Galvanometer

Dalam dunia kelistrikan, Galvanometer sejenis dengan ammeter / amperemeter dan

merupakan suatu alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus yang melalui suatu

cabang. Kebanyakan galvanometer menggunakan prinsip momen yang berlaku pada kumparan

di dalam medan magnet. Galvanometer akan menghasilkan perputaran jarum penunjuk sebagai

hasil dari arus listrik yang mengalir melalui lilitannya.

Pada mulanya bentuk galvanometer seperti

alat yang dipakai Oersted yaitu jarum kompas yang

diletakkan dibawah kawat yang dialiri arus yang

akan diukur. Kawat dan jarum diantara keduanya

mengarah utara-selatan apabila tidak ada arus di

dalam kawat. Akibat adanya arus listrik yang

mengalir melalui kawat akan tercipta medan

magnet sehingga arah jarum magnet di dekat kawat

akan bergeser arah jarum magnetnya. Kepekaan

galvanometer semacam ini bertambah apabila kawat itu dililitkan menjadi kumparan dalam

bidang vertical dengan jarum kompas ditengahnya. Dan instrument semacam ini dibuat

oleh Lord Kelvin pada tahun 1890, yang tingkat kepekaanya jarang sekali dilampaui oleh alat-

alat yang ada pada saat ini.

Teori Galvanometer

Galvanometer selalu berorientasi sehingga letak kumparan selalu paralel dengan garis magnetik meridian lokal, yang tak lain adalah komponen horisontal BH dari medan magnetik bumi. Saat arus mengalir melalui kumparan galvanometer, medan magnet lain (B) tercipta dan posisinya tegak lurus dengan kumparan. Kekuatan medan magnetnya dirumuskan sebagai:

Dimana

I adalah arus dalam satuan ampere,n adalah jumlah lilitan kumparanr adalah jari-jari kumparan.

  Kedua medan magnet yang saling tegak lurus akan menghasilkan resultan secara vektordan jarum penunjuk akan menunjuk arah resultan kedua vektor tersebut dengan sudut:

Dari hukum tanget, , dengan kata lain.

atau

atau , dimana K disebut sebagai faktor reduksi dari tangen galvanometer.

Salah satu masalah dengan tangen galvanometer adalah resolusi degradasinya berada pada arus tinggi dan arus rendah (coba lihat grafik tangen). Resolusi maksimum didapatkan saat θ bernilai 45°. Saat nilai θ dekat dengan 0° atau 90°, perubahan prosentase signikikan di aliran arus akan mengakibatkan jarum bergerak beberapa derajat.

Galvanometer memanfaatkan fakta bahwa arus listrik yang mengalir melalui kawat

mendirikan sebuah medan magnet di sekitar kawat. Dalam galvanometer, kawat adalah luka ke

kumparan. Ketika arus mengalir melalui kumparan, salah satu ujung kumparan menjadi kutub

magnet utara, tiang lainnya magnet selatan. Ketika sebuah magnet permanen ditempatkan di

dekat kumparan, dua bidang-satu dari kumparan dan salah satu dari magnet berinteraksi.

Kutub seperti akan memukul mundur satu sama lain dan tidak seperti kutub akan menarik.

Jumlah meningkat tarikan dan tolakan sebagai kekuatan meningkat saat ini.

Dalam galvanometer bergerak-magnet, magnet permanen adalah jarum (seperti jarum

kompas) dipasang pada poros dan dikelilingi oleh kumparan. Dalam kumparan bergerak-

galvanometer-jenis-yang paling umum kumparan dipasang pada pivot atau ditangguhkan oleh

strip logam tipis. Kumparan ini terletak di antara kutub-kutub magnet permanen sedemikian

rupa sehingga berputar ketika arus yang mengalir melalui itu. Arah rotasi tergantung pada arah

arus melalui kumparan, dan jumlah rotasi tergantung pada kekuatan arus. Sebuah

galvanometer sering digunakan untuk menunjukkan ketika arus dalam sebuah rangkaian telah

dikurangi menjadi nol, seperti dalam pengoperasian jembatan Wheatstone, sebuah perangkat

untuk mengukur resistensi listrik tepat.

Sebuah mekanisme bergerak-kumparan yang serupa dengan yang digunakan pada

galvanometer yang digunakan dalam beberapa amperemeter. Seperti galvanometer, instrumen

ini mengukur kekuatan arus tetapi mereka dapat menangani arus kuat, tidak seperti

galvanometer, mereka tidak dapat menunjukkan arah saat ini. Sebuah mekanisme bergerak-koil

juga digunakan dalam beberapa voltmeter (yang mengukur tegangan di sirkuit) dan ohmmeters

(yang mengukur perlawanan di sirkuit). Dalam beberapa instrumen, saklar pemilih

menghubungkan mekanisme bergerak-kumparan ke sirkuit internal yang berbeda sehingga

mekanisme tunggal dapat digunakan dalam membuat semua tiga jenis pengukuran.

Prinsip dasar pengoperasian galvanometer didasarkan ditemukan pada 1820 oleh Hans

Christian Oersted ketika ia mengamati bahwa jarum magnet dapat dibelokkan oleh arus listrik.

Galvanometer pertama dibuat oleh Johann Schweigger pada tahun 1820. Pada tahun 1882,

Jacques Arsene d'Arsonval memperkenalkan galvanometer bergerak-kumparan. Edward

Weston membuat perbaikan penting untuk perangkat beberapa tahun kemudian.

Galvanometer sebagai Alat Pengukur DC

Besaran listrik, seperti arus, tegangan, daya dan sebagainya tidak dapat secara tangsung

kita tanggapi dengan panca indera kita. Untuk memungkinkan pengukuran maka besaran listrik

tersebut harus kita transformasikan melalui suatu fenomena fisis yang memungkinkan bagi

pengamatan melalui pancaindra kita, misalnya besaran listrik, seperti arus, kita transformasikan

melalui suatu fenomena fisis ke dalam besaran mekanis. Transformasi/perubahan tersebut bisa

merupakan suatu rotasi melalui suatu sumbu tertentu, dan besar sudut rotasi berhubungan

secara langsung dengan besaran listrik yang akan kita amati/ukur. Kumpulan dari peralatan

listrik yang bekerja atas dasar prinsip-prinsip tersebut akan disebut di sini sebagai alat ukur

listrik.

Ada dua jenis pengelompokan alat ukur listrik, yaitu berdasarkan jenis arus masukan, dan

berdasarkan prinsip kerja serta cara pembacaan hasil ukur.

Berdasarkan jenis arus masukan, alat ukur listrik dibedakan menjadi:

a. Alat penunjuk DC, untuk rnengukur tegangan dan arus DC

b. Alat penunjuk AC, untuk mengukur tegangan dan arus AC.

Berdasarkan prinsip kerja serta cara pembacaan hasil ukurnya, alat ukur listrik dibedakan

menjadi:

a. Alat ukur listrik digital, bekerja berdasarkan sistem digital (elektronik) dan hasil ukurnya

dinyatakan dalam angka-angka.

b. Alat ukur listrik analog, bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik dan hasil ukurnya

diperoleh dengan menganalogikan sudut simpangan jarum penunjuk dengan kuat arus listrik

yang menyebabkannya.

Berdasarkan konstruksinya alat ukur analog dibedakan lagi menjadi alat ukur dengan sistem

kumparan putar magnet permanen (PMMC, Permanent Magnet Moving Coil) dan alat ukur

dengan sistem besi bergerak

Teori dan Defleksi Galvanometer

Sebuah kumparan (coil) kawat halus digantung di dalam medan magnet yang dihasilkan

oleh sebuah magnet permanen. Menurut hukum dasar gaya elktro magnetic kumparan

tersebut akan berputar di dalam medan magnet bila dialiri oleh arus listrik. Gantungan

kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke

kumparan dan keelastisan serabut tersebut membangkitkan suatu torsi yang melawan

perputaran kumparan. Kumparan akan terus berdefleksi sampai gaya elektromagnetiknya

mengimbangi torsi mekani lawan dari gantungan. Dengan demikian penyimpangan kumparan

merupakan ukuan bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. Sebuah cermin yang

dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan sebuah bintik

cahaya yabg telah diperkuat bergerak di atas skala pada suatu jarak dari instrument. Fek

optiknya adalah sebuah jarum penunjuk yang panjang tetapi massanya nol.

Walaupun galvanometer suspensi bukan instrument yang praktis ataupun portable (mudah

dipindahkan), prinsip-prinsip yang mengatur cara kerjanya diterapkan secara sama terhadap

jenis yang lebih baru yakni mekanisme kumparan putar magnet permanen (PMMC, permanent

magnet moving-coil mechanism).

Juga di sini terdapat sebuah kumparan, digantung di dalam medan magnet sebuah magnet

permann berbentuk sepatu kuda. Kumparan digantug sedemikian sehingga ia dapat berputar

bebas di dalam medan magnet. Bila arus mengalir di dalam kumparan torsi elektromagneik

yang dibangkitkannya akan menyebabkan perputaran kumparan tersebut. Torsi ini diimbangi

oleh torsi mekanis pegas-pegas pengatur yang diikat pada kumparan. Kesetimbangan torsi-torsi

dan juga posisi sudut kumparan putar dinyatakan oleh jarum penunjuk terhadap referensi

tertentu yang disebut skala.

Persamaan untuk pengembangan torsi yang diturunkan dari hukum dasar elektromagnetik

adalah:

T = B x A x I x N

Dimana :

T = torsi dalam Newton-meter (N-)m

B = kerapatan fluks di dalam senjang udara (Wb/m2)

A = luas efektif kumparan (m2)

I = arus di dalam kumparan (Ampere)N = jumlah lilitan kumparan putar