TEMPERATURE MEASUREMENT

1
TEMPERATURE 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

2
INTERNATIONAL 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
3
TEMPERATURE SENSORS

• THERMOCOUPLE
• Thomas Seebeck
• RESISTANCE TEMPERATURE DETECTOR
• Humphry Davy, William Siemens
• THERMISTOR
• Steinhart - Hart
• IC TEMPERATURE TRANSDUCER
• LM335, LM 34, AD592

4
(No Transcript)
5
THERMOCOUPLE
THOMAS SEEBECK (1821)
Dissimilar metals
EFFECT SEEBECK THERMOELECTRIC CIRCUIT
6
eAB Seebeck voltage ? Seebeck coefficient
7
(No Transcript)
8
(No Transcript)
9
(No Transcript)
10
TYPE 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)
12
NBS POLYNOMIAL COEFFICIENTS
NBS National Bureau of Standard
Temperature Conversion Equation
13
Contoh 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 ?
14
Jawab
15
(No Transcript)
16
PENGUKURAN TEMPERATUR MENGGUNAKAN VOLTMETER
17
EQUIVALENT CIRCUITS
Tabel
18
Contoh 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)
20
IRON-CONSTANTAN THERMOCOUPLE
21
(No Transcript)
22
REMOVING JUNCTIONS FROM DVM TERMINALS
Isothermal Block electrical insulator good
heat conductor
23
(No Transcript)
24
LAW OF INTERMEDIATE METALS
25
(No Transcript)
26
(No Transcript)
27
RESISTANCE 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

28
BEBERAPA TIPE RTD
29
COMMON 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
30
PENGUKURAN 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

31
JEMBATAN 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

33
EFFECT OF LEAD RESISTANCE

• Bila lokasi pengukuran jauh, maka tahanan kawat
  penghubung harus diperhitungkan

34
THREE-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

35
SELF 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

36
FOUR -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

37
RESISTANCE 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)
39
Contoh 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
40
Jawab a)
41
Jawab b)
42
(No Transcript)
43
Jawab c)
44
Contoh 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 ?
45
TERMISTOR

• 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

46
PERSAMAAN STEINHART-HART
T dalam oK R dalam ?
47
Contoh 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 ?
48
MODEL TERMISTOR

• Temperatur acuan To 25oC 273 298 K
• Ro Tahanan pada temperatur To
• B Karakteristik temperatur (? 4000 K)
• RT Tahanan pada temperatur T

49
KARAKTERISTIK TEMPERATUR
Thermowid (Siemens)
50
KOEFISIEN TEMPERATUR
? tidak konstan ? tidak linier
51
Contoh 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
52
LINIERISASI 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)
55
Contoh 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.
56
Contoh 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 ?
57
HARDWARE COMPENSATION

• Dipasang sebuah baterai yang besarnya sesuai
  untuk melawan (mengeliminasi) tegangan junction
  C-Fe
• Dirancang hanya untuk range yang kecil (perubahan
  temperatur ruangan

58
RANGKAIAN BRIDGE RTD/TERMISTOR
59
IC TEMPERATURE SENSOR
60

• Temperatur ruangan berubah ? Arus berubah
• Arus dilewatkan ke RH ? Tegangan VH berubah
• VH mengeliminasi selisih junction Cu-Fe dan Cu-C