PIROMETER

PYROMETER

Oleh:

Andre Simon (0415021032)

Andreas Andryanto (0415021033)

Egi Naratama (0415021049)

M. Ridwan Abdullah (0415021070)

Muda Simarsoit (0415021074)

Yusro Hariyadi (0415021096)

JURUSAN TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS LAMPUNG

2005

BAB I

PENGERTIAN, JENIS, DAN CARA KERJA PYROMETER1.1PENGERTIAN PYROMETERPyrometer secara harafiah berarti "api" (pyros) dan "mengukur" (metron). Jadi, pyrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur temperatur yang sangat tinggi, umumnya antara 300F hingga 3.000F. Penggunaannya antara lain untuk mengukur temperatur perlakuan panas pada furnance, temperatur yang dihasilkan dari pembuangan mesin diesel, dan penggunaan lain yang serupa. Pyrometer tersusun atas suatu termokopel dan suatu meter (Gambar 1). Termokopel terbuat dari dua batang logam berlainan yang terhubung. Meter, yang dikalibrasi dalam tingkat derajat, menandai temperatur di termokopel.

Gambar 1. Susunan termokopel dan meter pada pyrometerSkema sederhana pyrometer:

1.2 MACAM-MACAM PYROMETER

A. Jenis Pyrometer Berdasarkan Jenis Meter

a. Pyrometer Analog

b. Pyrometer Digital

Pyrometer digital lebih populer dibanding analog sebab jenis ini memberi temperatur pembacaan yang akurat. Pyrometer analog menggunakan suatu pointer, sehingga tidaklah mungkin menentukan temperatur yang tepat, namun hanya akan memberi suatu temperatur yang mendekati. Namun harga pyrometer analog lebih murah sehingga masih dipakai.

B. Jenis Pyrometer Berdasarkan Prinsip Kerjanyaa. Pyrometer Termo-Elektrik

Pyrometer ini digunakan untuk mengukur suhu di atas 3000oF. Pada pirometer tipe ini, variasi temperatur ditentukan dengan pengukuran suatu arus listrik yang dihasilkan dari aksi panas di simpangan antara dua batang yang berlainan, yaitu ketika suatu simpangan dari termokopel memiliki temperatur yang berbeda dengan simpangan satunya, arus menguat dan meter menunjukkan temperatur, dan hubungan antara kuat arus dan temperatur adalah konstan. Dua batang yang berlainan yang menyusun termokopel dihubungkan ke satu akhir, yang mana disebut "hot end", dan terletak di furnance atau pemanas sesuai temperatur yang diperlukan. Kecuali di hot end, kedua kawat atau elemen-elemen lainnya tidak boleh disentuh. Titik bebas yang disebut "cold end", hendaknya dijaukan dari panas. Ketika hot end dipanaskan, intensitas dari arus yang timbul bergantung pada perbedaan antara temperatur pada hot end dan cold end. Meter dihubungkan ke cold end dan menunjukkan besar suhu dalam Centigrade atau Fahrenheit. b . Pyrometer Resistansi

Variasi konduktifitas elektrik dalam kaitan dengan perubahan temperatur adalah prinsip dasar pyrometer resistansi. Pyrometer jenis ini sangat akurat untuk mengukur temperatur di bawah 1600oF, namun hendaknya tidak digunakan secara terus menerus untuk mengukur temperatur yang lebih tinggi. Suhu maksimum yang dapat diukur yaitu 2200oF. Pyrometer jenis ini kurang baik dibanding jenis termo-elektrik karena jenis ini hanya bisa mengukur suhu suatu meterial (misalnya baja high-speed hardening) pada jangka waktu yang singkat.

c. Pyrometer Radiasi

Pyrometer radiasi adalah instrumen yang mendeteksi suatu temperatur permukaan obyek dengan mengukur radiasi elektromagnetik (inframerah) yang dipancarkan dari obyek. Kita dapat merasakan radiasi yang dipancarkan oleh elemen red-hot suatu api elektris. Semakin panas elemen, semakin banyak radiasi yang terpancar. Radiasi yang dipancarkan per detik oleh suatu obyek tergantung pada temperatur dari obyek itu. Dengan pyrometeri radiasi, radiasi dari obyek dipusatkan ke suatu detektor radiasi (Gambar 2). Detektor radiasi bisa berupa suatu termometer resistansi, suatu termistor, atau suatu thermopile (ketiganya adalah kelompok thermocouples). Keluaran dari detektor seperti itu adalah suatu ukuran berapa banyak radiasi untuk menaikkan temperatur. Keluarannya adalah berupa ukuran temperatur dari obyek yang memancarkan radiasi.

Gambar 2. Skema cara kerja pyrometer radiasiProses berdasarkan skema:

Suatu obyek pada temperatur tertentu memancarkan radiasi ke detektor pada pyrometer radiasi. Radiasi tersebut menyebabkan kenaikkan temperatur dari detektor, kemudian detektor memberi suatu keluaran.Pyrometer radiasi dirancang untuk radiasi termal pada daerah inframerah 2-14m (80-550inc) dan terbuat atas bahan-bahan yang pyroelectric, seperti triglisine sulfate (TGS), litium tantalate ( LiTaO3), atau polyvinylidene fluoride ( PVDF).

Pyrometer radiasi pada dasarnya terdiri dari suatu teleskop dengan cermin cekung yang mana memusatkan pancaran kalor dari obyek pada simpangan "hot" dari suatu termokopel yang kecil. Ada suatu sekat rongga untuk memperkecil lubang lensa saat instrumen diarahkan ke suatu obyek yang sangat panas, dengan tujuan mencegah termokopel terlalu panas. Pada pyrometer radiasi Brown, radiasi panas

Gambar Pyrometer Radiasi Infra Merah

dari furnance atau pencair metal masuk ke tabung pyrometer kemudian direfleksikan dari cermin cekung ke termokopel yang sensitip, dan temperatur yang terukur ditampilkan di meter mili-volt dalam bentuk temperatur derajat, sama halnya dengan pyrometer termo-elektrik. Tidak ada bagian dari instrumen yang menyentuh benda yang hendak diukur temperaturnya. Jika akan mengukur temperatur dari suatu furnance, pyrometer diposisikan dengan suatu tripod atau dipegang dengan tangan dan diarahkan ke furnance. Temperatur kemudian bisa dibaca pada indikator. Temperatur yang dapat diukur hingga 1800oC.d. Pyrometers Optik

- Dirancang untuk radiasi termal di spektrum yang terlihat

- Menggunakan suatu perbandingan visual antara sumber cahaya yang dikalibrasi dan permukaan target. Ketika filamen dan target berada pada temperatur yang sama, intensitas radiasi termal mereka akan bersesuaian dan menyebabkan filamen menghilang lenyap bersatu ke permukaan target.

- Ketika filamen menghilang lenyap, arus yang melintas lewat filamen diubah sebagai temperatur bacaan (temperatur terukur).

Pyrometer Optik dibedakan menjadi beberapa jenis:

a. Morse Thermo-gageMengukur temperatur dengan cara memanasan filamen dari suatu lampu listrik hingga mencapai temperatur yang dibutuhkan. Lampu kecil dengan voltase rendah ditempatkan di dalam suatu tabung dimana objek panas diamati. Untuk menentukan temperatur, arus untuk lampu diatur (dengan bantuan suatu reostat) hingga warna dari filamen sama dengan obyek panas yang diamati. Arus terpakai ditandai oleh suatu ampermeter milli yang kecil, dan temperatur yang bersesuaian ditentukan. Keakuratan Instrumen ini adalah 2 atau 3oC. Saat kaca penyerap digunakan untuk mengurangi kilau dari bagian yang dipanaskan, temperatur yang

paling tinggi dapat terukur pada meteran.

b. Pirometer Optik Nouel dan Mesureadalah suatu jenis yang sangat sederhana, yang terdiri dari suatu reflektor dan prisma. Temperatur diukur dengan cara memanfaatkan bidang warna yang terbentuk dari refraksi cahaya dan polarisasi. Ketelitian pembacaan tergantung pada penilaian pengamat pada warna yang terbentuk dan bisa berbeda hingga 50oC (90oF). Pengukuran jenis ini harus dilakukan berulang-ulang dan diambil

rata-ratanya.

c. Pyrometer Fotometrik / Optika Wanner dan Le Chatelier/ Pyrometer AbsorpsiPada jenis ini, terdapat suatu medan sinaran,separuh bagian menerima cahaya dari obyek yang dipanaskan, dan separuh alinnya menerima cahaya dari instrumen itu sendiri . Dengan instrumen Le Chatelier, jumlah cahaya yang diterima dari objek yang dipanaskan diatur oleh suatu sekat rongga yang dapat disetel. Saat keduanya membelah dua menjadi sama terang atau sama intensitasnya, temperatur ditandai oleh suatu skala di sekat rongga.

Contoh Pyrometer OptikKesalahan relatif pyrometer optik adalah 0.5 % dari pembacaan. Filamen dapat digunakan hingga temperatur 500oC.BAB II

KALIBRASI PYROMETER

Pyrometer ada kalanya perlu dibandingkan dengan suatu pyrometer yang baku

atau dikalibrasi. Cara kalibrasi pyrometer:

2.1Kalibrasi secara umum menurut Hoskins Mfg.Co.Ketelitian antara meter dan termokopel harus dicek. Saat mengecek meter, perhatikan bahwa semua penghubung terpasang dengan baik dan tabung pelindung berbunyi. Set ke angka nol pada meter pengecek dan samakan temperatur pada meter servis dan kemudian baca kedua meter saat mereka secara berurutan dihubungkan ke suatu kopel. Jika instrumen kedua-duanya dikalibrasi untuk resistansi eksternal yang sama, maka hanya satu set yang diperlukan. Set ini pertama-tama dihubungkan ke meter yang satu dan kemudian ke meter lainnya. Jika meter dikalibrasi untuk resistansi eksternal yang berbeda, maka dicari resistansi yang sesuai yang harus digunakan di masing-masing meter. Pada metoda pengecekan ini, meter pengecek dan yang sesuatu yang sedang diuji harus berjenis sama, yaitu resistansi rendah atau tinggi. Ketika mengecek termokopel, jika hanya satu termokopel yang digunakan dengan meter, lihat bahwa pengaturan nol dari meter sesuai dengan " cold end" dari kopel. Jika beberapa kopel digunakan dengan satu meter, pengaturan nol harus sesuai perjanjian dengan dengan temperatur rata-rata dari cold end pada kopel; tempatkan kopel cek dan kopel servis pada tabung proteksi yang sama dan bandingkan pembacaan dari dua

meter tersebut.

Jika meter beroperasi dengan hanya satu kopel, maka kesalahan yang terindikasi adalah kesalahan yang nyata dari termokopel, dengan asumsi bahwa pengaturan nol pada kedua meter cek dan meter servis benar. Jika meter servis terbukti akurat, dan melayani lebih dari satu kopel, maka perbedaan antara pembacaan dari dua meter di test ini adalah karena kesalahan kombinasi dari termokopel dan kesalahan dalam kaitannya dengan pengaturan cold end dari meter itu. Untuk menentukan porsi dari kaitan ini dengan termokopel, catat bahwa perbedaan temperatur adalah antara temepratur pengaturan nol dari meter servis dengan temperatur cold end nyata dari kopel tertentu yang diuji. Kurangi perbedaan ini dari kesalahan yang terindikasi, seperti ditunjukkan oleh pembacaan meter dan

hasilnya adalah kesalahan di termokopel2.2Kalibrasi berdasarkan titik lebur dari CopperUntuk mengkalibrasi pyrometer untuk temperatur di atas "red heat", Las atau " hot end" dari termokopel harus ditutup dengan suatu lilitan rapat meteran no. 14 atau 16 B. & S., titik lebur kawat yang baku. Kopel kemudian dimasukkan dalam tabung furnance dengan dilas kira-kira di tengah. Panas furnance harus berada pada temperatur yang dibutuhkan sebelum kopel dimasukkan, dan temperatur harus tetap dijaga kira-kira sebesar 100oF lebih tinggi dibanding titik-lebur dari kalibrasi kawat. Pointer meter kemudian akan menaikan skala dengan secara berangsur-angsur mengurangi kecepatan hingga kalibrasi kawat mulai meleleh, yaitu ketika tongkat penunjuk tidak bergerak lagi. Setelah kawat meleleh, pointer akan bergerak lagi ke atas. Kawat tembaga murni, dalam kondisi oksidasi, meleleh pada 1083oC (1981oF), dan kawat seng murni pada 419oC (786oF). Untuk mendapatkan suatu atmosfer oksidasi secara teliti, suatu furnance open end elektrik harus digunakan untuk mengkalibrasi. Dengan metoda kalibrasi ini, perhatian harus diberikan pada temperatur furnance yang mana tidak boleh terlalu tinggi dibanding titik lebur kawat kalibrasi, sebab pointer akan bergerak dengan cepat dan peleburan akan berlangsung dengan waktu yang singkat Pembacaan pointer akan terganggu karena pointer berhenti temporer.

2.3Kalibrasi berdasarkan titik beku dari garam leleh

Suatu cara yang sangat mudah dalam mengkalibrasi pyrometer adalah dengan menggunakan "titik beku" dari garam yang dilelehkan. Garam murni umum (NaCl) dilelehkan dalam suatu cawan grafit murni. Ketika temperatur garam naik dari 100oF menjaadi 200oF di atas titik-leburnya, suatu bare lasan pada termokopel dimasukkan hingga kedalaman 2 sampai 3 inci. Tempat melebur logam kemudian dipindahkan dari furnance dan didinginkan. Pointer meter akan turun secara berangsur-angsur sampai garam mulai membeku atau memadat; kemudian pointer akan berhenti sampai garam membeku. Titik beku dari garam murni pada 800oC (1472oF). Setelah mengkalibrasi dan sebelum digunakan kembali, kopel harus dibersihkan dengan air panas untuk menghilangkan butiran garam karena jika tidak maka kopel akan aus dengan cepat, terutama ketika dipanaskan dengan suhu diatas titik lebur garam dalam open furnance. Ketika mengkalibrasi pyrometer, perhatikan bahwa meter harus menunjuk angka nol dengan cold end pada kopel, yang mana harus jauh dari panas dan secara umum temperaturnya adalah temperatur ruang. Berikut ini adalah daftar dari Bureau dari Standards tentang unsur yang bisa digunakan untuk mengkalibrasi pyrometer:

Air mendidih . . . . . . . . . . . . . 100oC (212oF)

Timah. . . . . . . . . . . . . . . . . . .231.9oC (449.4oF)

Seng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 419.4oC (786.9oF)

Garam murni. . . . . . . . . . . . . .800oC (1472oF)

Tembaga. . . . . . . . . . . . . . . . .1083oC (1981.4oF)

DAFTAR PUSTAKABolton, William W. 1991. Instrumentation and Process Measurements. England:

Longman Group.

www.bigceramicstore.com/pyrometers.htmwww.tpub.comwww.zianet.com/ebear/metal/heattreat2.html. Machinary Handbook.