1. Pengukuran thermometer
Prinsip termoelektrik yang ditemukan oleh Seebeck pada tahun 1821 merupakan
satu dasar dari beberapa jenis alat pengukuran temperatur yaitu termokopel. Bila dua
logam yang berbeda dihubungkan bersama pada satu sisi dan sisi tersebut dipanaskan,
akan timbul beda potensial pada sisi yang lain. ";})();ButtonMouseDown(this);'>Dua kaki bebas tersebut dapat
(electromotive force) yang dihasilkan. Instrumen yang bekerja sesuai prinsip ini dikenal
sebagai pirometer termoelektrik
Electromotive force yang didapat pada rangkaian termoelektrik disebabkan oleh
dua fenomena, satu dikenal efek Peltier dan yang lain adalah efek Thomson. Efek Peltier mengatur besar emf hasil dari kontak dua logam berbeda (tetapi besarnya berubah sejalan dengan temperatur pada titik kontak). Emf akibat dari efek Thomson (kurang dominan) dihasilkan oleh gradien temperatur kabel tunggal.
Selama kedua titik kontak dan kedua kabel terdapat gradien temperatur maka
akan timbul dua emf Peltier dan dua emf Thomson. Total emf yang bekerja pada
rangkaian adalah hasil keempat emf tersebut, dengan polaritas ditentukan dari material
yang digunakan dan hubungannya terhadap temperatur pada kedua sisi. Besar emf
ini dapat diukur pada rangkaian di setiap titik dengan instrumen pengukur emf atau
potensiometer.
Termokopel yang umumnya diperdagangkan dapat membangkitkan 20 sampai 50
mV untuk suatu jangkauan temperatur tertentu.
Selama material yang digunakan adalah termokopel komersial (umum
diperdagangkan), efek Thomson dapat diabaikan. Total emf menjadi jumlah kedua emf
yang dibangkitkan oleh efek Peltier. Bila temperatur pada satu sambungan (reference
junction) dipertahankan konstan, atau bila besar emf dikompensasi, emf efektif termokopel hanya yang dibagkitkan oelh temperatur yang tidak terkompensasi (measuring junction). Besar emf inilah yang digunakan untuk mengukur perubahan temperatur.
Beberapa fenomena ditemukan dan diterima sebagai hukum termoelektrik, yaitu
1. Pemanfaatan panas pada suatu logam homogen tidak akan menghasilkan atau
mendapatkan arus listrik di dalamnya.
2. Emf akan dihasilkan bila terdapat sambungan dari dua logam berbeda
dipertahankan pada temperatur berbeda tidak dipengaruhi oleh gradien temperatur
sepanjang konduktor
3. Pada rangkaian yang terdiri dari dua logam berbeda dimana kedua sambungan
diberi beda temperatur, besar emf tidak akan terpengaruhi bila logam ketiga
disambungkan pada rangkaian
4. Besarnya emf dua logam berbeda yang dihubungkan satu dengan yang lain adalah
jumlah aljabar dari masing-masing emf relatif terhadap logam ketiga (reference metal)
5. Emf yang dihasilkan pada suatu rangkaian yang berada pada temperatur T1
dan T2 dan emf pada temperatur T2 dan T3 adalah sama dengan jumlah aljabar emf bila rangkaian berada pada temperatur T1 dan T3
6. Jumlah aljabar emf yang dihasilkan pada rangkaian meliputi dua atau lebih
termokopel dimana semua pada temperatur sama adalah nol
7. Total emf tidak terpengaruh oleh tambahan termokopel yang mempunyai
temperatur sama
2.2. Fenomena Termoelektrik
Dalam perencanaan instrumen termoelektrik, ada lima fenomena yang harus
diperhatikan, yaitu konduksi panas, rugi Joule, efek Seebeck, efek Peltier dan efek
Thomson. Ketiga fenomena terakhir saling berhubungan satu sama lain terhadap
karakteristik suatu material. Adapun kelima fenomena tersebut adalah :
2.2.1. Perpindahan Kalor Konduksi
Analisa termodinamik pada modul termoelektrik, dimana medium penghantar
listrik adalah benda padat memerlukan pertimbangan perpindahan kalor lewat konduksi.
Konduksi kalor sederhana dimana rata-rata perpindahan panas diperhitungkan
sebanding dengan gradien temperatur mengacu pada aliran panas Fourier mengikuti
hukum Fourier mengenai konduksi termal :
Q = -kA dt/dx [watt] Equation 2-1
dimana k adalah koefsien konduktivitas termal (watt/cm.K)
2.2.2. Rugi-rugi Joule
Aliran arus listrik melawan tahanan, disertai dengan disipasi energi listrik yaitu
tranformasi energi listrik menjadi energi termal. Hal ini akan menaikan temperatur
pada medium penghantar sebanding dengan sejumlah energi yang dipindahkan
lewat perpindahan kalor. Dengan hukum Ohm, V = IR, Panas Joule rata-rata adalah
Qj = I .V = I2 V [watt] Equation 2-2
2.2.3. Efek Seebeck
Bila dua material yang berbeda dihubungkan dalam suatu sirkuit dan kedua
sambungan (junction) dipertahankan pada temperatur yang berbeda maka akan
dibangkitkan emf (electromotive force). Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh
Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip
termokopel.
Dua buah material, sebut p dan n dihubungkan pada titik 1 dan berada pada
temperatur referensi, TL. Dengan potensiometer diukur beda temperatur (TH - TL).
Seebeck memberikan suatu persamaan hubungan sifat material, potensial
termoelektrik dengan temperatur. Koefsien Seebeck atau biasa disebut thermoelectric
power untuk suatu material didefnisikan sebagai, a = dE/dT
2.2.4. Efek Peltier
Efek Peltier menyebutkan bahwa jika suatu arus searah dialirkan pada suatu
rangkaian yang terdiri dari material berbeda, salah satu simpangan logam yang tidak
sama tersebut akan dipanaskan dan lainnya akan didinginkan. Ini adalah kebalikan
dari efek Seebeck dan juga dapat balik, yaitu jika aliran arus berlawanan maka material
yang tadinya dipanaskan akan didinginkan dan yang tadinya didinginkan akan berbalik
dipanaskan.
Apabila arus listrik mengalir dari suatu penghantar ke penghantar lain melewati
suatu sambungan, sejumlah energi dibawa oleh pembawa muatan ke sambungan
(junction) dari material p dengan laju Qp, dan energi ini dibawa dari sambungan ke
material n dengan laju Qn. Karena tingkat energi dari pembawa muatan adalah berbeda
untuk kedua material maka Qp akan lebih besar atau lebih dari Qn.
2.2.5. Efek Thompson
Efek Thomson menyatakan bahwa terdapat penyerapan atau pelepasan panas
bolak-balik dalam penghantar homogen yang terkena perbedaan panas dan perbedaan
listrik secara simultan. Didapat bahwa gradien potensial hasil dari perbedaan temperatur adalah positif searah dengan gradien temperatur.
2.3.1. Termokopel
2.3.1.1. Prinsip Kerja Termokopel
Suatu termokopel bekerja atas dasar prinsip fenomena dari Seebeck (pada tahun1821), yaitu : bila suatu rangkaian yang terdiri dari dua buah logam yang tidak sejenis dan bila temperatur pada sambungan-sambungan dari kedua kawat tersebut tidak sama, maka akan ada gaya listrik (electromotive force = emf), seperti pada gambar 2.1.
Efek lainnya yang penting dalam pembahasan termokopel adalah :
Efek Peltier (pendinginan atau pemanasan)
Jika melalui sambungan antara 2 buah logam yang berbeda dialirkan arus listrik,
maka sambungan tersebut akan bertambah panas atau dingin tergantung dari arah arus mengalir, seperti pada gambar 2.2.
Efek Thompson
Jika arus mengalir dalam kawat tembaga dengan gradien temperatur, panas
dibebaskan pada setiap titik dimana arus mengalir menurut arak aliran panas, sedangkan panas diserap pada titik yang berlawanan arah (gambar 2.3).
Sebatang logam T1 = T2 Jika T1
Dalam hal ini juga dikenal dengan hukum thermoelektrik, yaitu:
Hukum kehomogenan
Dalam kawat yang homogen tidak akan timbul tegangan walaupun ada perbedaan
temperatur pada bagian-bagian logam tersebut.
Hukum logam perantara
Jika temperatur dari sambungan sama, maka tegangan yang dihasilkan adalah
sama dengan apabila titik P dan Q disatukan (gambar 2.4).
Hukum temperatur perantara
Tegangan dari termokopel AB dengan sambungan T1 dan T3 adalah sama dengan
termokopel AB dengan sambungan T1 dan T2 ditambah dengan tegangan termokopel AB dengan sambungan T dan T .
2.3.1.2. Metode Pengukuran Termokopel
Metode pengukuran termokopel ada dua (9), yaitu :
Metode Defeksi
Pengukuran berdasarkan metoda defeksi ini paling sederhana. Tegangan gerak
listrik yang timbul karena adanya perbedaan suhu antara titik ukur T1 dan terminal keluar T2 dari instrumen pengukur, diukur dengan suatu motor kumparan putar.
Metode Potensiometer
Pada metode ini tegangan yang akan diukur dibandingkan dengan tegangan
yang telah kita ketahui dan dapat diatur. Potensimeter P (gambar 2.8) kita atur sehingga tegangan VAB sama dengan tegangan termokopel yang diukur pada temperatur hot junction (T). Bila kedua tegangan ini sudah sama besar, galvanometer G1 akan menunjukkan nol, besarnya V tergantung pada arus I.
2.3.1.3. Model Termokopel
Model termokopel tadi tidak cocok untuk pemakain dalam industri, dimana
termokopel diperlukan dalam jumlah yang bayak, dan pemasangan, pengadaan,
perawatan dan penggantian harus dipertimbangkan. Jadi, termokopel permanen yang
siap pakai sudah tersedia.
Sensor termokopel dapat dibeli sebagai unit yang terpisah dalam berbagai macam
tipe dan model. Pada tingkat dasar ada termokopel kawat terbuka dengan sambungan
yang dilas seperti diterangkan sebelumnya.
Termokopel ini dapat dilapisi sesuai kebutuhan penggunaan, mulai dari PVC
sampai keramik. Kadangkala, konduktor termokopel dimasukkan ke dalam suatu probe
yang tertutup salah satu ujungnya, atau thermowell yang dibuat dari campuran logam
yang tahan panas atau material refraktori (gambar 2.10)
Tersedia berbagai macam ukuran dan model untuk berbagai aplikasi. Ukurannya
mulai dari sub-miniatur (diameter sekitar 0,25 mm - dengan pelapis), miniatur, sampai
standar (sekitar 6 mm) dan lebih (lebih dari 20 mm).
2.3.2 Resistance Thermometer Derector (RTD’s)
Resistansi yang ditunjukkan oleh konduktor elektrik terhadap aliran listrik
berhubungan dengan suhu, terutama karena efek penyebaran elektron dan getaran atom.
Dasar dari teori ini adalah bahwa elektron bebas bergerak melalui logam as a plane waves modifed by function hacing the periodicity of crystal lattice. Satu-satunya hambatan yang ada adalah kemurnian dan apa yang disebut dengan lattice defects yang berakibat pada penyebaran, sehingga terdapat variasi pada resistansi. Tetapi, efek ini biasanya tergantung pada suhu, jadi tidak akan menjadi masalah, hanya saja harus disadari keberadaannya.
2.3.2.1. Bahan RTD
Beberapa bahan dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan dasar, yaitu harus
memiliki hubungan antara tahanan dengan suhu yang dapat diprediksi, halus dan stabil.
Bahan-bahan ini meliputi tembaga, emes, nikel platinum dan perak. dari keseluruhan
bahan tadi, tembaga, emas dan perak memiliki nilai resistensi elektrik yang rendah,
sehingga kurang cocok untuk pengukuran suhu tahanan, walaupun tembaga menunjukkan
hubungan yang hampir linier antara tahanan dengan suhu.
Pada kenyataannya, karena hal ini dan harganya yang murah, tembaga digunakan
pada beberapa aplikasi, dengan catatan bahwa diatas suhu tertentu akan teroksidasi, dan
secara umum tidak stabil atau dapat diulang. Tembaga dapat digunakan pad aplikasi
dimana suhu rata-rata berada tahanan dengan suhu.
2.3.2.2. Efek Pemanasan Sendiri RTD
Untuk mengukur besar tahanan termometer tahanan platinum, arus listrik harus
dialirkan melalui sensor, Tetapi, ironisnya, aliran arus listrik mengakibatkan efek
pemanasan dan suhu elemen termometer naik sedikit diatas equilibrium lingkungan yang
akan diukurnya. Hal ini disebut pemanasan sendiri.
Efek pemanasan sendiri menjadi lebih signifkan apabila, sebagai contoh, gas
yang mengalir lambat yang sedang diukur, hal yang berlawanan berlaku pada larutan
yang mengalir secapat yang. Untuk menunjukkan efek ini, RTD dimasukkan ke dalam air
pada titik es, efek 1mA pada resistor standar 100 ohms akan sekitar 20mK. Dalam udara
diam, hasilnya sekitar 50mK; sedangkan aliran sampai 3mA menghasilkan kesalahan
0,5K.
preliminary test ( dr.ir irwansyah.......2juni2010.)
1. apa yg dimasud mengukur dan pengukuran?
2. perbedaan t.absolute, t.relative, t.atmosfir?
3.sebutkan alat2 utk mengukur tekanan?
4. jelaskan prinsip kerja thermokopel?
5. jelaskan perbedaan efek peltier dan efek see back?
6. jelaskan prinsip kerja orifis?
jawab
1. mengukur adalah kegiatan untuk mencari nilai geometri(volum,panjang,diameter,dll) maupun dimensi
pengukuran adalah ilmu yang mempelajari cara mengukur yang benar.
2. tekanan absolute (mutlak) adalah nilai mulak tekanan yang bekerja pada wadah tersebut.(koestoer, raldi:14)
tekanan relative adalah selisih t. atsmosfir dengan t. mutlak.
tekanan vakum adalah menunjukkan seberapa lebih tekanan atsmosfir dri t. mutlak.
3. barometer(tekanan udara), tabung pitot( flowmetre ), venturi meter( flowmetre ), orifice( flowmetre)
4 n 5. prinsip termoelektrik (efek seebeck) sbg dasr temokopel : bila dua logam yang berbeda di hubungkan bersama pada suatu sisi dan sisi tersebut dipanaskan, akan timbul beda potensial pada sisi yang lain. dua kaki bebas tersebut dapat dihubungkan dengan mili voltmeter atau potensiometer untuk mengukur besarnya emf (electromotive force ) yang dihasilkan.
efek peltier : jika suatu arus searah dialirkan pada suatu rangkaian yang terdiri dari material berbeda, slah satu simpangan logam yang tidak sama tersebut akan dipanaskan dan lainya akan didinginkan. ini adalah kebalikan dari efek seebeck danjuga dapat dibalik, yaitu jika aliran arus berlawanan maka material yang tadinya dipanaskan akan didiginkan dan yang tadinya didinginkan akan berbalik dipanskan.
efek thompson: bahwa terdapat penyerapan atau peepasan panas bolak-balik dalam penghantar homogen yang terkena perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. didapat bahwa gradien potensial hasil dari perbedaan temperatur adalah positif searah dengan gradien temperatur.
6. hal 95
kuis 1 ( 14 juni 2010)
1. mengukur, pengukuran ? jelaskan!
2. tahapan dalam pengukuran , 3 tahap!
3. prinsip dan fungsi kerja manometer?
4. membaca jangka sorong!
5. menghitung tkanan manometer!
kuis 2 (15 juni 2010)
1. apa fungsi flowmetre ?
2. sebutkan aplikasi flowmetre?
3. menghitung (orifice , pitot tube)!
makasi yah,,,ai numpang copiiii
BalasHapus