Analisis Instrumen Pengukur Suhu
Article · December 2020
CITATIONS
0
READS
8,302
1 author:
Muhammad Amir Jamilludin Universitas Gadjah Mada 14PUBLICATIONS 19CITATIONS
SEE PROFILE
All content following this page was uploaded by Muhammad Amir Jamilludin on 09 December 2020.
The user has requested enhancement of the downloaded file.
Analisis Instrumen Pengukur Suhu
Muhammad Amir Jamilludin, Azmi Ainul Qolbi, dan Eko Minarto, S.Si, M.Si.
Fisika, Fakultas Sains dan Analisa Data, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
email: [email protected]
Abstrak – Telah dilakukan percobaan analisa instrumen pengukur suhu yang bertujuan mengetahui karakteristik dan sensitivitas macam-macam instrumen pengukur suhu, serta menganalisis dan membandingkan macam-macam instrumen pengukur suhu terhadap kenaikan dan penurunan suhu. Dalam percobaan digunakan arduino, termometer, dan PID sebagai instrumen pengukur suhu.
Digunakan air dingin dan air panas sebagai bahan dalam percobaan. Pengukuran temperatur dilakukan menggunakan ketiga instrumen untuk mengukur kenaikan suhu pada air dingin dan penurunan suhu pada air panas.
Dari hasil pengukuran temperatur diperoleh grafik kenaikan suhu dan penurunan suhu dari masing-masing instrumen. Dari percobaan diperoleh kesimpulan ketiga alat memiliki sensitivitas yang berbeda, dengan pembacaan paling akurat oleh arduino dan paling tidak akurat oleh PID.
Kata Kunci – Instrumen, Suhu.
I. PENDAHULUAN
alam kehidupan sehari-hari, suhu merupakan hal yang sangat berpengaruh pada segala aktivitas dan kebutuhan kita. Suhu menjadi faktor penting dalam menentukan bisa tidaknya aktivitas kita dapat dilakukan atau menentukan sesuatu materi dapat memenuhi kebutuhan kita atau tidak.
Suhu digunakan untuk menyatakan panas atau dinginnya sesuatu. Suhu suatu sistem merupakan sifat yang menentukan kesetimbangan termal suatu sistem dengan sistem lainnya. Apabila dua sistem atau lebih berada dalam kesetimbangan termal, sistem-sistem tersebut dikatakan mempunyai suhu yang sama. Suhu semua sistem yang berada dalam keadaan termal setimbang dapat dinyatakan dengan angka. Menetapkan skala suhu berarti menentukan nilai dari suhu dengan suatu parameter yang disebut satuan suhu. Syarat bagi kesetimbangan termal antara dua sistem terjadi ketika kedua sistem memiliki suhu yang sama. Sebaliknya apabila suhunya berbeda maka kedua sistem tersebut tidak berada dalam kesetimbangan termal[1].
Temperatur adalah ukuran energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul penyusun suatu benda.
Benda-benda di alam tersusun oleh molekul-molekul dan atom-atom. Molekul yang menyusun benda tidak berada
dalam keadaan diam, tetapi molekul-molekul ini bergetar atau bergerak secara acak sesuai dengan besarnya energi kinetik yang dimiliki oleh molekul-molekul. Benda dalam bentuk padat, molekul-molekul penyusunnya tidak dapat bergerak bebas, tetapi terikat erat dan kaku antara satu dengan lainnya. Molekul – molekul dalam benda padat hanya dapat bergetar. Ini terjadi karena energi yang dimiliki oleh molekul dalam benda padat relatif kecil sehingga tidak dapat melepaskan diri dari ikatan antar molekul.
Bila benda padat ini dipanaskan, maka sejumlah energi panas (kalor) akan diserap oleh molekul sehingga molekul dapat bergetar lebih cepat, ini ditunjukan dengan naiknya derajat panas benda. Panas benda naik karena getaran molekul bertambah besar menyebabkan molekul lebih banyak bertumbukan dan bergesekan. Semakin banyak kalor dari luar yang diserap oleh molekul maka molekul akan semakin memiliki energi untuk bergetar dan bergesekan lebih cepat hingga suatu saat molekul ini tidak lagi saling terikat tetapi bebas bergerak. Molekul yang bebas bergerak ini masih saling terikat satu dengan lainnya, inilah yang disebut fase cair benda. Kalor yang diberikan kepada benda diserap oleh melekul untuk dapat bergetar lebih cepat sehingga bebas dan dapat bergerak sehingga mengubah fase benda dari benda padat menjadi benda cair.
Bila kalor terus diberikan, maka gerak molekul dalam zat cair akan semakin acak, dan tumbukan antar molekul semakin sering terjadi. Kondisi ini bila berlangsung terus, maka suatu saat molekul akan benar- benar bebas dan tidak terikat satu dengan lainnya, Kondisi ini disebut zat cair berubah menjadi gas. Pada fase gas, molekul penyusun gas tidak saling terikat satu dengan lainnya dan dapat bergerak bebas. Jadi besar kecilnya temperatur benda ditentukan oleh tingkat energi kinetik yang dimiliki oleh molekul penyusun benda[2].
Hukum ke 0 termodinamika menjelaskan jika 2 buah benda berada dalam kondisi kesetimbangan termal dengan benda yang ke 3, maka ketiga benda tersebut berada dalam kesetimbangan termal satu dengan lainnya. Jika 2 benda yang berbeda temperatur bersentuhan, maka dikatakan ke dua benda itu berada dalam kondisi kontak termal.
Permukaan tempat kedua benda bersentuhan disebut
D
permukaan kontak termal. Panas atau dinginnya suatu benda ditentukan oleh banyaknya energi panas (kalor) yang diserap oleh molekul benda. Besarnya derajat panas benda ini disebut temperatur benda atau suhu benda.
Termometer adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur), dan perubahan suhu. Suhu adalah sifat yang menentukan apakah sistem setimbang termal dengan sistem lain atau tidak, bila dua sistem atau lebih dalam kesetimbang termal maka sistem ini dikatakan mempunyai suhu yang sama. Suhu menunjukkan derajat panas suatu benda.
Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin panas benda tersebut, sebaliknya semakin rendah suhu suatu benda semakin dingin benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan energi yang dimiliki oleh suatu benda.
Setiap atom dalam suatu benda masing-masing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat berupa getaran.
Termometer konvensional terdiri atas tabung gelas tertutup yang berisi cairan. Cairan yang umum dipakai dalam termometer kita adalah air raksa. Di tepi tabung terlihat garis-garis yang menunjukkan skala temperatur.
Bila suhu meningkat, air raksa dalam tabung yang sempit itu akan naik. Titik di mana air raksa tersebut berhenti naik menunjukkan berapa suhu tubuh yang tertera pada skala temperatur. Yang harus diingat juga adalah selalu mengibas-kibaskan termometer sebelum dipakai. Hal ini disebabkan tabung termometer yang sempit itu akan mencegah air raksa yang sudah terlanjur naik untuk turun dengan sendirinya. Satu-satunya cara untuk menurunkan air raksa tersebut adalah dengan menggerakan termometer dengan tangan.
Efek yang Seebeck adalah konversi suhu perbedaan langsung ke listrik. Seebeck menemukan bahwa sebuah kompas jarum akan dibelokkan bila tertutup terbentuk dari dua logam bergabung di dua tempat dengan perbedaan suhu antara persimpangan. Hal ini karena logam bereaksi berbeda terhadap perbedaan suhu, yang menciptakan loop arus, yang menghasilkan medan magnet. Namun, pada saat ini tidak mengenali ada arus listrik yang terlibat, maka ia disebut fenomena efek thermomagnetic, berpikir bahwa dua logam menjadi magnet terpolarisasi oleh gradien suhu yang disebut dengan thermoelectricity[3].
II. METODOLOGI 2.1. Alat dan Bahan
Dalam percobaan ini diperlukan 2 bahan utama, yakni air dingin dan air hangat. Air dingin digunakan pada saat pengukuran kenaikan suhu, sedangkan air panas digunakan untuk pengukuran penurunan suhu. Adapun peralatan yang digunakan adalah gelas ukur sebagai wadah air, laptop digunakan untuk mencatat data hasil pengukuran, arduino, termometer, dan PID digunakan untuk mengukur temperatur.
Gambar 2.1 Alat dan Bahan
Gambar 2.2 Diagram Alir Percobaan Mulai
Air dingin
Dituang ke dalam gelas
Diukur suhu dengan termometer
Dicatat suhu setiap 5 detik selama 10 menit
Variasi Arduino dan PID?
Air panas?
Data
Analisa
Selesai
No
Yes
No
Yes
2.2. Langkah Percobaan
Terlebih dahulu dipersiapkan alat dan bahan.
Kemudian dituangkan air dingin ke dalam gelas ukur.
Dinyalakan setiap istrumen yang digunakan. Termokopel dari setiap alat dimasukkan ke dalam air dingin. Suhu dicatat setiap 5 detik sekali, dan pengukuran dilakukan selama 10 menit. Percobaan yang sama dilakukan pada air panas.
2.3. Diagram Alir Percobaan
Sehingga dapat disusun diagram alir percobaan sebagaimana gambar 2.2.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Data Pengukuran
Dari pengukuran perubahan suhu yang telah dilakukan diperoleh data sebagaimana terlampir.
3.2. Analisa Data
Dari data hasil pengukuran diperoleh hasil data plotting-an grafik yang ditunjukkan pada tabel 3.1. Selain itu, didapatkan grafik untuk masing-masing pengukuran kenaikan dan penurunan suhu.
3.3. Pembahasan
Dalam percobaan ini digunakan air dingin dan air panas sebagai bahan yang akan dicari nilai perubahan suhunya. Penggunaan air sebagai bahan dalam percobaan ini karena bersifat cair sehingga memudahkan untuk pengukuran dengan ketiga instrumen yang digunakan.
Perubahan suhu dalam air dipengaruhi oleh perbedaan suhu air dengan lingkungan. Air panas akan memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan suhu di lingkungan sekitar. Sehingga dalam hal ini terjadi proses perpindahan kalor dari air ke lingkungan.
Perpindahan kalor ini yang mengindikasikan bahwa terjadi perubahan suhu pada air yang cenderung menurun.
Berbeda dengan air dingin yang memiliki suhu lebih rendah dari lingkungan. Sehingga terjadilah perpindahan kalor dari lingkungan ke air. Perpindahan kalor ini menyebabkan air yang semula memiliki suhu yang rendah menjadi meningkat, sehingga perubahan suhu yang ditunjukkan adalah kenaikan suhu.
Kalor yang dipindahkan dari air ke lingkungan maupun sebaliknya, terjadi karena perbedaan suhu. Proses perpindahan kalor atau panas tersebut melalui media udara, gelas ukur, dan air. Karena proses perpindahan tidak menyebabkan adanya perpindahan partikel maka yang terjadi adalah proses perpindahan panas secara konduksi. Proses perpindahan panas secara konduksi ditandai dengan getaran suatu partikel dalam suatu bahan yang menyebabkan partikel di sebelahnya ikut bergetar.
Getaran tersebut diakibatkan oleh perbedaan temperatur
Tabel 3.1 Data hasil plotting-an grafik Instrumen
Pengukur Suhu
Jenis Air R2 I (%) Error (%)
Arduino Dingin 0,9975 99,75 0,25
Panas 0,9963 99,63 0,37
Termometer Dingin 0,9887 98,87 1,13
Panas 0,9936 99,36 0,64
PID Dingin 0,7792 77,92 22,08
Panas 0,9706 97,06 2,94
Gambar 3.1 Grafik Penurunan Suhu dengan Arduino
Gambar 3.2 Grafik Penurunan Suhu dengan Termometer
Gambar 3.3 Grafik Penurunan Suhu dengan PID
Gambar 3.4 Grafik Kenaikan Suhu dengan Arduino
Gambar 3.5 Grafik Kenaikan Suhu dengan Termometer
Gambar 3.6 Grafik Kenaikan Suhu dengan PID
antara dua titik dalam bahan tersebut. Getaran ini juga bisa menyebabkan partikel dari bahan lain yang berada di sekitarnya ikut bergetar, sehingga panas bisa berpindah walaupun dari dua bahan yang berbeda sekaligus. Hal tersebut terjadi secara mikro, namun secara makro tidak dapat diamati. Secara makro, yang dapat diamati adalah perubahan suhu pada bahan yang semula rendah menjadi tinggi maupun sebaliknya.
Pada percobaan ini, menggunakan 3 instrumen pengukur suhu yakni arduino, termometer, atau PID.
Penggunaan dari 3 jenis alat yang berbeda karena alat-alat yang berbeda akan memiliki kemampuan pengukuran suhu yang berbeda. Hal ini bisa dilihat dari data plotting- an grafik yang memiliki nilai yang berbeda-beda. Selain itu, dari grafik kenaikan suhu dan penurunan suhu juga diperoleh perbedaan dari masing-masing instrument.
Perbedaan kemampuan ketiga alat tersebut dipengaruhi oleh efek seebeck yang terjadi pada bahan yang digunakan pada masing-masing alat.
Efek seebeck sendiri menunjukkan kemampuan mengubah perbedaan suhu menjadi energi listrik. Jika dua bahan yang berbeda kemudian pada kedua ujungnya saling disambungkan satu dengan yang lainnya maka akan terjadi 2 sambungan dalam satu loop. Sehingga ketika terjadi perbedaan suhu di antara kedua sambungan tersebut maka arus listrik akan terjadi. Sifat ini selanjutnya disebut dengan termoelektrik. Hal ini dimanfaatkan sebagai termokopel yakni sensor suhu yang dalam percobaan ini ada di setiap alat.
Pada percobaan ini efek seebeck terjadi ketika termokopel dari masing-masing alat dimasukkan ke dalam air. Sehingga terbentuklah 2 sambungan dalam satu loop seperti yang dijelaskan sebelumnya. Hal ini mengakibatkan ketika terjadi perubahan suhu pada air maka termokopel pada alat akan mengalirkan listrik.
Penambahan energi listrik ini hanya bisa dideteksi atau diketahui ketika alat dinyalakan. Sehingga ketika alat sudah dinyalakan, dan terjadi perubahan suhu pada air maka arus listrik akan terjadi pada termokopel. Lalu, penambahan energi listrik ini akan dikonversikan oleh alat sebagai penambahan nilai yang muncul pada monitor.
Secara mikro efek seebeck terjadi karena perbedaan suhu pada dua sambungan itu akan menyebabkan perbedaan panas pada kedua sambungan itu juga. Panas ini yang menyebabkan dua sambungan memiliki potensial yang berbeda, sehingga terjadilah beda potensial pada kedua ujung termokopel. Termokopel yang memiliki beda potensial di setiap ujungnya akan menyebabkan terjadinya medan listrik sehingga muatan elektron akan mengalir dari potensial tinggi ke rendah, dan terjadilah arus listrik.
Setiap alat menggunakan bahan yang berbeda sebagai termokopel. Sehingga dalam hal ini nilai yang ditunjukkan oleh semua alat dalam pengukuran pada waktu yang sama sekaligus akan menunjukkan nilai yang berbeda, namun hampir sama.
Bila dibandingkan, grafik yang dimiliki oleh pengukuran dengan menggunakan arduino memiliki kemampuan pembacaan yang akurat. Sementara, pembacaan paling tidak akurat dimiliki oleh PID. Hal ini disebabkan karena setiap alat memiliki kemampuan pembacaan yang berbeda. Secara mikro, penambahan energi listrik yang disebabkan oleh efek seebeck akan dikonversi menjadi sinyal listrik. Setiap alat memiliki kemampuan konversi energi yang berbeda bergantung pada prosesor dan sistem yang berada di dalamya. Sinyal listrik ini kemudian ditampilkan dalam bentuk nilai numerik pada monitor dengan waktu ketelitian pembacaan yang berbeda-beda.
IV. PENUTUP 4.1. Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan bahwa arduino, termometer, dan PID memiliki kemampuan termoelektrik yang berbeda, tapi hampir sama bila dilihat dari hasil pengukuran perubahan suhu. Arduino memiliki kemampuan pembacaan suhu yang lebih akurat, sementara PID memiliki kemampuan pembacaan suhu yang cenderung tidak akurat yang disebabkan oleh ketelitian dari masing-masing sistem pada alat.
4.2. Saran
Untuk percobaan selanjutnya digunakan alat yang berbeda sehingga dapat dibandingkan dari hasil percobaan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mahmud, H., 2015. Kalibrasi Termometer. Laporan Praktikum, Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor.
[2] Holman,J P.1986.Heat Transfer Sixth Edition.McGraw-Hill Book Co: Singapore
[3] Ependi, Selamat. 2016. Pengembangan Perangkat Konversi Energi Panas Menjadi Energi Listrik.
Jurnal Pembelajaran Fisika. Vol 4 (1) : 37-46.
LAMPIRAN a. Data hasil pengukuran kenaikan suhu
Pengamatan ke-
Alat Ukur
Termometer PID Arduino
1 15,6 16 14,63
2 15,7 15 14,63
3 15,8 15 14,63
4 15,8 15 14,63
5 15,8 15 14,69
6 15,8 15 14,69
7 15,8 15 14,69
8 15,8 15 14,75
9 15,8 15 14,75
10 15,8 15 14,81
11 15,8 15 14,81
12 15,8 15 14,81
13 15,8 15 14,81
14 15,9 15 14,88
15 15,9 15 14,88
16 15,9 15 14,88
17 15,9 15 14,88
18 16 15 14,94
19 15,9 15 14,94
20 16,1 15 14,94
21 16,1 15 14,94
22 16,1 15 14,94
23 16,1 15 15
24 16,1 15 15
25 16,1 15 15,06
26 16,1 15 15,06
27 16,1 15 15,06
28 16,1 15 15,06
29 15,9 15 15,06
30 15,9 15 15,06
31 16,1 15 15,06
32 16,1 15 15,06
33 16,1 15 15,13
34 16,2 15 15,13
35 16,2 15 15,19
36 16,3 15 15,19
37 16,3 15 15,19
38 16,3 15 15,25
39 16,3 15 15,25
40 16,4 15 15,25
41 16,4 15 15,25
42 16,5 15 15,31
43 16,5 16 15,31
44 16,5 16 15,31
45 16,5 16 15,38
46 16,5 16 15,38
47 16,7 16 15,38
48 16,7 16 15,38
49 16,7 16 15,44
50 16,7 16 15,44
51 16,7 16 15,44
52 16,7 16 15,44
53 16,7 16 15,5
54 16,7 16 15,5
55 16,7 16 15,5
56 16,7 16 15,5
57 16,8 16 15,5
58 16,8 16 15,56
59 16,8 16 15,56
60 16,8 16 15,56
61 16,8 16 15,56
62 16,9 16 15,63
63 16,9 16 15,63
64 16,9 16 15,63
65 16,9 16 15,63
66 16,9 16 15,63
67 16,9 16 15,69
68 16,9 16 15,69
69 17 16 15,75
70 17 16 15,69
71 17 16 15,75
72 17 16 15,75
73 17 16 15,75
74 17 16 15,75
75 17,1 16 15,75
76 17,1 16 15,81
77 17,1 16 15,81
78 17,1 16 15,81
79 17,1 16 15,88
80 17,1 16 15,88
81 17,2 16 15,88
82 17,1 16 15,88
83 17,2 16 15,94
84 17,2 16 15,94
85 17,2 16 15,94
86 17,2 16 15,94
87 17,2 16 16
88 17,3 16 16
89 17,3 16 16,06
90 17,3 16 16,06
91 17,4 16 16,06
92 17,4 16 16,06
93 17,4 16 16,06
94 17,4 16 16,12
95 17,4 16 16,12
96 17,4 16 16,19
97 17,6 16 16,19
98 17,5 16 16,19
99 17,6 16 16,19
100 17,6 16 16,25
101 17,6 16 16,25
102 17,7 16 16,25
103 17,7 16 16,31
104 17,7 16 16,31
105 17,7 17 16,31
106 17,7 17 16,31
107 17,7 17 16,31
108 17,7 17 16,37
109 17,8 17 16,37
110 17,8 17 16,44
111 17,8 17 16,44
112 17,8 17 16,44
113 17,8 17 16,44
114 17,8 17 16,5
115 17,8 17 16,5
116 17,8 17 16,5
117 17,8 17 16,5
118 17,9 17 16,5
119 17,9 17 16,56
120 17,9 17 16,5
b. Data hasil pengukuran penurunan suhu
Pengamatan ke-
Alat Ukur
Termometer PID Arduino
1 70,8 71 70,87
2 70,8 71 70,75
3 70,6 71 70,62
4 70,4 71 70,56
5 70,2 71 70,37
6 70,2 71 70,25
7 70 71 70,19
8 69,9 71 70,06
9 69,9 71 69,94
10 69,7 71 69,81
11 69,5 70 69,75
12 69 70 69,62
13 69,3 70 69,5
14 69,2 70 69,37
15 68,9 70 69,31
16 68,8 70 69,19
17 68,8 70 69
18 68,5 70 68,87
19 68,4 69 68,81
20 68,4 69 68,75
21 68,2 69 68,62
22 68,2 69 68,44
23 68,2 69 68,31
24 68,1 69 68,25
25 67,9 69 68,12
26 67,7 69 68
27 67,5 68 67,94
28 67,3 68 67,81
29 67,4 68 67,69
30 67,3 68 67,62
31 67,3 68 67,5
32 67,1 67 67,44
33 67 67 67,31
34 67 67 67,12
35 66,8 67 67,06
36 66,7 67 67
37 66,5 67 66,87
38 66,4 67 66,75
39 66,3 67 66,69
40 66 67 66,56
41 66 67 66,44
42 66 67 66,37
43 65,9 67 66,25
44 65,8 67 66,25
45 65,8 67 66,12
46 65,6 66 66,06
47 65,4 66 66,06
48 65,3 66 65,94
49 65,2 66 65,87
50 65,4 66 65,69
51 65,3 66 65,56
52 65 66 65,56
53 64,9 66 65,44
54 64,9 66 65,37
55 64,9 66 65,25
56 64,7 66 65,12
57 64,7 66 65,06
58 64,5 65 65
59 64,3 65 64,94
60 64,3 65 64,81
61 64,2 65 64,69
62 64,1 65 64,56
63 64,1 65 64,5
64 63,9 65 64,44
65 63,8 65 64,37
66 63,7 65 64,25
67 63,7 65 64,19
68 63,7 65 64,06
69 63,6 64 64
70 63,4 64 63,94
71 63,4 64 63,81
72 63,3 64 63,75
73 63,3 64 63,69
74 63 64 63,63
75 63 64 63,56
76 62,7 64 63,44
77 62,7 64 63,31
78 62,8 64 63,25
79 62,7 64 63,13
80 62,6 64 63
View publication stats
