dipanaskan hingga mendidih, tekanan uap yang terbentuk sama dengan tekanan total permukaan cairan tersebut. Titik didih berbagai jenis zat kimia dapat digunakan sebagai acuan termometrik. Apabila cairan dan uap yang terbentuk berada di dalam sebuah bejana tertutup, maka kenaikan tekanan uap yang terjadi dapat digunakan untuk mengukur temperatur menggunakan pressure gauge yang terkalibrasi. Termometer Vapour Pressure
- Expansion Properties
Sebagian besar material di alam ini memiliki sifat yang akan berekspansi (memuai) apabila terjadi kenaikan temperatur di lingkungan sekitarnya. Besar ekspansi yang terjadi berbanding lurus dengan kenaikan temperatur yang terjadi. Sifat ini dapat digunakan sebagai alat ukur temperatur selanjutnya.
Gas. Pemuaian pada gas dijabarkan kedalam rumusan berikut
Pvm = R
x T
Dimana P = tekanan absolut (lb/ft2); vm
= volume (ft3/mole gas); R = konstanta gas (1545 ft lb/mole);
T = temperatur absolut (R=oF + 460).
Nitrogen menjadi gas yang paling umum digunakan untuk termometer yang menggunakan prinsip kerja ekspansi ini. Nitrogen dapat digunakan dalam rentang temperatur -129 sampai 538oC. Konstruksi dari temperatur ini persis sama dengan termometer vapour pressure, hanya saja media kerjanya yang diganti dengan gas nitrogen. Pemuaian dari gas nitrogen yang dipanaskan meningkatkan tekanan sistem dan mengaktuasi indikator temperatur.
Liquid. Pemuaian zat cair dapat digunakan sebagai termometer dengan jalan menggunakan bulb dan pipa kapiler. Pada termometer jenis ini bulb dan pipa kapiler diisi penuh dengan cairan dan dikalibrasi dengan menggunakan pressure gauge. Salah satu jenis zat yang paling umum digunakan untuk termometer jenis ini adalah mercury, yang dapat bekerja pada renta suhu -40 hingga 538oC.
Termometer jenis liquid ini sangat simpel, murah, dapat langsung dibaca, dan bersifat portabel. Namun termometer ini memiliki ketelitian yang rendah. Termometer jenis ini dengan bulb yang tidak terlindungi apapun, hanya cocok untuk digunakan di lingkungan laboratorium saja dan tidak untuk di lingkungan industri berat. Untuk penggunaan di dunia industri, dibutuhkan sedikit modifikasi dengan penggunaan pelindung metal pada sisi bulb termometer. Namun hal ini menjadikan termometer ini lebih lambat untuk merespon terjadinya perubahan suhu dalam rentan waktu yang pendek.
Nitrogen menjadi gas yang paling umum digunakan untuk termometer yang menggunakan prinsip kerja ekspansi ini. Nitrogen dapat digunakan dalam rentang temperatur -129 sampai 538oC. Konstruksi dari temperatur ini persis sama dengan termometer vapour pressure, hanya saja media kerjanya yang diganti dengan gas nitrogen. Pemuaian dari gas nitrogen yang dipanaskan meningkatkan tekanan sistem dan mengaktuasi indikator temperatur.
Liquid. Pemuaian zat cair dapat digunakan sebagai termometer dengan jalan menggunakan bulb dan pipa kapiler. Pada termometer jenis ini bulb dan pipa kapiler diisi penuh dengan cairan dan dikalibrasi dengan menggunakan pressure gauge. Salah satu jenis zat yang paling umum digunakan untuk termometer jenis ini adalah mercury, yang dapat bekerja pada renta suhu -40 hingga 538oC.
Termometer jenis liquid ini sangat simpel, murah, dapat langsung dibaca, dan bersifat portabel. Namun termometer ini memiliki ketelitian yang rendah. Termometer jenis ini dengan bulb yang tidak terlindungi apapun, hanya cocok untuk digunakan di lingkungan laboratorium saja dan tidak untuk di lingkungan industri berat. Untuk penggunaan di dunia industri, dibutuhkan sedikit modifikasi dengan penggunaan pelindung metal pada sisi bulb termometer. Namun hal ini menjadikan termometer ini lebih lambat untuk merespon terjadinya perubahan suhu dalam rentan waktu yang pendek.
Termometer Bimetal
Solid. Termometer tipe selanjutnya yang menggunakan prinsip kerja pemuaian adalah pada benda padat. Tipe ini menggunakan media kerja logam bimetal. Logam bimetal adalah logam tipis dari dua jenis logam yang memiliki koefisien pemuaian berbeda, dan digabungkan menjadi satu. Pada saat terjadi perubahan panas, logam bimetal ini akan melengkung karena adanya perbedaan koefisien pemuaian antara kedua logam tadi. Prinsip inilah yang dapat digunakan sebagai alat ukur temperatur.
Solid. Termometer tipe selanjutnya yang menggunakan prinsip kerja pemuaian adalah pada benda padat. Tipe ini menggunakan media kerja logam bimetal. Logam bimetal adalah logam tipis dari dua jenis logam yang memiliki koefisien pemuaian berbeda, dan digabungkan menjadi satu. Pada saat terjadi perubahan panas, logam bimetal ini akan melengkung karena adanya perbedaan koefisien pemuaian antara kedua logam tadi. Prinsip inilah yang dapat digunakan sebagai alat ukur temperatur.
- Sifat Radiasi Material
Tipe termometer selanjutnya adalah yang menggunakan sifat radiatif dari suatu benda. Setiap benda padat akan memancarkan radiasi semakin tinggi apabila dia berada dalam temperatur yang semakin panas. Prinsip ini sesuai dengan persamaan Stefan-Boltzman berikut:
q/S = σ ε T4
Dimana:
q = energi radiasi tiap satuan waktu
(Btu/h)
S = luas area permukaan (ft2)
σ = konstanta Stefan-Boltzman (1,71×10-9 Btu/h ft2 R4)
ε = emisivitas permukaan
T = temperatur absolut (R)
S = luas area permukaan (ft2)
σ = konstanta Stefan-Boltzman (1,71×10-9 Btu/h ft2 R4)
ε = emisivitas permukaan
T = temperatur absolut (R)
Logam panas dapat kita jadikan ilustrasi untuk memudahkan
kita memahami metode pengukuran temperatur ini. Logam panas memancarkan warna
yang berbeda-beda di setiap tingkatan temperatur. Secara garis besar adalah
sebagai berikut:
|
Dark
red
|
1000oF
(538oC)
|
|
Medium
cherry red
|
1250oF
(677oC)
|
|
Orange
|
1650oF
(899oC)
|
|
Yellow
|
1850oF
(1010oC)
|
|
White
|
2200oF
(1204oC)
|
Pyrometer Optik.
Pyrometer optik adalah sebuah instrumen pengukuran temperatur yang menggunakan
prinsip pancaran radiasi benda panas. Pyrometer optik secara visual
membandingkan tingkat kecerahan permukaan sebuah benda dengan referansi sebuah
sumber radiasi tertentu. Benda referensi yang digunakan biasanya berupa filamen
tungsten yang dipanaskan secara elektrik. Di dalam alat ini juga digunakan
sebuah filter warna merah sehingga secara visual didapatkan gelombang tertentu
yang dapat dikomparasi dengan titik referensi. Alat ini dapat menentukan
temperatur permukaan benda dengan angka emisivitas (ε) 1,0.
Prinsip Kerja Pyrometer Optik
Pyrometer optik sangat cocok digunakan untuk mengukur logam
panas, karena jika alat ini dikalibrasi dengan baik ia akan sangat sempurna
mengukur temperatur logam di atas 1500oF (816oC).
Sehingga alat ini sangat ideal untuk digunakan pada industri-industri yang
melibatkan proses pemanasan logam seperti boiler, perlakuan panas untuk logam,
dan lain sebagainya. Namun pyrometer optik tidak cocok jika digunakan untuk
mengukur temperatur gas, karena gas panas tidak memancarkan radiasi secara
kasat mata.
Pyrometer Radiasi. Logam panas memancarkan radiasi dengan nilai tertentu yang besarnya ditangkap oleh pyrometer jenis ini untuk menentukan temperatur logam tersebut. Pyrometer tipe ini memiliki tingkat sensitifitas yang tinggi, kepresisian, serta rentan pembacaan temperatur yang lebih lebar. Alat ini sangat baik membaca temperatur logam di atas 538oC. Satu kelebihan yang peling penting dari akat ini adalah tidak dibutuhkannya pembacaan temperatur secara visual, sehingga ia dapat dipasang di sebuah titik yang tidak terjangkau oleh pandangan manusia, seperti di dalam furnace boiler.
Pyrometer Radiasi. Logam panas memancarkan radiasi dengan nilai tertentu yang besarnya ditangkap oleh pyrometer jenis ini untuk menentukan temperatur logam tersebut. Pyrometer tipe ini memiliki tingkat sensitifitas yang tinggi, kepresisian, serta rentan pembacaan temperatur yang lebih lebar. Alat ini sangat baik membaca temperatur logam di atas 538oC. Satu kelebihan yang peling penting dari akat ini adalah tidak dibutuhkannya pembacaan temperatur secara visual, sehingga ia dapat dipasang di sebuah titik yang tidak terjangkau oleh pandangan manusia, seperti di dalam furnace boiler.
Pyrometer Radiasi
- Electrical Properties
Alat ukur temperatur yang paling banyak digunakan di dunia industri adalah yang menggunakan sifat elektris. Sifat elektris suatu logam akan berubah jika temperaturnya berubah, prinsip ini dapat digunakan untuk mengukur temperatur sebuah logam. Ada dua jenis alat ukur temperatur yang menggunakan prinsip elektris ini, yakni thermocouple dan termometer electrical resistance. Thermocouple. Alat ini tersusun atas dua konduktor listrik dari material yang berbeda yang dirangkai membentuk sebuah rangkaian listrik. Jika salah satu dari konduktor tersebut dijaga pada temperatur yang lebih tinggi daripada konduktor lainnya sehingga ada diferensial temperatur, maka akan timbul efek termoelektris yang menghasilkan tegangan listrik. Besar tegangan listrik yang terbentuk tergantung dari jenis material konduktor yang digunakan, serta besar perbedaan temperatur antara dua konduktor tersebut.
Prinsip Kerja Thermocouple
Thermocouple memiliki kelebihan seperti harganya yang murah, mudah diaplikasikan pada berbagai kondisi sistem, awet, serta sederhana namun sangat responsif. Alat ini juga memungkinkan untuk mensentralisasi pembacaan temperatur, sehingga sejumlah thermocouple yang tersebar di beberapa tempat, hasil pembacaannya dapat diletakkan pada satu tempat tertentu. Thermocouple menjadi satu alat ukur yang paling banyak diterapkan di dunia industri terutama di pembangkit-pembangkit tenaga listrik.
Termometer Tahanan. Termometer tahanan dapat membaca temperatur di antara -240 hingga 982oC, tergantung dari tahanan listrik logam yang muncul seiring adanya peningkatan temperatur logam tersebut. Termometer ini menggunakan prinsip jembatan Wheatstone untuk menciptakan rangkaian tahanan listrik.
Thermocouple memiliki kelebihan seperti harganya yang murah, mudah diaplikasikan pada berbagai kondisi sistem, awet, serta sederhana namun sangat responsif. Alat ini juga memungkinkan untuk mensentralisasi pembacaan temperatur, sehingga sejumlah thermocouple yang tersebar di beberapa tempat, hasil pembacaannya dapat diletakkan pada satu tempat tertentu. Thermocouple menjadi satu alat ukur yang paling banyak diterapkan di dunia industri terutama di pembangkit-pembangkit tenaga listrik.
Termometer Tahanan. Termometer tahanan dapat membaca temperatur di antara -240 hingga 982oC, tergantung dari tahanan listrik logam yang muncul seiring adanya peningkatan temperatur logam tersebut. Termometer ini menggunakan prinsip jembatan Wheatstone untuk menciptakan rangkaian tahanan listrik.
Prinsip Kerja Termometer Tahanan
Termometer tahanan ini memiliki tingkat kepresisian yang sangat baik, akurat, namun tidak dapat digunakan pada temperatur yang tinggi. Hal ini dikarenakan pada temperatur yang tinggi, rangkaian tahanan akan menjadi sangat mudah terkontaminasi oleh logam-logam lain yang akan menempel pada rangkaian tersebut, mengakibatkan pembacaan yang menjadi tidak akurat.
Termometer tahanan ini memiliki tingkat kepresisian yang sangat baik, akurat, namun tidak dapat digunakan pada temperatur yang tinggi. Hal ini dikarenakan pada temperatur yang tinggi, rangkaian tahanan akan menjadi sangat mudah terkontaminasi oleh logam-logam lain yang akan menempel pada rangkaian tersebut, mengakibatkan pembacaan yang menjadi tidak akurat.
0 komentar:
Posting Komentar