McLeod Gages & Thermocouple

A. McLeod Gages

1. Prinsip Operasi

McLeod gage adalah alat ukur tekanan rendah (vakum) dimana tekanan di bawah 10-4 torr (10-4 mmHg, 1.33×10-2 Pa, 1.93×10-6 psi) yang bekerja berdasarkan tinggi kolom cairan. Alat ukur ini sering digunakan sebagai kalibrator alat ukur tekanan vakum lainnya. Skema McLeod gage dapat dilihat pada gambar 8.68. Alat ini mempunyai dua kaki, dimana pada kaki yang satu terdapat suatu volume yang ukurannya jauh lebih besar dari pada volume pipa. Ujung pipa pada kaki tersebut di atas tertutup. Alat ini mempunyai torak (piston), yang digunakan untuk mengatur tinggi cairan dalam pipa.

Sebelum pengukuran dilakukan torak ditarik sehingga tinggi cairan berada di bawah lubang yang menghubungkan kedua pipa (gambar 8.68.a). Kemudian tekanan vakum yang akan diukur dihubungkan pada pipa lainnya, sehingga tekanan vakum yang diukur mengisi semua pipa.

Setelah pengisian terjadi, torak ditekan sehingga cairan memasuki semua pipa. Tekanan vakum yang berada pada kaki pertama akan terperangkap pada pipa yang tertutup (gambar 8.68.b). Torak terus ditekan sehingga tinggi cairan pada pipa kedua mencapai skala 0, yaitu sama dengan tinggi pipa tertutup. Tinggi cairan pada kaki pertama akan lebih rendah dari kaki kedua, karena tekanan vakum di kaki tersebut akan terkompresi menjadi lebih tinggi dari tekanan vakum yang diukur.

Gambar . Prinsip Kerja McLeod Gages

Hukum boyle, yang diusulkan oleh Robert Boyle pada tahun 1662, menyatakan bahwa pada sistem isothermal yang tertutup (temperatur yang tetap), maka produk dari pressure (P) dan volume (V) adalah tetap

P.V= constant

Atau setara dengan :

P₁.V₂= P₁.V₂

Umpamakan bahwa tekanan awal dan volume di dalam McLeod Gage diberi oleh,

P1 = Pi

V1 = V + A·h0

dimana V adalah volume reservoir dan A adalah luas penampang dari tabung yang disegel (tertutu).

Misalkan volume dan tekanan yang akhir pemampatan diberi oleh persamaan,

P2 = Pgage

V2 = A·h

Menurut Hukum Boyle, maka :

P₁(V+A.h₀)= Pgage.A.h

Untuk bentuk manometer Pgage=P-P_REF= r.g.h – p₁, maka tekanan yang tidak diketahui Pi dapat turunkan menjadi suatu fungsi dari perbedaan tingginya h.

Selanjutnya, volume dari reservoir pada umumnya lebih besar dari tabung,

V » A·(h0-h)

B. Thermocouple

1. Teori Thermocouple

Pada tahun 1821 ahli fisika Germany, Estonian Thomas Johann Seebeck menemukan bahwa suatu konduktor apapun (misalnya metal) akan menghasilkan suatu tegangan (voltage) ketika diberikan gradien thermal. Peristiwa ini dikenal sebagai efek Seebeck atau efek termoelektrik. Thermocouple adalah suatu sensor temperatur termoelektris yang terdiri dari

dua kawat logam yang berlainan (misalnya chromel dan constantan) dengan penggabungannnya pada probe tip (measurement junction) dan reference junction (temperature yang diketahui).

Perbedaan temperatur antara probe tip dan reference junction dideteksi dengan mengukur perubahan tegangan voltage (electromotive force, EMF) pada reference junction. Pembacaan absolute temperature kemudian bisa diperoleh dengan kombinasi informasi dari temperatur acuan yang diketahui dengan perbedaan temperature antara probe tip dengan reference.

Gambar  Typical Rangkaian Thermocouple

Beberapa jenis-jenis sambungan thermocouple yang umum digunakan adalah sebagai berikut

2. Spesifikasi Umum

Secara komersial jenis thermocouple ditetapkan oleh ISA (Instrument Society of America). Jenis E, J, K dan T adalah base-metal thermocouple dan dapat digunakan untuk mengukur temperature hingga 1000°C (1832°F). Jenis S, R dan B adalah noble-metal thermocouples dan dapat digunakan untuk mengukur temperature hingga 2000°C (3632°F).

Kelebihan

· Biaya pengadaan awal : rendah

· Tidak ada bagian yang bergerak (No moving parts)

· Range pengukuran : lebar (0 ~ 5000 oF)

· Response time singkat / pendek

· Repeatability : cukup baik

Kekurangan

· Hubungan temperature dan tegangan tidak linear penuh

· Sensitivitas rendah, umumnya 50 μV/°C (28 μV/°F) atau lebih rendah (tegangan rendah rentan dengan noise).