Back to the topics list

termometer

Termometer adalah perangkat yang mengukur suhu atau gradien suhu, menggunakan berbagai prinsip yang berbeda. Termometer memiliki dua elemen penting - sensor suhu di mana beberapa perubahan fisik terjadi dengan suhu fisik misalnya bohlam pada termometer air raksa dan pegas atau cara lain untuk mengubah perubahan fisik ini menjadi nilai misalnya skala pada termometer air raksa.

Ada berbagai jenis termometer.

1. Cairan dalam termometer kaca

Cairan dalam termometer kaca memanfaatkan variasi volume cairan dalam suhu. Mereka menggunakan fakta bahwa sebagian besar cairan mengembang saat dipanaskan. Cairan tersebut ditampung dalam bola kaca tertutup, dan pemuaiannya diukur menggunakan skala yang tergores di batang termometer. Seperti yang kita ketahui bahwa termometer tidak memuai maka sebagai sifat fisiknya ia memanfaatkan variasi panjang cairan dengan temperatur.

Cairan yang biasa digunakan dalam termometer cair-dalam-kaca adalah Merkuri dan Alkohol. Berdasarkan cairan yang digunakan, ada dua jenis: termometer merkuri dalam gelas dan termometer alkohol dalam gelas.

Cairan dalam termometer kaca terdiri dari dua bagian dasar:

• Bohlam: Ini bertindak sebagai reservoir yang menahan cairan yang volumenya berubah dengan suhu. Bohlam juga berfungsi sebagai sensor atau pengukur yang dimasukkan ke dalam tubuh yang akan diukur suhunya.
• Batang: Ini berisi skala yang mengukur suhu dan kapiler di mana cairan dapat mengembang dan berkontraksi.

Keuntungan:

• Mereka murah untuk diproduksi
• Mereka mudah dibawa dan ditangani

Kekurangan:

• Mereka cenderung memiliki kapasitas panas yang tinggi dan tidak cukup sensitif, yaitu mereka tidak dapat mengukur perubahan suhu yang cepat.

1.1. Merkuri dalam termometer kaca

Ini ditemukan oleh fisikawan Jerman Daniel Gabriel Fahrenheit.

Termometer ini terdiri dari merkuri dalam tabung kaca. Tanda yang dikalibrasi pada tabung memungkinkan suhu dibaca oleh panjang merkuri di dalam tabung. Panjang merkuri di dalam tabung bervariasi sesuai dengan suhu. Untuk meningkatkan kepekaan, biasanya ada bola merkuri di ujung termometer yang mengandung sebagian besar merkuri; ekspansi dan kontraksi volume merkuri ini diperkuat dalam lubang tabung yang jauh lebih sempit. Ruang di atas merkuri dapat diisi dengan nitrogen atau mungkin ruang hampa.

Termometer air raksa mencakup rentang suhu yang luas dari -38 °C hingga 356 °C, meskipun masuknya gas ke dalam instrumen dapat meningkatkan rentang hingga 600 °C atau lebih.

Keuntungan dari termometer air raksa dalam gelas

• Merkuri adalah cairan buram alami (perak). Ini berarti dapat langsung dimanfaatkan dalam bentuk murni.
• Merkuri tidak membasahi kaca. Ketika bergerak naik dan turun di kapiler, sifat kohesif merkuri yang kuat tidak memungkinkannya meninggalkan jejak di dalam kapiler.
• Merkuri adalah logam cair. Sebagai logam, ia memiliki sifat kondusif tinggi yang membuatnya lebih sensitif daripada termometer alkohol dalam gelas.

Kerugian dari termometer air raksa dalam gelas

• Merkuri menimbulkan potensi bahaya toksik jika wadah kaca pecah.

1.2. Termometer alkohol dalam gelas

Sebagai cairan, ia menggunakan etil alkohol, toluena, dan pentana teknis, yang dapat digunakan hingga -200 °C. Kisarannya adalah -200°C hingga 80°C, meskipun kisarannya cenderung sangat bergantung pada jenis alkohol yang digunakan.

Keuntungan: Keuntungan terbesarnya adalah dapat mengukur suhu yang sangat rendah.

Kerugian: Karena alkohol transparan, ia membutuhkan pewarna untuk membuatnya terlihat. Pewarna cenderung menambah kotoran yang mungkin tidak memiliki kisaran suhu yang sama dengan alkohol. Ini membuat pembacaan menjadi sulit terutama pada batas setiap cairan. Juga, alkohol membasahi kaca.

2. Termometer Resistensi

Termometer resistansi atau detektor suhu resistansi (RTD) menggunakan resistansi konduktor listrik untuk mengukur suhu. Hambatan konduktor bervariasi dengan waktu. Properti konduktor ini digunakan untuk mengukur suhu. Fungsi utama RTD adalah untuk memberikan perubahan resistansi positif terhadap suhu.

Logam memiliki koefisien suhu tinggi yang berarti suhunya meningkat dengan kenaikan suhu. Karbon dan germanium memiliki koefisien suhu rendah yang menunjukkan bahwa ketahanannya berbanding terbalik dengan suhu.

Termometer resistansi menggunakan elemen sensitif yang terbuat dari logam yang sangat murni seperti platinum, tembaga, atau nikel. Resistansi logam berbanding lurus dengan suhu. Sebagian besar, platinum digunakan dalam termometer resistansi. Platina memiliki stabilitas tinggi, dan dapat menahan suhu tinggi.

Emas dan perak tidak digunakan untuk RTD karena memiliki resistivitas yang rendah. Tungsten memiliki resistivitas tinggi, tetapi sangat rapuh. Tembaga digunakan untuk membuat elemen RTD karena resistivitasnya rendah dan juga lebih murah. Satu-satunya kelemahan tembaga adalah ia memiliki linearitas yang rendah. Suhu maksimum tembaga adalah sekitar 120oC.

Bahan RTD terbuat dari platina, nikel atau paduan nikel. Kabel nikel digunakan untuk rentang suhu terbatas, tetapi cukup nonlinier.

Berikut adalah persyaratan konduktor yang digunakan dalam RTD

• Resistivitas material tinggi sehingga volume minimum konduktor digunakan untuk konstruksi

• Perubahan resistansi material terhadap suhu harus setinggi mungkin.

• Resistansi material tergantung pada suhu

Termometer resistensi ditempatkan di dalam tabung pelindung untuk memberikan perlindungan terhadap kerusakan. Elemen resistif dibentuk dengan menempatkan kawat platina pada gelendong keramik. Elemen resistensi ini ditempatkan di dalam tabung yang terbuat dari baja tahan karat atau baja tembaga.

Kawat timah digunakan untuk menghubungkan elemen resistansi dengan timah eksternal. Kawat timah ditutupi oleh tabung berinsulasi yang melindunginya dari korsleting. Material keramik digunakan sebagai isolator untuk material bersuhu tinggi dan untuk material bersuhu rendah digunakan serat atau kaca.

Termometer resistensi secara perlahan menggantikan termokopel dalam aplikasi industri suhu yang jauh lebih rendah (di bawah 600 °C). Termometer resistensi datang dalam beberapa bentuk konstruksi dan menawarkan stabilitas, akurasi, dan pengulangan yang lebih baik. Resistensi cenderung hampir linier dengan suhu.

Keuntungan

• Bergantung pada logam yang digunakan, termometer resistansi dapat mencakup rentang suhu yang luas. Nilai maksimum umumnya terkait dengan titik leleh logam yang digunakan.
• Variasi resistensi dengan suhu stabil pada rentang suhu yang luas.
• Sangat akurat

Kekurangan:

• Dibandingkan dengan cairan dalam termometer kaca, harganya cenderung mahal.
• Membutuhkan peralatan lain untuk mengukur suhu
• Mereka menunjukkan kapasitas panas yang tinggi sehingga tidak sensitif terhadap perubahan suhu yang berarti bahwa mereka tidak dapat digunakan untuk mengukur perubahan suhu yang cepat

3. Termokopel

Termokopel adalah sensor yang terdiri dari dua logam yang menghasilkan gaya gerak listrik (EMF) atau voltase ketika ada perbedaan suhu di antara keduanya. Jumlah tegangan yang dihasilkan tergantung pada perbedaan ini. Termokopel beroperasi berdasarkan prinsip efek Seebeck.

Efek Seeback ditemukan oleh dokter Jerman yang menjadi fisikawan Thomas Johann Seebeck. Dia menemukan bahwa ketika dia menghasilkan serangkaian sirkuit dengan membentuk persimpangan dua logam yang berbeda, dengan satu logam pada suhu lebih tinggi dari yang lain, dia mampu menghasilkan tegangan. Semakin besar perbedaannya, semakin tinggi tegangannya, dan dia menemukan bahwa hasilnya tidak bergantung pada bentuk logamnya.

Termokopel terdiri dari persimpangan yang dibentuk oleh dua paduan logam. Satu bagian dari persimpangan ditempatkan pada sumber yang suhunya akan diukur, sedangkan ujung lainnya dipertahankan pada suhu referensi konstan sesuai dengan hukum termodinamika ke nol. Termokopel yang lebih tua menggunakan penangas es sebagai sumber suhunya, tetapi termokopel modern menggunakan sensor suhu keadaan padat.

Termokopel berharga dalam sains dan teknik karena keakuratannya, waktu reaksi yang cepat, ukurannya yang kecil, dan kemampuannya untuk mengukur suhu ekstrem. Kemampuan yang terakhir didasarkan pada kombinasi logam yang digunakan; kombinasi nikel-nikel dapat mengukur -50 °C hingga 1410 °C, sedangkan kombinasi renium-renium dapat mengukur 0 °C hingga 2315 °C. Kombinasi yang paling umum adalah besi-konstantan, tembaga-konstantan, dan kromel-alumel. Kerugian dari termokopel adalah bahwa sinyal yang dihasilkan mungkin tidak non-linear, sehingga perlu dikalibrasi dengan hati-hati.

4. Termometer gas

Termometer gas mengukur suhu dengan variasi volume atau tekanan gas. Termometer gas bekerja paling baik pada suhu yang sangat rendah.

Ada dua jenis utama termometer gas - satu beroperasi pada volume konstan dan yang lainnya pada tekanan konstan.

• Termometer gas volume konstan: Biasanya terdiri dari bola lampu yang diisi dengan sejumlah tertentu gas encer yang dipasang ke manometer merkuri. Manometer digunakan untuk mengukur variasi tekanan. Termometer ini berfungsi sesuai dengan Hukum Charles yang menyatakan bahwa ketika suhu gas ideal meningkat, ada peningkatan tekanan yang sesuai. Juga, ketika suhu menurun, tekanan juga menurun. Ini adalah bagaimana termometer gas volume konstan melacak kenaikan suhu dengan perubahan tekanan sementara volumenya tetap konstan. Jenis termometer ini digunakan dalam kalibrasi berbagai termometer lainnya.
• Termometer gas tekanan konstan: Termometer gas tekanan konstan didasarkan pada hubungan antara variasi volume dengan variasi suhu yang sesuai sementara tekanan proses tetap konstan. Termometer gas tekanan konstan berfungsi berdasarkan Hukum Gay-Lussac atau hukum tekanan yang menyatakan bahwa untuk massa tertentu dan volume konstan gas ideal, tekanan yang diberikan pada sisi wadahnya berbanding lurus dengan suhu absolutnya. Ini terdiri dari tabung kaca panjang dan tipis dengan massa udara dan merkuri konstan yang diketahui disegel di dalamnya oleh sumbat karet. Proses semacam itu disebut sebagai proses isobarik. Tabung, udara, dan merkuri kemudian dikelilingi oleh tabung terbuka yang lebih besar di mana cairan atau gas dapat lewat dengan bebas. Saat mengubah suhu ban dalam, udara mengembang atau berkontraksi, menggerakkan merkuri di sepanjang tabung. Mengukur jumlah pergerakan merkuri memberi kita hubungan dengan berapa banyak yang telah mengembang pada suhu tertentu.

5. Pirometer

Pirometer adalah jenis termometer yang digunakan untuk mengukur suhu tinggi. Ini digunakan untuk mengukur suhu tanpa kontak fisik. Ini digunakan untuk mengukur suhu tubuh dengan mengukur radiasi elektromagnetiknya.

Prinsipnya tergantung pada hubungan antara suhu benda panas dan radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh tubuh. Ketika tubuh dipanaskan itu memancarkan energi panas yang dikenal sebagai radiasi panas. Ini adalah teknik untuk menentukan suhu tubuh dengan mengukur radiasi elektromagnetiknya.

Pirometer optik - Pirometer optik adalah alat pengukur suhu tipe non-kontak. Ini bekerja berdasarkan prinsip mencocokkan kecerahan suatu objek dengan kecerahan filamen yang ditempatkan di dalam pirometer. Pirometer optik digunakan untuk mengukur suhu tungku, logam cair, dan bahan atau cairan yang terlalu panas lainnya. Tidak mungkin mengukur suhu benda yang sangat panas dengan bantuan instrumen tipe kontak. Oleh karena itu pirometer non-kontak digunakan untuk mengukur suhu mereka.

Keuntungan dari pirometer optik

• Pyrometer optik memiliki akurasi yang tinggi
• Suhu diukur tanpa menyentuh benda yang dipanaskan. Karena sifat ini, pirometer digunakan untuk sejumlah aplikasi

Kerugian dari pirometer optik

• Cara kerja pirometer bergantung pada intensitas cahaya yang dipancarkan oleh benda yang dipanaskan. Dengan demikian, pirometer digunakan untuk mengukur suhu yang memiliki suhu lebih dari 700 °C. Keakuratan pirometer tergantung pada penyesuaian arus filamen. Selain itu, pirometer tidak digunakan untuk mengukur suhu gas bersih.

Perbedaan antara termometer klinis dan laboratorium