Termometer bimetal menggunakan strip bimetal yang mengubah suhu menjadi perpindahan mekanis. Kerja strip bimetal tergantung pada sifat ekspansi termal logam. Ekspansi termal adalah kecenderungan logam di mana volume logam berubah dengan variasi suhu.
Setiap logam memiliki koefisien temperatur yang berbeda. Koefisien suhu menunjukkan hubungan antara perubahan dimensi fisik logam dan suhu yang menyebabkannya. Ekspansi atau kontraksi logam tergantung pada koefisien suhu, yaitu, pada suhu yang sama logam memiliki perubahan dimensi fisik yang berbeda.
Prinsip Kerja Termometer Bimetal
Prinsip kerja termometer bimetal tergantung pada dua sifat dasar logam.
- Logam memiliki sifat pemuaian termal, yaitu, logam memuai dan menyusut sehubungan dengan suhu.
- Koefisien suhu semua logam tidak sama. Ekspansi atau kontraksi logam berbeda pada suhu yang sama.
Konstruksi Termometer Bimetal
Strip bimetal dibuat dengan menyatukan dua strip tipis dari logam yang berbeda. Logam bergabung bersama di salah satu ujungnya dengan bantuan pengelasan. Ikatan dijaga sedemikian rupa sehingga tidak ada gerakan relatif antara kedua logam. Dimensi fisik logam bervariasi dengan variasi suhu.
Karena strip bimetal dari termometer dibuat dengan logam yang berbeda. Dengan demikian, panjang logam berubah pada tingkat yang berbeda. Ketika suhu meningkat, strip menekuk ke arah logam yang memiliki koefisien suhu rendah. Dan ketika suhu menurun, strip menekuk ke arah logam yang memiliki koefisien suhu tinggi.
Gambar di bawah menunjukkan strip bimetal dalam bentuk balok kantilever lurus. Strip dipasang di satu ujung dan dibelokkan di ujung lainnya.
Kisaran defleksi strip bimetal tergantung pada jenis logam yang digunakan untuk konstruksi. Lendutan logam berbanding lurus dengan panjang strip dan variasi suhu dan berbanding terbalik dengan ketebalan strip.
Mari memahami ini dengan bantuan rumus matematika. Pertimbangkan strip bimetal terbuat dari dua logam yang berbeda, yaitu logam A dan logam B. Kedua logam memiliki koefisien suhu yang berbeda. T2 – T1 menunjukkan variasi suhu, yang menyebabkan pemuaian rangkaian.
t – ketebalan total strip
n – rasio modulus elastisitas = EB/EA
m – rasio ketebalan
T2 – T1 – perubahan suhu
tA, tB – ketebalan logam A dan logam B.
αA, αB – koefisien ekspansi termal logam A dan B.
Ekspansi menyebabkan strip bergerak dalam busur melingkar seragam. Jari-jari lengan diberikan oleh rumus yang ditunjukkan di bawah ini.
Persamaan di atas menunjukkan bahwa strip menekuk ke arah logam yang memiliki koefisien suhu rendah (ketika suhu meningkat) dan kebalikannya akan terjadi ketika suhu menurun.
Untuk aplikasi praktis, strip terbuat dari logam yang modulus elastisitas dan ketebalannya sama. Modulus elastisitas menunjukkan kemampuan bahan untuk mendapatkan kembali posisi atau bentuknya semula setelah gaya atau beban dihilangkan.
Pertimbangkan strip dipasang di satu ujung dan bebas bergerak di ujung lainnya. Ketika suhu di sekitar strip bervariasi, strip melengkung ke arah busur lingkaran.
Pertimbangkan strip terbuat dari logam yang memiliki ketebalan t/2.
Jadi,
Jika salah satu logam memiliki koefisien suhu yang sangat kecil, maka
Persamaan di atas menunjukkan bahwa jika salah satu ujung logam tetap, defleksi ujung bebas logam menunjukkan variasi suhu. Termometer ini tidak digunakan untuk aplikasi industri karena sensitivitasnya rendah dan defleksinya kecil. Sensitivitas termometer meningkat dengan bertambahnya panjang strip.
Jenis Strip Bimetal
Strip linier menunjukkan defleksi kecil. Jika panjang strip bertambah, ukuran termometer juga bertambah. Untuk menjaga ukuran termometer dalam batas yang dapat diatur, heliks atau strip spiral digunakan untuk membuat termometer.
Termometer Bimetal Strip Spiral
Dalam termometer strip bimetal, strip berbentuk spiral digunakan. Termometer jenis ini digunakan untuk mengukur suhu lingkungan. Karena sifat ekspansi termal logam, deformasi terjadi pada pegas dengan variasi suhu. Pointer dan dial terpasang pada pegas, yang menunjukkan variasi suhu.
Strip Bimetal Jenis Heliks
Strip bimetalik tipe heliks banyak digunakan untuk aplikasi industri. Dalam termometer ini, strip bentuk heliks digunakan untuk mengukur suhu.
Ujung strip yang bebas terhubung ke penunjuk. Lendutan strip menunjukkan variasi suhu.
Keuntungan
Termometer sederhana dalam konstruksi, kuat dan lebih murah.
Kekurangan
Termometer memberikan hasil yang kurang akurat saat mengukur suhu rendah.
Aplikasi Termometer Bimetal
Termometer bimetal digunakan dalam perangkat rumah tangga seperti oven, AC, dan peralatan industri seperti kilang, kabel panas, pemanas, tangki temper dll untuk mengukur suhu.
