Pe P ndahuluan e Sensor Sensor Te T mperatur mperatur s ui d.e u

Transkripsi

1 Pendahuluan Sensor Temperatur

2 Definisi Temperatur adalah suatu besaran fisika yang dapat dikatakan sebagai amplitudo energi gerak atom atau molekul. Energi ini disebut dengan panas yang disebabkan oleh adanya interaksi atom atau molekul.

3 Energi panas Zat Padat Zat padat : 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 bervibrasi i di sekitar lokasinya, Apabila tidak ada vibrasi, maka bahan tidak mempunyai energi panas, atau W th = 0. Apabila ditambahkan energi dari luar, akan terjadi vibrasi molekul di sekitar posisi keseimbangan, dikatakan bahwa bahan mempunyai energi panas tertentu atau W th > 0.

4 Energi panas Zat Cair Zat cair : Penambahan energi mengakibatkan k vibrasi i dipercepat, energi panas akan naik. Sehingga ikatan antar molekul akan pecah dan molekul akan bergerak di dl dalam bh bahan dan pada akhirnya bh bahan meleleh dan menjadi cairan. Dalam hal ini tarik menarik antar molekul tetap ada tetapi tidak mampu mempertahankan keadaan struktur benda padat. Dalam keadaan bervibrasi, molekul dapat berpindah. Dapat dikatakan bahwa kecepatan rata- rata perpindahan molekul lklmerupakan ukuran dari energi panas yang ditanamkan pada molekul suatu bahan.

5 Energi panas - Gas Gas : Penambahan energi panas secara intensif, mempercepat gerak molekul sehingga mampu menghilangkan gaya tarik antar molekul, pada saat ini cairan mendidih, molekul-molekul saling bertabrakan dan juga antara molekul dengan dinding tempat diletakannya bh bahan. Ketika molekul-molekul lkl lkl terlepas dan bergerak bebas, bahan tersebut berubahb menjadi jdigas.

6 Perlu diketahui bahwa tidak semua bahan dapat mengalami transisi di atas. Seperti nitrogen dapat berubah dari keadaan padat ke cair dan gas, tetapi kertas dan kayu : molekulnya segera terpecah sebelum terjadi pencairan dan penguapan.

7 Konsep temperatur. 1. Thermodinamika Termometer pertama dibuat oleh lhgalileo (1592), berdasarkan pada pertambahan volume udara karena perubahan panas. Perkembangan termometer diikutii pula oleh lhperkembangan pembuatan skala temperatur. Penentuan skala umumnya berdasarkan pada Kalibrasi termometer dengan dua temperatur referensi, temperatur yang lain diperoleh dengan pembagian linier dan dengan extrapolasi. Kalibrasi termometer dengan satu temperatur referensi, temperatur lainnya diperoleh dengan perhitungan pemuaian cairan.

8 Thermodinamika 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, merumuskan hubungan : V = Vo ( 1 + αt ) dengan : V = volume N moles gas pada temperatur τ pada skala sembarang V 0 = volume pada temperatur 0 pada skala τ α = koeffisien i muai volume

9 Dengan keterbatasan percobaan, mereka menemukan bahwa untuk beberapa gas, α berharga sama. Apabila temperatur T dinyatakan sebagai : T = τ + α 1 Dan (dengan eliminasi τ) ) diperoleh V/T = konstan Selanjutnya dapat diturunkan bahwa : PV = konstan Nilai konstanta ditemukan sebagai N R dengan R = k b Na adalah konstanta gas dalam Joule/mol K, k b = 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 V 0 sehingga dapat dikatakan, bahwa tidak ada temperatur yang lbih lebih rendah dhdarit dan dapat dinyatakan bh bahwa inii adalah dlh temperatur nol absolut. Pada keadaan ini tekanan dan volume mendekati nol.

10 Di awal abad 19 Regnault melakukan percobaan dan dibuktikan bahwa persamaan PV / T = konstan adalah rumus pendekatan, karena gas yang berbeda mempunyai α yang berbedab pula. Dikatakannyak bahwa rumus tersebut berlaku untuk gas pada tekanan rendah dan jumlah mol N kecil, yang disebut dengan gas ideal. Skala yang sesuai untuk mendefinisikan temperatur T adalah skala temperatur absolut atau skala temperatur gas ideal. Diperoleh bahwa pada τ = α 1 = 0 C bahwat = 273,15 C untuk α = 0, ( C) -1. Atau sebaliknya, titik nol skala gas ideal adalah -273,15 C. Dalam hal ini, diinginkan skala temperatur yang bebas dari pengaruh suatu sifat bahan.

11 Skala temperatur. Supaya pengukuran temperatur menjadi mudah dan praktis - terutama pada dunia industri i yang memerlukan 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. 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. Hal 23). Kemudian dilakukan interpolasi di antara titik-titik temperatur ini sesuai dengan span yang diperlukan. Temperatur thermodinamik ikt dengan satuan kli kelvin (K) dinyatakan sebagai besaran dasar yang dapat pula dinyatakan dalam temperatur (t ) dalam satuan Celcius.

12 Skala temperatur. Dengan definisi : 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. Pada saat mendefinisikan skala temperatur ada satu set titik kalibrasi yang dipergunakan : Oksigen : Keseimbangan cairan / gas Air : Keseimbangan padat / cair Air : Keseimbangan cair / gas Emas : Keseimbangan padat / cair

13 Pengukuran 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. 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 dengan warna pancaran obyek temperatur tinggi i (Pyrometer optik) 7. Penyerapan energi radiasi (Pyrometer radiasi)

14 Prinsip Fisika untuk Sensor Panas. Primary y( (thermodynamic) Thermometer. Apabila hubungan antara besaran fisika Φ dant dapat diturunkan. u Secondary (practical) Thermometer. Apabila hubungan yang ada hanyalah dari percobaan/empiris. ii

15 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. What are heat & temperature? A web page with links to a site written for middle school children that contains a wealth of information and a wonderful perspective on temperature measurement. Plus a site at a major national laboratory that provides interesting explanations of both topics. It also has some of the links below.

16 Types of Temperature Sensors A large distinction can be made among temperature sensor or temperature measurement device types. From one perspective they can be simply classified into two groups, contact and non-contact. The two links below take you to descriptive pages on each type with a breakdown by more specific, detailed types.

17 Contact Sensors Contact temperature sensors measure their own temperature. One infers the temperature e of the object to which the sensor is in contact by assuming or knowing that the two are in thermal equilibrium, that is, there is no heat flow between them.

18 Non-Contact Sensors Most commercial and scientific noncontact temperature sensors measure the thermal radiant 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 is semitransparent within the measuring wavelength pass band of the sensor).

19 Contact Temperature Sensors: Thermocouple, Resistance - RTDs & PRTs, Thermistors, Labels & Paint, Glass Thermometers, Filled Systems, Bimetal, ICs & Diode, Thermowells, Others

20 Noncontact Temperature Sensors, IR Thermometers, IR Thermography: h IR Thermometers, Thermal Imaging, Optical Pyrometry, Blackbody and IR Calibration

21 Displays, Electronics & Cal.: Meters, Transmitters, Controllers, Data Acquisition/Logging (DAS/DAQ), Calibration i Products & Services

22 Temp Sensor Resources: TC + RTD Tables Thermowell Wakes, Emissivity, Selecting Sensors, Heat & Temp, What is Temp?, Thermally Curious? Scales & Conversions

23