1. SEMINAR LITERATUR
PENGUKURAN SUHU MENGGUNAKAN THERMOMETER
INFRA MERAH
ZULFA
0503111062
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS RIAU
PEKANBARU
2009

2. 1. PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Panas dan suhu adalah dua hal yang berbeda. Panas adalah energi total dari gerak
molekular di dalam zat, energi panas bergantung pada kecepatan partikel, jumlah partikel
(ukuran atau massa), dan jenis partikel di dalam sebuah benda. Sedangkan suhu adalah
ukuran energi rata-rata dari gerak molekular di dalam zat. Suhu tidak bergantung pada
ukuran atau jenis benda (Hermans et al, 2005). Secara sederhana suhu didefenisikan
sebagai derajat panas atau dinginnya suatu benda. Hal ini berhubungan dengan seberapa
cepat atom dan molekul zat bergerak. Pada level molekul, temperatur didefenisikan sebagai
energi rata-rata gerak mikroskopik partikel yang menyusun zat (Carpy et al, 2008). Untuk
zat padat, pada prinsipnya gerak mikroskopik ini adalah vibrasi atom unsur utama substansi
yang tempatnya dalam zat padat. Untuk gas monoatomik, gerak mikroskopik adalah gerak
translasi unsur partikel gas. Pada gas multi-atomik, gerak mikroskopiknya adalah gerak
vibrasi dan translasi. Selama energi panas diterima objek, energi rata-rata dari gerak
mikroskopik ini meningkat. Makin tinggi energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi
suhu benda tersebut (Taylor, 2008).
Radiasi infra merah merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik. Range infra
merah diantara cahaya tampak dan gelombang radio. Panjang gelombang infra merah
biasanya dinyatakan dalam mikron, dengan sepektrum infra merah diantara 0.7-1000
mikron. Hanya 0.7-14 micron yang digunakan untuk pengukuran temperatur menggunakan
infra merah. Radiasi infra merah tidak bisa dilihat, namun manusia bisa merasakannya
sebagai panas (Michaud, 1999). Masing-masing benda dengan temperatur diatas nol
absolut (-273.15°C = 0 Kelvin) memancarkan radiasi elektromagnetik dari permukaannya.
Dimana radiasi ini sebanding dengan temperatur intrinsik. Bagian dari temperatur intrinsik
ini adalah radiasi infra merah yang kemudian bisa digunakan untuk mengukur temperatur
benda (Raleigh, 2008).

3. Pengukuran suhu dapat dilakukan menggunakan sensor. Sensor yang digunakan untuk
mengukur suhu terbagi dua yakni sensor kontak dan sensor non-kontak. Beberapa sensor
kontak adalah termokopel, termistor, dan RTDs. Salah satu sensor non-kontak adalah
termometer infra merah. Alat ini mengukur panas (energi infra merah) dari objek dengan
memfokuskan energi ini melalui sistem optik menggunakan detektor. Signal dari detektor
kemudian disajikan dalam suhu setelah melalui serangkaian proses.
Termometer infra merah menawarkan keuntungan yakni kemampuannya
menentukan temperatur objek tanpa kontak fisik sehingga sistem pengukurannya tidak
terkontaminasi, dan rusak. Banyak penggunaan teknologi ini yang berhubungan dengan
industri yakni memberikan keuntungan pada pencatat temperatur dalam situasi dimana
objek tidak bisa dicapai atau bergerak, dimana kontak tidak mungkin dilakukan karena
temperatur terlalu tinggi atau dibawah pengaruh listrik (Fullam, 2008).
1.2. Tujuan
Tujuan penulisan makalah ini dimaksud untuk mengetahui bagaimana pengukuran
suhu menggunakan termometer infra merah.
1.3. Batasan Masalah
Untuk mengarahkan penulisan pada makalah ini, permasalahan yang dibahas dibatasi,
yakni hanya membahas bagaimana pengukuran suhu menggunakan termometer infra merah
dengan memanfaatkan infra merah yang dipancarkan objek.

4. 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Radiasi Termal
Konsep dari radiasi termal agak berdasar pada intuisi. Apa yang dirasakan sebagai
panas dari objek, tanpa menyentuh objek itulah radiasi termal. Benda apa saja yang
suhunya diatas nol absolut, akan memiliki energi termal yang berhubungan hanya dengan
suhunya sendiri dan akan meradiasi bagian dari energi termal ini sebagai energi infra
merah. Defenisi formal untuk radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang
dipancarkan dari permukaan sebuah objek yang bergantung pada temperatur objek. Radiasi
termal dihasilkan ketika energi panas dari partikel bermuatan yang bergerak dalam atom
pada objek diubah menjadi radiasi elektromagnetik pada permukaan benda. Frekuensi dari
gelombang yang dipancarkan radiasi termal adalah suatu kemungkinan yang hanya
tergantung pada temperatur benda. Untuk benda hitam, hal ini diberikan oleh hukum radiasi
Plank. Hukum Wien menjelaskan tentang frekuensi radiasi yang dipancarkan, dan hukum
Stefan-Boltzman menjelaskan tentang intensitas panas (Taylor, 2008).
Radiasi termal, tetap pada suhu khusus, terjadi melebihi rentang frekuensi atau panjang
gelombang yang lebar. Seberapa banyak pada masing-masing panjang gelombang diberikan
oleh hukum radiasi Plank yang menyatakan,






−
=∂
1
2
5
1
T
CT
e
C
J
λ
λ
λ
λ
………………………………………………………………….1
Dimana:
=∂λλTJ Radiasi benda hitam yang dipancarkan pada temperatur T, ºK
=1C Konstanta Plank pertama 3.17x10-16
Wm2
=2C Konstanta Plank kedua 1.4388x10-2
mK
Panjang gelombang utama akan meningkat seiring dengan peningkatan suhu.
Hubungan ini diberikan oleh hukum wien, sebuah penyederhanaan hukum plank dan
memberikan harga puncak emisi energi.

5. Dari Hukum pergeseran Wien dapat diketahui bahwa puncak pemancaran energi
bergerak ke panjang gelombang pendek selama kenaikan temperatur. Wien
menyederhanakan Hukum Plank dengan mengeleminasi -1 untuk menghasilkan persamaan,






=∂
T
CT
e
C
J
λ
λ
λ
λ
2
5
1
……………………………………………………………………..2
Kurva pancaran energi pada suhu yang berbeda-beda telah dihitung dari Hukum
Radiasi Plank.
Gambar 2. Kurva Plank.
Panjang gelombang dimana energi puncak terjadi untuk suhu objek benda hitam bisa
ditentukan oleh hukum perpindahan Wien:
T
b
m =λ …………………………………………………………………………………3
Dimana:
=mλ Panjang gelombang dimana energi puncak, m
=b Konstanta perpindahan Wien, 2.87768x10-3
mK

6. =T Temperatur benda hitam, K
Formula ini sangat berguna dalam memprediksi panjang gelombang dimana puncak
energi akan terjadi untuk sembarang suhu target yang diberikan.
2.2. Radiasi Elektromagnetik
Radiasi elektromagnetik adalah rambatan gelombang dalam ruang dengan komponen
listrik dan magnet. Radiasi elektromagnetik dikelompokkan berdasarkan frekuensi
gelombang yakni: gelombang radio, gelombang mikro, radiasi infra merah, cahaya tampak,
radisi ultraviolet, sinar X, sinar gamma.
Gambar 3. Radiasi Elektromagnetik.
Panjang gelombang elektromagnetik tergantung pada frekuensi dimana,
=f
λ
c …………………………………………………………………………………4
Dimana:
=f frekuensi, Hz
c = kecepatan cahaya, m/s
λ = panjang gelombang, m

7. Termometer infra merah menentukan suhu dengan mengukur energi elektromagnetik
yang dipancarkan objek. Sembarang objek yang temperaturnya diatas nol absolut
mempunyai kemampuan meradiasi energi elektromagnetik yang akan merambat melewati
ruang dalam kecepatan cahaya (Taylor, 2008).
2.3. Spektrum Elektromagnetik
Spektrum adalah intensitas campuran dari gelombang elektromagnetik sebagai fungsi
panjang gelombang atau frekuensi. Semua tipe radiasi elektromagnetik mengikuti prinsip
difraksi, refraksi, dan polarisasi. Radiasi Infra merah mencakup bagian terbatas dari
spektrum elektromagnetik, yakni dari range cahaya tampak 0.78 µm sampai 14 µm yang
berguna dalam pengukuran suhu. Diatas panjang gelombang ini level energi sangat rendah,
dimana detektor tidak cukup peka untuk mendeteksi (Raleigh, 2008).
Gambar 1. Spektrum Elektromagnetik, dengan range 0.7-14 µm.
Termometer infra merah dibuat untuk merespon panjang gelombang dalam spektrum
infra merah. Hampir semua pancaran infra merah tidak terlihat oleh mata. Hal ini bisa
diatasi dengan pemfokusan yang dilakukan dengan menggunakan sistem optik pada
detektor dalam termometer infra merah (Taylor, 2008).

8. 2.4. Absorpsi, Transmisi, dan Refleksi
Ketika energi infra merah diradiasi objek mengenai objek lain, satu bagian dari energi
yang diterima akan diserap, satu bagian akan direfleksikan, dan jika objek tidak opak maka
akan ada satu bagian yang diteruskan. Jumlah total dari ketiga komponen ini selalu harus
berjumlah harga awal radiasi yang meninggalkan sumber.
Jika a, r dan t adalah absorpsi, refleksi, dan transmisi dari objek, maka,
1=++ tra ……………………………………………………………………………5
Gambar 4. Absorpsi, Transmisi, dan Refleksi.
2.5. Benda Hitam
Benda yang secara keseluruhan non-reflective dan buram akan menyerap energi radiasi
yang diterima permukaan benda itu. Tipe benda ini adalah absorber sempurna dan akan
menjadi pemancar sempurna radiasi infra merah yang biasa disebut benda hitam. Perlu
diingat bahwa benda hitam adalah alat secara teori, dimana tidaklah sama dengan hitam
pada warna. Di lapangan, ditemukan bahwa permukan benda bukan absorber sempurna dan
cenderung untuk memancarkan dan merefleksikan energi infra merah. Objek non-benda

9. hitam akan menyerap energi lebih sedikit dibanding benda hitam pada kondisi yang sama.
Karena itu objek non-benda hitam akan meradiasi lebih sedikit energi infra merah
meskipun pada temperatur yang sama. Pemahaman akan kemampuan permukaan untuk
meradiasi energi infra merah sangat penting untuk mencapai pengukuran akurat dengan
termometer infra merah (Taylor, 2008).
2.6. Emisivitas
Emisivitas adalah perbandingan antara energi yang diradiasi oleh material terhadap
energi yang diradiasi benda hitam pada temperatur yang sama. Ini berhubungan dengan
mengukur kemampuan material untuk menyerap dan meradiasi energi. Benda hitam
sesungguhnya memiliki ε = 1 sedangkan benda nyata memiliki ε < 1. Gambar 5
menunjukkan mengapa benda bukan merupakan pemancar infra merah yang sempurna.
Selama energi internal objek bergerak ke arah permukaan, satu bagian akan direfleksikan
ke dalam, dan refleksi energi internal ini tidak akan pernah meninggalkan alat radiatif.
Gambar 5. Refleksi Internal.
Emisivitas merupakan nilai numerik dan tidak memiliki satuan.
ε = hitambendadiradiasiyangenergy
materialdiradiasiyangenergi

10. Kemampuan benda untuk memancarkan energi infra merah tergantung pada beberapa
faktor, yakni jenis material, kondisi permukaan, panjang gelombang, dan temperatur.
Faktor-faktor ini memiliki pengaruh emisivitas untuk variasi besar. Harga emisivitas untuk
objek adalah ekspresi kemampuannya untuk meradiasikan energi infra merah. Tabel berikut
memberikan harga emisivitas untuk beberapa material.
Tabel 1. Harga Emisivitas untuk beberapa material.
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi emisivitas material. Perlu diketahui bagaimana
pengaruh faktor-faktor ini pada harga emisivitas:
Panjang Gelombang
Emisivitas logam berbanding terbalik dengan panjang gelombang. Material non-logam
emisivitasnya cenderung meningkat seiring peningkatan panjang gelombang. Material semi
tembus cahaya seperti film plastik menunjukkan variasi yang tajam dengan panjang
gelombang.
Kondisi Permukaan
Pada kasus material logam, emisivitas akan menurun dengan pengkilapan dan akan
meningkat dengan kekesatan atau kekasaran permukaan dan kadar oksidasi. Logam yang
menjadi bahan dalam proses industri, sebagai contoh baja biasanya memiliki lapisan oksida
berat dan memiliki emisivitas tinggi dan stabil. Material yang memiliki lapisan oksida yang
tipis seperti logam ringan (bright metals) bisa memiliki emisivitas yang bergantung pada
ketebalan oksida. Pada panjang gelombang yang panjang lapisan oksida menjadi jelas dan
termometer mengukur permukaan metal non-oksida.

11. Temperatur
Emisivitas akan selalu berubah terhadap temperatur jika sifat permukaan material
berubah. Sebagai contoh, jika lapisan menjadi berkilau atau menjadi suram (Taylor, 2008).
Efek Emisivitas Pada Pengukuran Temperatur
Karena termometer inframerah dikalibrasi terhadap sumber radiasi benda hitam,
termometer infra merah akan selalu terbaca salah ketika mengukur suhu target dengan
emisivitas kecil dari 1.0. Penyesuaian emisivitas secara normal diperlukan pada
termometer, dimana ketika pengaturan harga emisivitas target, akan mengimbangi karena
sifat non-benda hitam dan memungkinkan suhu yang tepat untuk kemudian diukur. Untuk
menghasilkan pengukuran suhu yang akurat dan terpercaya adalah penting untuk
mengetahui emisivitas material target (Raleigh, 2008).
3. PEMBAHASAN
3.1. Aliran Sistem Pengukuran Infra Merah

12. Termometer infra merah bisa dianalogikan dengan mata manusia. Lensa mata
merepresentasikan optik dimana radiasi (aliran foton) dari objek menyentuh lapisan
fotosensitif (retina) via atmosfer untuk kemudian diubah menjadi signal untuk dikirim ke
otak. Gambar 7 menunjukkan aliran proses sistem pengukuran inframerah.
Gambar 7. Sistem Pengukuran Inframerah.
3.1.1. Optik atau Window
Sistem optik Termometer inframerah menangkap energi inframerah yang
dipancarkan objek melalui circular measurement spot dan memfokuskannya pada detektor.
Target harus menempati spot ini, jika tidak, termometer inframerah akan “melihat” radiasi
temperatur yang lain dari lingkungan sehingga nilai pengukuran menjadi tidak akurat.
Resolusi optik didefenisikan sebagai hubungan antara jarak alat ukur dalam hal ini
termometer inframerah dari target dan diameter spot (D:S).

13. Gambar 9. Perbandingan Spot dan Terget untuk pengukuran.
3.1.2 Detektor
Bentuk Detektor merupakan inti dari termometer inframerah. Detektor mengubah
radiasi inframerah yang diterima menjadi signal listrik, yang kemudian dipancarkan sebagai
nilai temperatur oleh sistem elektronik. Detektor inframerah dibagi menjadi 2 kelompok
utama yakni detektor Quantum (foton detector) dan detektor termal.
Detektor termal mengubah temperatur tergantung pada radiasi tumbukan (Klaus et al,
2007). Pada detektor termal peristiwa radiasi diserap sebagai panas, kenaikan temperatur
hasil menghasilkan signal keluaran yang menyerap semua panjang gelombang, respon
spektral menjadi terbatas oleh tranmisi ke sistem optik. Karena operasi tergantung pada
pencapaian keseimbangan temperatur, jumlah radiasi terbatas diperlukan tergantung pada
massa termal. Respon cepat membutuhkan konstruksi tipis dan adalah tidak mudah untuk
membuat detektor dengan respon waktu kecil dari 100 ms. Menentukan perbedaan antara
detektor quantum dengan detektor termal adalah reaksi cepat pada radiasi yang diserap.
Cara operasi detektor quantum berdasarkan efek foto. Foton tertahan dari radiasi
inframerah menuju peningkatan elektron ke level energi tinggi didalam material
semikonduktor. Temperatur elemen sensitif pada detektor termal berubah relatif lambat.

14. Konstanta waktu detektor termal biasanya besar daripada konstanta waktu detektor
quantum (Taylor, 2008).
3.2. Konstruksi dan Operasi Termometer Inframerah
Gambar berikut merupakan konstruksi umum Thermometer Inframerah.
Gambar 8. Diagram Blok Thermometer Inframerah.

16. 4. KESIMPULAN
Termometer inframerah merupakan salah satu sensor non-kontak yang digunakan untuk
mengukur suhu. Setiap benda diatas nol absout akan memancarkan radiasi infra merah.
Range infra merah yang digunakan dalam pengukuran adalah 0.78 µm-14 µm. Diatas
panjang gelombang ini level energi sangat rendah, dimana detektor tidak cukup peka untuk
mendeteksi. Termometer inframerah bekerja dengan mengukur energi infra merah yang
dipancarkan objek. Dengan mengukur energi infra merah yang dipancarkan objek, melalui
serangkain proses maka suhu objek itu bisa diketahui.

17. DAFTAR PUSTAKA
Carpy, A. Martha, M, (2008), Temperature,
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48
Fullam, B (2008), INFRARED THERMOMETERS, THEORY AND
CONSTRUCTION, http://72.14.235.132/search?
q=cache:omq4IFvxRekJ:www.mikroninfrared.co
m/assets/0/32/82/c5ef3e99d7ee4358ae1e40e9693650de.pdf+construction+of+IR+th
ermometer&hl=en&ct=clnk&cd=1&client=opera
Herman, L, Dou, D, (2006), Temperature,
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/temper.html
Michaud, P (1999), Infrared Radiation-Warmth From The Cold of Space,
http://www.gemini.edu/public/infrared.html,
Raleigh (2008), Basics of noncontacs temperature measurement,
http://www.micro-epsilon.com/staticcontent/PDF/optris/optris--basics-infrared-
temperature-measurement--en.pdf
Taylor, J (2008), Infrared Training Notes,
http://www.landinst.com/infrared/downloads/pdf/InfraredTrainingNotesLevel1.pdf
Taylor, J (2008), Infrared Training Notes Level 2 Process Imaging
http://www.landinst.com/infrared/downloads/pdf/Level2_TrainingNotes.pdf
Principles of Noncontact Temperature Measurement,
http://support.fluke.com/rayteksales/Download/Asset/9250315_ENG_A_W.PDF

18. Emissivity of Most Common Materials,
http://www.raytek.com/Raytek/en-r0/IREducation/Emissivity.htm
Temperature sensors type,
http://www.temperatures.com/sensors.html
What is Temperature,
http://www.weatherwizkids.com/temperature.htm
Key Elements of Correct Infrared Temperature Measurement,
http://www.raytek.com/Raytek/en-r0/IREducation/AccurateMeasurement.htm
What is Sensor Technology?,
http://www.dcu.ie/~best/st.htm
Noncontacs sensors,
http://www.tycoelectronics.com/documentation/whitepapers/pdf/eDigest-Non-
Contact_Sensors_Technology_Overview.pdf

19. REKOMENDASI…
DALAMI DAN PELAJARI,
1. MENGAPA DISEBUT TERMOMETER INFRAMERAH?
2. BEDA SENSOR DENGAN DETEKTOR?
3. KONSTRUKSI DAN OPERASI IRT?
4. KURVA PLANK?
5. BENDA HITAM?
6. DETEKTOR UNTUK IRT?
7. EMISIVITAS DAN PENGARUHNYA?
zulfa_sciephys@yahoo.co.id (Ym)
zulfanasir@gmail.com