Alat Ukur dan Instrumentasi Bab 4. Instrumen Pengukuran Arus dan Tegangan Searah

Instrumen Pengukur Arus DCInstrumen Pengukur arus listrik ampermeter memiliki keterbatasan untuk dapat mengukur arus.Tahanan dalam meter Rm membatasi kemampuan batas ukur. Untuk menaikkan batas ukur dilakukan dengan memasang tahanan paralel Rp dengan ampermeter (Gambar 4.1). Tahanan Rp akan dialiri arus sebesar Ip, arus yang melalui meter Rm sebesar Im.

Gambar 4.1 Tahanan paralel ampermeter

Instrumen Pengukur Arus DC (Lanjutan)Tahanan paralel Rp tetap dialiri arus Ip, sedangkan arus yang melewati (Rm + Rv) sebesar Im.Tahanan paralel Rp dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

dimana : Rp = Tahanan paralel U = Tegangan I = Arus yang diukur Im = Arus melewati meter Ip = Arus melewati tahanan paralel Rm = Tahanan dalam meter

, ,

Instrumen Pengukur Arus DC (Lanjutan)Contoh 1: Ampermeter dengan tahanan dalam Rm = 100 , arus yang diizinkan melewati meter Im = 0,6 mA. Ampermeter akan mengukur arus I = 6 mA. Hitung tahanan paralel Rp.Penyelesaian:U = Im Rm = 0,6 mA 100 =

Atau dengan cara yang lain, didapatkan harga Rp yang sama, menggunakan rumus berikut:

Instrumen Pengukur Tegangan DCPengukur tegangan voltmeter memiliki tahanan meter Rm (Gambar 4.2).

Tahanan dalam meter juga menunjukkan kepekaan meter, disebut Ifsd (full scale deflection) arus yang diperlukan untuk menggerakkan jarum meter pada skala penuh.

Untuk menaikkan batas ukur voltmeter harus dipasang tahanan seri sebesar RV

Instrumen Pengukur Tegangan DC (Lanjtn)

Gambar 4.2 Rangkaian Voltmeter untuk menentukan nilai tahanan pengali (multiplier)

Instrumen Pengukur Tegangan DC (lanjutan)Dari rangkaian voltmeter pada Gambar 4.2 didapat persamaan:

dimana:

RV = Tahanan seri meterRm = Tahanan dalam meterU = TeganganUm = Tegangan meterIm = Arus meter

Instrumen Pengukur Tegangan DC (lanjutan)Contoh 2 :Pengukur tegangan voltmeter memiliki arus meter 0,6 mA dan tegangan meter 0,3V. Voltmeter akan digunakan untuk mengukur tegangan 1,5 V. Hitung besarnya tahanan serimeter Rv.

Penyelesaian:

Voltmeter Rangkuman GandaPenambahan sejumlah pengali beserta sebuah saklar rangkuman (range switch) membuat instrumen mampu digunakan bagi sejumlah rangkuman tegangan.

Pada Gambar 4.3 ditunjukkan tahanan-tahanan pengali dihubungkan secara seri dan saklar pemilih di setiap posisi menghasilkan sejumlah tahanan tertentu yang seri dengan Rm.

.

Contoh 3:Sebuah gerak dArsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 dan skala penuh Idp = 1 mA akan diubah menjadi voltmeter DC rangkuman ganda dengan batas ukur 0 - 10 V, 0 50 V, 0 250 V, 0 500 V,seperti Gambar 4.3

Gambar 4.3Penyelesaian:

V4V3V2V1

Contoh 3 (lanjutan)Pada rangkuman 10 V (posisi V4) tahanan total rangkaian adalah: RT = = 10 K R4= RT - Rm= 10 K - 100 = 9.900 Pada Rangkuman 50 V (posisi V3) RT = = 50 K R3= RT (R4 + Rm)= 50 K - 10 K= 40 K

Contoh 3 (lanjutan)Pada Rangkuman 250 V (posisi V2)RT = = 250 K

R2 = RT (R3 + R4 + Rm) = 250 K - 50 K = 200 K Pada Rangkuman 500 V ((posisi V1)RT = = 500 K

R1 = RT (R2 + R3 + R4 + Rm) = 500 K - 250 K = 250 K Dari contoh diatas dapat dinyatakan bahwa sistem ini memiliki keuntungan yaitu semua pengali memiliki nilai tahanan standar dandapat diperoleh dipasaran dengan toleransi yang tepat Kecualipengali rangkuman pertama ( R4 ).

Sensitivitas Voltmeter

Sesungguhnya sensitivitas S, adalah kebalikan dari defleksi skala penuh alat ukur yaitu:

Sensitivitas S dapat digunakan pada metode sensitivitas untuk menentukantahanan pengali voltmeter DC.

Sensitivitas Voltmeter (lanjutan)Dari rangkaian pada Gambar 4.3 diperoleh rumus untuk menentukan tahanan-tahanan pengali sebagai berikut:RT = S x VRS = (S x V) Rmdimana:S= Sensitivitas voltmeter (/V)V= Rangkuman tegangan yang ditentukan oleh posisi saklarRm= Tahanan dalam alat ukur (ditambah tahanan-tahanan seri)Rs = Tahanan pengali

Contoh 4:sebuah gerak dArsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 dan skalapenuh Idp = 1 mA, akan diubah menjadi voltmeter DC rangkuman gandadengan batas ukur 0 10 V, 0 50 V, 0 250 V, 0 500 V.Gunakan metode sensitivitas untuk menentukan tahanan-tahanan pengali tsb.

Contoh 4 (lanjutan)Penyelesaian:

Rangkuman 10 V

Rangkuman 50 V

Rangkuman 250 V

Rangkuman 500 V

Efek Pembebanan

Saat sebuah voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan pada komponen rangkaian, rangkaian voltmeter itu sendiri dalam hubungan paralel dengan komponen rangkaian. Sehingga kombinasi paralel dari dua resistor menjadi lebih kecil saat voltmeter terhubung jika dibandingkan dengan tanpa voltmeter. Dengan demikian tegangan pada komponen berkurang saat voltmeter dihubungkan.

Penurunan tegangan mungkin tidak berarti atau mungkin besar, tergantung dari sensitivitas dari voltmeter yang digunakan. Efek ini disebut pembebanan voltmeter, yang digambarkan pada Gambar 4.4

Efek Pembebanan (lanjutan)Gambar 4.4 Efek Pembebanan VoltmeterTegangan sesungguhnya (Vhitung)Tahanan dalam voltmeterdimana : V = rangkuman voltmeter

Efek Pembebanan (lanjutan) Tahanan Pararel

Tegangan yang terukur

Persentase kesalahan pembacaan

Contoh 5 :Dua buah tahanan R1 (100K) dan R2 (50K) terhubung seri dengan sumber tegangan 150 Volt, jika ingin mengukur tegangan pada R2 dengan voltmeter 1 (sensitivitas = 1K/v) dan Voltmeter 2 (sensitivitas = 20K/v). Kedua Voltmeter dipakai pada rangkuman 50 V. Tentukanlah (a) pembacaan tiap voltmeter,(b) persentase kesalahan tiap pembacaan

*