Instrumentasi dan Pengukuran Pengukuran Suhu Efek Mekanik DISUSUN OLEH : Findi Agustianti (0612 4041 1526) Recxy Brilian T.S (0612 4041 1536) Kelas : 3 EG B Dosen Pembimbing : Ida Febriana, S.si, M.T
Instrumentasi dan Pengukuran
Pengukuran Suhu Efek Mekanik
DISUSUN OLEH :
Findi Agustianti (0612 4041 1526)
Recxy Brilian T.S (0612 4041 1536)
Kelas : 3 EG B
Dosen Pembimbing : Ida Febriana, S.si, M.T
Jurusan Teknik Kimia Program Studi Teknik Energi (DIV)
Politeknik Negeri Sriwijaya
2013/2014
Kata Pengantar
Puji dan syukur senantiasa kami panjatkan ke hadirat Allah SWT, Karena atas
karunia dan rahmat-Nya serta dengan diiringi dengan usaha yang kami lakukan,
kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “ Pengukuran Suhu Efek
Mekanik “.
Makalah ini kami susun sesuai dengan materi yang dipelajari pada modul mata
kuliah instrumentasi dan pengukuran. Pada makalah ini kami akan membahas pokok
pembahasan Pengukuran Suhu Efek Mekanik yang terdiri dari : Termometer Raksa,
Termometer Gas, Termometer Tekanan Uap, Termometer Bimetal. Serta akan
dibahas aplikasi dari masing-masing sub-bab pembahasan yang ada dalam kehidupan
sehari- hari kita terutama mengenai aplikasi elektronika dikehidupan kita dan juga
rumus dari masing-masing pokok pembahasan.
Kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak
yang telah membantu kami untuk menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya .
Semoga apa yang telah kami tulis mengenai “ Pengukuran Suhu Efek Mekanik”
dapat bermanfaat bagi kita semua kedepannya. Sebelumnya, kami mengucapkan
mohon maaf yang sebesar- besarnya apabila tulisan pada makalah kami ini terdapat
kesalahan, karena manusia tidak akan pernah sempurna walaupun manusia itu selalu
berusaha dan mencoba untuk menjadi seseorang yang sempurna karena
kesempurnaan itu hanyalah milik Allah SWT.
Tim Penyusun
Findi - Recxy
i
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
P ada za man s eka ra ng banyak s eka l i a l a t - a l a t yang d i gunakan
un tuk me ngukur ba ik s uhu , t e kanan ,ma upun l a i nnya . D i s i n i , kam i
akan m en je l a s kan ba ga im ana pengukuran suhu se ca ra e f ek
meka n ik ,ba i k da r i penge r t i a n ,maupun da r i p r in s ip ke r j a , dan
ap l i ka s i da r i a l a t - a l a t nya . pengukura n s uhu c a i r an dan gas
merupa kan s a l ah s a t u ha l yang pa l ing um um d ip ros e s i ndus t r i .
A l a t pe ngukuran ada l ah s ua tu a l a t ya ng dapa t m ende t eks i
kebe ra daan s ua tu f e nomena a l am dan mengukurnya dalam suatu kuantitas
fisik dan mengubahnya menjadi suatu sinyal yang dapat dibaca oleh pengamat
atau alat tertentu. Begitu banyaknya besaran fisik yang dapat diamati dari
sekian banyak fenomena alam yang ada di dunia ini, maka ada begitu
banyak sensor yang diciptakan dan ditemukan oleh manusia, masing-
masing spesifik untuk jenis besaran dan objek yang diukurnya.
1.
1.2 Tujuan
Menjelaskan mengenai pengertian pengukuran suhu efek mekanik
Menjelaskan aplikasi pengukuran suhu efek mekanik dalam
kehidupan sehari- hari
2.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Pengukuran Suhu Efek Mekanik
Fenomena suhu maupun panas merupakan fenomena yang selalu menarik untuk dipelajari. Awalnya
fenomena panas dianggap sebagai fenomena zat atau material, yang dapat dipindah dari satu
metarial ke material lainnya. Menjelang akhir abad 18, Benjamin Thomson dan Humphry Davy
mengadakan penelitian yang mengahasilkan teori baru tentang panas sebagai suatu fenomana yang
berhubungan dengan putaran (cyclic phenomona). Fisikawan Sadi Carnot menyatakan teori bahwa
panas adalah bentuk energi yang terdistribusi diantara zat / energi lainnya. Sadi Carnot kemudian
dikenal sebagai bapak ilmu termodinamika. Penelitiannya pada awal abad 19 menyatakan bahwa
perpindahan panas menjadi gerak mekanik terjadi pada suatu titik titik dimana energi tersebut
tersimpan, misalnya pada uap. Penelitian lanjutannya tentang bagaimana gerak mekanik
menghasilkan panas membawa pada suatu gagasan bahwa panas merupakan energi yang bersifat
abadi, yang tidak dapat diciptakan dan dihancurkan (hukum pertama Thermodynamic). Pada
pertengahan abab 18, Maxwell dan Bolzman mengembangkan dasar – dasar matematis dan
formulasi tentang teori kenetik gas. Menurut teori ini, panas disamakan dengan pergerakan molekul.
Maxwell menjelaskan bahwa suhu suatu benda merupakan property termal, yang membuatnya
mungkin memindahkan panas (energi) pada benda lainnya. Dari sudut pandang pengukuran suhu
merupakan property fisis yang mempunyai informasi energi dari suatu system dengan demikian
dapat menyatakan informasi tentang panas (derajat panas, status panas). Menurut Maxwell, suhu
merupakan nilai rata – rata energi kinetik dari suatu molekul suatu zat.
3.
Sehingga dari sudut pandang ini, pengukuran suhu efek mekanik adalah menentukan jumlah energi
panas pada suatu zat dengan perpindahan panas menjadi gerak mekanik yang terjadi pada suatu titik
titik dimana energi tersebut tersimpan, misalnya pada uap. Ada juga yang berpendapat bahwa
pengukuran suhu dengan efek mekanik adalah Pengukuran suhu dengan instrumentasi yang bekerja
atas dasar perubahan dimensi mekanik akibat perubahan suhu.
2.2 Prinsip Pengukuran Suhu Efek Mekanik
Pengukuran temperatur merupakan sesuatu penting dalam semua aspek kehidupan, terutama dalam
proses industri. Hal ini sering menimbulkan masalah tertentu, karena pengukuran suhu tidak dapat
menggunakan standar suhu sebgaimana yang dapat dilakukan pada pengukuran besaran lain yang
dapat menggunakan standar primer seperti massa, panjang dan waktu. Jika dua benda dengan
panjang l1 dan l2 terhubung bersama-sama, hasilnya adalah panjang akhir l1 + l2. Hubungan serupa
juga terjadi pada massa dan waktu. Namun, jika dua benda pada suhu yang sama terhubung
bersama-sama, gabungan benda tersebut mempunyai temperatur yang sama seperti sebelum
dihubungkan. Ini adalah penyebab kesulitan mendasar yang ada dalam membangun sebuah standar
mutlak pada suhu dalam hubungan masalah tersebut. Dengan tidak adanya hubungan tersebut, maka
perlu untuk menetapkan titik referensi yang dihasilkan suhu dalam bentuk titik beku dan titik didih
zat. Titik titik tersebut mendefinisakan secara tajam transisi antara padat, cair dan gas.
International Practical Temperature Scale (IPTS) menggunakan filosofi tersebut dan menetapkan 6
primary fixed points untuk suhu referensi dalam hal :
the triple point of equilibrium hydrogen - 259.34°C
the boiling point of oxygen - 182.962°C
the boiling point of water 100.0°C
the freezing point of zinc 419.58°C
the freezing point of silver 961.93°C
the freezing point of gold 1064.43°C
(standart diukur dalam tekanan atmosfir)
4.
Titik beku logam lainnya juga digunakan sebagai secondary fixed points untuk titik referensi
tambahan pada prosedur kalibrasi.
Skala temperature termodinamik yang dikembangkan dan digunakan sejak 1990 adalah ITS-90
(International Temperature Scale of 1990). Temperature yang diukur dalam ITS-90 ditetapkan T90
untuk derajat Kelvin (oK) dan t90 untuk derajat celcius (oC). Salah satu poin penting dalam ITS-90
adalah penetapan triple point of water yaitu T90 = 273,16 oK atau t90 = +0,01 oC. Tabel fixed point
menurut standar ITS-90 ditunjukkan tabel 1.1
Tabel 1 Fixed Point untuk standar ITS-90
Fixed point adalah titik fase kesetimbangan dari suatu zat atau kondisi murni zat tersebut, dimana
perubahan akan terjadi (menjadi gas, cair atau padat) pada zat tersebut apabila terjadi perubahan
yang kecil saja pada tekanan dan temperaturnya.
Temperature dapat dipandang sebagai nilai kecepatan rata – rata molekul suatu zat yang ditentukan
secara statistik sehingga hal tersebut merupakan energi kinetis. Misalnya pada suatu kasus,
temperatur suatu benda berubah dari T1 ke T2, maka dalam hal itu harus ada energi yang berubah.
Perubahannnya tergantung pada derajat jumlah molekul (jumlah meterialnya) dan ukurannya.
5.
Dalam termodinamika modern, temperatur suatu benda didiskripsikan sebagai tipe dari potensial
panas, yang merupakan properti dari penambahan dan pengurangan panas (heat source dan heat
sink). Sehingga gradien temperatur mendefinisakan arah perubahan benda terhadap temperatur.
Arah perubahan ini misalnya dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.
Instrumen untuk mengukur suhu dapat dibagi sesuai dengan prinsip fisik dimana instrument
tersebut beroperasi. Prinsip-prinsip utama yang digunakan adalah:
Efek termoelektrik
Perubahan Resistansi
Sensitivitas semikonduktor
emisi radiasi panas
Thermography
Ekspansi Thermal
Perubahan frekuensi Resonant
Sensitivitas serat optik
Akustik thermometry
Perubahan Warna
Perubahan keadaan materi.
2.3 Macam – macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik
2.3a. Termometer Raksa
Termometer zat cair dalam gelas merupakan jenis instrumentasi
pengukuran suhu yang paling umum. Konsentrasi rinci instrument dari thermometer
ini digambarkan pada gambar 2.2. sebuah cembul yang relative besar di bgaian
bawah thermometer itu menampung sebagian besar zat cair yang memuai bila
dipanaskan dan mengisi tabung kapiler yang telah diberi garis-garis penanda skala.
6
Pada bagian atas tabung kapiler itu ada lagi sebuah cembul yang ditempatkan sebagai
pengaman bilamana jangkauan suhu termometer itu secara tidak sengaja terlampaui. Zat cair yang
paling umum digunakan adalah alcohol dan raksa. Alcohol mempunyai keunggulan karena
koefisien muainya lebih besar daripada raksa, akan tetapi terbatas penggunaannya pada pengukuran
suhu rendah karena zat ini mudah mendidih pada suhu tinggi.
Untuk mengoperasikannya, cembul termometer zat cair dalam gelas dikenakan pada
lingkungan yang akan diukur suhunya. Kenaikan suhu menyebabkan zat cair di dalam cembul
memuai dan naik di dalam kapiler dan akan menunjukkan skala suhu. Pemuaian yang ditunjukkan
termometer itu adalah perbedaan pemuaian zat cair dan pemuaian gelas. Perbedaan ini bukan hanya
merupakan fungsi perpindahan kalor dari lingkungan makin besar pula kesalahannya. Termometer
raksa dalam gelas bermutu tinggi memiliki penandaan skala suhu yang digoreskan pada gelas
beserta yang menunnjukkkan kedadalaman celup yang seharusnya. Termometer raksa dalam gelas
yang sangat tepat bisa didapatkan dari National Bureau of Standarts lengkap dengan informasi
kalibrasinya bersama setiap termometer. Jenis khusus termometer air raksa, disebut termometer
maksimun, bekerja dengan adanya katup pada leher tabung dekat bohlam. Saat suhu naik, air raksa
didorong ke atas melalui katup oleh gaya pemuaian. Saat suhu turun air raksa tertahan pada katup
dan tidak dapat kembali ke bohlam membuat air raksa tetap di dalam tabung. Pembaca kemudian
dapat membaca temperatur maksimun selama waktu yang telah ditentukan. Untuk mengembalikan
fungsinya, termometer harus diayunkan dengan keras. Termometer ini mirip desain termometer
medis.
7.
Air raksa akan membeku pada suhu -38.83 °C (-37.89 °F) dan hanya dapat digunakan pada suhu di
atasnya. Air raksa, tidak seperti air, tidak mengembang saat membeku sehingga tidak memecahkan
tabung kaca, membuatnya sulit diamati ketika membeku. Jika termometer mengandung nitrogen,
gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di sana ketika temperatur naik. Jika ini
terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya,
termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah
-37 °C (-34.6 °F). Pada area di mana suhu maksimum tidak diharapkan naik di atas - 38.83 ° C (-
37.89 °F) termometer yang memakai campuran air raksa dan thallium mungkin bisa dipakai.
Termometer ini mempunyai titik beku of -61.1 °C (-78 °F).
Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Anders Celsius
merumuskan skala Celsius, yang dipaparkan pada publikasinya ”the origin of the Celsius
temperature scale” pada 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es
mencair dan suhu penguapan air. Ini bukanlah ide baru, sejak dulu Isaac Newton bekerja dengan
sesuatu yang mirip. Pengukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu
pembekuan. Eksperimen untuk mendapat kalibrasi yang lebih baik pada termometer Celsius
dilakukan selama 2 minggu setelah itu. Dengan melakukan eksperimen yang sama berulang-ulang,
dia menemukan es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada termometer. Dia menemukan titik
yang sama pada kalibrasi pada uap air yang mendidih (saat percobaan dilakukan dengan ketelitian
tinggi, variasi terlihat dengan variasi tekanan atmosfer). Saat dia mengeluarkan termometer dari uap
air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan
pemuaian kaca tabung).
Tekanan udara memengaruhi titik didih air. Celsius mengklaim bahwa ketinggian air raksa saat
penguapan air sebanding dengan ketinggian barometer.
Saat Celsius memutuskan untuk menggunakan skala temperaturnya sendiri, dia menentukan titik
didih pada 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F).
8.
Pada akhirnya, Celsius mengusulkan metode kalibrasi termometer sebagai berikut ini :
1. Tempatkan silinder termometer pada air murni meleleh dan tandai titik saat cairan di dalam
termometer sudah stabil. ini adalah titik beku air.
2. Dengan cara yang sama tandai titik di mana cairan sudah stabil ketika termometer ditempatkan di
dalam uap air mendidih.
3. Bagilah panjang di antara kedua titik dengan 100 bagian kecil yang sama.
Pengukuran Termometer Air Raksa
Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait.
Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu
penguapan air. Es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada thermometer yaitu
pada uap air yang mendidih. Saat dikeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air
raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian
kaca tabung). Jadi pegukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan
suhu pembekuan.
Titik didih Celcius yaitu 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Tetapi
peneliti lain -Frenchman Jean Pierre Cristin– mengusulkan versi kebalikan skala
celsius dengan titik beku pada 0 °C (32 °F) dan titik didih pada 100 °C (212 °F). Dia
menamakannya Centrigade.
Cara kerja Termometer Air Raksa
Alat ini terdiri dari pipa kapiler yang menggunakan material kaca dengan kandungan air
raksa di ujung bawah. Untuk tujuan pengukuran, pipa ini dibuat sedemikian rupa sehingga
hampa udara. Jika temperatur meningkat, Merkuri akan mengembang naik ke arah atas pipa
dan memberikan petunjuk tentang suhu di sekitar alat ukur sesuai dengan skala yang telah
ditentukan.
9.
Adapun cara kerja secara umum adalah sebagai berikut :
1. Sebelum terjadi perubahan suhu, volume air raksa berada pada kondisi awal.
2. Perubahan suhu lingkungan di sekitar termometer direspon air raksa dengan perubahan
volume.
3. Volume merkuri akan mengembang jika suhu meningkat dan akan menyusut jika suhu
menurun. Skala pada termometer akan menunjukkan nilai suhu sesuai keadaan lingkungan.
Termometer raksa dalam gelas biasanya dapat dipakai sampai 600 F (301,3 C ), tetapi
jangkauannya dapat diperluas hingga 1000 F (523,6 C ) dengan jalan mengisib ruang di atas raksa
itu dengangas seperti nitrogen . hal ini akan meningkatkan tekanan di atas raksa, menaikkan titik
didihnya dan dengan demikian memungkinkan penggunaaan termometer itu pada suhu yang lebih
tinggi.
Sehingga dari penjelasan diatas bahwa prinsip kerja termometer raksa yaitu : Cembul
termometer zat cair dalam gelas dikenakan pada lingkungan yang akan diukur suhunya, kenaikan
suhu menyebabkan zat cair dalam cembul memuai dan naik didalam kapiler dan akan menunjukkan
skala suhu, biasanya dapat dipakai sampai 600 F (301,3) diperluas 1000 F(523,6 C)
2.3 b. Termometer Gas
Termometer gas bekerja berdasarkan sifat pemuaian gas. Adapun gas yang biasa digunakan
yaitu gas hidrogen dan helium dengan tekanan rendah, apabila gas itu dikenai panas sehingga
volumenya akan bertambah. Karena gas memuai lebih besar daripada cairan maka termometer gas
lebih teliti daripada termometer cairan. Termometer gas dapat digunakan untuk mengukur suhu
yang sangat tinggi dan suhu yang sangat rendah, dimana lebar jangkauannya antara – 250°C sampai
degan 1500°C. Prinsip kerja dari termometer gas didasarkan pada hokum dasar dari gas. Prinsip
kerja dari termometer gas didasarkan pada hukum dasar dari gas (Gambar 2-3). Jika gas dijaga ada
di dalam sebuah bejana pada volume konstan dan kemudian tekanan serta suhunya diubah-ubah ,
maka perbandingan antara tekanan gas dan suhunya adalah konstan pula.
10.
Pengukuran tekanan
Dari gambar tersebut maka akan didapatkan persamaan sebagai berikut :
P1 / T1 = P2 / T2 ……………………………………….. (2.5)
Dimana :
P1 , T1 = Tekanan dan Suhu absoult (K) untuk keadaan 1
P2 , T2 = Tekanan dan Suhu absoult (K) untuk keadaan 2
Jangkauan suhu operasi termometer gas berkisar = 150 sampai + 1000 F
Contoh 2.3
Sebuah gas yang ada di dalam sebuah bejana tertutup mempunyai tekanan sebesar
120psi pada suhu 20 C. Berapakah tekanannya pada 100 C
Penyelesaian :
Konversikan suhunya ke skla Kelvin sehingga diperoleh 293, 16 K dan 373,16 K .
Selanjutnya dipergunakan persamaan 2-5 untuk memperoleh tekanan pada keadaan 2
P2 = T1 / T2 . P1 = 373,16 / 293,16 . (120psi)
= 153 psi
12.
Karena termometer gas mengkorversikan informasi suhu secara langsung menjadi
sinyal tekanan, mka termometer gas ini sering dipakai pada system pneumatic.
Transduser seperti ini juga menguntungkan karena tidak mempumyai bagian-bagian
yang bergerak . Gas yang paling sering dipakai adalah gas nitrogen. Karena
termometer gas mengkorservasikan informasi suhu secara langsung menjadi tekanan,
maka termometer gas sering dipakai pada system pneumatic.
Tabel 2.1 Termometer Gas
Gas Temperatur
kritis C
Panas
spesifik pada
tekanan
konstan
Viscositas
X 10-6
(satuan cgs)
Koefisien
ekspansi
pada tekanan
konstan
Air -140 0,273 170 0,0037
Karbondioksida 31,1 0,203 139 0,0037
Helium -267 1,25 195 0,0037
Hydrogen -235 3,40 97 0,0037
Nitrogen -146 0,24 163 0,0037
Oksigen -118 0,216 212 0,0037
2.3 c. Termometer Tekanan Uap
Termometer tekanan uap mengkorversikan informasi suhu ke dalam tekanan
sebagaimana halnya termometer gas akan tetapi dengan proses yang berbeda. Jika sebuah bejana
tertutup diisi sebagian cairan, maka ruangan diatas cairan tersebut akan terdiri dari uap dan cairan
yang tekanannya tergantung pada suhu. Jika suhu dinaikkan, maka cairan yang menguap akan lebih
banyak dan tekanan akan meningkat. Penuruan suhu akan mengakibatkan terjadinya kondensasi
sebagai uap dan tekanan akan turun. Jadi, tekanan uap tergantung pada suhu (Gambar 2-4)
13.
Gambar 2-4
Tekanan itu digunakan sebagai penunjuk suhu keseluruhan system yang terdiri dari cembul, kapiler,
dan pengukuran tekanan yang dapat dikalibrasi bersama-sama secara langsung. Suhu kapiler jelas
ada pengaruhnya pada bacaan karena mengandung sebagian volume fluida di dalam cembul,
masalah ini dapat diatasi, asal suhu cembul selalu tinggi dari suhu tabung kapiler. dalam hal ini
fluida dalam kapiler akan selalu berada dalam keadaan zat cair lewat dingin, sedang tekanan akan
ditentukan semata-mata oleh suhu campuran yang terdapat di dalam cembul.
Sehingga dari penjelasan diatas bahwa prinsip kerja dari termometer tekanan uap yaitu : jika sebuah
bejana tertutup diisi dengan sebagian cairan, maka ruangan dibagian atas cairan tersebut akan terdiri
dari uap dan cairan yang tekanannya tergantung pada suhu. Jika suhu dinaikkan maka cairan
menguap akan lebih banyak dan tekanan akan meningkat. Penurunan suhu akan mengakibatkan
terjadi kondensasi sebagian uap dan tekanan turun. Jadi, tekanan uap tergantung pada suhu.
14.
2.3d. Termometer Bimetal
Metode pengukuran suhu yang sangat luas pemakaiannnya ialah keeping bimetal.
Termometer bimetal digunakan untuk jangkauan suhu -100 sampai 1000 F, banyak digunakan
dalam instrument kendali suhu sederhana. Termometer bimetal terdiri dari dua keeping logam yang
mempunyai koefisien ekspansi (muai) termal yang berbeda disatukan sehingga membentuk
instrumen seperti pada gambar.
Termometer bimetal adalah sebuah termometer yang terbuat dari dau buah kepingan logam yang
memiliki koefisien muai berbeda yang dikeling (dipelat) menjadi satu. Kata bimetal sendiri
memiliki arti yaitu bi berarti dua sedangkan kata metal berarti logam, sehingga bimetal berarti "dua
logam".
15.
Cara Kerja
Keping Bimetal sengaja dibuat memiliki dua buah keping logam karena kepingan ini dapat
melengkung jika terjadi perubahan suhu. Prinsipnya, apabila suhu berubah menjadi tinggi, keping
bimetal akan melengkung ke arah logam yang keoefisien muainya lebih rendah, sedangkan jika
suhu menjadi rendah, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang keofisien muainya lebih
tinggi. Logam dengan koefisien muai lebih besar (tinggi) akan lebih cepat memanjang sehingga
kepingan akan membengkok (melengkung) sebab logam yang satunya lagi tidak ikut memanjang.
Biasanya keping bimetal ini terbuat dari logam yang koefisien muainya jauh berbeda, seperti besi
dan tembaga.
Pada termometer, keping bimetal dapat difungsikan sebagai penunjuk arah karena jika kepingan
menerima rangsangan berupa suhu, maka keping akan langsung melengkung karena pemuaian
panjang pada logam. Bila keeping itu dikenakan pada suhu yang lebih tinggi dari suhu pengikatnya
dan akan membengkok ke satu arah, bila dikenakan pada suhu yang lebih rendah dari suhu
pengikatnya, ia membelok kea rah lain koefisien ekspansi termal beberapa bahan yang lazim
dipakai diberikan dalam table 2-2.
Tabel 2-2 Sifat-sifat mekanik beberapa bahan termal yang umum dipakai
Bahan Koefisien ekspansi
Termal/ C
Modulus elastisitas Psi GN/ m2
Invar (64% Fe,36% Ni) 1,7x10 21,4x10 147
Kuningan kuning 2,02x10 14,0x10 96,5
Monel 400 1,35x10 26x10 179
Inconel 702 1,25x10 31,5x10 217
Baja anti-karat jenis
316
1,6x10 28x10 193
16.
Tipe transduser suhu ini mempunyai karakteristik akurasi yang relative kurang, mempunyai
histerisis, mempunyai waktu tanggap yang relative rendah dan biayanya murah. Instrumen seperti
ini dipakai untuk menutup kontak-kontak saklar atau untuk mengaktifkan suatu mekanisme pada
waktu suhu dinaikkan ke suatu set point, juga pada sejumlah aplikasi khususnya pada daur on/off.
Kebanyakan industry, termometer bimetal menggunakan sebuah koil helix yang dapat di desain
seperti bentuk spiral yang dilindungi oleh sebuah tube. Termometer bimetal jenis ini dapat
mengukur suhu gas atau liquid yang mengalir di dalam saluran pipa. Termometer ini dapat dilihat
pada gambar 2-6. Jadi, prinsip kerja dari termometer bimetal adalah bila keeping dikenakan pada
suhu yang lebih tinggi dari suhu peningkatnya dan akan membengkok ke suatu arah, bila dikenakan
pada suhu yang lebih rendah dari suhu peningkatnya, ia membelok kearah lain.
2.4 Kelebihan dan Kelemahan Pengukuran Suhu Efek mekanik
a. Termometer Raksa
Kelebihan dari termometer air raksa yaitu sebagi berikut ini :
Raksa tidak membasahi dinding tabung, sehingga pengukuran lebih teliti
Termometer raksa mempunyai jangkauan pengukuran besar -39®Csampai357®C
Raksa dapat dengan cepat mengambil kalor dari benda yang diukur sehingga suhu
raksa dapat dengan mudah sama dengan suhu benda
17.
Raksa mengilap sehingga mudah dilihat
Pemuaian raksa teratur terhadap kenaikan suhu.
Kelemahan dari termometer air raksa yaitu sebgai berikut ini :
Harga raksa mahal dan susah dicari
Bila tabung pecah, raksa sangat berbahaya, gas beracun
Raksa tidak dapat digunakan mengukur lebih rendah dari -39® C,padahal suhu di kutub
Utara dan Selatan lebih rendah daripada suhu tersebut.
2.4 b. Termometer Gas
Kelebihan dari Termometer Gas yaitu sebagai berikut ini :
lebih teliti
dapat mengukur suhu rendah karena titik bekunya -250°C
dapat mengukur suhu tinggi karena titik didihnya 1500°C
Kelemahan dari Termometer Gas yaitu sebagai berikut ini :
pengukuran lambat
2.4 c. Termometer Tekanan Uap
Kelebihan dari Termometer Tekanan Uap
Mudah didapat
Hasil pengukurannya akurat
Kelemahan dari T ermometer Tekanan Uap yaitu sebagai berikut ini:
Tekanannya bergantung pada suhu
Penurunan suhu pada termometer tekanan uap menyebabkan kondensasi
18
2.4 d. Termometer Bimetal
Kelebihan dari Termometer Bimetal yaitu sebagai berikut :
Tahan dari goncangan
Tidak mudah terbakar
harganya relatif Murah
tahan lama, awet dan mudah dikalibrasikan
dapat digunakan untuk termograf
Kelemahan Termometer Bimetal yaitu sebagai berikut ini :
memerlukan kalibrasi sering untuk menjaga akurasi respon terhadap perubahan suhu lambat
Kurang akurat
2.5. Aplikasi Macam-macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik dalam kehidupan
sehari- hari
2.5 a. Termometer Air Raksa
Termometer air raksa masih banyak digunakan dalam bidang meteorologi, tetapi
penggunaan pada bidang-bidang lain semakin berkurang, karena air raksa secara permanen
sangat beracun pada sistem yang rapuh dan beberapa negara maju telah mengutuk
penggunaannya untuk tujuan medis. Beberapa perusahaan menggunakan campuran gallium,
indium, dan tin (galinstan) sebagai pengganti air raksa.
19
b. Termometer Gas
Dalam kehidupan sehari-hari, termometer gas jarang digunakan. Termometer gas
biasanya terdapat di Laboratorium untuk kegiatan penelitian. Selain itu, termometer gas
juga banyak dipakai dalam kegiatan industri, misalnya di pabrik-pabrik farmasi dan
yang sering berhubungan dengan gas dalam produksi. Jika sejumlah gas dipanaskan dan
volumenya dijaga tetap, tekanannya akan bertambah. Sifat termometrik ini
dimanfaatkan untuk mengukur suhu pada termometer gas.
c. Termometer Tekanan Uap
Termometer tekanan uap berguna dalam mengukur penurunan tekanan uap pada
sifat koligatif larutan. Penurunan tekanan uap jenuh larutan akan semakin besar apabila
konsentrasi (fraksi mol) dari zat terlarut semakin besar. Tekanan uap suatu zat cair lebih
tinggi dari tekanan uap jenuh larutan, perhatikan Gambar 11.1.
Gambar 11.1. Pengaruh adanya zat terlarut terhadap tekanan uap pelarut A murni dan adanya zat
terlarut B
Roult meneliti dan banyak melakukan eksperimen dalam berbagai campuran zat dan dia
menyimpulkan hubungan antara penurunan tekanan uap suatu zat cair dengan konsentrasi
larutannya, Hasil ekperimennya mengantarkan Roult untuk menyederhanakan fenomena tersebut
kedalam persamaan seperti dibawah ini :
20
dimana;
P = tekanan uap jenuh larutan
Pº = tekanan uap jenuh pelarut murni
XA = fraksi mol pelarut
Sedangkan penurunan tekanan uap jenuh diakibatkan karena adanya fraksi zat terlarut di dalam
pelarut.
Sehingga besarnya penurunan sangat tergantung pada fraksi zat ini yang dinyatakan dalam
persamaan;
Dimana :
ΔP = penurunan tekanan uap jenuh pelarut
Pº = tekanan uap jenuh pelarut murni
XB = fraksi mol zat terlarut
Dari hubungan di atas maka didapat, tekanan uap jenuh larutan:
P = tekanan uap larutan
ΔPºA = penurunan tekanan uap jenuh larutan
PºA = tekanan uap jenuh pelarut murni
21
d. Termometer Bimetal
Jika kendaraan bermotor melaju cepat, mesinnya cepat panas dan spidometer
menunjukkan angka kelajuan yang besar. Jika kendaraan melaju pelan, mesin tidak
cepat panas dan spidometer akan menunjukkan angka kelajuan yang kecil. Jenis
termometer ini adalah termometer bimetal yang menggunakan logam sebagai bahan
untuk menunjukkan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika
dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.
Prinsip kerjanya, keping bimetal dibentuk spiral dan tipis. Ujung spiral bimetal
ditahan, atau tidak bergerak dan ujung lainnya menempel pada gir penunjuk. Semakin
besar suhu, keping bimetal semakin melengkung dan menyebabkan jarum penunjuk
bergerak ke kanan ke angka yang lebih besar. Jika suhu turun, jarum penunjuk bergerak
kekiri ke arah angka yang lebih kecil.
Alat-alat teknologi yang menggunakan prinsip bimetal, antara lain termostat, sakelar
otomatis pada setrika, alat pemberitahu kebakaran.
Termostat
Ruangan hotel-hotel mewah yang terdapat di daerah sejuk atau dingin, seperti di kawasan
Puncak-Bogor, Lembang-Bandung, atau daerah lainnya memiliki pengaturan panas ruangan.
Apabila udara di ruangan dingin, lempengan bimetal akan menyusut, lurus, dan menyentuh
lempengan logam biasa sehingga kedua ujung lempengan tersebut saling bersentuhan. Sentuhan
antara kedua ujung logam itu menjadikan adanya kontak dengan arus listrik, arus listrik masuk dan
rangkaian pemanas tertutup yang menyalakan pemanas sehingga ruangan menjadi hangat.
Sebaliknya, apabila ruangan telah cukup hangat, maka lempengan bimetal akan mengembang dan
kembali ke posisi semula, yaitu membengkok, tidak kontak dengan arus listrik, arus listrik terputus,
sehingga rangkaiannya terbuka, pemanas terputus, dan pemanasan ruangan selesai.
22
Sakelar Otomatis pada Setrika Otomatis
Suhu pada setrika secara otomatis, maka disebut setrika otomatis. Pada setrika otomatis
terdapat alat untuk memutuskan dan menghubungkan arus listrik secara otomatis, yang disebut
sakelar otomatis. Prinsip kerja sakelar otomatis dapat kamu amati pada gambar.
Apabila suhu sudah cukup tinggi, bimetal akan melengkung menjauhi kontak (K), arus
listriknya putus, setrika akan menjadi dingin. Ketika dingin, bimetal menyentuh kontak (K), maka
arus listrik mengalir kembali, sehingga setrika kembali panas.
Sumber Gambar: kampungide.com
Alat Pemberitahu Kebakaran
Apabila ada kenaikan suhu di sekitar alat ini, bimetal menyentuh kontak sehingga arus
listrik mengalir menuju bel listrik. Bel listrik akan berbunyi, yang menandakan ada kebakaran atau
panas.
23
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Pengukuran suhu efek mekanik adalah Pengukuran suhu dengan instrumentasi yang bekerja
atas dasar perubahan dimensi mekanik akibat perubahan suhu.
Prinsip Kerja thermometer raksa yaitu Cembul termometer zat cair dalam gelas dikenakan
pada lingkungan yang akan diukur suhunya, kenaikan suhu menyebabkan zat cair dalam
cembul memuai dan naik didalam kapiler dan akan menunjukkan skala suhu, biasanya dapat
dipakai sampai 600 F (301,3) diperluas 1000 F(523,6 C)
Prinsip Kerja termometer gas yaitu jika suatu gas ada di dalam sebuah bejana pada volume
konstan kemudian tekanan serta suhunya diubah- ubah maka perbandingan antara tekanan
gas dan suhunya konstan pula
Prinsip Kerja termometer tekanan uap yaitu jika sebuah bejana tertutup diisi sebagian cairan,
maka ruangan diatas tersebut akan terdiri dari uap dan cairan yang tekanannya tergantung
pada suhu. Jika suhu dinaikkan, maka cairan yang menguap akan lebih banyak dan tekanan
akan meningkat. Penurunan suhu akan mengakibatkan terjadinya kondensasi sebagian uap
dan tekanan akan turun. Jadi tekanan uap bergantung pada suhu
Prinsip Kerja termometer bimetal yaitu bila keping dikenakan pada suhu yang lebih tinggi
dari suhu peningkatnya dan akan membengkok ke suatu arah, bila dikenakan pada suhu
yang lebih rendah dari suhu peningkatnya, ia akan membelok ke arah lain.
24
Daftar Pustaka
Alan S. Morris, Measurement and Instrumentation Principles, Alan S. Morris, Butterworth-
Heinenman, 2001
Karl Ehinger, Industrial temperature measurement, ABB Automation Product, 2008
Raytek Corporation, Principles of Non-Contact Temperature Measurement, 2003
http://www.capgo.com/Resources/Temperature/FibreOptic/Fibre.html diakses tanggal 2 Desember
2012
.
25
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ……………………………………………………………………… i
Daftar Isi ………………………………………………………………………...ii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ………………………………………………………………....1
1.2 Tujuan ………………………………………………………………….2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Pengukuran Suhu Efek Mekanik…………………………………… 3-4
2.2 Prinsip Pengukuran Suhu Efek Mekanik……………………………………… 4-6
2.3 Macam- macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik……………………………. 6-17
2.4 Kelebihan dan Kekurangan Pengukuran Suhu Efek Mekanik ……………….. 17-19
2.5 Aplikasi Macam- Macam Pengukuran Suhu Efek Mekanik dalam Kehidupan ….19-23
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan ………………………………………………………………………… 24
DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………………... 25