Title: TEMPERATURE MEASUREMENT
1TEMPERATURE MEASUREMENT
- Galileo (1592)
- Colored alcohol
- Gabriel Fahrenheit (1700)
- Ice water (0o) - Blood temperature (96o)
- Anders Celcius (1742)
- Melting point of ice (0o)
- Boiling point of water (100o)
- William Thomson, Lord Kelvin (1800)
- K oC 273.15 (Absolute temperature)
- W.J.M. Rankine
- oR oF 459.67
2INTERNATIONAL PRACTICAL TEMPERATURE SCALEIPTS-68
EQUILIBRIUM POINT K OC
Triple Point of Hydrogen 13.81 -259.34
Liquid/Vapor Phase of Hydrogen 17.042 -256.108
Boiling Point of Hydrogen 20.28 -252.87
Boiling Point of Neon 27.102 -246.048
Triple Point of Qxygen 54.361 -218.789
Boiling Point of Neon 90.188 -182.962
Triple Point of Water 273.16 .01
Boiling Point of Water 373.16 100
Freezing Point of Zinc 692.73 419.58
Freezing Point of Silver 1235.08 961.93
Freezing Point of Gold 1337.58 1064.43
3TEMPERATURE SENSORS
- THERMOCOUPLE
- Thomas Seebeck
- RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR
- Humphry Davy, William Siemens
- THERMISTOR
- Steinhart - Hart
- IC TEMPERATURE TRANSDUCER
- LM335, LM 34, AD592
4(No Transcript)
5THERMOCOUPLE
THOMAS SEEBECK (1821)
Dissimilar metals
EFFECT SEEBECK THERMOELECTRIC CIRCUIT
6eAB Seebeck voltage ? Seebeck coefficient
7(No Transcript)
8(No Transcript)
9(No Transcript)
10TYPE METAL ? ?V/oC RANGE OC
B Platinum 6 Rhodium Platinum 30 Rhodium 6 0 to 1820
E Nickel Constantan 58.5 -270 to 1000
J Iron Constntan 50.2 -210 to 760
K Nickel 10 Cr Nickel 39.4 -270 to 1372
N (AWG 14) Nicrosil Nisil 39 0 to 1300
N (AWG 28) Nicrosil Nisil 26.2 -270 to 400
R Platinum 13 Rhodium Platinum 11.5 -50 to 1768
S Platinum 10 Rhodium Platinum 10.3 -50 to 1768
T Copper - Constantan 38 -270 to 400
W-Re Tungsten 5 Rhodium Tungsten 26 Rhodium 19.5 0 to 2320
11(No Transcript)
12NBS POLYNOMIAL COEFFICIENTS
NBS National Bureau of Standard
Temperature Conversion Equation
13Contoh Soal No. 1.1 Sebuah termokopel tipe J yang
digunakan untuk mengukur temperatur suatu ruang
pembakaran menghasilkan tegangan output sebesar
5,867 mV. Berapa tegangan outputnya bila diukur
dengan termokopel tipe K ?
14Jawab
15(No Transcript)
16PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN VOLTMETER
17EQUIVALENT CIRCUITS
Tabel
18Contoh Soal No. 1.2 Suatu temperatur diukur
dengan menggunakan sebuah termokopel tipe J dan
sebuah DVM (Digital Volt Meter). Temperatur
ruangan pada saat pengukuran adalah 28 oC dan DVM
menunjukkan angka 10,933 mV. Tentukan temperatur
tersebut.
Jawab
Dari tabel diperoleh
19(No Transcript)
20IRON-CONSTANTAN THERMOCOUPLE
21(No Transcript)
22REMOVING JUNCTIONS FROM DVM TERMINALS
Isothermal Block electrical insulator good
heat conductor
23(No Transcript)
24LAW OF INTERMEDIATE METALS
25(No Transcript)
26(No Transcript)
27RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR
- Humphrey Davy ?? Seebeck
- Tahanan logam dipengaruhi temperatur
- William Siemens
- Platinum resistance thermometer
- PRTD ? Standard
- - 182,96 oC 630,74 oC
- C.H. Meyers (1932)
- Koil platina digulung pada batang mika
- Dimasukkan ke dalam tabung kaca
28BEBERAPA TIPE RTD
29COMMON RTD MATERIALS
METAL RESISTIVITY (OHM/CMF) cmf circular mil foot
Gold Au 13.00
Silver Ag 8.8
Copper Cu 9.26
Platinum Pt 59.00
Tungsten W 30.00
Nickel Ni 36.00
30PENGUKURAN TAHANAN
- Tahanan PRTD
- Puluhan s/d ribuan ohm
- Standard DIN 43760
- Ro 100 ? pada 0oC
- ? 0,00385 ?/ ?/oC
- Dapat digunakan jembatan Wheatstone
- Output jembatan sebanding dengan tahanan RTD
31JEMBATAN WHEATSTONE
- Jembatan dibuat setimbang (Vo 0) dengan
mengatur besarnya tahanan R3 (R1 R2)
32- Jembatan tidak perlu dibuat setimbang
- Rg dihitung sebagai fungsi dari Vo,, R3 dan VS
33EFFECT OF LEAD RESISTANCE
- Bila lokasi pengukuran jauh, maka tahanan kawat
penghubung harus diperhitungkan
34THREE-WIRE BRIDGE CONFIGURATION
- Bila tahanan kawat A dan B sama besar, maka
efeknya pada tegangan output akan saling
meniadakan - Hubungan antara tegangan output dan tahanan RTD
menjadi tidak linier
35SELF HEATING ERROR
- Bila arus yang mengalir melalui RTD cukup besar,
maka daya disipasi yang terjadi akan menyebabkan
temperatur RTD naik meskipun temperatur ruangan
yang akan diukur tidak berubah. - Terjadi kesalahan pengukuran yang disebut self
heating error, dinyatakan dengan oC/mW - Daya disipasi dapat dihitung dari P I2 RT
36FOUR -WIRE CONFIGURATION
- Menggunakan sumber arus konstan (CCS)
- Tegangan output yang diukur DVM sebanding dengan
tahanan RTD - Kerugiannya adalah menggunakan lebih banyak kawat
dibandingkan three-wire configuration
37RESISTANCE TO TEMPERATURE CONVERSION
- RTD lebih linier dari termokopel, tetapi masih
memerlukan curve-fitting - Persamaan Callendar Van Dusen
RT Tahana pada temperatur T Ro Tahanan pada
temperatur 0oC ? Koefisien temperatur (
0,00392 ?/ ?/oC) ? 0,11 T lt0 ? 0 T gt 0
? 1,49
38(No Transcript)
39Contoh Soal 2.1 (UTS TE-318, 18 April
1998) Sebuah Resistance Temperature Detector
(RTD) dipasang pada suatu quarter-bridge dengan
tegangan eksitasi sebesar 3 V. RTD ini mempunyai
tahanan nominal pada 20oC sebesar 100 ?,
koefisien temperatur sebesar 0,00385 ?/ ?/oC dan
self heating error sebrsar 0,5 oC/mW. Ruangan
yang akan diukur temperaturnya terletak 100 m
dari ruangan dimana rangkaian jembatan ini
diletakkan. Rangkaian jembatan ini dipasang
dengan konfigurasi 3 kawat dimana kawat tembaga
yang digunakan mempunyai diameter sebesar 1,291
mm dan konduktivitas listrik sebesar 5,8x107 S/m.
Tegangan output yang dihasilkan ternyata adalah
210,1 mV. Hitung temperatur yang diukur bila
a). Tahanan kawat dan self heating error
diabaikan b). Tahanan kawat tidak diabaikan dan
self heating error diabaikan c). Tahanan kawat
dan self heating error tidak diabaikan
40Jawab a)
41Jawab b)
42(No Transcript)
43Jawab c)
44Contoh Soal 2.2 (UTS TE-408, 11 Juli 1996) Sebuah
Resistance Temperature Detector (RTD) dipasang
pada suatu quarter-bridge dengan tegangan
eksitasi sebesar 3 V. RTD ini mempunyai tahanan
nominal pada 20oC sebesar 100 ? dan koefisien
temperatur sebesar 0,00385 ?/?/oC. Ruangan yang
akan diukur temperaturnya terletak jauh dari
ruangan dimana rangkaian jembatan ini diletakkan.
Rangkaian jembatan ini dipasang dengan
konfigurasi 3 kawat dimana kawat tembaga yang
digunakan mempunyai mempunyai tahanan sebesar 5
?. Rangkaian jembatan ini dikalibrasi pada dua
temperatur, yaitu 20oC dan 100oC. Bila
pengukuran dianggap linier, berapa kesalahan
(FS 80oC) yang terjadi pada saat temperatur
yang diukur adalah 60oC ?
45TERMISTOR
- Seperti RTD, termistor adalah tahanan yang
berubah terhadap temperatur - Perbandingan dengan termokopel dan RTD
- Termokopel paling besar daerah cakupannya
- RTD paling linier
- Termistor paling sensitif
- Termistor terbuat dari bahan semikonduktor
- Mudah rusak
- Umumnya mempunyai koefisien temperatur negatip
46PERSAMAAN STEINHART-HART
T dalam oK R dalam ?
47Contoh Soal 3.1 (UTS TE-408, 11 Juli 1996) Sebuah
termistor dikalibrasi pada tiga temperatur, yaitu
t 0oC ? R 16320 ? t 50oC ? R 1800
? t 100oC ? R 339,2 ? Bila tahanannya 2700
?, berapa oC temperatur yang diukur ?
48MODEL TERMISTOR
- Temperatur acuan To 25oC 273 298 K
- Ro Tahanan pada temperatur To
- B Karakteristik temperatur (? 4000 K)
- RT Tahanan pada temperatur T
49KARAKTERISTIK TEMPERATUR
Thermowid (Siemens)
50KOEFISIEN TEMPERATUR
? tidak konstan ? tidak linier
51Contoh Soal 3.2 Cara lain yang lebih sederhana
untuk menyatakan tahanan sebuah termistor adalah
dengan persamaan
Tentukan harga A bila B 4200 K dan RT 100 k?
pada 25oC..
Jawab
52LINIERISASI TERMISTOR
- RT dipasang paralel dengan sebuah R
- Agar Rp linier, maka Rp harus melewati tiga buah
titik dalam garis lurus
53(No Transcript)
54(No Transcript)
55Contoh Soal 3.3 (UTS TE-421, 30 Oktober
1996) Sebuah tachometer yang beroperasi pada
temperatur ruangan dari 0o C sampai 40oC,
menggunakan gulungan kawat tembaga yang mempunyai
tahanan sebesar RS sebesar 1500 ? pada temperatur
20oC dan koefisien temperatur sebesar 0,004 ?/
?/oC. Untuk menanggulangi perubahan temperatur
ruangan, rangkaian kompensasi yang terdiri dari
sebuah termistor RT yang diparalel dengan sebuah
tahanan R dipasang seri dengan gulungan kawat
tadi. Bila termistor yang tersedia mempunyai
konstanta temperatur sebesar 4000 K, tentukan
besarnya tahanan termistor pada 20oC (Ro) dan
tahanan paralel R yang sesuai.
56Contoh Soal 3.4 (UTS TE-421, 30 Oktober
1996) Sebuah termistor dengan tahanan 25 k ? pada
25oC mempunyai karakteristik temperatur sebesar
4200 K. Oleh karena termistor ini akan digunakan
untuk mengukur temperatur dari 10oC sampai 40oC,
maka sebelum dipasang pada rangkaian jembatan
Wheatstone, termistor ini terlebih dahulu
dipasang paralel dengan sebuah tahanan agar
menjadi linier. Bila R1 10 ? dengan VS 1,5 V
tentukan R2 dan R3 agar pada 10oC outputnya 10 mV
dan pada 40oC outputnya 40 mV ?
57HARDWARE COMPENSATION
- Dipasang sebuah baterai yang besarnya sesuai
untuk melawan (mengeliminasi) tegangan junction
C-Fe - Dirancang hanya untuk range yang kecil (perubahan
temperatur ruangan
58RANGKAIAN BRIDGE RTD/TERMISTOR
59IC TEMPERATURE SENSOR
60- Temperatur ruangan berubah ? Arus berubah
- Arus dilewatkan ke RH ? Tegangan VH berubah
- VH mengeliminasi selisih junction Cu-Fe dan Cu-C