PENGUKURAN TEMPRATUR

Metode yang paling umum digunakan dalam mengukur temperatur adalah termokopel, sistem isian (filled system), dan elemen bimetal. Meskipun demikian, elemen resistansi telah meningkat penggunaannya selama beberapa tahun terakhir. Sedangkan pirometer radiasi, optik, dan infrared digunakan dalam bidang tertentu saja.

I. Termokopel

Termokopel adalah salah satu metode yang paling sederhana dan umum digunakan dalam menentukan temperatur proses.
Jika panas diberikan pada sebuah sambungan dua metal yang berlainan, maka akan dibangkitkan gaya elektromotif (electromotive force) yang dapat diukur pada sambungan beku (cold) lainnya dari dua metal (konduktor) ini.
Konduktor tersebut, membentuk sebuah rangkaian listrik, dan arus mengalir sebagai akibat adanya emf yang dibangkitkan. Arus akan terus mengalir dalam rangkaian tersebut (ditunjukkan pada gambar 2.1) selama T1  T2.
Karena temperatur sambungan kedua dari metal harus diketahui, kotak es (ice bath) sering digunakan sebagai titik referensi (0C).



Banyak metal dapat dipasangkan untuk memproduksi termokopel seperti yang ditunjukkan pada tabel 2.1.
Diameter elemen seharusnya adalah 6 mm + 0,00 atau – 0,10 mm.

Tabel 2.1 Jenis Termokopel dan Jangkauannya
Jenis ISA Metal Jangkauan
F
Positif Negatif
E
J
K
R
S
T Chromel
Besi
Chromel
Platina dan 10% Rhodium
Platina dan 13% Rhodium
Tembaga Constantan
Constantan
Alumel
Platina
Platina
Constantan -300 s/d 1600
-300 s/d 1400
-300 s/d 2300
32 s/d 2700
32 s/d 2700
-300 s/d 650

Jenis-jenis termokopel berdasarkan sambungan referensi 0C ditunjukkan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Tabel Termokopel Tipikal
Temperatur F Tegangan mV (sambungan referensi 32F)
Tipe J Tipe K Tipe T
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400 7.52
-5.76
-3.49
-0.89
1.94
4.91
7.94
11.03
14.12
17.18
20.26
23.32
26.40
29.52
32.72
36.01
39.43
42.96
46.53



-0.6
1.52
3.82
6.09
8.31
10.57
12.86
15.18
17.53
19.89
22.26
24.63
26.98
29.32
31.65
33.93
36.19
38.43
40.62
42.78
44.91
47.00
49.05
51.05
53.01 -5.284
-4.111
-2.559
-0.670
1.517
3.967
6.647
9.525
12.575
15.733
19.100



II. Resistance Temperature Detector (RTD)

Resistansi elektrik dari sebuah konduktor berubah menurut variasi temperatur. Besarnya perubahan ini dengan mengacu pada perubahan temperatur 1 dikenal sebagai “koefisien temperatur resistansi” dari material pengkonduksi.
Material yang biasanya digunakan adalah platina, nikel, tembaga, nikel-besi, dan tungsten.
Yang paling sering digunakan adalah platina, yang mempunyai karakteristik linier dengan persamaan sebagai berikut:

Dengan: Rt = resistansi, dalam ohm pada temperatur T
R0 = resistansi, dalam ohm pada temperatur sambungan (seringkali 0C)
 = koefisien temperatur resistansi untuk platina:
0,00392 ohm/ohm.C dengan jangkauan 0C s/d 100C
Rangkaian jembatan pada gambar 2.2 dapat diadopsi untuk memberikan sebuah indikasi yang analog dengan temperatur.

Aplikasi:
- Termometer resistansi seharusnya digunakan pada jangkauan -100C (+212F) dan dapat digunakan pada jangkauan -200C (-328F) s/d +750C (+1382F).
- Termometer resistansi seharusnya mengikuti IEC 751 (BS 1904) dan memiliki resistansi 100 ohm pada 0C (32F) dan internal fundamental 38,5 ohm.

III. Sistem Isian (Filled System)

Sistem tertutup yang diisi dengan cairan, gas atau uap yang responsif terhadap variasi temperatur, yaitu: mengembang jika dipanasi dan menyusut jika didinginkan. Fenomena ini digunakan untuk mengembangkan elemen tekanan (gambar 2.3) yang biasanya berbentuk elemen bourdon, yang kemudian merubah posisi indikator atau koil transmiter.

Sistem isian pada dasarnya terdiri atas:
1. Sebuah bul yang sensitif terhadap tekanan, dicelupkan pada medium yang diukur
2. Pipa kapiler yang dihubungkan ke bulb, berfungsi sebagai alat pembaca atau pentransmisi
3. Alat penggerak elemen tekanan yang merespon perubahan tekanan yang diakibatkan temperatur
4. Gerakan sambungan yang mempengaruhi indikasi, pencatatan atau transmisi

Sistem isian telah diklasifikasikan kedalam empat kelompok oleh Scientific Apparatus Makers Association (SAMA). Kelas-kelas ini (I, II, III, dan V – tidak ada kelas IV) dibedakan berdasarkan pada aliran fluida dan jangkauan yang berhubungan dengan temperatur ruang. Kelas I dan V, diisi dengan cairan dan merkuri, berturut-turut, bekerja akibat pemuaian dan penyusutan cairan volumetrik. Kelas II dan III, diisi dengan uap dan gas, berturut-turut, bekerja akibat perubahan tekanan internal.

Klasifikasi Sistem Isian (SAMA) Fluida Isian Kompensasi Skala Batas Jangkauan, F Overrange Kesalahan Elevasi Bulb
Lower Upper
I Cairan Tidak terkompensasi Linier Diatas -100F -125 600 100% Minor dibawah 100 ft
IA Penuh -125 600 0-100% (*)
IB Tertentu Amb 600 100
IIA Uap Tidak dibutuhkan Pembagian skala bertambah terhadap penambahan temperatur -430 550 Hampir
Selalu
Kurang dari 100 %
Minor dibawah 100 ft
IIB -430-Amb Amb None
IIC Amb-550 Tdk Diijinkan (**)
IID -400 500 Minor dibawah 100 %
IIIA Gas Penuh Linier Diatas -400F -400 1500 100-300% (***) Tidak Ada
IIIB Tertentu -400 1500
(SAMA tidak ada kelas IV
VA Merkuri Penuh Linier -40 1000 100% Minor Dibawah 25 ft
VB Tertentu -40 1000
*) Bergantung pada panjang Bulb
**) Bulb dan Element pengukuran harus pada Posisi yang sama
***) Bergantung pada jangkauan


IV. Pirometer Radiasi

Pirometer radiasi menggunakan sifat radisi termal yang dikeluarkan oleh semua benda dan tidak membutuhkan kontak langsung dengan bahan yang temperaturnya diukur. Jangkauan temperatur alat ini di atas kemampuan termokopel.

Berdasarkan hukum Stefan-Boltzman, temperatur dihitung dari besarnya energi radiasi benda yang diukur.

E =  (Tb4 – TT4)

Dengan:  = konstanta Stefan Boltzman ( Btu / sqft.Hr.R)
Tb = temperatur benda
TT = temperatur penerima
E = radiasi energi

V. Termometer Bimetal

Termometer bimetal menggunakan dua prinsip dasar:
a. Metal memuai atau menyusut akibat perubahan temperatur
b. Perbedaan laju ekspansi termal dari dua metal digunakan untuk menghasilkan defleksi yang proporsional dengan perubahan temperatur

Dalam membuat termometer bimetal, metal yang dipilih mempunyai koefisien ekspansi termal yang lebar.
Campuran logam (alloy) yang mengandung 36% nikel dan 64% besi digunakan untuk metal ekspansi-rendah.
Termometer bimetal laboratorium umumnya akurat hingga hanya ± ½ % dan termometer proses akurat sekitar 2 %.
Termometer bimetal seharusnya digunakan untuk indikasi lokal kecuali untuk aplikasi yang membutuhkan remote dengan indikator.

Termokopel bimetal

Perumusannya sebagai berikut:

P = t{3(l + m) 2 4 + (I + mn)[m2 +1/ (mn)]}
6(αA - αB)(T2 – T2)(l + m)2


Dimana:
p = Jari-jari kurva
t = Tebal keping, dalam prakteknya 0,0005 <>
n == Rasio modulus elastisitas
m = Perbandingan ketebalan
Δt = Perbedaan suhu
pada urnumnya tB/tA«l dan (n+l)/n «2 sehingga



P = 2t .
2(αA - αB) ΔT

Kombinasi dan persaman ini menghasilkan hubungan antara kekuatan paaterial dengan perhitungan peflyimpangan yang diijinkan dan berbagai Macam tipe bahan yang digunakan, gaya yang dipakai secara leBgkap atau sebagian melindungi bahan juga dapat dihitung dengan hasil yang lebih akurat diperolen dan faktor yang ditentukan darieksperimen yang sangat berguna untuk perusahaan bimetal.
Karena banyak logam yang tak praktis pakai dengan termal ekspansi negatif, bahan B urnumnya dibuat dan invar, nikel , steel dengan koefisien ekspansi mendekati nol [ 1,7 x 10 in-6 /(in C°)].


Gambar 4.2 Bimetallic sensor temperatur