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

(1)

Pendahuluan

Pendahuluan Sensor

Sensor Temperatur

Temperatur

@ i d santoso.s@ui.edu

(2)

Definisi

y

Temperatur adalah suatu besaran fisika

p

yang dapat dikatakan sebagai amplitudo

energi gerak atom atau molekul. Energi ini

g g

g

disebut dengan panas yang disebabkan

(3)

Energi

Energi panas

panas –– Zat

Zat Padat

Padat

Energi

Energi panas

panas Zat

Zat Padat

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 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 kit l k i A bil tid k d

bervibrasi di sekitar lokasinya, Apabila tidak ada

vibrasi, maka bahan tidak mempunyai energi panas, atau W_th_th = 0. Apabila ditambahkan energi darip g

luar, akan terjadi vibrasi molekul di sekitar posisi keseimbangan, dikatakan bahwa bahan mempunyai energi panas tertentu atau W _h > 0

(4)

Energi

Energi panas

panas –– Zat

Zat Cair

Cair

Energi

Energi panas

panas Zat

Zat Cair

Cair

Zat cair :

P b h i kib k ib i

y Penambahan energi mengakibatkan vibrasi

dipercepat, energi panas akan naik. Sehingga ikatan antar molekul akan pecah dan molekul akan

b k di d l b h d d khi b h

bergerak di dalam bahan dan pada akhirnya bahan meleleh dan menjadi cairan. Dalam hal ini tarik

menarik antar molekul tetap ada tetapi tidak

h k k d k b d

mampu mempertahankan keadaan struktur benda padat. Dalam keadaan bervibrasi, molekul dapat berpindah. Dapat dikatakan bahwa kecepatan

rata-i d h l k l k k d i

rata perpindahan molekul merupakan ukuran dari energi panas yang ditanamkan pada molekul suatu bahan.

(5)

Energi

Energi panas

panas -- Gas

Gas

Energi

Energi panas

panas Gas

Gas

Gas :

y

Penambahan energi panas secara intensif,

mempercepat gerak molekul sehingga

p

p g

gg

mampu menghilangkan gaya tarik antar

molekul, pada saat ini cairan mendidih,

molekul-molekul saling bertabrakan dan juga

antara molekul dengan dinding tempat

dil

k

b h K ik

l k l

diletakannya bahan. Ketika molekul-molekul

terlepas dan bergerak bebas, bahan tersebut

b

b h

j di

(6)

y

Perlu diketahui bahwa tidak semua bahan

dapat mengalami transisi di atas. Seperti

nitrogen dapat berubah dari keadaan

g

p

padat ke cair dan gas, tetapi kertas dan

kayu : molekulnya segera terpecah

y

g

p

(7)

Konsep

Konsep temperatur

temperatur

Konsep

Konsep temperatur

temperatur..

y 1. Thermodinamika

T dib l h G lil

y Termometer pertama dibuat oleh Galileo

(1592), berdasarkan pada pertambahan volume udara karena perubahan panas. Perkembangan

diik i l l h k b

termometer diikuti pula oleh perkembangan pembuatan skala temperatur. Penentuan skala umumnya berdasarkan pada

y Kalibrasi termometer dengan dua temperatur

referensi, temperatur yang lain diperoleh dengan pembagian linier dan dengan extrapolasi.

p g g p

y Kalibrasi termometer dengan satu temperatur

referensi, temperatur lainnya diperoleh dengan perhitungan pemuaian cairan

(8)

Thermodinamika

y Pada tahun 1661, Boyle menyimpulkan bahwa pada temperatur konstan T :

temperatur konstan T :

PV = konstan

y dengan P = tekanan, V= volume udara (mol N). y Satu abad berikutnya, pada percobaan yang terpisah

Charles dan Gay-Lussac, merumuskan hubungan :y g V = Vo ( 1 + αt )

y dengan :

y V = volume N moles gas pada temperatur τ y V = volume N moles gas pada temperatur τ

pada skala sembarang

y V₀ = volume pada temperatur 0 pada skala τ k ffi i i l

(9)

Dengan keterbatasan percobaan, mereka menemukan bahwa untuk beberapa gas, αp g , berharga sama. Apabila temperatur T g p p dinyatakan sebagai :

T = τ + α−1

Dan (dengan eliminasi( g τ) diperoleh) p 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, kg J _b_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 V₀

sehingga dapat dikatakan, bahwa tidak ada temperatur yang l bih d h d i T d d di k b h i i d l h lebih rendah dari T dan dapat dinyatakan bahwa ini adalah

temperatur nol absolut. Pada keadaan ini tekanan dan volume mendekati nol.

(10)

Di awal abad 19 Regnault melakukan percobaan dan dibuktikan bahwa persamaan

dibuktikan bahwa persamaan

PV / T = konstan

adalah rumus pendekatan, karena gas yang berbeda

i b b d l Dik k

mempunyai α yang berbeda pula. Dikatakannya bahwa rumus tersebut berlaku untuk gas pada tekanan rendah dan jumlah mol N kecil, yang

di b d id l Sk l i k

disebut dengan gas ideal. Skala yang sesuai untuk 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 yang bebas dari pengaruh suatu sifat bahan.

(11)

Skala

Skala temperatur

temperatur

Skala

Skala temperatur

temperatur..

y Supaya pengukuran temperatur menjadi mudah dan praktis

d d i i d i l k

- terutama pada dunia industri 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.

y Skala temperatur yang dipakai secara umum danSkala 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 phase keseimbangan dari material murni (Table 2-1. Hal 23) . Kemudian dilakukan interpolasi di antara titik-titik temperatur ini sesuai dengan span yang diperlukan.

T h di ik T d k l i (K)

Temperatur thermodinamik T dengan satuan kelvin (K) dinyatakan sebagai besaran dasar yang dapat pula

(12)

Skala

Skala temperatur

temperatur

Skala

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 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

Air : Keseimbangan padat / cair

y Air : Keseimbangan padat / cair y Air : Keseimbangan cair / gas y Emas : Keseimbangan padat / cair y Emas : Keseimbangan padat / cair

(13)

Pengukuran

Pengukuran temperatur

temperatur

Pengukuran

Pengukuran temperatur

temperatur..

Berdasarkan efek yang ditimbulkan oleh perubahan temperatur pada suatu zat. Efek/perubahan tersebut adalah :

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 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 b k i i (P ik)

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

(14)

Prinsip

Prinsip Fisika

Fisika untuk

untuk Sensor

Sensor Panas

Panas..

Primary (thermodynamic) Thermometer.

y (

y

)

y

Apabila hubungan antara besaran fisika

Φ

dan T dapat diturunkan.

a

apat tu u a .

Secondary (practical) Thermometer

Secondary (practical) Thermometer.

y

Apabila hubungan yang ada hanyalah dari

b

/

i i

(15)

www temperatures com

www.temperatures.com

y Basics

These are the fundamentals of temperature and 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 Here are some very useful links that will help you master the fundamentals of temperature sensors and its measurements.

Wh h & ? A b

y What are heat & temperature ? A web page

with links to a site written for middle school

children that contains a wealth of information and

d f l i

a wonderful perspective on temperature

measurement. Plus a site at a major national

laboratory that provides interesting explanations f b h I l h f h l k b l

(16)

Types of Temperature Sensors

y

A large distinction can be made among

g

temperature sensor or temperature

measurement device types. From one

yp

perspective they can be simply classified

into two groups, contact and non-contact.

g

p

The two links below take you to

descriptive pages on each type with a

p

p g

yp

breakdown by more specific, detailed

types.

yp

(17)

Contact Sensors

y

Contact temperature sensors measure

p

their own temperature.

y

One infers the temperature of the object

O e e s t e te pe atu e o t e object

to which the sensor is in contact by

assuming or knowing that the two are in

g

thermal equilibrium, that is, there is no

heat flow between them.

(18)

Non

Non--Contact Sensors

Contact Sensors

Non

Non Contact Sensors

Contact Sensors

y

Most commercial and scientific

non-contact temperature sensors measure the

thermal radiant power of the Infrared or

p

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

(

j

semitransparent within the measuring

wavelength pass band of the sensor).

g p

)

(19)

Contact Temperature Sensors:

y

Thermocouple,

R

RTD & PRT

y

Resistance - RTDs & PRTs,

y

Thermistors,

y

Labels & Paint

y

Labels & Paint,

y

Glass Thermometers,

y

Filled Systems

y

Filled Systems,

y

Bimetal,

y

ICs & Diode

, ,

y

Thermowells,

y

Others

(20)

Noncontact Temperature Sensors, IR

Th

IR

Th

IR Th

Th

h

Thermometers, IR

Thermometers, IR Thermography

Thermography::

y

IR Thermometers,

y

Thermal Imaging

,

y

Optical Pyrometry

y

Optical Pyrometry

,

(21)

Displays, Electronics & Cal.:

y

Meters

,

y

Transmitters

,

y

Controllers

y

Controllers

,

y

Data Acquisition/Logging (DAS/DAQ)

,

C lib i P d

& S

i

(22)

Temp Sensor Resources:

y

TC + RTD Tables

Thermowell Wakes

,

y

Emissivity

,

y

Selecting Sensors

y

Selecting Sensors

,

y

Heat & Temp

,

Wh i T

?

y

What is Temp?

,

y

Thermally Curious?

(23)