MAKALAH

ALAT UKUR LISTRIK

Tentang

VOLTMETER

Oleh

Deni Hernita

411.059

JURUSAN TADRIS IPA-FISIKA FAKULTAS TARBIYAH

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN)

IMAM BONJOL PADANG

1

1435 H/2014 M

VOLTMETER

Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan listrik. Alat ini sering digunakan oleh

teknisi elektronik yang biasanya menjadi satu dalam multi tester atau Avometer.

Voltmeter juga digunakan untuk melakukan pengukuran tegangan baik tegangan AC atau

tegangan DC. Alat ukur ini biasanya dipasang secara pararel terhadap rangkaian/komponen yang

akan diukur.

Gambar. Voltmeter dan Multimeter

Voltmeter yang sering digunakan di laboratorium sekolah. Kemampuan pengukurannya

terbatas sesuai dengan nilai maksimum yang tertera dalam alat ukur itu. Ada yang maksimumnya

5 V, 10 V dan 20 V dan seterusnya.

2

A. Konfigurasi Multimeter

Konfigurasi multimeter dan control indikator yang terdapat pada sebuah multimeter

diperlihatkan pada gambar.

Gambar . Konfigurasi Multimeter

1. Papan skala digunanakan untuk memebaca hasil pengukuran. Pada papan skala terdapat skala-

skala tahanan dalam satuan ohm, tegangan ACV dan DCV, dan skala-skala lainnya. Lihat

gambar.

3

2. Saklar jangkauan ukur digunakan utuk menentukan posisi kerja multimeter, dan batas ukur

(range). Jika digunakan untuk mengukur nilai satuan tahanan (dalam ohm), saklar

ditempatkan pada posisi Ω, demikian juga jika digunakan untuk mengatur tegangan (ACV dan

DCV) dan kuat arus (mA-μA). Satu hal yang perlu diingat dalam mengukur tegangan listrik,

posisi saklar harus berada pada batas ukur yang lebih tinggi dari tegangan yang akan diukur.

Misalnya, tegangan yang akan diukur adalah 220 ACV, saklar harus berada pada posisi batas

ukur 250 ACV. Demikian juga untuk mengukur DCV.

3. Sekrup pengatur posisi jarum (preset) digunakan untuk menera jarum penunjuk pada angka

nol (sebelah kiri papan skala)

4. Tombol pengatur jarum pada posisinol (zero adjustment) digunakan untuk menera jarum

penunjuk pada angka nol sebelum multimeter digunakan untuk mengukur nilai tahanan.

Dalam praktek, kedua ujung kabel penyidik dipertemukan, kemudian tombol diputar untuk

memposisikan jarum pada angka nol (sebelah kanan papan skala)

5. Lubang kabel penyidik sebagai tempat untuk menghubungkan kabel penyidik dengan

multimeter. Ditandai dengan tanda + dan - atau common. Pada multimeter yang lebih lengkap

dilengkapi juga dengan lubang untuk mengukur hfe transistor dan lubang untuk mengukur

kapasitas kapasitor.

4

B. Batas Ukur (Range)

1. Batas ukur kuat arus biasanya terdiri dari angka-angka 0,25-25-500 mA. Angka tersebut

merupakan nilai maksimal arus yang dapat diukur oleh multimeter.

2. Batas ukur tegangan biasanya terdiri dari angka-angka 10-50-250-500-1000ACV/DCV.

angka tersebut merupakan nilai maksimal tegangan yang dapat diukur oleh multimeter.

3. Batas ukur tahanan: biasanya terdiri dari angka-angka X1, X10, dan kiloohm. Angka

tersebut merupakan nilai maksimal tahanan yang dapat diukur oleh multimeter.

Kriteria Multimeter

Kriteria sebuah multimeter tergantung pada:

1. Kekhususan pemakaian, ditentukan oleh tahanan dibagai dengan tegangan, misalnya 20kΩ/v

untuk DCV dan 8kΩ/v untuk ACV. 20kΩ/v maka I = E/R = 1/20.000 = ½ x 10-4A = 0,05

mA = 50 μA. Multimeter menggunakan arus sebesar 50 μA untuk alat pengukur dan akan

menarik arus maksimal 50 μA dari rangkaian yang diukur.

2. Fungsi tahanannya sebagai penguji transistor untuk menentukan h fe transistor (kemampuan

arus untuk menguatkan arus listrik searah sampai beberapa kali), penguji dioda dan

kapasitas kapasitor dalam hubungannya dengan pekerjaan perbaikan alat alat elektronik.

C. Merancang Multiplayer Ganda

Penambahan sejumlah penggali beserta sebuah sakelar rangkuman (range switch)

membuat instrumen mampu digunakan bagi sejumlah rangkuman tegangan. Seperti pada gambar

dibawah ini voltmeter rangkuman ganda (multirange) yang menggunakan sebuah sakelar empat

posisi (V1,V2,V3,V4 ) dan empat pengali (R1, R2, R3, R4). Nilai dari tahanan – tahanan pengali dapat

ditentukan dengan menggunakan metoda sebelumnya atau metoda sensitivitas (sensitivity

method).

5

Kedua gambar ini memiliki variasi rangkaian, di mana tahanan – tahanan pengali

dihubungkan dalam susunan dan deret (seri) dan sakelar pemilih di setiap posisi menghasilkan

sejumlah tahanan tertentu yang seri terhadap Rm. System ini memiliki keuntungan yaitu : semua

pengali kecuali yang pertama memilik nilai tahanan standar dan dapatdiperoleh di pasaran

dengan toleransi yang tepat. Pengali untuk rangkuman rendah, R4 adalah satu – satunya tahanan

yang harus dibuat agar memenuhi persyaratan rangkaian.

D. Sensitivitas (Kepakaan)

Sensitivitas voltmeter atau nilai ohm per volt adalah perbandingan tahanan total RT terhadap

tegangan rangkuman V yang nilainya selalu 1000 Ω/V. Sensitivitas ( S ) adalah kebalikan dari

defleksi skala penuh alat ukur, yaitu :

Ω/V

Ket :

S = sensitivitas voltmeter,

V = rangkuman tegangan yang ditentukan ole posisi sakelar

Rm = tahanan dalam alat ukur (ditambahan tahanan – tahanan seri)

Rs = tahanan pengali

E. Efek Pembebanan

voltmeter sensititivitas rendah dapat memberikan pembacaan yang tepat sewaktu mengukur

tegangan dalam rangkaian – rangkaian tahnanan rendah, tetapi jelas menghasilkan pembacaan

yang tidak dapat dipercaya dalam rangkaian – rangkaian tahanan tinggi. Bila sebuah voltmeter

dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian tahanan tinggi, dia bertindak sebagai

shunt bagian rangkaian sehingga memperkecil tahanan ekivalen dalam bagian rangkaian

6

tersebut. Berarti voltmeter akan menghasilkan penunjukan tegangan yang lebih rendah dari yang

sebenarnya sebelum dihubungkan. Efek ini disebut Efek Pembebanan.

F. Cara Menggunakan Voltmeter

MENGUKUR TEGANGAN AC

Kita akan melakukan pengukuran tegangan PLN, diketahui tegangan PLN secara teori adalah

220 VAC, maka langkah kerjanya adalah

1. Masukkan probe merah pada terminal (+), dan probe hitam pada terminal com (-).

Mencolokkan probe sesuai dengan tempatnya

2. Menentukan Batas Ukur pengukuran. Karena tegangan PLN secara teori adalah 220VAC maka kita arahkan selektor pada bagian VAC dengan Batas Ukur 250 atau 1000 (ingat Batas Ukur dipilih lebih besar dari pada tegangan yang akan diukur).

7

Untuk pembahasan kita kali ini kita akan menggunakan Batas Ukur 250

3. Karena ini pengukuran AC, maka posisi penempatan probe bisa bolak-balik.4. Colokkan kedua probe multimeter masing-masing pada lubang PLN (karena yang diukur

tegangan AC, tidak usah kuatir kalau terbalik).

Mengukur VAC PLN dengan BU = 250

8

5. Baca dan Perhatikan hasil penunjukan jarum

Cara Membaca Jarum Penunjuk

Pilihlah SM (Skala Maksimum) yang akan digunakan, pada gambar multimeter di bawah ini ada 3 pilihan SM (Skala Maksimum) yaitu : 10, 50,250

Jika kita memilih SM (Skala Maksimum) = 250, maka skala yang dipakai adalah :

9

Sekarang tinggal membaca jarum penunjuk. Dari gambar di atas mari kita cuplik pada bagian jarum penunjuk, seperti digambarkan di bawah ini :

Dari gambar di atas diketahui bahwa diantara 200-250 terdapat 10 strip, sehingga besar setiap

strip (kita anggap simbol bobot setiap strip = S):

Karena bobot setiap strip = 5 maka dari cuplikan jarum penunjukan di atas dapat digambarkan

kembali :

10

Dari gambar di atas, dapat diketahui bahwa JP (Jarum Penunjukan) =220. Sekarang kita tinggal memasukkan dalam rumus.

Cara Membaca Multimeter Analog :

Analog multimeter sederhana dan murah, dan mereka cukup akurat untuk sebagian besar tujuan. Meskipun multimeter digital terbaik menawarkan akurasi yang lebih besar dan fitur lain yang meter analog kurangnya, seperti perlindungan yang berlebihan, untuk sebagian besar aplikasi meter analog akan mendapatkan pekerjaan yang dilakukan pada harga yang wajar. Kelemahan terbesar ke analog multimeter adalah bahwa mereka bisa sulit bagi pemula untuk membaca.

Ada skala yang berbeda dicetak pada permukaan yang sama, dan memutuskan mana yang untuk melihat dapat membingungkan pada awalnya.

Instruksi :

1. Tentukan unit yang ingin diuji. Analog multimeter biasanya mengukur tegangan, arus listrik dan perlawanan. Resistance adalah ukuran dari berapa banyak kawat atau komponen elektronik menolak aliran listrik, tegangan adalah ukuran sirkuit "tekanan", dan arus listrik adalah ukuran dari jumlah listrik yang mengalir ke sirkuit. Banyak multimeter mengukur baik AC dan listrik DC, meskipun beberapa ukuran hanya DC.

2. Mengatur multimeter untuk pengaturan yang benar untuk apa yang ingin mengukur. Multimeter harus di set ke nilai yang lebih tinggi daripada akan mengukur. Misalnya, jika ingin mengukur tegangan pada soket dinding dan multimeter memiliki baik AC 50V dan 250V pengaturan, set ke 250V AC. Jika tidak, akan dapat mengukur tegangan penuh, dan dapat merusak multimeter. Atau jika mengukur sebuah resistor 100 ohm dan multimeter memiliki 10 ohm, 100 ohm dan 1000 ohm pengaturan, set ke 1000 ohm. Dengan begitu, jika perlawanan sedikit terlalu tinggi, akan mampu mendeteksi itu.

11

3. Lepaskan komponen dari sumber listrik jika mengukur resistensi. Misalnya, jika mengukur resistensi dari tombol lampu, matikan pemutus sirkuit pertama. Jika mengukur tegangan atau arus listrik, lewati langkah ini.

4. Tempatkan tes mengarah pada kedua sisi unit yang diuji. Jika mengukur listrik AC, misalnya, menempatkan satu memimpin di terminal baik.

5. Carilah skala yang sesuai dengan pengaturan yang miliki. Jika ingin mengukur tegangan AC dan telah diatur ke 250 volt AC, misalnya, harus ada skala yang berlangsung dari 0V pada satu sisi multimeter untuk 250V di sisi lain.

6. Perhatikan seberapa jauh ayunan jarum. Itu adalah nilai. Sebagai contoh, jika tegangan ayunan jarum AC 2/5 dari jalan antara tanda 100V dan tanda 150V, AC berada pada 120 volt, yang normal di sebagian besar wilayah Amerika Serikat.

Secara teoritis,untuk mempermudah pembelajaran, pengukuran tegangan, kuat arus dan tahanan ditampilkan dengan symbol sebagai berikut:

Persiapan awal yang perlu anda lakukan sebelum menggunakan multimeter adalah: 1. Baca dengan teliti buku petunjuk penggunaan multimeter.

2. Multimeter adalah alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan, tahanan

dan kuat arus.

3. Sebelum dan sesudah digunakan posisi saklar jangkauan ukur harus selalu berada pada

posisi ACV dengan batas ukur tertinggi

4. Kabel penyidik (probes) multimeter selalu berwarna merah dan hitam. Masukkanlah

kabel yang berwarna merah ke lubang penyidik bertanda + atau out dan dan kabel

berwarna hitam ke lubang bertanda – atau common.

12

5. Pada saat akan melakukan pengukuran perhatikan apakah jarum penunjuk sudah berada

pada posisi nol. Jika belum lakukanlah peneraan dengan caa memutar sekrup pengatur

posisi nol dengan obeng negative.

6. Posisi saklar jangkauan ukur harus pada posisi yang sesuai dengan besaran yang akan

diukur.

7. Pada pengukuran DCV kabel penyidik + dan – diletakkan sesuai dengan kutub tegangan

yang akan diukur

8. Jangan sekali-kali mengukur kuat arus listrik kecuali kita sudah dapat memprediksikan

besarnya kuat arus yang mengalir.

9. Untuk mengukur tahanan terlebih dahulu jarum penunjuk ditera pada posisi nol sebelah

kanan papan skala dengan menggunakan zero adjustment.

10. Berhati-hatilah jika hendak mengukur tegangan listrik setinggi 220 ACV.

G. Contoh Soal

1. Sebuah gerak d’Arsonval dengan tahanan – tahanan Rm = 100 Ω dan skala penuh Idp

= mA, akan diubah menjadi voltmeter arus searah rangkuman ganda dengan batas

ukur 0 – 10 V, 0 – 50 V, 0 – 250 V, dan 0 – 250 V. Tentukan tahanan pengali dengan

rangkuman ganda. Perhatikan gambar

13

Penyelesaian :

a. Pada rangkuman 10 V (posisi V4) tahanan total rangkaian adalah :

Rr = 10 V / 1 mA = 10 kΩ

R4 = Rr − Rm = 10 kΩ − 100 kΩ = 9,900 Ω

b. Pada rangkuman 50 V (posisi V3)

Rr = 50 V / 1 mA = 50 kΩ

R3 = Rr – (R4 + Rm ) = 50 kΩ − 10 kΩ = 40 kΩ

c. Pada rangkuman 250 V (posisi V2)

Rr = 250 V / 1 mA = 250 kΩ

R2 = Rr – (R3 + R4 + Rm) = 250 kΩ − 50 kΩ = 200 kΩ

d. Pada rangkuman 500 V (posisi V1)

Rr = 500 V / 1 mA = 250 kΩ

R1 = Rr – (R2 +R3 + R4 + Rm) = 500 kΩ − 250 kΩ = 250 kΩ

2. Sebuah gerak d’Arsonval dengan tahanan – tahanan Rm = 100 Ω dan skala penuh Idp

= mA, akan diubah menjadi voltmeter arus searah rangkuman ganda dengan batas

ukur 0 – 10 V, 0 – 50 V, 0 – 250 V, dan 0 – 250 V. Gunakan metoda sensitivitas

untuk menentukan tahanan pengali.14

Penyelesaian :

S = 1/Idp = 1 / 0,001 A = 1,000 Ω/V

R4 = ( S x V) − Rm = 1,000 Ω/V x 10 kΩ − 100 kΩ = 9,900 kΩ

R3 = ( S x V) − Rm = 1,000 Ω/V x 50 kΩ −10,000 kΩ = 40 kΩ

R2 = ( S x V) − Rm = 1,000 Ω/V x 250 kΩ −50 kΩ = 200 kΩ

R1 = ( S x V) − Rm = 1,000 Ω/V x 500 kΩ − 250 kΩ = 250 kΩ

3. Untuk mengukur tegangan antara ujung – ujung tahanan 50 kΩ dalam rangkaian pada

gambar. Pengukuran ini tersedia dua Voltmeter, Voltmeter 1 dengan sensitivitas

1000 Ω/V dan Voltmeter dengan sensitivitas 20000 Ω/V. Kedua Voltmeter dipakai

pada rangkuman 50 V. Tentukan

a) Pembacaan tiap Voltmeter

b) Kesalahan dalam tiap pembacaan, dinyatakan dalam presentase nilai yang

sebenarnya

Penyelesaian :

Pemeriksaan rangkaian menunjukkan bahwa tegangan pada tahanan 50 kΩ adalah

50 kΩ / 150 kΩ x 150 V = 50 V

Ini adalah nilai tegangan sebenarnya pada tahanan 50 kΩ

a) Voltmeter 1 ( S = 1000 Ω/V ) memiliki tahanan 50 V x 1000 Ω/V = 50 kΩ

pada rangkuman 50 V. Menghubungkan voltmeter antara tahanan 50 kΩ

menyebabkan pertambahan tahanan paralel ekivalen menjadi 25 kΩ dan

tahanan total rangkaian menjadi 125 kΩ. Beda potensial pada gabungan

voltmeter dan tahanan 50 kΩ menghasilkan penunjukan voltmeter sebesar

15

V1 = 50 kΩ / 125 kΩ x 150 V = 30 V

Voltmeter 2 ( S = 20 kΩ/V ) memiliki tahanan 50 V x 20 Ω/V = 1 kΩ

pada rangkuman 50 V. Menghubungkan voltmeter antara tahanan 50 kΩ

menyebabkan pertambahan tahanan paralel ekivalen menjadi 47,6 kΩ dan

tahanan total rangkaian menjadi 147,6 kΩ. Beda potensial pada gabungan

voltmeter dan tahanan 50 kΩ menghasilkan penunjukan voltmeter sebesar

V2 = 47,6 kΩ / 147,6 kΩ x 150 V = 48,36 V

b) Kesalahan pembacaan voltmeter 1 adalah :

x 100

100

= 40

Kesalahan pembacaan voltmeter 2 adalah

= 100

= 3,28

16