RESUME

ALAT UKUR DAN PENGUKURAN

Dosen: Yasdinul Huda SP.d

HERI HARDI

2005/66387

3 ED 2

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2008

ALAT –ALAT UKUR LISTRIK

1. Alat ukur kumparan putar

Yang dimaksud dengan alat ukur kumparan putar ialah alat pengukur yang

berkerja atas dasar prinsip dasri adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan

pada medan magnit, yang berasal dari suatu magnet permanen. Arus yang di alirkan

melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Alat ukur

kumparan putar adalah alat ukur penting yang dipakai untuk bermacam arus. Tidak

hanya untuk arus searah tapi dengan pertolongan alat-alat lainnya dapat digunakan

untuk mengukur arus bolak-balik.

Prinsip kerja

Berdasarkan gambar 1.1 bila pemutus arus K di tutup memungkinkan arus

searah yang konstan melalui alat ukur amper maka jarum penunjuk akan

bergerak melalui posisi 1,2,3 dan berhenti pada 4. pada gambar 1.2 mengenai

arti dari pergerakan jarum yang di maksud.

Pada gambarr 1.3 di perlihatkan adanya magnit yang permanent (1), yang

mempunyai kutub-kutub(2), dan di antara kutub-kutub tersebut di tempatkan

suatu silinder inti besi(3) tersebut di atas ini, di celah udara antara kedua kutub

magnet, dan silinder inti besi akan terbentuk medan magnit yang rata, yang

masuk melalui celah kutub udara ini di tempatkan kumparan putar (4), yang

dapat berputar melalui sumbu (8). Bila arus searah yang tidak ketahui di ketahui

besarnya mengalir melalui kumparan tersebut, suatu gaya elektro magnetis f

yang mempunyai arah tertentu akan di kenakan pada kumparan kumparan putar,

sebagai hasil interaksi atara arus dan medan magnit. Arah dari gaya f dapat di

tentukan menurut ketentuan tangan dari Fleming. Besar dari gaya ini akan dapat

di turunkan dengan mudah. Nyatakan besar medan magnit dalam celah udara

sebagai B, panjang kumparan sebagai a, dan lebar kumparan sebagai b, momen

putar Tp dapat dinyatakan sebagai:

Tp = Bnab I

Bila n di nyatakan banyaknya lilitan dari kumparan putar.

Pada setiap ujung dari pada sumbu (8), di tempatkan pegas yang

salah satu ujungnya melekat padanya, sedangkan ujung yang lain pada dasar

yang tetap. Setiap pegas akan memberikan gaya reaksinya yang berbanding

lurus dengan besar sudut rotasi dari sumbu, dan berusaha untuk menahan

perputaran. Jadi dengan kata lain pegas memberikan pada sumbu moment Tc

yang berlawanan arahnya dengan arah Tp. Bila kionstanta pegas dinyatakan

sebagai τ, maka besar Tc dapat dinyataka sebagai :

Tc = τӨ

Bila sumbu (8) dan kumparan kumpar (4), berputar melalui sudut akhit

sebesar Өo, maka dalam keadaan seimbang ini Tp = Tc, sehingga terdapat

persamaan sebagai berikut:

τӨo = Bnab I

dan dari sini

Өo = (Bnab / τ ) I

Dengan demikian sudut akhir Өo dari putaran sumbu yang menjadi tempat

melekat penunjuk(6), di tentukan oleh persamaan (1-3). Kebesaran-kebesaran

(Bnab/ τ) di sebut sebagai konstanta alat ukur.

Pada umumnya, momen seperti Tp, disebut momen penggerak, dan alat

yang menyebabkan dei kenal sebagai alat penggerak. Sedsangkan momen Tc di

sebut momen pengontrol.

Dengan berpegang kepada pengertian-pengertian ini, maka harga sudut

rotasi akhir dari penunjuk, pada alat pengukur kumparan putar, di tentukan oleh

hubungan antara momen penggerak dan momen pengontrol, dan dinyatakan

dalam persamaan(1-3)

Cara menentukan skala

Cara penentuan skala dari alat ukur kumparan putar akan di jelaskan

melalui grafik, yang menghubungkan persamaan antara sudut putar Ө. Dan

momen penggerak T. sumbu horizontal menyatakan sudut putar Ө, dan sumbu

vertical momen.

Misalkan suatu alat pengukur kumparan putar berputar melalui sudut

sebesar 1,2 radial bila arus searah yang melaluinya adalah sebesar 1,2,3,4 dan 5

mA dinyatakan sebagai Tp1,Tp2,Tp3,Tp4 dan Tp5. maka momen-momen

tersebut pada gbr1-5 dapat di gambarkan sebagai garis-garis datar dan berjarak

satu sama lainnya. Momen-momen penggerak tersebut hanya di tentukan oleh

besarnya arus, dan tidak tergantung dari sudut putar Ө dari penunjuk. Momen

pengontrol berbanding lurus dengan besar sudut putar, dan di gambarkan dalam

grafik sebagai garis lurus yang menhubungkan titik mula dengan A. bila sudut

perputaran dari penunjuk dalam keadaan keseimbangan antara

momenpenggerak dan pengontrol, pada masing-masing momen momen

penggerak dan pengontrol yang dinyatakan sebagai Ө1, Ө2, Ө3, Ө 4, Ө 5,

maka di dapat Ө2=2 Ө1, Ө3=3 Ө 1, Ө4 = 4 Ө1 dan Ө 5 = 5 Ө 1. dengan

demikian jika skala di bentuk dengan membagi busur lingkaran sebesar 1,2 rad

ke dalam lima bagian-bagian yang sama, dan memberikan angka-angka pada

lima bagian dari skala tersebut 0,1,2,3,4 dan 5 seperti gambar 1-6, maka arus

yang melalui alat ukur ini dapat segera dinyatakan pada harga skala dimana

penunjuk berhenti.

Pergerakan dan redaman

Momen penggerak dan momen pengontrol pada alat ukur kumparean putar

mempunyai kesamaan nya dengan grafitasi yang bekerja pada pada pemberat

dan gaya tarik dari pegas seperti di nyatakan diatas. Jadi bagian yang berputar

yaitu kumparan, sumbu dan alat penunjuk, akan berisolasi pada Өo, bila tidak

ada momen lain yang meredamnya, yang menyebabkan penunjuk berhenti pada

Өo. dalam keadaan tidak diberikannya peredam khusus, maka momen redaman

akan terdiri dari tahanan-tahanan mekanis pada kedudukan kumparan,

sedangkan besar redaman ini akan kecil sehingga alat penunjuk akan berisolasi

untuk waktu yang lama. Alat ukur yang seperti ini akan sulit untuk di pakai, dan

dalam banyak hal sama sekali tidak dapat di gunakan dengan demikian

diperlukan adanya peredam, disamping momen-momen penggerak dan

pengontrol, maka penunjuk akan akan dapat sampai pada harga akhirnya dengan

cepat.

Peredaman pada alat ukur

Dalam alat ukur kumparan putar, pada umumnya kumparan putarnya

dibuatkan dengan kerangka dari aluminium. Secara listrik kerangka tersebut

merupakan jaringan hubungan pendek, dan memberikan pada kumparan. Bila

kumparan putar, yang disebabkan oleh arus I yang mengalir melaluinya, maka

dalam kerangkanya akan timbul arus induksi. Ini disebabkan karena putaran

kerangka aluminium ini terjadi dalam medan magnit pada celah udara, sehingga

tegangan yang berbanding lurus pada kecepatan putaran akan di induksikan

dalam kerangka tersebut. Arah dari tegangan dapat di tentukan melalui hukum

tangan kanan dari Fleming. Tegangan ini yang menyebabkan arus induksi I4

mengalir dalam kerangka kumparan. Sebaliknya arus I4 ini, akan memotong

fluksi magnit dalam celah udara bila kumparan berputar, dan akan dibangkitkan

momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar. Akan tetapi arah dari

momen ini adalah berlawanan dengan arah perputaran. Hingga berakibat

menghambat perputaran.

Aksi peredaman yang mempergunakan prinsip-prinsip elektromaknetis ini

di kenal sebagai redaman elektromagnetis. Kurve A menyatakan peredaman

kurang , sedangkan Kurve B menyatakan peredaman lebih,. Waktu untuk

sampai pada harga akhir untuk kedua keadaan tersebut adalah lama. Suatu

keadaan khusus terdapat di antara keduanya, seperti dinyatakan oleh kurve C,

keadaan ini dinyatakan sebagai peredam kritis.

Waktu yang diperlukan unutuk suatu prioda dalam keadaan peredaman

kurang disebut perioda dari osilasi. Untuk alat-alat ukur biasanya di

pergunakan, diprlukan untuk sampai pada harga akhir yang hendak dibaca

dalam batas-batas yang secapat mungkin. Sehingga pengukuran yang benar

dapat di peroleh dengan cepat.

1.1.5 Kerja Pada Arus Bolak Balik

Bila arus bolak balik yang berbentuk gelombang sinus dengan frekwency

f, dialiri ke alat kumparan putar yang umum digunakan, maka momen

pergerakanya merupakan momen bolak balik dengan frekwency yang sama .

Dengan frekwency f yang cukup renah , maka jarum penunjuk dari alat ukur

akan beroperasi dengan frekwency f disekitar titik nolnya.

Tapi bila frekwensi cukup tinggi sekitar beberapa puluh Hz maka jarum

penunjuk tidak dapat lagi mengikuti frekwensi f dari moment tersebut, disebabkan

inersia dari bagian alat ukur yang berputar .

Frekwency kerja dari pada arus yang biasa nya akan diukur, jauh lebih

besar dari pada frekwency sendiri dari alat-alat ukur. Sehingga alat ukur

kumparan putar tidak memberikan gerak sama sekali. Inilah yang menyebab kan

alat ukur kumparan putar tidak dapat digunakan begitu saja pada pengukuran arus

bolak-balik

1.1.6 Konstruksi

Pada dasarnya alat ukur kumparan putar terdiri dari dari unit-unit

penggerak, pengontrol dan peredam . Akan tetapi untuk mudah dalam

mempelajari kontruksi dan untuk melihat cara-cara mengasemblikan bagianya,

adalah lebih mudah untuk membaginya kedalam sirkitmagnetis bagian-bagian

berputar skala dan sisanya. Alat ukur kumparan putar ini telah banyak mengalami

berbagai perubahan disegala aspek.

Pada akhir –akhir tahun ini telah dilakukan usaha sehingga mengalam

hasil ang memuasakan.

1.1.6.1 Sirkit Magnetis

Sirkit magnetis dalam kumparan putar ini dibentuk oleh magnit

permanent. Di masa lalu magnit permanent ini dibuat dari baja, krom atau baja

tungstram, tapi dimasa sekarang lebih banyak menggunakan logam campuran dari

alnico. Keuntungan dari logam campuran ini adalah kemampuan kerja yang baik

dengan bentuk yang kecil. Jadi sirkit magnetisnya telah berubah dari bentuk

konvensional yang mempergunkan maknit permanent yang besar dan panjang.

1.1.6.2 Bagian Yang Berputar

Kawat-kawat pengantar dan halus yang berisolasi digulung sekeliling

kerangka alumanium, yang bekerja pula sebagai alat peredam , dan bersama-

sanma membentuk kumparan putar. Pada kedua ujung dari alat kumparan putar

ini , ditempatkan sumbu-sumbu putarnya, yang ditempatkan pada bantalan. Bila

tahanan geser dari pada ujung sumbu dengan bantalan besar , maka bagian yang

berputar tidak mungkin berputar secara halus, dan hasilnya menunjukkan yang

kurang tepat. Untuk menghindari ini maka ujung pada sumbu dan bantalan

diberikan bentuk yang tepat dan sesuai. Dan permukaan dibuat dengat sangat

halus.. Biasanya ujung dari sumbu-sumbu putar dibuat dari baja yang memiliki

kekuatan magnetis yang tinggi, dan tak mudah rusak karena pemakaian. Bantalan

dibuat dari batuan sintetis atau gelas keras dan berbentuk konkap. Untuk pegas

yang berbentuk spiral, dari alat pengontrolnya, digunakan logam campuran brons

pospor. Pegas ini dipergunakan pula sebagai jalan arus yang masuk kedalam dan

keluara kumparan.

Instrument dari konstruksi gantungan ini, mempunyai pegas langsung

yang berbentuk pita yang tipis dengan penampang segi empat dan dibuat dari

bahan elastis. Kumparan putar digantungkan pada pegas gantung ini.

Agar pita pegas tidak mengalami lengkung yang berlebihan, karena

pengarah berat dari kumparan putar terutama bila peta pegas dalam keadaan datar

atau miring, maka peta pegas mendapat kan gaya tarik yang kuat pada ujung-

ujungnya. Hal ini dicapai dari pegas-pegas penekan seperti terlihat pada gambar.

Disamping ini penahan-penahan khusus dipakai, untuk menetapkan agar bagian-

bagian yang berputar hanya mengalami putaran yang kecil (ke kedua arah).

Sehingga dalam keadaan-keadaan yang tidak disengaja yang mungkin

memberikan benturan benturan pada bagian yang berputar, penunjukan daria alat

tidak akan salah. Pita-pita gantung berfungsi pula sebagai alat pengontrol dan

secara bersamaan, sebagai jalan untuk arus masuk ke dan keluar kumparan putar.

Sebagai bahan untuk pegas gantung , yang harus memenuhi berbagai persyaratan

fungsinya sebagai alat pengontrol.

Dan bertahanan listrik kecil sebagai jalan arus maka campuran dari

platinikel, berylium, tembaga dan sebagainya, sering dipergunakan. Bagian yang

berputar pada peralatan dengan pegas gantung ini, yang tidak memiliki tahanan

mekanis seperti kontruksi peralatan dengan sumbu dan bantalan, dapat

dipergunkan pada alat-alat ukur berketelitian tinggi, atau pada peralatan

1.1.6.3 Skala

Alat ukur kumparan putar berbentuk serasi dan skala demikian dibentuk dari pada

skala yang mempunyai jarak yang sama. Pada skala uniform maka terdapat kemungkinan

untuk membaca sebagian dari pada pembagian-pembagian yang minimal dengan cara

melihatnya dengan mata. Dengan demikian maka segera setelah beberapa titik pada skala

ditentukan maka titik-titik lainnya dengan mudah dapat ditemukan dengan cara

interpolasi.

1.1.6.4 Alat Ukur Sudut Lebar

Untuk alat ukur yang ditempatkan pada panil-panil maka ukuran-ukuran yang

kecil diharapkan sehingga dengan demikian tidak begitu memerlukan tempat. Akan tetapi

di dalam alat-alat ukur demikian ini maka skalanya akan menjadi lebih pendek, dan akan

menjadi lebih sulit untuk membaca indikasi-indikasi yang diberikan oleh alat penunjuk.

Untuk memungkinkan pembacaan yang lebih teliti maka skala perlu diperpanjang dan hal

ini dapat dicapai dengan teknik yang tertentu.

1.7 Pengukur Amper Kumparan Putar

Ala ukur kumparan putar pada dasarnya adalah alat pengukur arus atau pengukur

amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar dibatasi lebih kurang dibawah

30 mA, karena alat-alat putarnya tidak bisa terlalu berat dengan demikian maka kawat-

kawat pengantar dari kumparan putar tidak bisa terlalu tebal. Dengan demikian maka

hanya untuk alat-alat ukur Amper yang mempunyai harga skala yang maksimum dapat

diukur oleh pengukur amper, yang lebih kecil dari kira-kira 30 mA, arus I yang akan

diukur mungkin dialirkan secara langsung pada kumparan putar. Pada alat ukur amper

skala maksimal tersebut mungkin hanya beberapa micro amper.

1.7.2 Alat Pengukur Amper untuk Pengukur Arus-arus Besar

Untuk membuat satu pengukur amper yang mempunyai harga skala maksimum

lebih besar dari kira-kira 30 mA, maka suatu tahanan R2 dihubungkan paralel pada

kumparan putar, untuk mengelakkan arus-arus diatas dari 300 mA masuk kedalam

kumparan putar. Tahanan yang demikian ini biasanya disebut “tahanan shunt”. Bila

tahanan keseluruhan dari pada kumparan putar dan pegas-pegas pengontrol yaitu

tahanan-tahanan dari alat-alat berputar disebut sebagai R1, dan arus yang harus diukur

sebagai I, sedangkan arus yang masuk ke dalam kumparan putar sebagai I’, maka didapat

persamaan

I = mI’

1.7.3 Cara-cara Memperbaiki Karakteristik Temperature yang Lebih Teliti

Untuk memperbaiki karakteristik temperatur dari penunjukkan pada alat amper

kumparan putar yang lebih teliti, maka metoda Swinburne yang dipakai secara luas.

Tahanan-tahanan R1 dan R2 dibuat dari tembaga sedangkan R2, R4, dan R5 dibuat dari

manganin. Bila temperatur keliling naik, arus I5 akan membesar sedangkan arus-arus I1,

dan I3 akan menurun. Akan tetapi karena I3 turun secara lebih cepat dari I1, perubahan

pada I1 dapat dikurangi dengan memilih konstanta-konstanta setepatnya.

1.7.4 Tahanan Shunt untuk Arus-arus Besar

Tahanan shunt untuk arus-arus berukuran besar pula dan membangkitkan panas.

Dengan demikian maka untuk tahanan shunt bagi arus-arus 30 A atau lebih, sebaiknya

tidak ditempatkan didalam kota pengukur amper bersama dengan bagian-bagian lainnya,

akan tetapi dihubungkan dari luar. Tahanan shunt yang ditempatkan di luar tersebut,

mempunyai penghubung-panghubung untuk arus dan tegangan. Arus yang diukur

dialirkan melalui penghubung-penghubung arus, dan peralatan yang terdiri dari jaringan-

jaringan yang ada di sebelah kanan dari garis yang dipatah-patahkan, dihubungkan

kepada penghubung-penghubung potensial. Dalam banyak hal tahanan shunt dibuat

sedemikian rupa sehingga bila arus yang diperuntukannya mengalir melalui penghubung-

penghubung arusnya, maka perbedaan potensial di antara penghubung-penghubung

potensial yaitu perbedaan potensial alat pengukur arus adalah 50 mV. Dengan demikian

maka alat pengukur yang dipergunakan secara demikian ini, dipilih untuk menunjuk

harga skala maksimum bila perbedaan tegangan adalah 50 mV.

1.8 Alat Pengukur Volt Kumparan Putar

1.8.1 Konfigurasi Dasar

Dengan menghubungkan suatu tahanan seri kapada kumparan putar dari alat ukur

amper, dimana arus secara langsung masuk ke dalam kumparan putar, maka suatu alat

pengukur Volt dari type kumparan putar telah dapat dijelmakan. Bila tahanan dari

kumparan putar adalah R1 dan tahanan dari pada tahanan seri yang ditempatkan

bersamanya adalah R2, dan misalkan bahwa suatu tegangan V yang hendak diukur

ditempatkan pada ujung-ujung dari alat pengukur Volt, maka arus I akan mengalir

melalui kumparan putar, dan didapat persamaan

V = (R1 + R2)I

Dengan demikian, penunjukan bila arus ynag melalui kumparan putar adalah I,

maka pada skala harus dinyatakan sebagai V.

1.8.2 Cara-cara untuk Memperbaiki Karakteristik Temperatur Penunjukan dari

Alat Penunjuk Volt

Tahanan seri yang dipergunakan dalam alat pengukur volt dibuat dari material

yang mempunyai tahanan yang tinggi, dan koefisien tahanan terhadap temperatur yang

dapat diabaikan seperti manganin. Seperti pula dalam alat pengukur amper, hal ini

dimaksudkan untuk mengurangi perubahan dari pada arus yang mengalir didalam

kumparan putar, sehingga dengan demikian mengurangi pula penunjukan alat dari

pengukur volt dengan perubahan temperatur keliling.

http://herihardi.files.wordpress.com/2008/06/alat-ukur-resume.doc