Termometer

Latar Belakang

Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu. Termoskop, yang dikembangkan oleh Galileo sekitar tahun 1592, adalah instrumen pertama yang digunakan untuk mengukur suhu secara kualitatif. Baru pada tahun 1611 Sanctorius Sanctorius, rekan Galileo, merancang dan menambahkan skala pada termoskop, sehingga memudahkan pengukuran kuantitatif perubahan suhu. Pada saat ini instrumen itu disebut termometer, dari kata Yunani therme ("panas") dan metro ("ukuran"). Namun, sekitar tahun 1644 menjadi jelas bahwa instrumen ini—terdiri dari labu bohlam besar dengan leher panjang dan terbuka, menggunakan anggur untuk menunjukkan pembacaan—sangat sensitif terhadap tekanan barometrik. Untuk mengatasi masalah tersebut, Adipati Agung Ferdinand II dari Tuscany mengembangkan proses untuk menyegel termometer secara hernetis, sehingga menghilangkan pengaruh barometrik dari luar. Bentuk dasarnya telah sedikit bervariasi sejak itu.

Ada banyak jenis termometer yang digunakan saat ini:termometer perekam menggunakan pena pada drum yang berputar untuk merekam pembacaan suhu secara terus menerus; termometer pembacaan digital sering digabungkan dengan alat pengukur cuaca lainnya; dan jenis rumah tangga biasa digantung di dinding, tiang, atau yang digunakan untuk tujuan medis.

Dengan termometer, suhu dapat diukur menggunakan salah satu dari tiga unit utama:Fahrenheit, Celcius, atau Kelvin. Pada satu titik selama abad kedelapan belas, hampir 35 skala ukuran telah dikembangkan dan digunakan.

Pada tahun 1714 Gabriel Daniel Fahrenheit, seorang pembuat instrumen Belanda yang dikenal karena keahliannya yang bagus, mengembangkan termometer menggunakan 32 (titik leleh es) dan 96 (suhu standar tubuh manusia) sebagai titik tetapnya. Sejak itu telah ditentukan bahwa 32 dan 212 (titik didih air) adalah titik tetap timbangan, dengan 98,6 diterima sebagai suhu tubuh yang sehat dan normal.

Ilmuwan Swedia Anders Celsius, pada tahun 1742, menetapkan 0 derajat sebagai titik di mana air mendidih dan 100 derajat sebagai titik di mana es mencair. Kedua angka ini akhirnya berubah—menciptakan skala yang kita kenal sekarang—dengan 0 derajat sebagai titik beku air dan 100 derajat sebagai titik didih. Penggunaan skala ini dengan cepat menyebar ke seluruh Swedia dan Prancis, dan selama dua abad dikenal sebagai skala celcius. Nama itu diubah pada tahun 1948 menjadi Celsius untuk menghormati penemunya.

Pada tahun 1848 ilmuwan lain, Lord Kelvin (William Thomson), mengusulkan skala lain berdasarkan prinsip yang sama seperti termometer Celcius, dengan titik tetap dari nol mutlak yang ditetapkan setara dengan -273,15 derajat Celcius (satuan yang digunakan pada skala ini disebut Kelvin [K]). Titik beku dan titik didih air masing-masing tercatat pada 273 K dan 373 K. Skala Kelvin paling sering digunakan dalam studi penelitian ilmiah.

Desain

Prinsip pengoperasian termometer cukup sederhana. Ukuran cairan yang diketahui (merkuri, alkohol, atau cairan berbasis hidrokarbon) disegel vakum dalam tabung gelas. Cairan memuai atau menyusut ketika udara dipanaskan atau didinginkan. Saat level cairan berubah, skala suhu yang sesuai dapat dibaca untuk menunjukkan suhu saat ini.

Produsen termometer memulai dengan kaca kosong dengan lubang di tengahnya; ini biasanya diterima dari produsen kaca. Reservoir bohlam dibentuk dengan memanaskan salah satu ujung tabung gelas dan menjepitnya hingga tertutup. Bola lampu disegel di bagian bawahnya, meninggalkan tabung terbuka di bagian atas.
Selanjutnya, dengan ujung terbuka di bawah dalam ruang vakum, udara dievakuasi dari tabung gelas, dan cairan hidrokarbon dimasukkan ke dalam ruang hampa sampai menembus tabung sekitar 1 inci. Karena masalah lingkungan, termometer kontemporer diproduksi lebih sedikit dengan merkuri dan lebih banyak dengan cairan hidrokarbon berisi roh.

Termometer dirancang sesuai dengan standar yang telah ditentukan yang diidentifikasi oleh Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST, sebelumnya Biro Standar Nasional) dan praktik manufaktur standar. Dalam pedoman peraturan ada ketentuan untuk pembuatan kustom termometer. Termometer khusus dapat bervariasi seperti yang digunakan oleh mereka. Ukuran yang berbeda ada untuk jumlah, berat, dan panjang gelas yang digunakan, jenis cairan yang diisikan ke dalam gelas, frekuensi gradasi yang diletakkan pada tabung gelas atau selungkup, dan bahkan warna tanda skala gradasi.

Seorang insinyur desain akan melihat batas perjalanan cairan yang akan digunakan dalam termometer. Setelah batas yang tepat ditetapkan, dimensi tabung gelas dan ukuran bohlam kaca dapat ditentukan.

Penggunaan komponen elektronik dalam termometer telah berkembang. Banyak termometer yang digunakan secara luas saat ini berisi pembacaan digital dan siklus program sampel untuk memberi umpan balik suhu saat ini ke light-emitting diode (LED) atau layar kristal cair (LCD) panel. Untuk semua sihir elektronik yang tersedia, termometer harus tetap mengandung elemen sensitisasi panas-dingin untuk merespons perubahan lingkungan.

Bahan Baku

Termometer terdiri dari tiga elemen dasar:cairan berisi roh, yang merespons perubahan panas dan dingin; tabung gelas untuk menampung cairan pengukur suhu; dan tinta hitam untuk mewarnai pada tanda skala yang terukir dengan angka yang dapat dibaca. Selain itu, elemen lain diperlukan untuk pembuatan termometer, termasuk larutan lilin yang digunakan untuk mengukir tanda skala pada tabung gelas; mesin ukiran yang membuat gradasi permanen pada tabung kaca; dan larutan asam fluorida di mana tabung gelas dicelupkan untuk menutup tanda ukiran.

Bahan kaca yang membentuk badan termometer biasanya diterima dari produsen luar. Beberapa produk termometer dibuat dengan selungkup, yang dapat terbuat dari plastik atau komposit dan mungkin mengandung gradasi skala yang bertentangan dengan ini pada tabung kaca itu sendiri. Selungkup juga berfungsi untuk melindungi dan memasang termometer di dinding, tiang, atau di kotak pelindung cuaca.

Manufaktur
Proses

Meskipun ada banyak jenis termometer, proses produksi untuk termometer yang paling umum—varietas rumah tangga klasik—dijelaskan di bawah ini.

Bola kaca

• 1 Pertama, bahan kaca mentah diterima dari produsen luar. Tabung dibuat dengan bagian yang halus, atau lubang, sepanjang panjangnya. Tabung yang bosan diperiksa kualitasnya; setiap bagian yang ditolak dikirim kembali ke pabrik untuk diganti.
• 2 Bohlam reservoir dibentuk dengan memanaskan salah satu ujung tabung gelas, menutupnya, dan menggunakan glassblowing dan penerapan obor yang digerakkan udara untuk menyelesaikannya. Sebagai alternatif, bohlam dapat dibuat dengan meniup bagian terpisah dari bahan laboratorium yang kemudian digabungkan dengan salah satu ujung tabung gelas. Bola lampu disegel di bagian bawahnya, meninggalkan tabung terbuka di bagian atas.

Menambahkan cairan

• 3 Dengan ujung terbuka di bawah dalam ruang vakum, udara kemudian dievakuasi dari tabung gelas, dan cairan hidrokarbon dimasukkan ke dalam ruang hampa sampai menembus tabung sekitar 1 inci (2,54 sentimeter). Karena masalah lingkungan, termometer kontemporer diproduksi lebih sedikit dengan merkuri dan lebih banyak dengan cairan hidrokarbon berisi roh. Praktik semacam itu diamanatkan (dengan toleransi untuk penggunaan merkuri secara terbatas) oleh Badan Perlindungan Lingkungan (EPA).

  Vakum kemudian secara bertahap dikurangi, memaksa cairan turun di dekat bagian atas tabung. Prosesnya sama ketika merkuri digunakan, kecuali panas juga diterapkan di ruang vakum.

• 4 Setelah penuh, tabung diletakkan di atas ujung bohlamnya. Proses pemanasan-keluar kemudian dilakukan dengan menempatkan termometer ke dalam bak air hangat dan menaikkan suhu hingga 400 derajat Fahrenheit (204 derajat Celcius). Selanjutnya, suhu diturunkan ke suhu kamar untuk membawa cairan sisa kembali ke tingkat yang diketahui. Ujung termometer yang terbuka kemudian disegel dengan meletakkannya di atas api.

Menerapkan skala

• 5 Setelah tabung disegel, skala diterapkan berdasarkan tingkat di mana cairan berada saat dimasukkan ke dalam penangas air 212 derajat Fahrenheit (100 derajat Celcius) versus satu pada 32 derajat Fahrenheit (0 derajat Celcius). Titik referensi untuk skala yang diinginkan ini ditandai pada tabung gelas sebelum pengukiran atau sablon dilakukan untuk mengisi gradasi.
• 6 Panjang rentang bervariasi sesuai dengan desain yang digunakan. Sebuah skala dipilih yang paling sesuai dengan tanda genap di antara titik-titik referensi. Untuk tujuan akurasi, pengukiran adalah metode penandaan yang disukai. Tanda dibuat oleh mesin ukiran setelah termometer ditempatkan dalam lilin. Angka-angka digoreskan ke kaca dan, setelah selesai, termometer dicelupkan ke dalam asam fluorida untuk menyegel tanda yang terukir. Tinta kemudian digosokkan ke tanda untuk menyorot nilai skala. Ketika penutup digunakan pada timbangan, proses sablon digunakan untuk menerapkan tanda.
• 7 Akhirnya, termometer dikemas sesuai dan dikirim ke pelanggan.

Kontrol Kualitas

Proses manufaktur dikendalikan oleh standar industri yang diadopsi secara luas dan tindakan internal yang spesifik. Pertimbangan desain manufaktur mencakup pemeriksaan kontrol kualitas selama proses produksi. Peralatan yang digunakan untuk melakukan tugas fabrikasi juga harus dirawat dengan hati-hati, terutama dengan protokol desain yang diperbarui.

Bahan limbah yang diperoleh selama pembuatan dibuang sesuai dengan standar peraturan lingkungan. Selama siklus pembuatan, peralatan yang digunakan untuk memanaskan, mengevakuasi, dan mengukir termometer harus diperiksa dan dikalibrasi secara teratur. Tes toleransi juga dilakukan, dengan menggunakan standar yang diketahui, untuk menentukan keakuratan pembacaan suhu. Semua termometer memiliki toleransi untuk akurasi. Untuk rumah tangga biasa, toleransi ini biasanya plus atau minus 2 derajat Fahrenheit (16 derajat Celcius). Untuk pekerjaan laboratorium, plus atau minus 1 derajat umumnya dapat diterima.

Masa Depan

Meskipun termometer kaca sederhana yang sudah lama ada tidak mungkin berubah, termometer lainnya Setelah reservoir bulb terbentuk dan cairan dimasukkan, unit dipanaskan dan disegel. Selanjutnya, tanda skala ditambahkan. Hal ini dilakukan dengan menggunakan ukiran, di mana bohlam dicelupkan ke dalam lilin, tanda diukir, dan bohlam dicelupkan ke dalam asam fluorida untuk menutup tanda pada kaca. bentuk terus berkembang. Dengan kemajuan teknologi dan semakin meluasnya penggunaan bahan yang lebih ringan dan lebih kuat, produsen instrumen suhu yang terintegrasi secara elektronik dapat memberikan pengukuran suhu yang lebih akurat dengan jumlah peralatan yang minimal dan dengan harga yang terjangkau. Termometer kotak analog, misalnya, pernah digunakan dengan kabel panjang dan ujung probe untuk pengukuran suhu di dalam tanah, di antara kegunaan lainnya. Saat ini, ujung probe terbuat dari bahan yang lebih ringan, dan kotaknya, yang diisi dengan elektronik digital, tidak terlalu besar dan persegi. Ke depan, pekerjaan lebih lanjut dengan microchip dapat memberikan dorongan untuk sepenuhnya mendigitalkan proses pengukuran suhu. Juga, pada akhirnya dimungkinkan untuk mengarahkan sinar inframerah ke dalam tanah dan mengekstrak pembacaan suhu dari kedalaman target bahkan tanpa menyentuh tanah.