1

PENGUKURAN LISTRIK PENGUKURAN LISTRIK

DANDAN

INSTRUMENTASI 1INSTRUMENTASI 1

DEPARTMENT OF ELECTRO-INDUSTRIAL ENGINEERINGDEPARTMENT OF ELECTRO-INDUSTRIAL ENGINEERING

EEPIS-ITSEEPIS-ITS

2

BAB IBAB ISATUAN, DIMENSI SATUAN, DIMENSI

DAN STANDARDDAN STANDARD

3

I.1. SATUAN DASAR

Satuan dasar dalam sistem SI (Systeme International Perancis) adalah :

Panjang (L) -------------- Meter (m) Massa (M) --------------- Kilogram (kg) Waktu (T) ---------------- detik (dtk, s)

4

SATUAN DASAR - LANJUTAN

• Gaya (F) ------------------- Newton (N) Newton adalah gaya yang akan memberikan massa 1 kg suatu percepatan 1 m/dt2 (F=m.a)

atau percepatan gravitasi sebesar g=9.81 m/dt2 (F=m.g)

• Usaha/Kerja (W) -------- Joule (J) Satu usaha didefinisikan jumlah dari kerja jika

gaya sebesar 1 Newton beraksi pada jarak 1 meter (W=F.d)

5

I.2. NOTASI KEILMUAN Nilai yang sangat besar atau kecil dapat dengan mudah ditulis dalam bilangan pangkat 10. Contoh : 1.200.000 = 1,2×106; 0,015=1,5×10-2

I.3. NOTASI TEKNIK Untuk memudahkan penulisan nilai 1x103 W ditulis 1 kW ; 4,7×10-3 A ditulis 4,7 mA. Lihat tabel berikut :

6

TABEL NOTASI TEKNIK

Nilai Notasi Nama Simbol1 000 000 000 000 1012 tera T

1 000 000 000 109 giga G

1 000 000 106 mega M

1 000 103 kilo k

100 102 hekto h

10 10 deka da

0.1 10-1 deci d

0.01 10-2 centi c

0.001 10-3 milli m

0.000 001 10-6 mikro

0.000 000 001 10-9 nano n

0.000 000 000 001 10-12 piko p

7

I.4. SATUAN ELEKTRIK

Arus (I) ---------------------------- Ampere (A) Dapat didefinisikan sebagai besaran muatan listrik

(Q=coulomb) yang mengalir dalam suatu konduktor selama 1 detik. Dimana satu coulomb sama dengan jumlah muatan yang dibawa 6,24×1018 elektron.

EMF, Tegangan (V) ------------- Volt (V) Volt (V) adalah satuan dari gaya gerak listrik

(emf=electromotive force) yang dapat didefinisikan sebagai perbedaan potensial antara dua titik penghantar yang mengalir arus sebesar 1 ampere ketika daya sebesar 1 watt didisipasikan.

8

SATUAN ELEKTRIK - LANJUTAN

Resistansi/Tahanan (R) -------- Ohm ( ) Ohm adalah resistansi yang meloloskan arus 1

ampere jika tegangan 1 volt diberikan pada tahanan tersebut.

Konduktansi adalah kebalikan dari resistansi (G)

Flux medan magnet ()--------- Weber (wb)

Kerapatan flux medan magnet (B) ------- Tesla (T=wb/m2)

9

SATUAN ELEKTRIK - LANJUTAN

Induktansi (L) ------------------- Henry (H)

Induktansi suatu rangkaian sebesar 1 henry jika ggl 1 volt diinduksi oleh perubahan arus sebesar 1 A/dtk.

Kapasitansi (C) --------- Farad (F)

Farad adalah kapasitansi dari kapasitor yang terdiri dari muatan 1 coulomb jika beda potensial antar terminalnya sebesar 1 volt.

10

I.5. DIMENSI Lihat tabel berikut :

Nama Simbol Satuan Simbol satuan

Dimensi

Panjang l Meter m [L]

Massa m Kilogram kg [M]

Waktu t Detik dt,s [T

Luas a Meter persegi m2 [L2]

Volume V Meter kubik m3 [L3]

Kecepatan v Meter per detik m/dt, m/s [LT-1]

Percepatan a Meter perdetik kuadrat

m/dt2 [LT-2]

Gaya F Newton N [MLT-2]

Tekanan p Newton per meter persegi

N/m2 [ML-1 T-2]

11

Tekanan p Newton per meter persegi

N/m2 [ML-1 T-2]

Kerja W Joule J [ML2T-2]

Daya P Watt W [ML2T-3]

Arus I Ampere A [I]

Muatan Q Coulomb C [IT]

EMF/Tegangan V Volt V [ML2T-3 I-1]

Kuat medan listrik Volt per meter V/m [MLT-3 I-1]

Resistansi R Ohm [ML2T-3 I-2]

Kapasitansi C Farad F [M-1 L-2 T4I2]

Induktansi L Henry H [ML2 T-2 I-2]

Kuat medan magnet H Ampere per meter

A/m [IL-1]

Flux medan magnet Weber Wb [ML2T-2 I-1]

Kerapatan flux medan magnet

B tesla T [MT-2 I-1]

12

1.6. STANDARD

TUJUAN STANDARISASI :

Meningkatkan mutu dan kehandalan produk pada harga yang layak

Kelaikan penyediaan dan pemanfaatan suatu produk atau jasa

Memperbaiki keselamatan, kesehatan, perlindungan lingkungan dan mengurangi pemborosan

Meningkatkan efisiensiMencapai keseragaman : - ukuran, bentuk dan mutu - cara menggambar dan cara kerja

13

JENIS-JENIS STARDARD

International Standard : persetujuan internasional, berada di International Bureau of Weights and Measures, Perancis.

CONTOH : ISO : International Organisation for Standarization Misal : - ukuran kertas A4,F4 - ukuran ulir baut - kode nama negara dalam internet (id=Indonesia; my=Malaysia)

14

• IEC : International Electrotechnical Commision Standar teknik elektro, misal : IEC 60364-1 (2001-08) Ed. 4.0

tentang Electrical installations of buildings –

• Primary Standard : berada di beberapa negara yang mengacu pada IS

• Secondary Standard : digunakan pada industri sebagai referensi untuk kalibrasi peralatan dan komponen yang dicek secara periodik oleh primary standard

15

STARDARD - LANJUTAN

Standard kerja Standard yang biasanya ditemukan di laboratorium

elektronik. Standard kerja resistor dibuat dari manganin dengan

koefisien suhu yang rendah dengan nilai 0,001 – 1 M accuracy 0,01%- 0,1 %

Standar kerja kapasitor biasanya dibuat dari mika perak, 0,001 µF - 1 µF, acc 0,02 %

Standar kerja induktor berada pada range 100 µH - 10 H, acc 0,1 %.

16

CONTOH :

PENERAPAN STANDAR DALAM KERANGKA KESELAMATAN KETENAGALISTRIKAN

PERSYARATAN SPESIFIKASI

TEKNIS

PERSYARATAN KESELAMATAN

PERALATAN TENAGA LISTRIK

PEMANFAAT TENAGA LISTRIK

S

SNI SNIBIDANG

KETENAGA- LISTRIKAN

KESELAMATAN

KETENAGA -

LISTRIKAN

17

Soal-soal

Sebuah magnet berukuran 0,75 inchi × 0,5 inchi mempunyai flux magnet 500 maxwell. Tentukan kerapatan magnet dalam Tesla.

(1 maxwell=10-8 Weber)

Motor berdaya 0,5 HP beroperasi 8 jam perhari dalam seminggu. Tentukan energi yang dikonsumsi (dalam KWh) selama satu tahun.

( 1 tahun = 52 minggu)

18

BAB II BAB II PENGUKURAN DAN KESALAHAN PENGUKURAN DAN KESALAHAN

19

II.1. DEFINISI PENGUKURAN

PengukuranDiartikan sebagai upaya untuk menerjemahkan variabel fisis yang semula bersifat kualitatif menjadi informasi yang bersifat kuantitatif (berupa angka-angka)

Instrumentasi Adalah alat yang digunakan untuk menentukan

nilai atau kebesaran dari suatu kuantitas atau variabel.

20

Tujuan Pengukuran :

Membantu manusia dalam menentukan nilai kebesaran suatu variabel yang tidak diketahui.

Sebagai alat ukur faktor kualitas dari suatu proses produksi ( quality factor instrument )

Alat bantu agar dicapai kesehatan dan keselamatan kerja

21

Proses industrimelibatkan

variabel fisis

- Monitoring proses industri- Analisa proses industri- Pengendalian proses industri

INSTRUMEN UKUR INFORMASIANGKA/DATA

Peran Pengukuran dan Instrumentasi dalam Proses Industri

22

Aplikasinya di semua bidang ilmu dan teknologi Kimia (stokiometri ) Fisika Sipil Elektro Mesin, dan lain-lain

Untuk menjamin ketelitian alat ukur ada badan pengawas (Lab. Kalibrasi dan Standar Nasional) dan secara internasional telah dibentuk Biro Internasional untuk Timbangan dan Pengukuran ( Severes, Perancis ) yang bertujuan membuat konvensi internasional tentang standarisasi meter dan menentukan alat ukur dan cara-cara pengukuran yang teliti.

23

Tidak ada komponen atau alat ukur yang sempurna, semuanya mempunyai kesalahan atau ketidak-telitian.

Beberapa kesalahan dalam pengukuran muncul dan seringkali terbagi dalam beberapa kategori, yaitu :

II.2. KESALAHAN DALAM PENGUKURAN

24

1. Kesalahan umum (General/Gross/Human Error) Kesalahan akibat faktor manusia, misal :

• kesalahan pembacaan (paralax), • penyetelan yang tidak tepat, • pemakaian alat yang tidak sesuai, • attitude, • kesalahan penaksiran

Dapat diatasi dengan :•memahami standar prosedur pengukuran dan pengoperasian alat ukur•pemilihan yang tepat, •pengukuran yang baik dan tepat

25

2. Kesalahan Sistematis : kesalahan akibat instrumen seperti : - faktor umur, - kerusakan (aus) - sifat-sifat fisis seperti gesekan mekanik dll

Dapat dihindari dengan : - perawatan dan pengecekan secara periodik

- kalibrasi - penggunaan alat sesuai SOP - melibatkan faktor koreksi

26

3. Lingkungan ( Environmental Error ) Kesalahan akibat faktor lingkungan, seperti :

perubahan suhu, tekanan, kelembaban medan magnet, listrik

Dapat dihindari dengan :

- penyegelan- ketepatan pemakaian dalam lingkungan

yang diijinkan- pemakaian pelindung medan magnet

dan listrik

27

4. Kesalahan acak ( Random Error ) Kesalahan yang penyebabnya tidak dapat langsung diketahui ( perubahan terjadi secara acak ) dan biasanya terjadi dalam pengukuran secara periodik.

Dapat dikurangi dengan :• menambah jumlah pembacaan• analisa dengan cara –cara statistik.

28

KESALAHAN ABSOLUT DAN KESALAHAN RELATIF

Kesalahan absolut adalah kesalahan yang dihitung berdasarkan kuantitas variabel yang diukur.

Kesalahan relatif adalah kesalahan yang dihitung berdasarkan prosentasi dari kuantitas variabel yang diukur.

Dari satu variabel yang diukur bisa ditentukan kesalahan absolut dari konversi kesalahan relatif atau sebaliknya.

29

Contoh :

Resistor 500 mempunyai kesalahan sebesar 50 . Maka nilai 50 tersebut disebut kesalahan absolut. Jika dibuat prosentasi maka akan sama dengan:

(50 /500 ) ×100 % = 10 %. Nilai 10 % ini disebut dengan kesalahan relatif

atau toleransi.

30

AKURASI

Akurasi adalah tingkat kedekatan nilai pengukuran dengan nilai sebenarnya.

Contoh : Sebuah voltmeter mempunyai akurasi sebesar 1 % pada range 200 V menunjukkan hasil pengukuran 100 V.Tentukan akurasinya.

31

Jawab:Dari akurasi dapat ditentukan :

Kesalahan absolutnya :

2V200V100

1ΔV

2)V(100V

Sehingga nilai sebenarnya dari pengukuran :

atau antara 98 V sampai 102 V.

32

Kesalahan relatif :

Nilai sebenarnya juga bisa ditulis :

2%100%100

2RE

2%100VV

33

Pada alat ukur analog, akurasi dinyatakan dengan prosentasi pada range tertentu, misal acc: 1% pada range 200 V.

Dan pada alat ukur digital dinyatakan dengan nilai absolutnya, seperti acc: pada range 100 V.

Penulisan dalam bentuk kesalahan relatif mampu mempresentasikan signifikan tidaknya suatu kesalahan pengukuran

mV 1

34

Akurasi alat ukur dapat juga disebut dengan klas alat ukur. Ada beberapa klas meter ukur yang menunjukkan ketelitian

1. Klas 0,05 ; 0,1 ; 0,2 : kelas tertinggi untuk kalibrasi dan riset2. Klas 0,5 : untuk laboratorium (praktikum)3. Klas 1,0 : untuk alat ukur portable yang kecil, reparasi 4. Klas 1,5 ; 2,5 ; 5 : untuk pemakaian yang tidak begitu memerlukan ketelitian yang tinggi seperti panel ukur yang besar.

35

Akurasi sangat erat dengan kesalahan pengukuran yang ditulis dalam bentuk prosen merupakan represenatsi dari kesalahan ukur relatif terhadap batas ukur (range) alat ukur yang digunakan.

Kesalahan Absolut = Akurasi × Range

rangeaccΔV

36

Contoh :

Voltmeter dengan klas 1 % (acc=1 %) diset pada range 5 V. Maka kesalahan yang mungkin terjadi adalah :

V0,05ΔV

V5100

1ΔV

Maka penulisan hasil pengukuran menjadi :

V0,055VV

37

Sedang dalam penggunaannya, setiap pengukuran diusahakan agar besaran yang diukur mendekati batas ukur/rangenya.

Contoh : Tegangan 75 Volt diukur dengan 2 buah Voltmeter

VM1 : batas ukur 250 Volt, klas 0,5 VM2 : batas ukur 100 Volt, klas 1 VM3 : batas ukur 200 volt, klas 0,5

Dengan Voltmeter mana hasil pengukuran yanglebih teliti !

38

Volt 1,25)(75V

Volt 1,25Volt 250100

0,5ΔV

1s

1

VM1 :

Volt 1)(75V

Volt 1Volt 100100

1ΔV

2s

2

VM2 :

Jadi VM2 lebih teliti dibanding VM1

39

PRESISIMerupakan kemampuan alat ukur dalam menunjukkan hasil pembacaan yang konsisten dan jelas dari berulangkali pengukuran.

Contoh: Voltmeter DC digital menunjuk nilai pengukuran 8,135V. Jika besaran tersebut bertambah atau berkurang 1 mV, maka penunjukkannya menjadi 8,136 V atau 8,134 V. Karena 1 mV itu merupakan perubahan terkecil, maka alat ukur tersebut mempunyai kepresisian 1 mV.

40

Pada Voltmeter analog karena menggunakan skala maka ada keterbatasan penaksiran sehingga tidak mungkin mendapat presisi sampai 3 angka di belakang koma. Misal hanya 50 mV

RESOLUSI

Resolusi adalah perubahan terkecil pada pengukuran yang masih bisa diamati. Perubahan 1 mV pada voltmeter digital dan perubahan 50 mV pada voltmeter analog menunjukkan resolusi instrumen tersebut.

41

ANGKA PENTINGJumlah angka penting pada hasil pengukuran juga merupakan representasi tingkat presisi instrumen

Contoh :

5,726 V (empat angka penting)

menunjukkan tingkat presisi 0,001 V

5,73 V (tiga angka penting)

menunjukkan tingkat presisi 0,01 V

42,0 mendekati pada angka 41,9 atau 42,1

42 mendekati pada angka 41 atau 43

42

KESALAHAN PENGUKURAN KOMBINASIJika kita menggunakan dua atau lebih alat ukur dalam pengukuran maka kesalahan total diperhitungan berdasarkan hubungan yang terjadi, yaitu dibagi dalam : A. PenjumlahanKesalahan total dari penjumlahan dua variabel pengukuran adalah penjumlahan kesalahan absolut masing-masing variabel.

2121

2211

ΔVΔVVVV

ΔVVΔVVV

43

%1V100V1

5%80VV2

Volt 1)(100100100

1100V1

Contoh :Tentukan kesalahan relatif dari penjumlahan dua tegangan V1dan V2

Volt 4)(8080100

580V2

44

Jawab :

2,78%180VoltV

100%180

5180V

5)Volt(180V

4)Volt(180)(100V

4)(801)(100V

45

B. Pengurangan

C. Perkalian

2121

2211

ΔVΔVVVV

ΔVVΔVVV

i%)(v%VIP

i%)(Iv%)(VP

IVP

46

E. Perpangkatan

r%)(2i%RIP

r%)(Ri%)(IP2

2

i%)(v%I

V

i%I

v%VR

D. Pembagian

47

SoalSoal

Resistor sebesar 680 Ω ± 10 % dilewati arus sebesar 10 mA. Arus tersebut diukur dengan amperemeter analog akurasi 1 % pada range 25 mA.

Tentukan daya dan kesalahannya pada resistor tersebut

48

Jawab:

15%68mWP

15%10%)(5%)(R)(RE)I(REPRE

5%2,5%)(2IRE

2,5%100%10mA

0,25mAIRE

0,25mA25mA1%ΔI

68mW(680)(10mA)RIP

2

2

22

49

PENDEKATAN LAIN

Penentuan kesalahan dan ketelitian dapat juga ditentukan dengan memakai nilai referensi yang ditentukan dari perhitungan teoritis atau nilai yang diharapkan ( expected value ) dengan nilai hasil pengukuran.

Sehingga dapat ditentukan :KesalahanKesalahan adalah perbedaan antara harga yang diharapkan dengan harga pengukuran,yaitu :

50

E = Yn – Xn E = Yn – Xn

Dimana Yn : harga yang diharapkan Xn : harga pengukuran E : kesalahan

100%Yn

XnYn%Error

100%Y

E%Error

100%diharapkanyangHarga

absolutKesalahan%Error

n

51

Dari prosen kesalahan dapat ditentukan :

100%Yn

XnYn1engukuran%Akurasi_p

52

ANALISA STATISTIK

Nilai rata-rata ( )

Memberikan hasil pendekatan yang dihasilkan dari sejumlah pengukuran.

Penyimpangan ( Deviasi)Selisih antara pembacaan terhadap nilai rata-ratanya

n

XXXXX n

....321

XXD

X

53

n

ddddD n

...321

Deviasi rata-rata :

Deviasi standar :

n

dddd n22

32

22

1 ...

54

Contoh :Pengukuran tegangan dengan Voltmeter digital dilakukan 5 kali, yaitu V1=1,001 V; V2=1,002; V3=0,999 V; V4=0,998 V;

V5=1,000 V

Tentukan :a. Nilai rata-rata pengukuranb. Deviasi rata-ratac. Deviasi standar

55

VoltX

VoltX

VVVVVX

00,1

5

000,1998,0999,0002,1001,15

54321

Jawab :a. Nilai rata-rata

56

b. Deviasi rata-rata

VVVd

VVVd

VVVd

VVVd

VVVd

0000.1000.1

002.0000.1998.0

001.0000.1999.0

002.0000.1002.1

0001.0000.1001.1

55

44

33

22

11

VoltD

D

n

ddddD n

0012.05

0002.0001.0002.0001.0

...321

57

c. Deviasi standar

Volt

n

dddd n

0014.05

0002.0001.0002.0001.0

...

2222

223

22

21

58

Soal-soal

1. Sebuah resistor R memiliki beda tegangan 25 V pada terminalnya dengan arus sebesar 63 mA. Tegangan resistor diukur dengan voltmeter pada range 30 V dengan akurasi ± 5 % skala penuh. Arus diukur dengan AM-meter dengan akurasi ± 1 mA. Hitung nilai R dan toleransinya.

2. Tentukan pula daya disipasi maksimum dan minimum pada R tersebut

59

BAB III BAB III METER ARUS SEARAHMETER ARUS SEARAH

60

III.1. PENGENALAN ALAT UKUR

A.Meter Analog

Meter Analog secara umum menggunakan prinsip dan mekanisme elektromekanik yang mengakibatkan bergeraknya suatu jarum penunjuk seperti gambar dibawah ini

61

Dan umumnya jenis range yang digunakan pada meter analog ada 2 yaitu :

a. Multiplier Range Hasil penunjukkan jarum dari meter ukur

dikalikan dengan range yang digunakan. Contoh : ×1, ×10 pada ohm meter. Set range ×10, bila jarum penunjuk pada posisi 5 Maka hasil pengukuran 5 × 10 = 50 Ω

62

b. Maximum Range Menunjukkan batas maksimum dari variabel

yang ingin diukur misalnya pada voltmeter dan ampere-meter dc

Contoh : Range 15 V : Tegangan yang boleh diukur

antara 0-15 Volt

Range 1 A : Arus yang boleh diukur antara 0-1 A

63

Untuk mempermudah pembacaanya harus disesuaikan range dan skala penuh penunjuk jarum.

Contoh : Range yang digunakan 100 Volt, skala penuh 120 Volt dan penunjuk jarum 60 volt. Maka :

Volt5060 120

100PengukuranHasil

n_jarumpenunjukka penuh skala

rangePengukuranHasil

64

B. Meter Digital

Untuk semua jenis variabel yang diukur langsung ditunjukkan dalam bentuk desimal dalam board sesuai dengan range batas ( maksimum ), seperti gambar dibawah ini.

Contoh :Set range 200 Volt. Besaran yang boleh diukur maksimum 200 V ( 0 – 200 V )

20.00 V dc

65

III.2. ALAT UKUR PMMC (Permanent Magnet Moving Coil )

Disebut juga gerak d’Arsonval

Alat ukur PMMC terdiri dari magnet tetap dan kumparan yang bila dialiri arus akan timbul gaya untuk menggerakkan pointer yang mengindikasikan level arus pada skala yang terkalibrasi.

66

Aplikasi PMMC :

Amperemeter DC, Voltmeter DC dan Ohmmeter. Dengan menambah rangkaian penyearah bisa digunakan juga sebagai Amperemeter AC dan Voltmeter AC.

67

KONTRUKSI PMMC

Konstruksi PMMC terlihat pada gambar berikut.Yaitu terdiri dari magnet tetap berbentuk sepatu kuda dengan potongan besi lunak menempel padanya dan antara kedua kutub magnet tersebut ditempatkan silinder besi lunak, untuk menghasilkan medan magnet yang homogen dalam celah udara antara kutub-kutub tersebut.

68

69

Kumparan dililitkan pada lempengan logam ringan berbentuk segiempat yang dipasang pada silinder yang dapat berputar bebas sepanjang celah udara.Jarum / pointer dipasang di atas kumparan yang bisa terdefleksi sebanding arus yang masuk.

70

Pegas konduktif ( 2 buah) dipasang di atas dan di bawah untuk menghasilkan gaya terkalibrasi untuk melawan torsi kumparan putar yang dipertahankan konstan supaya ketelitiannya tetap terjaga dan yang kedua dihubungkan dengan pengatur posisi nol ( zero position control ).

Arus pada kumparan harus mengalir pada satu arah sehingga pointer bergerak dari titik nol ke skala penuh. Sehingga torsi akan sebanding dengan arus yang masuk menjadikan PMMC merupakan peralatan ukur DC ( Arus Searah ).

71

Jika dihubungkan dengan arus AC, jarum tidak mampu mengikuti pertukaran yang cepat, sehingga akan bergetar ringan di titik nol – untuk mencari harga rata-ratanya. Sehingga alat ukur PMMC tidak cocok dengan arus AC, kecuali jika sudah disearahkan.

72

Dasar Defleksi PMMC

Defleksi instrumen menggunakan pointer yang bergerak di atas skala yang terkalibrasi untuk menunjukkan besaran yang diukur. Ada tiga macam gaya yang bekerja pada PMMC ini, yaitu :

Deflecting Force ( Gaya Defleksi )Gaya yang menyebabkan pointer bergerak dari titik nol jika arus masuk. Gaya ini ditimbulkan karena adanya kumparan yang dialiri arus pada daerah medan magnet yang dihasilkan magnet tetap. Gaya inilah yang menimbulkan torsi penggerak pointer.

73

Controlling Force ( Gaya Kontrol )Gaya ini ditimbulkan oleh pegas spiral. Jika tidak ada arus, pegas akan menjaga agar pointer pada posisi nol. Sedang jika ada arus mengalir maka pegas akan memberikan gaya kontrol melawan gaya defleksi sampai dicapai kondisi gaya kontrol sama dengan gaya defleksi yang meyebabkan pointer berhenti pada titik tertentu.

74

Damping Force ( Gaya Damping )Gaya ini difungsikan untuk meminimalkan osilasi gerak pointer yang muncul beberapa saat sebelum berada pada kondisi steady state. Damping force ini muncul hanya jika pointer bergerak dan diproduksi oleh eddy cuurent. Eddy current adalah arus induksi yang disebabkan karena putaran kerangka aluminium ( tempat dililitkan kumparan ) dalam medan magnet, sehingga timbul tegangan yang berbanding lurus dengan kecepatan putar dan akan timbul gaya damping yang berlawanan dengan arah putar.

75

76

Persamaan Torsi dan Skala

Cara kerja instrumen ini berdasar prinsip jika suatu kumparan diletakkan pada medan magnet maka bekerja gaya medan magnet sebesar :

F = B.i.lJika kumparan terdiri dari N lilitan, maka

F = N.B.i.lSedang torsi yang dihasilkan adalah :

T = F.dT = N.B.i.l.d

AtauT = N.B.i.A

77

Dimana :

B : rapat flux magnetik (Wb/m2) l : panjang coil (m) d : lebar coil (m) N : jumlah lilitan

A : cross sectional area Terlihat B,N,A tetap sehingga

iTd

78

Ini berarti :PMMC adalah alat ukur dengan respon arus I, yang dimaksud adalah arus rata-rata dan mengalir dalam satu arah, ini berarti PMMC akan merespon arus searah atau DC.

Torsi defleksi akan dikontrol oleh torsi kontrol yang ditimbulkan oleh pegas. Jika K adalah konstanta pegas dan sudut defleksi pointer, maka torsi kontrol yang dihasilkan adalah :

K.θTc

79

K.θN.B.i.A

TT cd

Pada keadaan seimbang :

K.iθ

Persamaan di atas menunjukkan bahwa defleksiPointer sebanding dan merupakan fungsi linier dari arus yang mengalir pada kumparan. Maka skala pada PMMC selalu linier.

80

81

Sistem Suspensi

Untuk mendukung sistem gerak defleksi PMMC digunakan dua suspensi, yaitu suspensi jewel bearing dan suspensi taut band. Suspensi Jewel BearingSuspensi ini ditunjukkan pada gambar berikut ini :

82

83

Dalam suspensi jewel bearing ini kumparan dilekatkan pada titik putar ( pivot ) yang masuk pada bantalan berbentuk jewel ( saphire atau kaca ) terdiri dari titik pivot. Ini memberikan kumparan dapat bergerak bebas, meskipun dengan sedikit gesekan. Sistem jewel bearing ini mempunyai sensitivitas pada skala penuh sebesar 25 uA.Jenis suspensi ini rawan terhadap benturan.

84

Suspensi Taut Band

Untuk meniadakan gesekan rendah oleh titik putar jewel bearing maka digunakan “ suspensi taut band” (ban kencang). Bentuk suspensi taut band ini terdiri dari dua buah pita logam ( phospor atau platinum ) yang diikatkanpada masing-masing ujung kumparan dan kedua ujung yang lain diikat oleh spiral yang berfungsi mengatur ketegangan pita. Pita ini sekaligus digunakan sebagai penghubung elektrik dengan kumparan.

85

Kontruksi PMMC sistem suspensi Taut Band

86

Keuntungan Suspensi Taut Band :

· Sensitifitasnya lebih tinggi (2 uA pada

skala penuh )

· Mampu menahan kelebihan beban lebih

tinggi

· Tidak sensitif terhadap temperatur dan

goncangan.

87

III.3. GALVANOMETER

Merupakan PMMC yang dirancang sensitif terhadap arus yang bernilai kecil yang menggunakan skala dimana titik nol berada pada setengah skala. Sistem defeksinya menyimpang ke arah kiri dan kanan dan skala dikalibrasi pada nilai mikro ampere (µA) dan sensitivitasnya dinyatakan dalam (µA/mm). Umumnya digunakan untuk mendeteksi arus (null detector) pada jembatan wheatstone.

88

III.4. AMPERE METER

PMMC mempunyai batas arus maksimum yang cukup kecil sekitar beberapa µA – mA.

Simbol PMMC adalah :

Mempunyai parameter :

1. Arus maksimum/Arus Skala Penuh/ Arus Defleksi Penuh ( Im) atau IFSD (full scale defection)

2. Tahanan dalam kumparan (Rm)

A

89

Ampere meter atau bisa disebut “AM-meter”AM-meter” dibuat dari sebuah PMMC yang dirangkai dengan sebuah tahanan yang dipasang paralel terhadap PMMC. Tahanan ini disebut Resistansi Shunt (Rsh) yang berfungsi membatasi arus yang melalui PMMC.

Fungsi AMmeter adalah untuk mengukur arus.

90

Rangkaian ekivalen ampere meter terlihat pada gambar berikut :

m

mmsh

mshsh

mmsh

mmshsh

msh

II

RIR

IIIkarena;I

RIR

RIRI

VV

A

91

Jika arus range : I = n×Im

Maka :

1)(n

RR

1)(nI

RI

InI

RIR

II

RIR

msh

m

mm

mm

mmsh

m

mmsh

92

Contoh :

Rancanglah sebuah ampere meter dengan

range 1 A dari PMMC yang mempunyai arus

maksimum 30µA dan tahanan dalam

kumparan 3 kΩ.

09,01031

1031030R

II

RIR

6

36-

sh

m

mmsh

93

Dari contoh tersebut tahanan ekivalen antara tahanan kumparan (Rm) paralel dengan tahanan shunt (Rsh) disebut juga tahanan dalam Ampere meter (Ra)

089997,009,0103

09,0103

RR

RRR

II

RIR

3

3

shm

shma

m

mmsh

Ra bernilai sangat kecilRa bernilai sangat kecil

94

Soal-soal

1. Sebuah Ampere meter dibuat dari PMMC dengan arus FSD =0,1 mA dan tahanan dalam kumparan 99 Ω. Jika tahanan shuntnya 1 Ω. Tentukan arus yang mengalir melalui Ampere meter pada saat : a. FSD b. 0,5 FSD c. 0,25 FSD

2. Sebuah PMMC dengan arus FSD =100 µA dan tahanan dalam kumparan 1 kΩ. Tentukan tahanan shunt untuk mengkonversi instrumen tersebut menjadi AM-meter dengan arus FSD 100 mA dan 1 A

3. Sebuah DC AM-meter mempunyai tahanan shunt 133 kΩ dengan PMMC dengan Im=2 µA dan Rm=112 kΩ. Tentukan arus yang terukur pada saat 0,4 FSD dan 1/3 FSD.

95

AM-METER MULTIRANGERange Ganda Sederhana

A. Using Switched Shunt

R1R2R3

I3 I2 I1

Im ;Rm

10A 1A 100mA

96

• Masing-masing tahanan shunt independen

• Cara menentukan tahanan shunt sama dengan AM-meter range tunggal

• Adanya Contact Lossing

m2

mm

IIRI

sh2R

m3

mm

IIRI

sh3R

m1

mm

IIRI

sh1R

97

B. Shunt Ayrton Multi Range AM-meter

R1

R2

R3

I3

I2

I1

Im ;Rm

I1 < I2 < I3

98

Sifat-sifat Shunt Ayrton

Multi Range AM-meterTahanan - tahanan shunt saling

berhubungan sehingga range arus saling bergantung satu sama lain

Meniadakan contact lossingPenerapan rangkaian listrik

99

Contoh :

Desainlah sebuah shunt aryton AMmeter dengan range masing - masing I1=3 mA; I2=6 mA dan I3=9 mA dari PMMC dengan Im=30 µA dan Rm=3 kΩ

100

Range I1

R1

R2

R3

I1

Im ;Rm

Ish1

Rsh1=R1+R2+R3

Im

mmsh1sh1

msh1

m1sh1

RIRI

VV

III

(I)....................3,30)RR(R

)10310(3

103103)RR(R

)I(I

RI)RR(R

RI)RR(R)I(I

321

5-3-

35-

321

m1

mm321

mm321m1

101

Range I2

)R(RIRI

VV

III

1mmsh2sh2

msh2

m2sh2

(II)....................08,15RRR1002,5

08,15R1002,5)R(R

)10310(6

)R103(103)R(R

)I(I

)RR(I)R(R

)RR(I)R(R)I(I

3213

13

32

5-3-1

35-

32

m2

1mm32

1mm32m2

R2

R3

I2

Ish2

Rsh2=R2+R3

Im

R1

Rm

102

Range I3

)RRR(IR)I(I

)RR(RIRI

VV

III

21mm3m3

21mmsh3sh3

msh3

m3sh3

(III)....................10399R2RR

RR10399R2

RR103R103

)10310(9

)10310(9

)RR103(103R

)I(I

)RRR(IR

3321

213

3

213

35-

5-3-

5-3-21

35-

3

m3

21mm3

R2

R3

I3

Ish3

Rsh3=R3

ImR1

Rm

103

Substitusi persamaan I dan II

08,15RRR1002,5

3,30RRR

3213

321

14,15R

00502,1

22,15R

22,15R1,00502

1

1

1

104

Substitusi persamaan I dan III

3000R299RR

3,30RRR

321

321

059,5R

101,1014,513.30R

RR3.30R

3,30RRR

2

2

312

321

101,10R 300

3,3030R

3,3030R300

3

3

3

Maka R2 dapat dicari dari persamaan I :

105

Soal-soal1. Tentukan range arus I1, I2 dan I3 pada AM-meter berikut

I3

I2

I1

1,01R

1,02R

1,03R

500

100

m

m

R

AI

R1

R2

R3

I3

I2

I1

kR

AI

m

m

1

50

= 100 mA

= 500 mA

= 1 A

2. Tentukan tahanan shunt R1, R2 dan R3 pada AM- meter berikut

106

3 Rancanglah sebuah Shunt Ayrton yang menghasilkan amperemeter dengan batas ukur(rangkuman) 1A, 5A, dan 10 A. Gerakan d’Arsonval mempunyai tahanan dalam Rm =50 dan defleksi penuh 1 mA

107

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan Ampere-meter DC.

AM-meter harus dipasang seri dengan sebuah beban

A

108

Jangan menghubungkan AM-meter langsung pada sumber tegangan

Perhatikan polaritas positip dan negatipJika AM-meter multirange, gunakan terlebih dahulu

range tertinggi baru kemudian set pada range yang terdekat dengan hasil pengukuran

Jika antara range dan skala tidak sama, hasil pengukuran harus disesuaikan antara range dan skala penuh yang digunakan.

A

109

III.5. VOLTMETER DC

Voltmeter (VM) dibuat dari sebuah PMMC yang dirangkai dengan sebuah tahanan yang dipasang seri terhadap PMMC. Tahanan ini disebut Resistansi Seri atau Resistansi Pengali atau Multiplier Resistance (Rs).

Fungsi Voltmeter adalah untuk mengukur tegangan/ beda potensial listrik.

V

110

m

m

R

I

Rs

Vr

Rangkaian dasar Voltmeter (VM) terlihat pada gambar berikut :

Jika dirancang sebuah Voltmeter (VM) dengan range Vr dari PMMC yang mempunyai arus maksimum Im dan tahanan dalam Rm maka diperlukan tahanan seri sebesar :

111

mm

rs

msmr

RI

VR

)R(RIV

Tahanan pengali (Rs) itu realtif sangat besar untuk membatasi arus yang mengalir pada PMMC.

Tahanan total dari Voltmeter adalah jumlah tahanan dalam PMMC dengan tahanan-tahanan pengali, yaitu:

112

Tahanan total dari Voltmeter biasa juga disebut tahanan dalam Voltmeter, yang nilainya sangat besar.

m

rT

msT

msmr

I

VR

RRR

)R(RIV

113

Maka untuk merancang sebuah Voltmeter sekarang bisa menggunakan tahanan dalam (RT)

m

rTmTs I

VR;RRR

114

Contoh :

Sebuah PMMC mempunyai arus maksimum 75 µA dan tahanan dalam 900 Ω digunakan sebagai voltmeter dc dengan range 30 V

kΩ399,1R

Ω399100R

9001075

30R

RI

VR

s

s

6-s

mm

rs

kΩ1,399R

Ω900-kΩ004R

R-RR

kΩ400R1075

30R

I

VR

s

s

mTs

T

6-T

m

rT

Cara 1 Cara 2

115

Soal latihan

PMMC dengan FSD 100 µA dan tahanan dalam 1 kΩ dijadikan voltmeter dc. Tentukan tahanan pengali (Rs) jika tegangan voltmeter tersebut mengukur sebesar 50 V. Juga tentukan besar tegangan jika instrumen tersebut menunjuk 0,8 FSD; 0,5 FSD dan 0,2 FSD

116

2 Sensitivitas Voltmeter (S)

Sensitivitas menunjukkan kepekaan voltmeter yang mempengaruhi hasil pengukuran. Voltmeter dengan sensitivitas tinggi mampu menghasilkan pengukuran yang baik. Sebaliknya sensitivitas rendah dapat menyebabkan hasil pengukuran yang jelek. Sensitivitas voltmeter merupakan perbandingan tahanan total(dalam) dan batas ukur(range).

VoltV

RS

r

T

117

Sensitivitas Voltmeter juga merupakan kebalikan dari arus defleksi skala penuh alat ukur (Im), yaitu :

V

Ω

I

1S

m

Dalam perancangan Voltmeter, parameter sensitivitas ini dapat digunakan dengan perhitungan yang lebih sederhana.

mrs

mTs

RVSR

RRR

rT

r

T1

VSR

atau;V

RS

118

kΩ399,1R

Ω900-kΩ399,999R

Ω900-30V

kΩ13,3333R

R-VrSR

V

kΩ3313,33

1075

1

I

1S

s

s

s

ms

6-m

Sebuah PMMC mempunyai arus maksimum 75 µA dan tahanan dalam 900 Ω digunakan sebagai voltmeter dc dengan range 30 V, tentukan tahanan pengali dengan metode sensitivitas

119

VOLTMETER MULTIRANGE

m

m

R

I

Rs1 Vr1

Vr2

Vr3

Rs2

Rs3

A. Using Switched Contact

- Masing-masing tahanan shunt independen

- Cara menentukan tahanan shunt sama dengan

Voltmeter range tunggal

- Adanya Contact Lossing

120

CONTOH SOAL Sebuah PMMC dengan Im = 50 µA dan Rm = 1700 Ω

digunakan sebagai voltmeter multirange dengan switched contact untuk range 10 V; 50 V dan 100 V. Tentukan tahanan-tahanan pengalinya.

kΩ,3989R

00171005

50R

RI

VR

s2

6-s2

mm

r2s2

MΩ1,9983R

70011005

100R

RI

VR

s

6-s3

mm

r3s3

Ω3,981R

00171005

10R

RI

VR

s1

6-s1

mm

r1s1

k

121

B. Series Universal Voltmeter Multirange

m

m

R

I

Rs1

Vr1

Vr2

Vr3

Rs2Rs3

r3r2r1 VVV

Rangkaian pengganti masing-masing range sebagai berikut :

122

Rs1

Vr1Rm

Rs1

Vr2

Rs2

Rm

Rs1

Vr3

Rs2

Rm

Rs3

Range Vr1

mm

r1s1 R

I

VR

)R(RI

VR 1m

m

r2s2

)RR(RI

VR 21m

m

r3s3

Range Vr2

Range Vr3

123

Dengan metode tahanan total/dalam Voltmeter

mT1s1

m

r1T1

RRR

I

VR

T1T2s2

1mm

r2s2

m

r2T2

RRR

)R(RI

VR

I

VR

T2T3s3

21mm

r3s3

m

r3T3

RRR

)RR(RI

VR

I

VR

124

Dengan Metode Sensitivitas Voltmeter

mr1s1

mT1s1

RVSR

RRR

r1r2s2

r1r2s2

T1T2s2

V-VSR

VSVSR

RRR

r2r3s3

r3r3s3

T2T3s3

V-VSR

VSVSR

RRR

mr3

T3

r2

T2

r1

T1

I

1

V

R

V

R

V

RS

125

CONTOH SOAL : Sebuah PMMC dengan Im = 50 µA dan

Rm = 1700 Ω digunakan sebagai series universal voltmeter multirange dengan switched contact untuk range 10 V; 50 V dan 100 V. Tentukan tahanan-tahanan pengalinya dengan tiga cara.

Ωk198,3R

00171005

10R

RI

VR

s1

6-s1

mm

r1s1

Cara I

126

kΩ008R

198,3k00171005

50R

RRI

VR

s2

6-s2

s1mm

r2s2

MΩ1R

800kΩ198,3kΩ1700Ω1050

100R

RRRI

VR

s

6-s3

s2s1mm

r3s3

127

Cara II Metode tahanan total/dalam Voltmeter

198,3kΩ1700Ω200kΩRRR

200kΩ1050

10

I

VR

mT1s1

6-m

r1T1

800kΩ200kΩ1MΩRRR

1MΩ1050

50

I

VR

T1T2s2

6-m

r2T2

1MΩ1MΩ-2MΩRRR

2MΩ1050

100

I

VR

T2T3s3

6-m

r3T3

128

Cara III Metode Sensitivitas Voltmeter

kΩ198,3Ω1700-kΩ200R

Ω170010V

kΩ20R

RVSR

s1

s1

mr1s1

kΩ80040V

kΩ20R

10-50V

kΩ20R

V-VSR

s2

s2

r1r2s2

MΩ150V

kΩ20R

50-100V

k20R

V-VSR

s3

s3

r2r3s3

V

k20

1050

1

I

1S

6-m

129

EFEK PEMBEBANAN VOLTMETER(LOADING EFFECT VOLTMETER)

Ketika memasang Voltmeter terhadap suatu tahanan yang bertegangan berarti memasang sebuah tahanan secara paralel sehingga keadaan rangkaian berubah.Jika tahanan dalam Voltmeter kecil atau sensitivitas Voltmeter kecil maka hasil pengukuran tegangan menjadi tidak tepat atau berbeda dengan tegangan yang sebenarnya. Kondisi seperti ini disebut Effect Pembebanan Voltmeter. Untuk menghindarinya perlu dipilih Voltmeter dengan nilai sensitivitas yang tinggi.

130

ContohTegangan pada R2 diukur oleh dua Voltmeter.VM1 : S1=1kΩ/V; VM2 : S2=33,3kΩ/V; Keduanya menggunakan range 10 Volt.

R1

R2 VMVi

Parameter rangkaian :Vi=10 VR1=10 kΩR2=10 kΩ

V51010k10k

10kV

VRR

RV

:)(VsebenarnyayangRpadaTegangan

n

i21

2n

n2

131

VM1 :

kΩ1010V

kΩ(1VSR r11T1

R1

R2Vi RT

kΩ510kΩ10kΩ

10kΩ10kΩ

RR

RRR

T12

T12p1

Tahanan ekivalen Rp adalah :

Tahanan dalam RT1 adalah :

132

Tegangan yang terukur pada VM1:

R1

RpVi Vx V3,3310V

5kΩ10kΩ

5kΩV

VRR

RV

x1

ip11

p1x1

Prosentasi kesalahan pengukuran pada VM1

%33,4100%5V

3,33V-5VError1%

100%V

V-VError1%

n

x1n

133

VM2 :

kΩ33310V

kΩ(33,3VSR r22T2

R1

R2Vi RT

kΩ71,9kΩ33310kΩ

kΩ33310kΩ

RR

RRR

T22

T22p2

Tahanan ekivalen Rp adalah :

Tahanan dalam RT2 adalah :

134

Tegangan yang terukur pada VM1:

R1

RpVi Vx V93,410V

kΩ71,910kΩ

9,71kΩV

VRR

RV

x2

ip21

p2x2

Prosentasi kesalahan pengukuran pada VM1

%4,1100%5V

4,93V-5VError2%

100%V

V-VError2%

n

x2n

135

Contoh diatas menunjukkan bahwa Voltmeter dengan sensitivitas rendah menghasilkan pengukuran dengan kesalahan yang relatif besar. Keadaan ini disebut loading effect, karena pengukuran dengan Voltmeter ini justru membebani rangkaian.Dan sebaliknya dengan sensitivitas tinggi kesalahan pengukuran menjadi kecil.

Bagaimana dengan Voltmeter sensitivitas rendah?Coba analisa dengan rangkaian selanjutnya.

136

Sekarang lakukan pengukuran tegangan R2 dengan VM1 untuk rangkaian dengan parameter komponen yang baru.Apa yang bisa disimpulkan?

Parameter rangkaian :Vi=10 VR1=10 ΩR2=10 Ω

R1

R2 VMVi

137

Soal latihan

1. Pada rangkaian di bawah ini jika diketahui tingkat ketelitian pengukuran sebesar 95 %, Berapa sensitivitas Voltmeter tersebut.

VMVi=15 V

kR 51

kR 22

138

Soal Latihan

2. Diketahui suatu rangkaian seperti di bawah ini Terdapat dua Voltmeter yang akan dipergunakan

untuk mengukur tegangan pada terminal X - Y secara bergantian.

VMVi=100 V

kR 1001

?2 R

X

Y

139

Data spesifikasi kedua Voltmeter adalah seperti berikut: Pada saat Voltmeter A dipasang pada terminal X - Y menunjukkan tegangan 15 V pada range 30 V. Sensitivitas Voltmeter A adalah 5 kΩ/V. Sedangkan pada saat Voltmeter B dipasang pada terminal X-Y menunjukkan tegangan sebesar 16,13 V pada range 50 V

Pertanyaan : Tentukan sensitivitas Voltmeter B

140

Soal Latihan

3. Sebuah voltmeter dc 1 Volt, S=20kΩ/V dinaikkan rangenya menjadi 100 V. Apa yang harus dilakukan.

4. Rancanglah sebuah series universal voltmeter multirange 0-3V; 0-6 V; 0-9V dari sebuah voltmeter 300mV, S=30kΩ/V

141

Hal-Hal yang perlu diperhatikan dalam

penggunaan Voltmeter DC

Voltmeter harus dipasang paralel dengan sebuah sumber tegangan atau tegangan beban

Jangan menghubungkan Voltmeter seri antara beban dengan sumber tegangan.

R1

R2 VMVi

142

Perhatikan polaritas positip dan negatipPerhatikan sensitivitasnya, pilih nilai S yang

tinggi untuk menghindari efek pembebananJika VM-meter multirange, gunakan terlebih

dahulu range tertinggi baru kemudian set pada range yang terdekat dengan hasil pengukuran

Jika antara range dan skala tidak sama, hasil pengukuran harus disesuaikan antara range dan skala penuh yang digunakan.

143

III.6. OHM METER

Aplikasi yang ketiga dari PMMC adalah sebagai Ohm meter. Ohm meter adalah alat ukur resistor standar yang terdiri dari PMMC, sebuah baterai dan rangkaian resistor.Rangkaian dasarnya adalah :

Rx

X Y

R z

E

Im

144

Dari rangkaian diatas, jika x - y open maka arus tidak akan mengalir, ini menandakan tahanan pada x - y sangat besar ( ).Jika x - y dihubung singkat, dengan mengatur tahanan Rz akan dicapai arus skala penuh. Ini menandakan bahwa tahanan pada x - y adalah nol. Tahanan Rz selanjutnya disebut pengatur posisi nol ohm.

145

mzm RR

EI

Arus skala penuh pada x-y hubung singkat adalah

Jika pada terminal x-y dihubungkan sebuah tahanan Rx (yang akan diukur) maka arus yang mengalir menjadi

xmzx RRR

EI

146

xmz

mz

m

x

RRR

RR

I

IP

Jika perbandingan Ix dengan Im adalah P yang menyatakan rasio gerak defleksi maka

mzmz

x RRP

RRR

Dan tahanan Rx dapat ditentukan sebagai berikut :

147

Contoh : Sebuah PMMC mempunyai arus defleksi penuh Im=1 mA, tahanan dalam Rm=100 diaplikasikan menjadi Ohmmeter dengan menambah baterai E=3 Volt dan tahanan pengatur nol ohm.Buat skala meter untuk pembacaan resistansi.

Jawab :

12kR

100)(2,9k0,2

1002,9kR

RRP

RRR

x

x

mzmz

x

2.9kΩ10010

3R

I

ER

3mm

z

148

1k3k0.75

3kR x3

4.5k3k0.4

3kR x1

3k3k0.5

3kR x2

Maka bentuk skalanya adalah :

149

Bentuk lain dari Ohm-meter adalah sebagai berikut :

Dari gambar di atas arus baterai Ib akan terbagi menjadi arus I2 dan Im. Jika terminal X-Y hubung singkat, R 2 diatur agar terjadi arus skala penuh pada PMMC.

Eb

Zerocontrol Vm

Im

R2

Ib

I2R1YX

Rx

E Zero control PMMCVm

Im

R2

Ib

I2R1YX

Rx

150

)//( 21 mx

bb RRRR

EI

Sedang arus pada baterai tersebut adalah :

Jika :

12 // RRR m

1RR

EI

x

bb

Maka :

151

Sementara itu :

Setiap kali Ohm-meter digunakan terminal X-Y harus dihubungsingkat dan resistor pengatur nol Ohm diatur untuk memberikan arus skala penuh. Langkah ini harus selalu dilakukan, karena jika tegangan baterai turun, skala pada ohm-meter akan selalu benar.

m

mbm

mbm

R

RRII

RRIV

)//2(

)//( 2

152

Contoh :Pada rangkaian Ohm-meter terdiri dari dari baterai 1,5 Volt, R1=15 k, Rm=50 , R2=50 dan PMMC dengan Im=50 uA, Tentukan :A. Skala Ohm-meter saat 0.5 FSDB. R2, jika Eb turun menjadi 1,3 Volt ( pada pengaturan nol Ohm )C. Rx, saat 0.25 FSD, pada Eb = 1,3 Volt

153

2. Rencanakan sebuah Ohmmeter tipe seri dengan arus defleksi penuh PMMC 0.5 mA dan tahanan dalam sebesar 50 . Tegangan

baterai 6 V nilai yang diinginkan pada setengah skala penuh 3000 Tentukan a) nilai R1 dan R2b) batas R2 jika baterai dapat berubah dari 5,7 V - 6.1 V

154

3.Sebuah Ohmmeter menggunakan gerak dasar 50 memerlukan arus skala penuh1 mA dan tegangan baterai 6 V tanda skala yang diinginkan setengah skala adalah 2000

Tentukan :a. Nilai R1 dan R2b. Nilai R2 terbesar untuk mengkompensator

penurunan tegangan 10 %c. Kesalahan skala pada 2000 jika R2 disetel

seperti pada b.

155

kR

kkR

kA

V

I

ERR

AAAIII

AmV

R

VI

mVV

ARIV

x

x

b

bx

mb

m

m

mmm

15

1530

3050

5,1

502525

2550

25,1

25,1

5025

1

2

22

Jawab :A. Saat 0,5 FSD dengan Eb=1,5 V,

156

B. Dengan Rx=0 dan Eb=1.3 V

18,68

67,36

5,2

5,2

5050

67,36

5067,86

67,86

150

3,1

2

22

2

2

1

R

A

mV

I

VR

mVV

ARIV

AI

AAIII

AI

k

V

RR

EI

m

m

mmm

mb

b

x

bb

157

kR

kkRkR

kRR

A

V

I

ERR

AI

AAIII

AI

mV

R

VI

mVV

AXRIV

x

x

x

b

bx

b

mb

m

m

mmm

15

153030

30

33,43

3,1

33,43

2533,18

33,18

18,68

25,1

25,1

5025

1

1

1

2

2

22

C. Saat 0,5 FSD, dengan Eb=1,3Volt

158

OHM METER MULTI RANGEOHM METER MULTI RANGEContoh Ohmmeter multirange terlihat pada gambar di bawah ini :

OHM-METER MULTIRANGE

159

Contoh :Pada rangkaian Ohmmeter diatas diketahui pada saat Rx=0, arus skala penuh 37,5 uA pada PMMC dengan tahanan dalam 3,82 ktercapai pada pengaturan zero kontrol 5 kpada nilai 2,875 kBaterai 1,5 Volt digunakan pada semua range kecuali range R×10kyang menggunakan baterai 15 Volt.

Jika digunakan range Rx1, tentukan :a. Arus pada PMMC, jika RX=24b.Jika baterai turun menjadi 1,25 Volt, tentukan

resistansi zero controlc. Pada kondisi b, tentukan Rx pada 0,75 FSD

160

Rangkaian ekivalennya adalah sebagai berikut :

AII

mAkk

I

Tm

T

436,375,62685,1610

10

685,1610

10

5,6210//875,299,914

5,1

161

Hal-Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan Ohm-meter

Sebelum digunakan probe Ohmmeter (terminal + dan common ) dihubungsingkatkan terlebih dahulu.

Atur zero adjust sehingga pointer terdefleksi pada skala penuh yang berarti menunjuk 0 Ω.

Setiap kali ada perubahan/pergantian range maka harus selalu dilakukan pengecekan titik 0 Ω seperti langkah sebelumnya

Atur range sedemikian sehingga hasil pembacaan ohmmeter berada pada sekitar defleksi setengah skala penuh.

Penunjukkan ohmmeter sedekat mungkin ke setengah skala penuh akan memberikan nilai akurasi tertinggi.

162

BAB IV BAB IV METER ARUS BOLAK-BALIKMETER ARUS BOLAK-BALIK

163

PENGERTIAN DASAR

Definisi arus bolak-balik :

arus yang besar dan arah/polaritasnya berubah terhadap waktu secara periodik.

Dalam arus bolak-balik, ada 3 nilai yang dipakai, yaitu :

1. Nilai maksimum / nilai puncak

Nilai maksimum atau amplitudo arus bolak-balik sering dipakai untuk menyatakan besar sinyal atau gangguan dalam rangkaian listrik/elektronika.

164

2. Nilai rata-rata Nilai rata-rata dari besar arus yang diambil

melalui suatu jangka waktu selama setengah periode dari arus bolak-balik itu.

3. Nilai efektif/nilai rms (root mean square ) Bila daya yang dipakai kalau arus bolak-balik I

mengalir melalui tahanan R dan diambil harga rata-rata dalam satu periode, adalah sama dengan daya yang dipakai pada arus searah dengan arus I yang mengalir melalui tahanan R yang sama, maka Nilai Efektif arus bolak-balik itu didefinisikan sebagai I .

165

Im

t

i( t )

0

T

i( t )

Im

t

T

0

t

Im

T

0

i( t )Sinyal sinus Sinyal segitiga

Sinyal segi empat

Bentuk-bentuk sinyal bolak-balikBentuk-bentuk sinyal bolak-balik

166

Perhitungan Matematika

Secara matematika, kita dapat juga menghitung nilai rms dan rata-rata sbb :

Nilai rms = Nilai efektif

T

0dt2v(t)

T

1rms

V

167

Contoh : Tentukan nilai rms gelombang sinus

Sin2t2

1t

2π

04π

2m

V

rmsV

2π

0dtCos2t)(1

2

1

2π

2m

V

rmsV

2π

0dtt2Sin

2π

2m

V

rmsV

2π

0dtt2Sin2

mV

2π

1rms

V

T

0dt2v(t)

T

1rms

V

168

2

mV

rmsV

2

2m

V

rmsV

2π4π

2m

V

rmsV

Sin02

10Sin4π

2

12π

4π

2m

V

rmsV

mV707,0

rmsV

rmsV414,1

mV

169

Nilai rata-rata/average value dihitung dari luas atau integral suatu gelombang satu periode dibagi periodenya.

T

0

avg v(t)dtT

1V dcV

Contoh : Tentukan nilai rata-rata gelombang sinus

2π

0

avg

2π

0

avg

2π

0

T

0

dcavg

dtSint2π

VV

dtSintV2π

1V

dtSintV2π

1v(t)dt

T

1VV

m

m

m

170

0V

02π

VV

112π

VV

022π

VV

2π

VV

dtSint2π

VV

avg

avg

avg

avg

2

0avg

2π

0

avg

m

m

m

m

m

CosCos

tCos

Jadi nilai rata-rata gelombang sinus adalah nol

171

Soal Latihan

1. Hitunglah nilai rata-rata dan nilai efektif dari bentuk-bentuk sinyal segitiga dan persegi jika nilai puncak masing-masing adalah A !

2. Hitunglah nilai rata-rata dan nilai efektif dari fungsi-fungsi sbb :

a ) v( t ) = 1 + sin ωt

b ) v( t ) = 1 – sin ωt

172

0 1 2

1

t

v( t )

3. Hitunglah nilai rms dan nilai rata-rata fungsi

tegangan di samping ini !

173

RESPON PMMC TERHADAP GELOMBANG AC

Diketahui bahwa pada PMMC torsi defleksi tergantung pada arus searah/dc.

iTd Jika dimasukkan arus ac pada PMMC maka PMMC

akan merespon nilai rata-ratanya, jika gelombang sinus maka nilai rata-ratanya sama dengan nol sehingga jarum/pointer akan bergetar disekitar titik nol. Jika frekwensi gelombang ac cukup rendah maka pointer akan mengayun lambat disekitar titik nol.

174

Sehingga PMMC tidak bisa digunakan sebagai alat ukur AC secara langsung.

Untuk bisa digunakan sebagai alat ukur ac pada PMMC perlu ditambah rangkaian penyearah atau rectifier yang merubah besaran AC menjadi DC. Nilai DC hasil penyearahan inilah yang dapat direspon oleh PMMC

175

KOMPONEN PENYEARAH (DIODA)

Dioda merupakan komponen penyearah yang memiliki kemampuan mengalirkan arus dalam satu arah dan menahan arus pada arah yang sebaliknya.

Anoda(+)

Katoda(-)

176

+

-

+

-

If

RANGKAIAN A

177

Pada rangkaian (A) dioda diberi tegangan maju (anoda lebih positif daripada katoda), jika tegangan maju lebih besar dari tegangan ambang dioda (Vf) maka dioda seperti resistor yang kecil sehingga arus akan mengalir. Dikatakan dioda dalam posisi ON.

178

+

-

+

-

OPENCIRCUIT

RANGKAIAN B

179

Pada rangkaian (B) dioda diberi tegangan mundur (katoda lebih positif daripada anoda), maka dioda seperti saklar pemutus dan arus tidak akan mengalir. Dikatakan dioda dalam posisi OFF.

180

Jenis dioda yang sering digunakan adalah jenis germanium dan silikon. Dioda germanium memiliki tegangan Vf sebesar 0,3 V dan dioda silikon memiliki tegangan Vf sebesar 0,7 V. Pada saat pemberian tegangan maju, Vf merupakan tegangan jatuh pada dioda.

181

VOLTMETER HALFWAVE RECTIFIER

(Penyearah Setengah Gelombang)

(b)

(a)

vin

R s

Im , R m

vin

R s

Im , R m

182

Ketika Vin pada siklus positif, Dioda akan ON arus sebesar Im akan mengalir pada rangkaian. Dan ketika Vin pada siklus negatif dioda akan OFF arus tidak mengalir. Sehingga pada PMMC hanya dialir arus pada setengah siklus atau setengah perioda. Bentuk tegangan yang direspon oleh PMMC terlihat pada gambar b.

Untuk gelombang yang disearahkan adalah :

V(t) = Vmsin t untuk 0 < t < π

V(t) = 0 untuk π < t< 2π

183

Nilai rata-rata yang direspon PMMC adalah :

π

VV

22π

VV

1)(1)((2π

VV

0)(-Cos-πCos2π

VV

tCos2π

VV

dt0dttSinV2π

1V

v(t)dtT

1VV

m

m

m

m

m

m

avg

avg

avg

avg

π0avg

2π

π

π

0

avg

T

0

dcavg

184

m

m

V318,0π

VVavg

rms

rms

V45,03,14

V0,707Vavg

dcV

Maka untuk membuat Voltmeter AC Halfwave Rectifier dengan range Vi-rms dari sebuah PMMC yang mempunyai arus Im dan tahanan dalam kumparan Rm diperlukan sebuah tahanan pengali Rs sebesar :

mm

s RI

V0,45R

rms

185

Contoh :Rancanglah sebuah Voltmeter AC Halfwave Rectifier dengan range 10 Vrms dari PMMC dengan Im=100µA dan Rm=1kΩ. Tentukan nilai tahanan Rs.

a. Untuk dioda ideal.

kΩ44R

kΩ1100μ0

100,45R

RI

V0,45R

s

s

mm

s

rms

186

a. Untuk dioda tidak ideal.

kΩ43R

kΩ1μA100

3,0318,0-100,45R

RI

V318,0V0,45R

s

s

mm

fs

rms-i

187

Tahanan total Voltmeter (tahanan dalam) adalah :

mmsT I

V0,45RRR

rms

~ Sensitivitas AC Voltmeter dengan half-wave rectifier sekitar 45 % dari DC Voltmeter~ Sensitivitas Voltmeter AC lebih kecil dibandingkan DC Voltmeter

Sehingga sensivitas Voltmeter adalah :

rmsi

Tac V

RS

dcmi

miac 0,45S

I

10,45

V

/I0,45VS

rms

rms

188

Maka contoh soal sebelumnya dapat diselesaikan dengan cara yang lain sebagai berikut :

Cara I

kΩ44 R

kΩ 1 - 100,45 10 R

kΩ 1 - 0,45 10 R

R - V S R

/Vk 10 100µA

1

I

1 S

s

s

s

mdc-rangedcs

mdc

189

Cara II

kΩ44 R

kΩ 1 - kΩ 45R

kΩ 1 - 10 4,5 R

R - V S R

/Vk 5,4 100µA

145,0

I

145,0S 0,45 S

s

s

s

mac-rangeacs

mdcac

190

Inovasi untuk meningkatkan linearitas

D1

D2 Rsh Rm

Rs

D1

D2 Rsh Rm

Rs

Vin

191

D1 dan D2 disebut instrument rectifier. Saat setengah siklus positif dari sinyal input AC, D2 dibias reverse sehingga tidak berpengaruh pada rangkaian. Saat setengah siklus negatif, D2 dibias forward dan semua arus akan melalui D2 (termasuk arus bocor yang melalui D1 bila tidak ada D2).

Shunt resistor Rsh bertujuan untuk meningkatkan arus yang melalui D1 selama siklus positif sehingga operasi diode menjadi lebih linear (juga operasi rangkaian secara keseluruhan) pada range tegangan AC yang rendah, tetapi hal ini juga berakibat sensitivitas sedikit turun.

192

VOLTMETER AC FULLWAVE RECTIFIER

( dengan Penyearah Gelombang Penuh )

vin

Rs

Ifs ; Rm

m

m

V636,0π

2VVavg

Tegangan rata-rata yang direspon PMMC sebesar:

193

Maka untuk membuat Voltmeter AC Fullwave Rectifier dengan range Vi-rms dari sebuah PMMC yang mempunyai arus Im dan tahanan dalam kumparan Rm diperlukan sebuah tahanan pengali Rs sebesar :

Atau :

mm

s RI

V0,9R

rms

rms

rms

V0,93,14

V0,7072VV dcavg

194

Tahanan total Voltmeter (tahanan dalam) adalah :

mmsT I

V0,9RRR

rms

~ Sensitivitas AC Voltmeter dengan half-wave rectifier sekitar 90 % dari DC Voltmeter

Sehingga sensivitas Voltmeter adalah :

rmsi

Tac V

RS

dcmi

miac 0,9S

I

10,9

V

/I0,9VS

rms

rms

195

Jenis full-wave lebih disukai daripada half-wave karena sensitivitasnya lebih baik.

Pada Voltmeter AC Fullwave rectifier, jika diberikan input Vi=10 Vrms (Vm =14,14 Volt), maka PMMC hanya dapat merespon nilai rata-ratanya, yaitu Vavg = 0,637 x 14,14 = 9 Volt.

196

Contoh soal

1. Hitunglah nilai multiplier resistor untuk range

10 Vrms pada Voltmeter gambar dibawah ini !

RsRs

Vi=10 Vrms

500

1

m

m

R

mAI

197

kΩ8,5R

5000,001

100,9R

RI

V0,9R

s

s

mm

s

rms

kΩ5,8R

Ω500 - 10 0,9 R

R - V S R

/Vk 9,0 1mA

19,0

I

19,0S 0,9 S

s

s

mac-rangeacs

mdcac

Atau :

Penyelesaian :

198

Efek Pembebanan dari AC Voltmeter

Kelemahan Voltmeter AC dibanding

Voltmeter DC :

1. Sensitivitasnya ( halfwave maupun fullwave rectifier ) lebih rendah

2. Efek pembebanannya lebih besar

199

Contoh Soal

Bandingkan efek pembebanan Voltmeter AC dan Voltmeter DC pada gambar rangkaian di bawah ini. Arus full-scale untuk meter adalah 100 μA dan diset pada 10 Vdc atau 10 Vrms.

20 Vdc

20 Vrms

A B

10 kΩ

10 kΩ

Rs

Ifs = 100 μA

200

Jawaban :

• Untuk Voltmeter DC

Sdc = 1/Ifs = 1/100 μA = 10 kΩ/V

Rs = Sdc× Range

Rs = 10 kΩ/V× 10 V = 100 kΩ

Tegangan yang terukur pada Voltmeter :

Vx = 20V×(100kΩ//10kΩ)/(100kΩ//10kΩ)+10kΩ

Vx = 9,52 V -- Tegangan pada terminal alat ukur

201

• Untuk Voltmeter AC dengan half-wave rectifier :

Shw = 0,45 × Sdc = 4,5 kΩ/V

Rs = Shw × VRange = 45 kΩ

Tegangan yang terukur pada Voltmeter :

Vx = 20V×(45kΩ//10kΩ)/(45kΩ//10kΩ)+10kΩ

Vx = 9 V

202

* Untuk Voltmeter AC dengan full-wave rectifier : Sfw = 0,9 × Sdc = 9 kΩ Rs = Sfw × VRange = 90 kΩ Tegangan yang terukur pada Voltmeter : Vx = 20V×(90kΩ//10kΩ)/(90kΩ//10kΩ)+10kΩ Vx = 9,47 V

Ternyata Voltmeter AC yang menggunakan half-wave rectifier maupun full-wave rectifier mempunyai efek pembebanan yang lebih besar daripada Voltmeter DC.

203

ALAT UKUR ELEKTRODINAMOMETER

Alat ukur kumparan-putar, dimana medan magnet yang mengoperasikan tidak dihasilkan oleh magnet permanen, tetapi oleh kumparan tetap yang lain ( magnet buatan ).

movingcoil

fixed coilfixed coil

source

movingcoil

fixed coilfixed coil

204

Alat ukur tipe elektrodinamometer dapat dipakai sebagai ammeter atau voltmeter, tapi umumnya sebagai wattmeter.

Seperti terlihat pada gambar, dua fixed coil disusun seri ( F ) dan tepat ditengahnya terdapat moving coil ( M ). Fixed coil berinti udara untuk mengurangi pengaruh hysterisis jika digunakan pada rangkaian listrik bolak-balik. Inti udara juga menyebabkan medan magnet yang dihasilkan fixed coil ( untuk memutar moving coil ) menjadi lebih homogen. Sebagai penyeimbang moving coil digunakan pegas yang umumnya berbentuk spiral.

205

F F

M

Fluks medan magnetpointer

206

FF

a

b

207

Arus yang melalui fixed coil adalah I1

Arus yang melalui moving coil adalah I2

Kuat medan magnet yang dihasilkan fixed coil(B) adalah :

B I1 atau B = K1. I1 ( K1 : konstanta )

Maka gaya F pada masing-masing kumparan dengan N lilitan adalah :

F = N B I2 a [ N ]

208

Momen putar atau torsi penyimpangan pada moving coil Td :

Td = F b = N B I2 a b = N K1 I1 I2 a b

Td = K2 I1 I2 ( K2 = N K1 a b )

Pegas pengontrol sebagai penyeimbang, maka saat kesetimbangan :

τ θ = K2 I1 I2 ( τ : konstanta pegas )

θ I1 I2 ( θ : sudutpenyimpangan )

209

Jika I1 = I2 = I, Maka : θ I2

Jadi, besarnya sudut penyimpangan sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir dalam koil.

Ini berarti Elektrodinamometer dapat dipakai sebagai alat ukur dc maupun ac.

210

Jika dipakai sebagai AM-meter arus besar, maka perlu ditambahkan resistor shunt sebagai pembatas arus

movingcoil

fixed coilfixed coil

source

Rs

movingcoil

fixed coilfixed coil

source

Rs

movingcoil

fixed coilfixed coil

source

Rsh

211

Jika dipakai sebagai Voltmeter, maka perlu ditambahkan resistor pengali yang dipasang seri sebagai pembatas arus

movingcoil

fixed coilfixed coil movingcoil

fixed coilfixed coil movingcoil

fixed coilfixed coilRs

212

Aplikasi yang umum dari

Elektrodianamometer ini adalah :

1. Wattmeter ( Pengukur daya aktif)

2. VARmeter ( Pengukur daya reaktif)

3. Cos φ meter ( Pengukur faktor daya )

4. Frekwensi meter ( sekitar 50 Hz)

213

BAB V BAB V PENGANTAR OSILOSKOP PENGANTAR OSILOSKOP

214

FUNGSI OSILOSKOP

Osiloskop merupakan suatu alat ukur yang bisa dipergunakan :1. Mengukur besar tegangan listrik dan

hubungannya terhadap waktu.2. Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi3. Melihat bentuk sinyal listrik analog 4. Mengukur Beda Phasa dua buah sinyal5. Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah

rangkaian listrik6. Membedakan arus AC dengan arus DC.7. Mengecek noise pada sebuah rangkaian listrik

dan hubungannya terhadap waktu.

215

Osiloskop adalah alat ukur besaran listrik yang dapat memetakan sinyal listrik. Pada kebanyakan aplikasi, grafik yang ditampilkan memperlihatkan bagaimana sinyal berubah terhadap waktu. Layar osiloskop dibagi atas 8 kotak skala besar dalam arah vertikal dan 10 kotak dalam arah horisontal. Osiloskop 'Dual Trace' dapat memperagakan dua buah sinyal sekaligus pada saat yang sama.

216

LAYAR OSILOSKOP

217

Osiloskop Analog

Osiloskop analog menggunakan tegangan yang diukur untuk menggerakkan berkas elektron dalam tabung gambar ke atas atau ke bawah sesuai dengan bentuk gelombang yang diukur. Pada layar osiloskop dapat langsung ditampilkan bentuk gelombang tersebut.

218

Osiloskop Digital

Osiloskop digital mencuplik bentuk gelombang yang diukur dan dengan menggunakan ADC(Analog to Digital Converter) untuk mengubah besaran tegangan yang dicuplik menjadi besaran digital. Isyarat digital ini kemudian direka-ulang menjadi bentuk gelombang seperti aslinya yang hasilnya dapat ditampilkan pada layar.

219

Pada saat osiloskop dihubungkan dengan sirkuit, sinyal tegangan bergerak melalui probe ke sistem vertical. Pada gambar ditunjukkan diagram blok sederhana suatu osiloskop analog.

Bergantung kepada pengaturan skala vertikal(volts/div), attenuator akan memperkecil sinyal masukan sedangkan amplifier akan memperkuat sinyal masukan.

220

221

Selanjutnya sinyal tersebut akan bergerak melalui keping pembelok vertikal dalam CRT(Cathode Ray Tube). Tegangan yang diberikan pada pelat tersebut akan mengakibatkan titik cahaya bergerak (berkas elektron yang menumbuk fosfor dalam CRT akan menghasilkan pendaran cahaya).

Tegangan positif akan menyebabkan titik tersebut naik sedangkan tegangan negatif akan menyebabkan titik tersebut turun.

222

Sinyal akan bergerak juga ke bagian sistem trigger untuk memulai sapuan horizontal (horizontal sweep). Sapuan horizontal ini menyebabkan titik cahaya bergerak melintasi layar. Jadi, jika sistem horizontal mendapat trigger, titik cahaya melintasi layar dari kiri ke kanan dengan selang waktu tertentu. Pada kecepatan tinggi titik tersebut dapat melintasi layar hingga 500.000 kali per detik.

Secara bersamaan kerja sistem penyapu horizontal dan pembelok vertikal akan menghasilkan pemetaan sinyal pada layar.

Trigger diperlukan untuk menstabilkan sinyal berulang.

223

Sumber Sinyal

Makna umum dari sebuah pola yang berulang terhadap waktu disebut gelombang, termasuk didalamnya gelombang suara, otak maupun listrik. Satu siklus dari sebuah gelombang merupakan bagian dari gelombang yang berulang. Sebuah bentuk gelombang (waveform) merupakan representasi grafik dari sebuah gelombang. Bentuk gelombang tegangan menunjukkan waktu pada sumbu horizontal dan amplitudo tegangan pada sumbu vertikal.

224

Sebuah bentuk gelombang dapat menunjukkan berbagai hal tentang sebuah sinyal. Naik-turunnya gelombang menunjukkan perubahan tegangan. Sebuah garis yang datar menunjukkan bahwa tidak terjadi perubahan pada jangka waktu tersebut. Garis diagonal menunjukkan perubahan linear - meningkat atau menurunnya tegangan dengan laju tetap. Sudut yang tajam menunjukkan perubahan mendadak.

Sumber gelombang listrik (sinyal listrik) dapat berasal dari berbagai macam, seperti: dari signal generator (pembangkit sinyal), jala-jala listrik, rangkaian elektronik, dll.

225

JENIS-JENIS SINYAL

Sinyal SinusSinyal PersegiSinyal RampPulsa

226

Persamaan gelombang sinus:

ωtsin4y

ωtsin2y

Dua gelombang dengan amplitudo berbeda tetapi berfase awal sama

ωtsinay

227

Dua gelombang dengan amplitudo sama tetapi berfase awal berbeda

ty sin4

)4/(sin4 ty

228

)2/(sin41 ty

)2/(sin42 ty

Dua gelombang dengan amplitudo sama tetapi berfase awal berbeda

229

Pentanahan

Grounding (pentanahan) osiloskop melindungi kita dari kejutan listrik dan melindungi rangkaian dari kerusakan.

Di Indonesia, seringkali kontak netral pada jala-jala listrik tidak dipasang, sehingga jika kotak osiloskop terhubung dengan tegangan tinggi, dan kita menyentuh kotak tersebut maka bisa membahayakan kita.

Untuk mengatasi ini, kotak tersebut perlu dihubungkan ke tanah (digroundkan).

230

Jika kotak tersebut tersentuh tangan, arus akan lebih memilih melewati jalan ground menuju ke bumi daripada melewati kita terus menuju ke bumi.

Mentanahkan osiloskop berarti menghubungkan osiloskop ke titik dengan muatan listrik netral(seperti bumi misalnya). Caranya adalah dengan memasang kawat daya pada kotak osiloskop dan menanamkan ujung lainnya ke

231

PANEL KENDALI

Bagian ini dibagi atas 3 bagian yaitu Vertical, Horizontal, and Trigger. Perhatikan bagian input.

232

KONTROL OSILOSKOP

Panel depan dan Kontrol Osiloskop “Single Beam Dual Trace”

233

Keterangan Panel

1. Tombol Power ON/OFFUntuk menghidupkan dan mematikan powernya.

2. Indikator Power ONJika LED menyala menunjukkan osiloskop dipakai

3. Pengatur IntensitasUntuk mengatur Intensitas (kecemerlangan) dari jejak yang ditampilkan

pada CRT4. Pengatuan Focus

Mengkoreksi fokus jejak yang dipakai

234

5. Pengaturan Trace Rotation

Membetulkan penyimpangan yang disebabkan kemagnetan bumi.

Mengkoreksi kemiringan jejak

6. Pengatur Scale Illum

Mengatur penerangan dari layar dan berguna di ruangan yang gelap

235

Pengaturan Sumbu Vertikal

236

7. CH1/X InputUntuk memasukkan sinyal ke channel 1 dengan kabel BNC atau probe. Digunakan untuk input sinyal sumbu X ketika dioperasikan pada mode X-Y

8. Tombol AC-GND-DCPenghubung kopling inputAC : Kapasitor disisipkan dalam rangkaian seri antara sinyal dari amplifierGND: Masukan dari amplifeir dihubungkan ke daerah groundDC : Semua komponen sinyal dimasukkan dalam amplifier

237

9. Saklar Volt/DivTombol Volts / div mengatur skala tampilan pada arah vertikal. Misalkan tombol Volts/Div diputar pada posisi 5 Volt/Div, dan layar monitor terbagi atas 8 kotak (divisi) arah vertikal. Berarti, masing-masing divisi (kotak) akan menggambarkan ukuran tegangan 5 volt dan seluruh layar dapat menampilkan 40 volt dari dasar sampai atas. Jika tombol tersebut berada pada posisi 0.5 Volts/dDiv, maka layar dapat menampilkan 4 volt dari bawah sampai atas, dan seterusnya.

238

10.Pengatur CH1 posisi naik/turunMengatur kedudukan jejak vertikal pada CH1 pada CRT

11.Pengatur CH1 VariabelMengatur perubahan sensitivitas pada range saklar Volt/div.

12.CH2/Y InputMemasukkan sinyal ke CH2 dengan kabel probe serta digunakan untuk input dari sinyal sumbu Y ketika dioperasikan pada mode X-Y

239

13.CH2 AC-GND-DCLihat No 8

14.CH2 Volt/divLihat No. 9

15.CH2 Position dan PolarityMengatur jejak vertikal CH2 dan membalik polaritas CH2 ketika tombol ditarik

16.CH2 VariabelMengatur perubahan sensitivitas pada range saklar Volt/div untuk CH2

240

17.Mode Pemilihan Tampilan VertikalCH1 : Hanya CH1 yang ditampilkanCH2 : Hanya CH2 yang ditampilkan (berlaku juga

untuk mode X-Y)

CHOP : Sinyal CH1 dan CH2 secara bergantian ditampilkan. Digunakan untuk pengamatan sinyal - sinyal yang bergantian secara lambat (frekuensi rendah)

ALT : Sinyal CH1 dan CH2 secara bergantian ditampilkan pada pergantian penyapuan yang cepat (frekuensi tinggi)

ADD : Menampilkan jumlah aljabar sinyal dari CH1 dan CH2. Jika tombol polarity dari CH2 di set pada mode Invert, perbedaan aljabar dari CH1 dan CH2 ditampilkan

241

Pengaturan Sumbu Horizontal (Sumbu X)

242

18.Tombol Time / Div ( time base control)Pemilih dasar waktu horisontal

Tombol kontrol Time/div memungkinkan untuk mengatur skala horizontal. Sebagai contoh, jika skala dipilih 1 ms, berarti tiap kotak(divisi) menunjukkan 1 ms dan total layar menunjukkan 10 ms(10 kotak horisontal). Jika satu gelombang terdiri dari 10 kotak, berarti periodanya adalah 10 ms atau frekuensi gelombang tersebut adalah 100 Hz.

Mengubah Time/div membuat kita bisa melihat interval sinyal lebih besar atau lebih kecil dari semula, pada layar osiloskop, gambar gelombang akan ditampilkan lebih rapat atau renggang.Seringkali skala Time/Div dilengkapi dengan tombol variabel (fine control) untuk mengatur skala horsiontal. Tombol ini digunakan untuk melakukan kalibrasi waktu.

243

19.Horizontal Posisi Kanan - KiriPengaturan posisi gelombang secara horisontal pada CRT

20.Tombol VariabelKalibrasi pada pengesetan tombol Time/div

21.Saklar AUTO-NORM-XYMode Pemilihan penyapuanAUTO : Penyapuan bebas, berjalan tanpa ada sinyal trigger yang cukup. Pentrigeran terjadi di atas 100 Hz.NORM : Penyapuan diadakan ketika sinyal triger yang cukup dipasang pada rangkaian penyapu. Jika tidak ada sinyal triger, tidak ada jejak yang ditampilkan

X-Y : Tegangan ramp pada sweep generator off. Ditampilkan perpaduan sinyal yang masuk pada CH1(X) dan CH2(Y) atau tampilan mode Lissajous

244

Kontrol Trigger

Gambar tombol pengaturan trigger osiloskop

245

22.Pemilihan Sumber Trigger INT-LINE-EXT INT : Sinyal input CH1 dan CH2 digunakan sebagai sumber trigger LINE: Di triger oleh line frekuensi EXT: Sinyal dihubungkan EXT Trigger Signal Input sebagai sinyal trigger

23.Pemilihan Sumber trigger NORM-CH1-CH2 Sumber trigger dipilih mengikuti sinyal yang dipakai

konektor input CH1 dan CH2 ketika dalam mode INT

NORM: Sinyal yang ditampilkan pada CRT dipilih sebagai sumber trigger CH1 : Sinyal pada CH1 dipilih sebagai sumber trigger CH2 : Sinyal pada CH2 dipilih sebagai sumber trigger

246

24.Pemilihan Kopling sinyal trigger AC-TV(H) - DC Sinyal trigger dijalankan dari rangkaian filter sebelum

digunakan pada rangkaian penyapu

AC : Sinyal trigger dihubungkan langsung dengan kapasitor ke rangkaian penyapu untuk memblok komponen dc, sehingga rangkaian penyapu trigger bebas dari komponen dc

TV(V) : Memisahkan sinyal vertikal serentak dari sinyal video jika digunakan sebagai sumber trigger

DC : Semua komponen dari sinyal trigger dihubungkan

247

Kontrol dan Penghubung Lainnya

248

27. CALTerminal sumber sunyal kalibrasi untuk probe kompensasi kapasitansi dan pengaturan sensitivitas sebesar 5 mV/div, sinyal gelombang persegi sebesar 1 KHz dan amplitudo 0,3 V

28. CHASIS GROUND TERMINALMemungkinkan hubungan dengan mudah ke chasis ground, untuk pengukuran sinyal frekuensi rendah kira-kira 5 KHz.

29. Z-AXIS INPUTDengan memasang sinyal positip (+5 V) intensitas jejak berkurang. Sinyal Z harus diselaraskan dengan tampilan yang stabil pada CRT.

249

Probe

Probe adalah kabel penghubung yang ujungnya diberi penjepit, dengan penghantar kerkualitas, dapat meredam sinyal-sinyal gangguan, seperti sinyal radio atau noise yang kuat. Probe didesain untuk tidak mempengaruhi rangkaian yang diukur. Untuk meminimumkan pengaruh pembebanan, probe dilengkapi peredam (pasif) seperti 10 X atau 50 X. Probe pasif berguna sebagai alat untuk tujuan pengujian tertentu dan troubleshooting.

Jenis probe lain : probe arus.

250

Probe Osiloskop

251

Kalibrasi

Pada umumnya, tiap osiloskop sudah dilengkapi sumber sinyal acuan untuk kalibrasi. Sebagai contoh, osiloskop GW tipe tertentu mempunyai acuan gelombang persegi dengan amplitudo 2V peak to peak dengan frekuensi 1 KHz. Misalkan kanal 1 yang akan dikalibrasi, maka BNC probe dihubungkan ke terminal masukan kanal 1, seperti ditunjukkan pada gambar berikut:

252

Hubungan Probe saat Kalibrasi

253

Cara MengKalibrasi

Spesifikasi gelombang kalibrasi :Gelombang persegi dengan Vp-p : 0,3 Volt; atau 0,5 Volt atau 1Volt Frekwensi : 1 kHz

Contoh : Tampilkan gelombang kalibrasi dengan Vpp=0,3V dan f=1kHz dan tombol kontrol yang dipakai :Volt/div = 10 mVTime/div = 0,5 msProbe = 1: 10

254

div3pp

Σdiv1010mV

0,3Vpp

Σdiv

probeperedamanVolt/div

pVppp

Σdiv

probeperedamanVolt/divpp

Σdivpp

V

div21T

Σdiv

0,5

1ms1T

Σdiv

time/div

T1T

Σdiv

time/div1T

ΣdivT

1ms1kHz

1

f

1T

255

Maka tinggi gelombang kotak adalah 3 div dan

lebar 1 perioda adalah 2 div

Tampilan gelombang kalibrasi :

Tinggi =Tinggi = 3 div

=Lebar 1T = 3 div

256

Pengukuran Tegangan dan Frekwensi

Misal pada layar osiloskop muncul gambar gelombang seperti di bawah

257

Pada panel kontrol osiloskop spesifikasi adalah

sebagai berikut :

Volt/ div = 100 mV

Time/div = 5 ms

Peredaman Probe = 1 : 10

Tinggi gelombang sinus puncak-puncak =

4,5 div

Panjang periode satu gelombang = 4,4 div

Tentukan Vm, Vrms, perioda dan frekwensi

258

Jawab :

Hz 45,45ms 22

1

T

1f

: Frekwensi

ms 22ms 54,4T

: Perioda

V1,592

2,25

2m

V

rmsV

: (RMS) efektifTegangan

V2,252

4,5

2

ppV

mV

pV

: maksimumTegangan

V 4,510100mV4,5pp

V

:puncak -puncakTegangan

259

Tentukan Vpp, Vm, Vrms, T dan f pada tampilan gelombang di bawah ini

260

DAFTAR PUSTAKA

David A. Bell, Electronic Instrumentation and Measurement, Prentice Hall Inc, Second Edition 1994.

William D. Cooper, Electronic Instrumentation and Measurement Technique, Prentice Hall, New Jersey, 1978.

Larry Jones dan A. Foster Chin, Electronic Instrument and Measurement, John Wiley & Sons, New York, 1983.

Tsuneo Furuya, Gatot K., Joke P.,Pengukuran Listrik, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Surabaya, 1993.