pengukuran besar listrik

16
03. Pengukuran Besaran Listrik INSTRUMEN PENUNJUK ARUS SEARAH 3.1 Galvanometer Suspensi ( Suspension Galvanometer ) Pengukuran-pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer sistem gantungan, yang merupakan pelopor instrumen kumparan putar, sebagai dasar pada umumnya instrumen penunjuk arus searah yang dipakai secara luas saat ini. Dengan beberapa penyempurnaan, Galvanometer suspensi masih digunakan untuk pengukuran-pengukuran laboratorium sensitivitas tinggi tertentu, jika keinda- han instrumen bukan merupakan masalah dan portabilitas bukan menjadi prioritas. Konstruksi sebuah galvanometer suspensi, ditunjukkan pada gambar 1. 1. Sebuah kumparan kawat halus digantung di dalam medan maknet yang dihasilkan oleh sebuah maknet permanen, berdasarkan hukum gaya elektromaknet , jika dialiri arus listrik , maka kumparan tersebut akan berputar Gambar 1 Gambar 1 ( arus listrik mengalir dari dan ke kumparan melalui sebuah gantungan yang terbuat dari serabut halus dan keelastisan serabut tersebut menghasilkan suatu torsi yang akan melawan perputaran kumparan ). 2. Kumparanakan terus berdefleksi sampai gaya elektromaknetnya mengim-bangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian defleksi kumparan merupakan ukuran untuk arus yang dibawa kumparan tersebut. 3. Sebuah cermin dipasang pada kumparan yang berfungsi untuk mende-fleksikan seberkas cahaya, sehingga sebuah bintik cahaya yang sudah diperkuat bergerak 1

Upload: anon8222919

Post on 09-Feb-2016

142 views

Category:

Documents


16 download

DESCRIPTION

ilmu penting

TRANSCRIPT

Page 1: Pengukuran Besar Listrik

03. Pengukuran Besaran Listrik INSTRUMEN PENUNJUK ARUS SEARAH 3.1 Galvanometer Suspensi ( Suspension Galvanometer )

Pengukuran-pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer

sistem gantungan, yang merupakan pelopor instrumen kumparan putar, sebagai

dasar pada umumnya instrumen penunjuk arus searah yang dipakai secara luas saat

ini. Dengan beberapa penyempurnaan, Galvanometer suspensi masih digunakan

untuk pengukuran-pengukuran laboratorium sensitivitas tinggi tertentu, jika keinda-

han instrumen bukan merupakan masalah dan portabilitas bukan menjadi prioritas.

Konstruksi sebuah galvanometer suspensi, ditunjukkan pada gambar 1.

1. Sebuah kumparan kawat halus digantung di dalam medan maknet yang

dihasilkan oleh sebuah maknet permanen, berdasarkan hukum gaya

elektromaknet , jika dialiri arus listrik , maka kumparan tersebut akan berputar

Gambar 1

Gambar 1

( arus listrik mengalir dari dan ke kumparan melalui sebuah gantungan yang

terbuat dari serabut halus dan keelastisan serabut tersebut menghasilkan suatu

torsi yang akan melawan perputaran kumparan ).

2. Kumparanakan terus berdefleksi sampai gaya elektromaknetnya mengim-bangi

torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian defleksi kumparan

merupakan ukuran untuk arus yang dibawa kumparan tersebut.

3. Sebuah cermin dipasang pada kumparan yang berfungsi untuk mende-fleksikan

seberkas cahaya, sehingga sebuah bintik cahaya yang sudah diperkuat bergerak

1

Page 2: Pengukuran Besar Listrik

diatas skala pada suatu jarak dari instrumen dan efek optiknya adalah sebuah

jarum penunjuk yang panjang dengan massa nol.

3.2 Torsi dan Defleksi Galvanometer

3.2.1 Defleksi dalam Keadaan Mantap ( Steady State deflection )

Prinsip kerja galvanometer suspensi diterapkan sama terhadap jenis instrumen yang

lebih baru, yaitu mekanisme kumparan putar maknet permanen ( PMMC : permanent

magnet moving coil ), dan konstruksi PMMC dan bagian-bagiannya ditunjukkan pada

gambar 2.

Gambar 2

Prinsip kerja :

Jika arus mengalir di dalam kumparan, akan timbul torsi elektromaknetik yang

menyebabkan berputarnya kumparan, dan torsi ini akan diimbangi torsi mekanis dari

pegas-pegas pengatur yang diikat pada kumparan.

Kesetimbangan torsi-torsi dan posisi sudut kumparan putar, dinyatakan oleh jarum

penunjuk terhadap referensi tertentu, yang disebut skala.

Menurut hukum dasar eletromaknetik , persamaan untuk torsi adalah :

T = B x A x I x N .………………( 3 - 1 )

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

B = kerapatan fluksi didalam celah udara ( Wb / m2 )

A = luas efektif kumparan ( m2 )

I = arus dalam kumparan putar ( Amper, A )

N = jumlah lilitan kumparan

Karena kerapatan fluksi dan luas kumparan merupakan parameter-parameter

konstan untuk sebuah instrumen, maka persamaan ( 3 - 1 ) torsi berbanding lurus

dengan arus I ( T ~ I ).

Torsi menyebabkan defleksi jarum ke keadaan mantap, dimana torsi diimbangi oleh

torsi pegas pengontrol.

Perencana hanya dapat mengubah nilai torsi pengatur dan jumlah lilitan kumparan

untuk mengukur arus skala penuh.

Umumnya luas kumparan praktis 0,5 – 2,5 cm2, kerapatan fluksi untuk instrumen

modern 1500 – 5000 gauss ( 0,15 – 0,5 Wb / m2 ).

2

Page 3: Pengukuran Besar Listrik

Sebagai contoh : sebuah instrumen PMMC dengan tromol 3,5 inci, rangkuman 1 mA

dan defleksi penuh 100 derejat busur, memiliki karakteristik berikut :

A = 1,75 cm2 B = 2000 gauss ( 0,2 Wb / m2 ) N = 84

T = 2,92 x 10 – 6 N-m

Tahanan kumparan = 88 Ω dan disipasi daya = 88 μW

3.2.2 Sifat Dinamik Jika arus bolak balik dialirkan ke sebuah galvanometer pencatat, maka pencatatan

yang dihasilkan oleh gerakan kumparan putar meliputi karakteristik respons dari

elemen yang berputar itu sendiri, dengan demikian adalah penting untuk

mempertimbangkan sifat dinamiknya.

Sifat dinamik galvanometer adalah : kecepatan respons, redaman dan over-shoot.

Sifat dinamik galvanometer dapat diamati dengan memutuskan arus input secara

tiba-tiba, sehingga kumparan berayun kembali dari posisi defleksi menuju posisi nol.

Sebagai akibat dari kelembaman ( inersia ) dari sistem yang berputar, jarum berayun

melewati titik nol dalam arah berlawanan dan berosilasi kekiri dan kekanan, dan

secara perlahan-lahan osilasi ini akan mengecil sebagai akibat dari redaman elemen

berputar dan akhirnya jarum berhenti pada posisi nol.

Gerakan sebuah kumparan didalam medan maknet, diketahui dari tiga kuantitas,

yaitu :

1. Momen inersia kumparan putar terhadap sumbunya ( J ).

2. Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan kumparan ( S ).

3. Konstanta redaman ( D ).

Penyelesaian persamaan diferensial yang menghubungkan ketiga faktor diatas,

menghasilkan tiga kemungkinan yang masing-masing menjelaskan sifat dinamik

kumparan dan sudut defleksinya ( θ ).

Ketiga jenis sifat-sifat tersebut ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3

3

Page 4: Pengukuran Besar Listrik

Dari gambar 3 diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kurva I : Keadaan terlalu redam, dimana kumparan kembali secara perlahan

ke posisi diam tanpa lonjakan atau osilasi.

Kurva II : Keadaan kurang redam, dimana gerakan kumparan dipengaruhi oleh

osilasi sinusoida teredam. Laju dimana osilasi berhenti ditentukan

konstanta redaman ( D ), momen inersia ( J ) dan torsi lawan ( S )

yang dihasilkan gantungan kumparan.

Kuva III : Keadaan redaman kritis, dimana jarum kembali dengan cepat ke

keadaan mantap tanpa osilasi.

Idealnya, respons galvanometer adalah sedemikian rupa, sehingga jarum jam

bergerak ke posisi akhir tanpa lonjakan, berarti gerakan tersebut harus pada

keadaan redaman kritis, akan tetapi dalam praktek, pada umumnya galvano- meter

sedikit kurang teredam, sehingga jarum sedikit melonjak sebelum berhenti, dan lebih

lambat dari redaman kritis.

3.2.3 Mekanisme Redaman Redaman galvanometer terjadi dalam dua mekanisme, yaitu :

1. Redaman mekanis, disebabkan :

a. perputaran kumparan di udara sekelilingnya dan tidak bergantung pada arus

listrik di kumparan.

b. gesekan di bantalan-bantalannya karena gerakan.

c. pembengkokan pegas-pegas gantungan.

2. Redaman elektromaknetik, disebabkan : efek induksi di dalam kumparan, yang

berputar di dalam medan maknet.

Cara-cara peredaman :

- Alat-alat ukur PMMC dibuat agar menghasilkan redaman viskos yang minimum

dan derejat redaman diperbesar.

- Beberapa instrumen menggunakan prinsip elektromaknetik ( hukum Lenz ),

dimana kumparan digulung pada sebuah rangka aluminium ringan, perputaran

kumparan dalam medan maknet menghasilkan arus sirkulasi pada logam peng-

hantar, sehingga torsi penahan dibangkitkan untuk melawan gerakan kumparan.

- Sebuah galvanometer dapat juga diredam dengan sebuah tahanan dihubungkan

ke kumparan, jika kumparan berputar dalam medan maknet tegangan dibangkit-

kan di kumparan yang akan mensirkulasi arus melalui kumparan dan tahanan

luar, sehingga dihasilkan torsi yang meredam gerakan kumparan.

4

Page 5: Pengukuran Besar Listrik

Tahanan Luar CDRX : - Untuk setiap galvanometer, nilai tahanan luar tersebut adalah tahanan yang

menghasilkan redaman kritis yang disebut CDRX ( critical damping resistance

external ), merupakan suatu konstanta penting untuk galvanometer.

- Torsi yang dihasilkan CDRX bergantung pada tahanan total dari rangkaian,

semakin kecil tahanan total, semakin besar torsi redaman.

- Salah satu cara menentukan CDRX adalah dengan mengamati ayunan

galvanometer, jika arus dihubungkan atau diputus dari kumparan. Dimulai dari

kondisi osilasi, dicoba memperbesar nilai tahanan luar sampai diperoleh suatu

nilai dimana lonjakan menghilang, cara ini tidak begitu tepat , akan tetapi cukup

memadai untuk umumnya tujuan praktis.

Nilai CDRX juga dapat ditentukan dari konstanta-konstanta galvanometer yang

diketahui.

3.3 Mekanisme Kumparan-Putar Maknet Permanen

3.3.1 Gerak d’ Arsonval ( d’ Arsonval movement )

Gerakan dasar kumparan putaran maknet permanen yang ditunjukan pada

gambar 2, sering disebut dengan gerak d’Arsonval.

Konstruksi ini memungkinkan maknet besar di dalam suatu ruangan tertentu dan

digunakan bila diinginkan fluksi terbesar di celah udara.

Dia adalah instrumen dengan kebutuhan daya sangat rendah dan arus kecil untuk

defleksi skala penuh.

Gambar 4, menunjukkan sebuah pandangan maya dari gerakan d’Arsonval.

Gambar 4

5

Page 6: Pengukuran Besar Listrik

Pengamatan pada gambar 4, menunjukkan :

- Sebuah maknet permanen berbentuk sepatu kuda dengan potongan-potongan

besi lunak menempel padanya.

- Antara potongan-potongan tersebut, terdapat sebuah silinder besi lunak yang

berfungsi untuk menghasilkan medan maknet yang homogen.

- Kumparan yang dililitkan pada sebuah kerangka logam ringan dan dipasang

sedemikian rupa hingga dapat berputar bebas di celah udara.

- Jarum penunjuk dipasang dibagian atas kumparan, bergerak sepanjang skala

yang sudah dibagi-bagi dan menunjukkan defleksi sudut kumparan yang berarti

juga menunjukkan arus melalui kumparan.

- Bentuk “ Y “ adalah pengatur nol ( zero adjust ) dan dihubungkan ke ujung tetap

pegas pengatur depan.

- Sebuah pasak eksentrik ( pin ) yang menembus kotak instrumen yang

memegang bagian “ Y “, sehingga posisi “ nol “ jarum dapat diatur dari luar.

- Dua pegas konduktif dari fosfor-perunggu biasanya berkekuatan sama, yang

menghasilkan gaya terkalibrasi untuk melawan torsi kumparan putar dan prestasi

pegas yang konstan dibutuhkan untuk mempertahankan ketelitian instrumen.

- Ketebalan pegas diperiksa secara teliti untuk mencegah kondisi pegas yang

permanen ( eksitasinya hilang ). Arus dialirkan dari dan ke kumparan melalui

pegas-pegas penghantar.

- Keseluruhan sistem yang berputar dibuat setimbang statis oleh tiga buah beban

kestimbangan untuk semua posisi defleksi, seperti ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5

- Jarum, pegas dan titik putar ( pivot ) dirakit ke peralatan kumparan dengan

menggunakan alas titik putar dan ditopang oleh bantalan jewel ( jewel bearing ),

seperti ditunjukkan pada gambar 6. Jewel berbentuk “ V “ ditunjukkan pada

gambar 6 a digunakan secara umum pada bantalan-bantalan instrumen dan

mempunyai gesekan paling kecil diantara semua bantalan.

6

Page 7: Pengukuran Besar Listrik

Gambar 6

Instrumen PMMC tidak sesuai untuk pengukuran arus bolak balik, kecuali jika arus

tersebut disearahkan sebelum memasukkannya ke kumparan.

3.3.2 Konstruksi Maknet Inti Merancang sebuah sistem maknetik, dimana maknet berfungsi sebagai inti, memiliki

keuntungan :

- tidak terpengaruh oleh medan maknet luar

- meniadakan efek shunt maknetik dalam konstruksi panel baja, dimana beberapa

alat ukur yang bekerja berdekatan dapat saling mempengaruhi pembacaan

masing-masing.

- Kebutuhan pelindung maknetik dalam bentuk selubung besi ditiadakan.

Perincian dari alat ukur maknet inti dengan pelindung sendiri, ditunjukkan pada

gambar 7

Gambar 7

3.3.3 Suspensi “ Taut Band “

Instrumen ban kencang ( taut band ) seperti ditunjukkan pada gambar 8, mempunyai

keuntungan meniadakan gesekan suspensi titik putar jewel.

Kedua kumparan yang berputar digantung dengan menggunakan dua pita torsi,

dimana kedua pita tersebut dipasang dengan regangan ( tensi ) yang cukup kuat

7

Page 8: Pengukuran Besar Listrik

untuk menghilangkan pelengkungan seperti halnya pada galvanometer suspensi

pada gambar 1 diatas.

Torsi ini dilengkapi dengan sebuah pegas tensi, sehingga instrumen dapat

digunakan dalam sebarang posisi.

Instrumen-instrumen suspensi ban kencang dapat dibuat dengan sensitivitas yang

lebih tinggi dari yang menggunakan titik putar ( pivot ) dan jewel, dan dapat

digunakan dalam hampir semua pemakaian yang dapat dilakukan instrumen-

instrumen bertitik putar.

Instrumen-instrumen ban kencang relatif tidak sensitif terhadap goncangan dan

temperatur, dan mampu menahan kelebihan beban yang lebih besar dari jenis

lainnya.

Gambar 8

3.3.4 Kompensasi Temperatur Pengaruh temperatur pada gerak dasar PMMC bisa dikompensasi dengan

menggunakan tahanan shunt dan seri yang sesuai ( tembaga dan manganin ) dan

juga kenaikan temperatur dapat mengakibatkan berkurangnya kuat medan dan

regangan pegas.

Perubahan-perubahan ini cenderung membuat jarum membaca rendah pada suatu

arus yang diberikan berkaitan dengan kuat medan maknet dan tahanan kumparan,

sebaliknya perubahan pegas cenderung membuat jarum membaca tinggi dengan

kenaikan temperatur.

Alat ukur yang tidak terkompensasi cenderung menghasilkan pembacahan rendah

sekitar 0,2 % setiap kenaikan temperatur 100 C.

Kompensasi dapat dilakukan dengan menggunakan tahanan yang dilengkapi koreksi

suhu ( swamping resistor ) yang dihubungkan seri dengan kumparan putar

( gambar 9 a ).

Tahanan total kumparan dan tahanan swamping bertambah dengan kenaikan

temperatur, akan tetapi tidak menyebabkan perubahan pada pegas dan maknet.

8

Page 9: Pengukuran Besar Listrik

Cara lengkap untuk menghilangkan pengaruh temperatur ( gambar 9 b ) : Kenaikan temperatur menyebabkan tahanan rangkaian total akan bertambah sedikit,

karena adanya kumparan tembaga dan tahanan shunt tembaga.

Dengan demikian untuk tegangan masuk tertentu, arus total akan berkurang sedikit

terhadap kenaikan temperatur.

Tahanan-tahanan shunt bertambah lebih besar daripada gabungan seri kumparan

dan tahanan manganin, sehingga sebagian besar arus total dialirkan melalui

rangkaian kumparan.

Dengan perbandingan jumlah tembaga dan manganin dalam rangkaian, pengaruh

temperatur dapat dihilangkan.

Kerugian pemakaian tahanan-tahanan yang dilengkapi koreksi temperatur adalah

penurunan sensitivitas skala penuh alat ukur, karena diperlukan tegangan masuk

yang lebih tinggi untuk mempertahankan arus skala penuh.

Gambar 9

3.4 Sensitivitas Galvanometer Untuk menyatakan sensitivitas sebuah galvanometer, umumnya digunakan tiga buah

defenisi, yaitu :

1. Sensitivitas arus ( current sensitivity )

2. Sensitivitas tegangan ( voltage sensitivity )

3. Sensitivitas mega-ohm ( megohm sensitivity )

1. Sensitivitas Arus, didefinisikan sebagai :

Perbandingan defleksi galvanometer terhadap arus yang menghasilkan defleksi

tersebut.

Untuk galvanometer yang skalanya tidak dikalibrasi dalam milimeter ( mm ),

defleksi dapat dinyatakan dalam bagian skala, maka sensitivitas arus :

d mm

Si = ----- ------ …………. ( 3 – 2 )

I μA

9

Page 10: Pengukuran Besar Listrik

Dimana : d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm.

I = arus galvanometer dalam mikroamper ( μA )

2. Sensitivitas Tegangan, didefinisikan sebagai :

Perbandingan defleksi galvanometer terhadap tegangan yang menghasilkan-nya,

jadi :

d mm

SV = ------ ------ ……………………( 3 - 3 )

V mV

Dimana : d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm.

V = tegangan yang diberikan ke galvanometer dalam milivolt

( mV ).

Adalah lazim untuk memandang galvanometer bersama-sama dengan tahanan

redaman kritis ( CDRX ) dan kebanyakan pabrik menyatakan sensitivitas

tegangan dalam mm / mV.

3. Sensitivitas Mega-ohm, didefinisikan sebagai :

Tahanan ( dalam mega-ohm ) yang dihubungkan seri dengan galvanometer ,

agar menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bilamana tegangan

sebesar 1 V diberikan ke rangkaian tersebut.

Karena tahanan ekivalen dari galvanometer yang diparalelkan diabaikan

terhadap tahanan ( dalam mega-ohm ) yang seri dengannya, maka arus masuk

praktis sama dengan 1 / R ( μA ) dan menghasilkan defleksi satu bagian.

Secara numerik, sensitivitas mega-ohm sama dengan sensitivitas arus ;

d mm

SR = ----- = Si ------ ……………………( 3 - 4 )

I μA

Dimana ; d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm

I = arus galvanometer dalam mikroamper ( μA ).

3. Sensitivitas Balistik

Sensitivitas ini ditemukan pada galvanometer balistik dan didefinisikan sebagai :

Perbandingan defleksi maksimal galvanometer ( dm ) terhadap jumlah muatan

listrik ( Q ), jadi :

dm mm

SQ = ------- ------ …………………….( 3 - 5 )

Q μC

10

Page 11: Pengukuran Besar Listrik

Dimana : dm = defleksi maksimal galvanometer dalam bagian skala atau

mm.

Q = muatan listrik dalam mikrocoulomb ( μC ).

Contoh 1 : Sebuah galvanometer uji seperti ditunjukkan pada gambar

dibawah ini.

E = 1,5 V R1

R2

R3

RG

+

-

2500 Ω

1 Ω

IT

IG

Jika, R3 = 450 Ω, defleksi galvanometer 150 mm, dan R3 = 950 Ω, defleksi

berkurang menjadi 75 mm.

Tentukan : a. Tahanan galvanometer ( RG )

b. Sensitivitas arus galvanometer ( Si )

Penyelesaian :

a. Menghitung tahanan galvanometer ( RG )

R1

- IG = --------------------- x IT

R1 + R3 + RG

Karena defleksi R3 = 450 Ω adalah 150 mm dan defleksi untuk R3 = 950 Ω

adalah 75 mm, maka arus IG1 dalam kasus pertama adalah dua kali arus IG2 pada

kasus kedua, jadi :

1 1

IG1 = 2 IG2 atau ---------------------- = 2 -----------------------

10 + 450 + RG 10 + 950 + RG

10 + 950 + 1 RG = 20 + 900 + 2 RG

RG = 960 - 920 = 40 Ω

b. Menghitung sensitivitas arus ( Si )

Tahanan total dari rangkaian RT adalah :

R1 ( R3 + RG ) 1 ( 450 + 40 )

RT = R2 + --------------------- = 2500 + --------------------- ≈ 2500 Ω

R1 + R3 + RG 1 + 450 + 40

11

Page 12: Pengukuran Besar Listrik

E 1,5 V

Jadi : IT = ------ = ------------ = 0,6 m A

RT 2500 Ω

Untuk R3 = 450 Ω, maka IG1 adalah :

R1 1

IG1 = --------------------- x IT = -------------------- x 0,6 = 1,2 μA

R1 + R3 + RG 1 = 450 + 40

Jadi :

d 150 mm

Si = --------- = -------------- = 125 mm / μA

I 1,2 μA

3.5 Ampermeter Arus Searah ( DC Ammeters ) Untuk mengukur besarnya arus searah dalam rangkaian digunakan ampermeter arus

searah.

Disini akan dibahas mengenai metoda pengukuran arus searah tersebut dengan

menggunakan tahanan, yaitu :

1. Tahanan shunt

2. Shunt Ayrton

1. Tahanan Shunt Gerakan dasar sebuah ampermeter arus searah ( dc ) adalah galvanometer

PMMC. Disebabkan lilitan kumparan dari sebuah gerakan dasar adalah kecil dan

ringan, maka kumparan hanya dapat mengalirkan arus yang kecil.

Untuk dapat mengukur arus yang besar, maka sebagian besar dari arus tersebut

harus dialirkan ke sebuah tahanan yang disebut dengan tahanan shunt, seperti

ditunjukkan pada gambar 10.

RS Rm

+

-

I

Im IS

Gerak d’ Arsonval

Gambar 10

12

Page 13: Pengukuran Besar Listrik

Dimana : Rm = tahanan dalam alat ukur ( Ω )

RS = tahanan shunt ( Ω )

Im = arus defleksi skala penuh dari alat ukur

IS = arus shunt

I = arus skala penuh ampermeter, termasuk arus shunt

Karena tahanan shunt paralel dengan tahanan alat ukur, maka :

Vshunt = Valat ukur atau

Im Rm

IS RS = Im Rm RS = --------- ……………….( 3 - 6 )

IS

Karena IS = I - Im, maka persamaan ( 3 - 6 ), menjadi :

Im Rm

RS = --------- …………….( 3 - 7 )

I - Im

Contoh 2 : Sebuah alat ukur 1 mA mempunyai tahanan dalam 100 Ω, akan

diubah menjadi 0 - 100 mA, tentukan nilai tahan shunt yang

diperlukan

Penyelesaian : Dalam menyelesaikan soal ini digunakan rangkaian pada

gambar 10 diatas

Dari gambar dapat dihitung bahwa :

IS = I - Im = 100 - 1 = 99 mA, jadi :

Im Rm 1 mA x 100 Ω

RS = --------- = --------------------- = 1,01 Ω I 99 mA

Tahanan shunt yang digunakan pada sebuah alat ukur dasar, bisa terbuat dari

sebuah kawat tahanan bertemperatur konstan yang ditempatkan di dalam

instrumen atau sebuah shunt luar ( manganin atau konstantan ) yang memiliki

tahanan sangat rendah.

Sebuah tahanan shunt luar, seperti ditunjukkan pada gambar 11, terdiri dari

lempengan-lempengan bahan resistif yang disusun berjarak sama dan masing-

masing ujungnya di las pada sebuah batang tembaga besar dan berat.

Bahan tahanan ini mempunyai koefisien temperatur yang sangat rendah dan

memberikan pengaruh termolistrik yang sangat kecil terhadap tembaga.

Shunt luar jenis ini umumnya digunakan untuk mengukur arus yang sangat besar.

13

Page 14: Pengukuran Besar Listrik

Gambar 11

2. Shunt Ayrton Batas ukur sebuah ampermeter dc masih bisa diperbesar dengan menggunakan

sejumlah tahanan shunt, yang dipilih melalui saklar rangkuman ( range switch ).

Alat ukur sejenis ini disebut “ ampermeter rangkuman ganda “ ( multirange

ammeters ), seperti ditunjukkan pada gambar 12.

Ra

Rm

+

-

Gerak d’ Arsonval

Gambar 12

Rb Rc Rd

S

Rangkaian ini memiliki empat tahanan shunt, yaitu ; Ra, Rb, Rc, dan Rd yang

dihubunglkan paralel dengan alat ukur, agar menghasilkan empat batas ukur

yang berbeda.

Saklar S adalah sebuah saklar posisi ganda dari jenis menyambung sebelum

memutuskan ( make-before-break ), sehingga alat pencatat tidak akan rusak,

tidak terlindung dalam rangkaian tanpa sebuah shunt ketika pengubahan batas

ukur.

Shunt Ayrton atau shunt universal seperti ditunjukkan pada gambar 13, untuk

mencegah kemungkinan pemakaian alat ukur tanpa tahanan shunt, dan

keuntungan yang diperoleh adalah nilai tahanan total sedikit lebih besar.

Shunt Ayrton, memberikan kemungkinan yang sangat baik untuk menerapkan

teori dasar rangkaian listrik dalam sebuah rangkaian praktis.

14

Page 15: Pengukuran Besar Listrik

Ra

Rm

+

- Gambar 13

Rb

RC

+

1 A

5 A

10 A

Contoh 3 : Rancanglah sebuah tahanan Ayrton yang menghasilkan amper-

meter dengan batas ukur : 1 A, 5 A, dan 10 A. Gerakan d’Arsonval

yang digunakan seperti konfigurasi pada gambar 13, mempunyai

tahanan dalam Rm = 50 Ω dan defleksi penuh sebesar 1 mA.

Penyelesaian :

Batas ukur 1 A : Ra + Rb + Rc paralel dengan tahanan Rm = 50 Ω, karena gerakan alat ukur

memerlukan 1 mA untuk defleksi penuh, maka diperlukan tahanan shunt untuk

mengalirkan arus sebesar :

1 A - 1 mA = 1000 mA – 1 mA = 999 mA.

Dengan menggunakan persamaan ( 3 - 6 ), diperoleh :

1 x 50

Ra + Rb + Rc = ------------ = 0, 05005 Ω …………………..( a )

999

Batas Ukur 5 A :

Ra + Rb paralel dengan RC + Rm, disini arus 1 mA, akan mengalir melalui

RC + Rm dan 5000 mA - 1 mA = 4999 mA mengalir melalui Ra + Rb, jadi :

1 x ( RC + 50 )

Ra + Rb = ------------------------- ………………….( b )

4999

Batas ukur 10 A : Pada posisi ini Ra paralel dengan Rb + RC yang seri dengan Rm. dan arus

melalui Rm = 1 mA dan melalui Ra shunt adalah : 10000 mA – I mA = 9999 mA,

jadi :

1 x ( Rb + RC + Rm )

Ra = --------------------------------- ………………….( c )

9999

Dengan menyelesaikan ketiga persamaan simultan ( a ), ( b ) dan ( c ),diperoleh :

4999 x ( a ) : 4999 Ra + 4999 Rb + 4999 RC = 250,2

15

Page 16: Pengukuran Besar Listrik

( b ) : 4999 Ra + 4999 Rb - RC = 50 -

5000RC = 200,2

RC = 200,2 / 5000 = 0,04004 Ω

dengan cara yang sama :

9999 x ( a ) : 9999 Ra + 9999 Rb + 9999 RC = 500,45

( c ) : 9999 Ra - Rb - RC = 50 -

1000 Rb + 1000 RC = 450,45

Subsitusikan harga RC kedalam persamaan diatas, diperoleh :

1000 Rb + 1000 x 0,04004 = 450,45

450,45 - 400,4

Rb = ---------------------- = 0,005005 Ω

1000

Ra = 0,005005 Ω

Perhitungan ini menunjukkan bahwa untuk arus besar nilai tahanan shunt bisa

menjadi sangat kecil.

Tindakan pencegahan yang harus diperhatikan dalam penggunaan sebuah

ampermeter :

1. Jangan sekali-kali menghubungkan ampermeter ke sumber tegangan

( karena tahanannya rendah, arus menjadi tinggi ), sehingga merusak alat

tersebut. Ampermeter arus selalu dihubungkan seri dengan beban yang

mampu membatasi arus.

2. Periksa polaritas yang tepat, karena polaritas terbalik, menyebabkan defleksi

yang berlawanan arah dan dapat merusak jarum penunjuk.

3. Jika menggunakan alat ukur rangkuman ganda, pertama-tama gunakan

rangkuman yang tertinggi, kemudian turunkan sampai diperoleh defleksi yang

sebenarnya.

Untuk memperbesar ketelitian pengukuran, gunakan rangkuman yang akan

menghasilkan pembacaan terdekat ke skala penuh.

Daftar Pustaka1. Wiliam D. Cooper, “ Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran “

Jakarta, Januari 2008

Ir. S.O.D. Limbong

16