KALIBRASI TERMOMETER DIGITAL
Sejarah Termometer
Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti bahang dan meter yang berarti untuk mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa. Secara kualitatif, kita dapat mengetahui bahwa suhu adalah sensasi dingin atau hangatnya sebuah benda yang dirasakan ketika menyentuhnya. Secara kuantitatif, kita dapat mengetahuinya dengan menggunakan termometer. Suhu dapat diukur dengan menggunakan termometer yang berisi air raksa atau alkohol. Kata termometer ini diambil dari dua kata yaitu thermo yang artinya panas dan meter yang artinya mengukur (to measure).
Termometer pertama kali ditemukan oleh Galileo (1592), ilmuwan inilah yang pertama klai menemukkan termometer sebagai pengukur temperatur. Akan tetapi termometer yang dibuatnya, tidak memiliki skala yang tetap. Gabrielle Fahrenheit (1700), ilmuwan Belanda ini menemukan temperatur yang memiliki akurasi dan repeatibility yang bagus. Termometer ini terbuat dari merkuri, untuk titik terendah menggunakan campuran air es dan garam ( amoniak klorida). Andreas Celcius (1742) . Ilmuwan ini mengusulakan bahwa nilai yang ada pada es ataupun air mendidih bisa digunakan sebagai nilai titik lebur dan titik didih. Sehingga pada tahun 1948, disepakati bahwa 00 sebagai titik lebur dan 1000 sebagai titik didih, yang kemudian lebih dikenal skala celcius. Lord wiliam Thompson Kelvin ( 1800). Ilmuwan ini mengembangkan teori termodinamik dan menciptakan konsep absolut zero.

Skala Temperatur
Skala temperatur berbeda dalam dua hal: 1) lokasi temperatur nol, 2) besar dari unit ukuran; yaitu energi termal rata-rata per molekul dinyatakan oleh atu unit dari skala tersebut. Skala temperatur absolut yaitu skala yang menetapkan temperatur nol suatu material yang tidak memiliki energi termal (tidak ada molekul mokuler)
Skala yang sering dipakai:
Skala Celcius (oC)
Skala Fahrenheit (oF)
Skala Reamur (oR)
Skala Kelvin (oK)

Konversi Skala
Skala temperatur relatif : pergeseran sumbu nol.

2.4 Jenis Termometer
Termometer Air Raksa
Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenhait. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu saat es mencair dan suhu penguapan air. Es mencair pada tanda kalibrasi yang sama pada thermometer yaitu pada uap air yang mendidih. Saat dikeluarkan termometer dari uap air, ketinggian air raksa turun perlahan. Ini berhubungan dengan kecepatan pendinginan (dan pemuaian kaca tabung). Jadi pegukuran suhu celsius menggunakan suhu pencairan dan bukan suhu pembekuan. Titik didih Celcius yaitu 0 °C (212 °F) dan titik beku pada 100 °C (32 °F). Tetapi peneliti lain -Frenchman Jean Pierre Cristin– mengusulkan versi kebalikan skala celsius dengan titik beku pada 0 °C (32 °F) dan titik didih pada 100 °C (212 °F). Dia menamakannya Centrigade.
Termometer Tahanan Platina (RTD)
Adalah termometer yang bekerja berdasarkan pada perubahan tahanan yang terjadi pada sensor termometer karena pengaruh suhumedia/benda yang diukur suhunya. Termometer ini lebih teliti dan stabil dibandingkan termokopel dan lebih kuat serta rentang ukur suhu lebih lebar daripada termistor. Media termometriknya adalah kawat platina. Sifat fisika yang digunakan perubahan tahanan kawat platina sebagai fungsi suhu. Besaran yang diukur adalah tahnan listrik, rentang ukurnya -200 ~ 850 0C. Pada kenyataannya, konsep mengukur suhu menggunakan resistensi lebih mudah dikerjakan dari pada pengukuran suhu dengan termokopel. Pertama, karena pengukurannya absolut, tidak diperlukan adanya sambungan atau sambungan dingin sebagai referensi yang diperlukan. Kedua, cukup kawat tembaga yang digunakan diantara sensor dan peralatan lainnya karena tidak ada kebutuhan khusus dalam hal ini.
Pengukuran dan Kalibrasi Termometer Digital dengan RTD:
Pada dasarnya, selama hubungan suhu dengan tahanan dapat diprediksikan, halus dan stabil, fenomena ini dapat digunakan untuk mengukur suhu, Tetapi, efek kemurnian terhadap tahanan harus kecil seperti pada beberapa logam murni yang hanya tergantung pada suhu. Selain itu, karena hubungan antara tahanan dengan kemurnian juga harus konstan - sehingga dapat diabaikan. Hal ini berarti komposisi fisik dan kimiawi harus dibuat konstan.
Kebutuhan penting dalam pengukuran suhu dengan tahanan yang akurat, elemen sensor harus murni, selain itu, juga harus dan selalu berada pada kondisi annealing melalui perlakuan panas yang sesuai pada bahan agar tidak berubah secara fisik. Juga, bahan elemen sensor ini harus berada pada lingkungan yang terlindung dari kontaminasi - sehingga perubahan kimiawi dapat dihindari. Tetapi, tantangan lain bagi pembuat termometer ini adalah mendukung kabel yang tipis dan murni secara memadai, sementara memberikan regangan minimal akibat ekspansi diferensial antara kabel dengan lingkungannya atau pembentuknya - walaupun sensor mungkin ditempatkan pada pabrik yang beroperasi, dengan karakteristik lingkungan tertentu.

Termometer Digital
Untuk termometer digital, biasanya digunakan termokopel sebagai sensornya. Termokopel yang sederhana dapat dipasang, dan memiliki jenis konektor standar yang sama, serta dapat mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1 °C.

Material Penyusun Termometer Digital
Termometer digital memiliki bagian penyusun terpenting. Material penyusun tersebut adalah sebagai berikut:
Sensor Termokopel / RTD
Komparator (OP-amp dan sejenisnya)
ANALOG to Digital konverter
Dekoder display (IC 7447 TTL misalnya)
Display (7 segmen, LCD, monitor)

Cara Kerja Termometer Digital
Untuk termometer digital, biasanya digunakan termokopel sebagai sensornya. Karena Termokopel paling cocok digunakan untuk mengukur rentangan suhu yang luas, hingga 1800 K. Sebaliknya, kurang cocok untuk pengukuran dimana perbedaan suhu yang kecil harus diukur dengan akurasi tingkat tinggi, contohnya rentang suhu 0--100 °C dengan keakuratan 0.1 °C. Termokopel ini macam-macam, tergantung jenis logam yang digunakan. Jenis logam akan menentukan rentang temperatur yang bisa diukur (termokopel suhu badan (temperatur rendah) berbeda dengan termokopel untuk mengukur temperatur tungku bakar (temperatur tinggi)), juga sensitivitasnya. Secara sederhana termokopel berupa dua buah kabel dari jenis logam yg berbeda yang ujungnya, hanya ujungnya saja, disatukan (dilas). Titik penyatuan ini disebut hot junction. Prinsip kerjanya memanfaatkan karakteristik hubungan antara tegangan (volt) dengan temperatur. Setiap jenis logam, pada temperatur tertentu memiliki tegangan tertentu pula. Pada temperatur yang sama, logam A memiliki tegangan yang berbeda dengan logam B, terjadilah beda tegangan (kecil sekali, miliVolt) yang dapat dideteksi. Jadi dari input temperatur lingkungan setelah melalui termokopel terdeteksi sebagai perbedaan tegangan (volt). Beda tegangan ini kemudian dikonversikan kembali menjadi besaran temperatur yang ditampilkan melalui layar/monitor berupa seven segmen yang menunjukkan temperatur yang dideteksi oleh termokopel.
Secara terperinci prinsip kerja thermometer digital dapat dijelaskan sebagai berikut: Sensor yg berupa PTC atau NTC dengan tingkat sensitifitas tinggi akan berubah nilai tahanannya jika terjadi sebuah prubahan suhu yg mengenainya. Perubahan nilai tahanan ini linear dengan perubahan arus, sehingga nilai arus ini bisa dikonversi ke dalam bentuk tampilan display. Sebelum dikonversi, nilai arus ini di komparasi dengan nilai acuan dan nilai offset di bagian komparator, fungsinya untuk menerjemahkan setiap satuan amper ke dalam satuan volt yang akan dikonversi ke display.


Prosedur Pengukuran dan Kalibrasi Termometer Digital
Pengukuran suhu tidak dapat dilakukan secara langsung dan memanfaatkan perubahan sifat fisika dari benda ukur karena pengaruh suhu. Metode yang digunakan ada dua yaitu:
Metode kontak
Dalam metode ini termometer dikontakkan secara langsung dengan objek ukur. Dimana objek ukurnya diam, tidak berbahaya. Hasil yang didapatkan dengan metode ini teliti dan dapat mengukur suatu kedalaman objek yang diukur, tetapi kemungkinan terjadi kontaminasi. Termometer yang digunakan dalam metode ini antara lain: termometer tahanan platina (RTD) dan termometer digital.
Metode Non kontak
Kontak termal melalui radiasi panas yang dipancarkan objek ukur. Objek ukurnya bergerak, berbahaya dan susah untuk dijangkau. Hasilnya kurang teliti dan hanya bisa mengukur suhu permukaan. Termometer yang digunakan yaitu pirometer optik, termometer radiasi spektral dan total.
Pembacaan pengukuran termometer ini dilakukan langsung dari nilai display dengan memperhatikan garis segmen yang ada. Kalibrasinya biasa menggunakan kalibrator manual atau otomatis, kalibrator manual suhu yg dikenakan ke sensor adalah suhu pemanas nyata dimulai dari 0 derajat untuk setting ofsetnya. Kalibrasi otomatis terdiri dari suhu pemanas dan checker untuk gain dalam rangkaian komparatornya.
Kalibrasi adalah kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional nilai penunjukkan alat ukur dengan cara membandingkan terhadap standar ukurnya yang tertelusur ke satndar nasional dan atau internasional. Tertelusur maksudnya adalah karakter hasil pengukuran yang dapat dihubungkan ke standar yang sesuai, nasional dan atau internasional, melalui rantai pembandingan yang tidak terputus. Metode kalibrasi termometer dapat dilakukan dengan beberapa metode antara lain:
Metode Perbandingan yaitu pembandingan menunjukkan termometer (alat) dengan termometer standar. Hasil kalibrasi berupa 1) koreksi= standar- alat, 2) konstanta-konstanta dari persamaan polinomial interolasi untuk alat. Ketidakpastian untuk koreksi atau konstanta. Memerlukan media kalibrasi atau termometer standar.
Metode Titik Tetap yaitu media kalibrasi nerupa titik tetap (fixed point). Hasil kalibrasi = persamaan interpolasi. Umumnya untuk kalibrasi termometer standar.
Metode Simulasi yaitu digunakan untuk indikator suhu ( temperatur indicator). Membutuhkan daya standar (arus atau tegangan)
Adapun prosedur kalibrasi termometer digital dengan metode perbandingan sebagai berikut:
Pemeriksaan Skala( scale of value)
Temperatur yang diukur menggunakan termometer digital dapat dibaca secara langsung dari pembacaan dial dan nilai skala.

Kemampuan Baca Kembali (Repeatibility of Reading )
Tahap ini mengandung informasi dalam level yang dapat disensor oleh manusia dan/atau perangkat kendali. Jika keluaran diharapkan dapat dibaca oleh manusia, maka lebih sering berbentuk :
• gerakan relatif, misalnya jarum penunjuk skala atau gerakan gelombang pada osiloskop,
• digital, bentuk ini mempresentasikan angka-angka, misalnya odometer mobil, termometer digital dan sebagainya. Daya ulang pembacaan merupakan ukuran konsistensi pembacaan termometer yang dinyatakan sebagai standar deviasi yang diperoleh dari serangkaian pembacaan berulang dan perbedaan maksimum antar pembacaan tunggal berurutan. Termometer dengan unjuk kerja yang baik memiliki nilai standar deviasi yang tidak lebih dari 3 (tiga) kali resolusinya . Pengamatan daya ulang pembacaan harus dilaksanakan sedemikian hingga merefleksikan penggunaan termometer.

Ketidakpastian Termometer Digital
Perkiraan atau taksiran rentang dari nilai pengukuran dimana nilai sebenarnya dari besaran obyek yang diukur ( measurand ) terletak. Terdapat dua ketidakpastian yaitu: 1)Kaitan Antara Ketidakpastian Dan Kesalahan. 2) Ketidakpastian Memadukan Semua Kesalahan yang Diketahui Menjadi Suatu Rentang Tunggal
Faktor - Faktor Ketidakpastian
Setiap pengukuran pasti memunculkan sebuah ketidakpastian pengukuran, yaitu perbedaan antara dua hasil pengukuran. Timbulnya ketidakpastian dalam pengukuran menunjukkan ketidalksempurnaan manusia secara keseluruhan . Karena tidak adanya kebenaran mutlak di dunia ini. Sumber ketidakpastianlah yang turut memberikan kontribusi selain juga pada alat-alat bantu (kalibrator) yang digunakan untuk mengukur suhu juga resolusi alatnya, pengaruh lingkungan. sebenarnya. Ketidakpastian juga disebut kesalahan, sebab menunjukkan perbedaan antara nilai yang diukur dan nilai sebenarnya.
Hal ini bisa disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor itu dibagi dalam 2 garis besar, yaitu ketidakpastian bersistem dan ketidakpastian acak.
Ketidakpastian bersistem
Kesalahan kalibrasi
Kesalahan dalam memberi skala pada saat alat ukur dibuat sehingga tiap kali alat itu digunakan, ketidakpastian selalu muncul dalam tiap pengukuran.
Kesalahan titik nol
Titik nol skala ukur tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk alat ukur.
Kesalahan komponen alat
Sering terjadi pada pegas. Biasanya terjadi bila pegas sudah sering dipakai.
Gesekan
Kesalahan yang timbul akibat gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak.
Paralaks
Kesalahan posisi dalam membaca skala alat ukur.
Ketidakpastaian acak
Gerak Brown molekul udara
Menyebabkan jarum penunjuk skala alat ukur terpengaruh.
Frekuensi tegangan listrik
Perubahan pada tegangan PLN, baterai, atau aki.
Landasan yang bergetar
Adanya nilai skala terkecil dari alat ukur
Keterbatasan dari pengamat sendiri
Dalam memperkirakan besar ketidakpastian atau kesalahan dalam menetapkan nilai kuantitas sebagai hasil pengukuran, harus dibedakan antara dua golongan kesalahan: sistematis dan acak. Kesalah sistematis adalah kesalahan yang secara konsisten terulang apabila dilakukan pengulangan percobaan. Kesalahan kalibrasi sistem pengukuran atau suatu perubahan dalam sistem yang menyebabkan penunjuk menyimpang secara konsisten dari nilai kalibrasi merupakan kesalahan jenis ini.
Peralatan
Adapun peralatan yang digunakan dalam pengukuran dan kalibrasi termometer digital yaitu:
Termometer digital standard beserta sertifikat
Media kalibrasi yang terkalibrasi
Tabel konversi ASTM
Bak cairan
4. Persiapan
Sebelum melakukan kalibrasi diperlukan beberapa persiapan seperti berikut:
Semua spesifikasi termometer dicatat pada lembar kerja
Prinsip kerja kedua instrumen diperiksa terlebih dahulu
Sensor kedua termometer diposisikan pada jarak yang ideal
Tampilan termometer sedemikian rupa agar mudah dibaca
Tampilan termometer dibersihkan dari debu dan kotoran
Timbangan dipanaskan selama 30 menit
Dilakukan beberapa perulangan pengukuran
5. Prosedur
5.1 Pemeriksaan Skala:
Dipilih salah satu skala termometer untuk dilakukan percobaan
Dipastikan bahwa suhu telah steady dan dicatat pembacaan nilai nominal pada kolom 1
Secara berturut-turut bacaan alat dicatat ditulis pada kolom 2 dan standar pada kolom 3
Point 1 sampai 3 diulangi sebanyak 3 kali
Koreksi dihitung dengan rumus:
Q = Pstandar - Palat
Dimana:
Pstandar = pembacaan termometer digital standar
Palat = pembacaan termometer digital yang dikalibrasi
Error of specification dicatat
Koreksi minimum dicatat
Koreksi maksimum juga dicatat
Ditentukan nilai koreksi maksimum
Bila koreksi maksimum lebih besar dari toleransi spec alat, maka termometer digital yang dikalibrasi perlu adjust ulang atau repair

5.2 Kemampuan Baca Kembali
Dilakukan minimal 3 posisi, masing-masing sesuai dengan titik suhu yang kita harapkan ( Atau pembagian skalanya adalah 1/3, 2/3 dan skala penuh)
Dipastiakn pembacaan termometer digital telah stabil, mulai dilakukan pengukuran suhu dengan nilai nominal tertentu
Pembacaan alat dicatat pada kolom 2 dan pembacaan standar pada kolom 1
Point 1 dan 2 diulangi sampai 10 kali pembacaan
Koreksi dihitung dengan rumus:
Q = Pstandar - Palat
Dan dicatat pada kolom 3
Point 1 sampai 4 untuk titik selanjutnya
Dilakukan rata-rata koreksi
Standar deviasi dari koreksi maksimum dengan rumus σ= √(Σ(Di- (D)) ̅ )/(n-1)
Dimana :
Di= koreksi ke i
D = Rata-rata koreksi
N = jumlah koreksi
Dihitung eror regresi
Ketidakpastian standar dihitung dengan rumus:
UA1 = σmaks/√n
Dimana σmaks = standar deviasi maksimum koreksi
Ketidakpastian regresi UA2 dengan rumus:
UA2 = √(SSR/(n-2))
Dimana SSR = sum square residual
Ketidakpastian resolusi UB1 dengan rumus:
UB1 = (resolusi/2)/√3
Ketidakpastian termometer standart UB2 denagn rumus:
UB2 = a/k
Dimana a= ketidakpastian kalibrator ( termometer standar)
K = faktor cakupan
Ketidakpastian media kalibrasi UB3 dengan rumus:
UB3 = a/k

5.3 Ketidakpastian Termometer Digital
Dihitung besarnya Uc (ketidakpastian kombinasi ) dengan rumus
Uc = √(U_A1^2 ) 〖+ U〗_A2^2+ U_B1^2 〖+U〗_(B2 )^2+U_B3^2
Besarnya Veff ditentukasn dengan formulasi sebagai berikut:
Veff = 〖(Uc)〗^2/((Σ〖(Uc)〗^4)/vi)
Dengan tingkat kepercayaan CL = 95 %, faktor cakupan k
Ketidakpastian termometer Uexp dengan rumus:
Uexp = k. Uc
Dimana k= faktor cakupan
Uc = ketidakpastian kombinasi

Peralatan Percobaan
Peralatan yang digunakan dalam percobaan ini antara lain:
Termometer digital
Termometer standar
Heater
Stopwatch