pengukuran besaran
TRANSCRIPT
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
1/8
Mata Kuliah : Pengukuran Besaran Listrik
Dosen : Dicky Arinanda, MT.
Satuan dan Standar
Ilmu pengukuran listrik merupakan bagian integral dari pada ilmu fisika. Kebanyakan alat
ukur yang digunakan sekarang pada prinsipnya sama dengan alat ukur konvensional, tetapi
sudah banyak mengalami perbaikan tentang ketelitiannya. Untuk menetapkan nilai dari
beberapa besaran yang bisa diukur, harus diketahui dulu nilai, jumlah dan satuannya.
Jumlah biasanya ditulis dalam bentuk angka-angka sedangkan satuannya menunjukkan
besarannya.
Pengertian tentang hal ini adalah penting dan harus diketahui dan disetujui bersama oleh
teknisi-teknisi antara bangsa-bangsa karena dengan melihat macam satuannya maka dapat
diketahui besaran pada alat ukurnya.
Untuk menetapkan sistrem satuan ini dibentuklah suatu komisi standar internasio nal.
Sistem satuan yang pertama adalah C.G.S. (Centimeter, Gram, Second) sebagai dasar.
Ada dua sistem C.G.S. yang digunakan yaitu C.G.S. elektrostatis dan C.G.S. elektrodinamis.
Dalam pengukuran listrik yang banyak digunakan adalah yang kedua.
Sistem Satuan C.G.S. dan Satuan Praktis
Satuan-satuan praktis yang sering digunakan dalam pengukuran-pengukuran besaran
listrik adalah :
Arus Listrik ( I ) = Ampere ( A )
Tegangan ( V ) = Volt ( V )
Tahanan ( R ) = Ohm ( W )
Daya Semu ( S ) = Voltampere ( VA)
Daya Nyata ( P ) = Watt ( W )Daya Reaktif ( Q ) = Voltampere reaktif ( VAR )
Induktansi ( L ) = Henry ( H )
Kapasitansi ( C ) = Farad ( F )
Muatan Listrik ( Q ) = Coulomb ( C )
Sistem Satuan M.K.S.
Tahun 1901 diusulkan sistem satuam Meter, Kilogram, Second (M.K.S.). Sistem ini
merupakan pengembangan sistem C.G.S. dimana panjang dalam meter, berat dalam
kilogram dan waktu dalam detik. Sehingga dalam sistem ini adalah sebagai berikut :
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 1
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
2/8
Luas = m2
Volume = m3
Kecepatan = m/det
Gaya = newton
Kerja, Energi = joule
Daya = watt
Kuat arus = ampere
Tegangan = volt
Alat Ukur
Secara umum alat ukur ada 2 type yaitu :
1. Absolute Instruments
Merupakan alat ukur standar yang sering digunakan di laboratorium-laboratorium
dan jarang dijumpai dalam pemakaian di pasaran lagi pula alat ini tidak memerlukan
pengkalibrasian dan digunakan sebagai standar.
2. Secondary Instruments
Merupakan alat ukur dimana harga yang ditunjukkan karena adanya penyimpangan
dari alat penunjuknya dan ternyata dalam penunjukan ada penyimpangan maka alat
ini harus lebih dulu disesuaikan/dikalibrasi dengan membandingkan dengan absolute
instruments atau alat ukur yang telah lebih dulu disesuaikan.
Metode Pengukuran
Ada dua metode yang digunakan dalam suatu pengukuran, yaitu:
1. Metode Nol
Dimulai keadaan seimbang .
Dihubungkan ke benda yang diukur, keseimbangan terganggu.
Hasil pengukuran adalah seberapa besar upaya yang diperlukan untuk
mengembalikan ke keasaan seimbang .
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 2
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
3/8
Gambar 1. Contoh alat ukur dengan metode nol, timbangan pasar
2. Metode Defleksi
Dimulai dari keadaan seimbang
Dihubungkan ke benda yang diukur, keseimbangan terganggu
Hasil pengkuran adalah kalibrasi penyimpangan dari keadaan awal kedalam
suatu besaran ukur
Gambar 2. Contoh alat ukur dengan metode defleksi, pressure gauge
Mode Operasi
1. Analog
Semua informasi ditampilkan, termasuk noise dan besaran yang diukur.
Pembacaan besaran secara manual sehingga kerap ada kesalahan
pengukuran.
Mengandalkan perangkat mekanik, rawan kesalahan karena faktor usia.
Lebih murah ongkos produksinya.
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 3
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
4/8
Gambar 3. Multimeter analog
2. Digital
Pembacaan sudah dalam satuan angka, tidak ada kesalahan pembacaan
akan tetapi ketelitian terbatas.
Mengandalkan perangkat elektronik, cenderung lebih awet.
Terdapat keadaan off (besaran masuk dianggap nol), no respond (besaran
masuk terukur nilai konstan), dan on (terdapat perubahan besaran terukur,
baik naik maupun turun).
Gambar 4. Multimeter Digital
Kesalahan Dalam Pengukuran
Pada pengukuran listrik selalu dijumpai kesalahan-kesalahan hasil pengamatan. Kesalahan
tersebut dapat terjadi karena sipengamat maupun oleh keadaan sekitarnya (suhu) atau dari
alat ukur sendiri yang membuat kesalahan. Kesalahan dari konstruksi alat sendiri besarnya
ditentukan oleh pabrik. Sebelum dibahas tentang kesalahan ini, maka perlu diketahui
beberapa istilah yang dalam pengukuran listrik adalah sebagai berikut:
1. Ketelitian (Accuracy) : angka yang menunjukkan pendekatan dengan harga yang
ditunjukkan sebenarnya dari pada besaran yang diukur.
Contoh :
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 4
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
5/8
Sebuah amperemeter menunjukkan arus sebesar 10A sedangkan accuracy 1%
maka kesalahan pengukurannya adalah 1% X 10A = 0,1A sehingga harga
sebenarnya dari hasil pengukurannya adalah (10 + 0,1)A.
2. Presisi : kemampuan dari alat ukur dalam pengukurannya, bila dalam
pengukurannya. Bila dalam pengukurannya kesalahannya kecil, maka presisinya
tinggi, presisi ini hubungannya juga dengan accuracy.
3. Sensitivitas : kemampuan alat ukur dengan input yang kecil sudah didapat
perubahan output yang besar atau penyimpangan jarum penunjuk yang besar.
Satuan sensitivitas: ohm/volt, secara umum sensitivitas ini hanya terdapat pada alat
ukur voltmeter dimana tahanan dalam dari voltmeter tersebut besarnya adalah
sensitivitas x dengan batas ukur voltmeter
4. Error (kesalahan):
Error adalah kesalahan yang mungkin terjadi dalam pengukuran.
Kesalahan = Error (), dapat dijabarkan dengan:
=M- , dimana:
M = harga pengukuran
T = harga sebenarnya ( hitungan teori)
Kesalahan Relatif merupakan perbandingan antara besarnya kesalahan
terhadap harga yang sebenarnya. Besar kecilnya error menunjukkan presisi
dari alat ukur.
Kesalahan Relatif (Rasio Kesalahan) dapat dijabarkan:
r = ( / T) x 100%
5. Koreksi ()
Koreksi adalah besaran yang diperlukan untuk memperbaiki error yang terjadi
dalam pengukuran.
Koreksi dapat dijabarkan sebagai:
=T-M
Koreksi relatif (Rasio Koreksi) merupakan perbandingan antara
besarnya koreksi terhadap nilai yang terukur
r =(/M)x100
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 5
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
6/8
Klasifikasi Alat Ukur
Pada Standar IEC No. 13B-23, spesifikasi alat ukur diklasifikasikan menjadi 8 tipe, yaitu:
0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 1,5; 2,5; dan 5
Dalam pengaturan +/- 0,05%; +/- 0,1%; +/- 0,2%; +/- 0,5%; +/- 1%; +/- 1,5%; +/- 2,5%; dan
+/- 5% secara relatif dari harga maksimumnya
Pembagian kelas:
Kelas 1 = 0,05; 0,1; 0,2
Kelas 2 = 0,5
Kelas 3 = 1,0
Kelas 4 = 1,5; 2,5; 5
Contoh:
Sebuah ampere meter memiliki skala maksimum 3A, hasil pengukuran 0,6A, sedangkan
nilai sebenarnya 0,62A.
Rasio kesalahan relatif terhadap harga skala maksimal adalah:
-0,02/3 = -0,7%
Rasio kesalahan terhadap harga penunjuk:
-0,02/0,6 = -3,3%
Jadi alat ukur tersebut termasuk kategori kelas 1, sedangkan kesalahan pengukuran dalam
praktek -3,3%
Sebab-sebab kesalahan alat ukur:
Medan magnetik dari luar
Temperatur lingkungan
Pemasanan internal
Umur alat ukur
Gesekan pada sumbu dan bantalan
Letak alat ukur, tidak sesuai papan skala, contoh:
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 6
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
7/8
Metode Koreksi
1. Inherent insensitivity:
Alat ukur hanya peka terhadap sinyal yang ingin diukur, Sensor pada alat
ukur telah dirancang untuk hanya mendeteksi suatu fenomena dalam
spesifikasi tertentu.
Contoh: Microphone ultra-sonic, hanya peka terhadap suara pada rentang
frekuensi ultra-sonic (>20.000 Hz), suara yang memiliki frekuensi selain itu
tidak dideteksi sebagai masukan terhadap sistem pengukuran.
2. High gain feedback:
Alat ukur dapat mengkoreksi kesalahan dari perubahan konsidi alat ukur
tersebut.
3. Calculated output correction:
Error telah diketahui terlebih dahulu, koreksi dilakukan setelah diketahui
besarnya sinyal terukur.
Contoh: Pengukuran distribusi suara dari suatu speaker pada suatu aula.
Keadaan akustik dari ruang tersebut sudah lebih dahulu diketahui sehingga
saat melakukan pengukuran, pantulan suara yang seharusnya tidak terjadi
akan dihilangkan karena kondisi pantulan sudah diketahui.
4. Signal filtering:
Memakai filter untuk menghilangkan gangguan pengukuran. Sinyal yang
ditangkap oleh sensor akan difilter terlebih dahulu sebelum akhirnya
memberikan defleksi pada alat ukur.
Contoh:
5. Opposing inputs:
Memberi input tambahan untuk menghilangkan gangguan
Ukuran Standar Kelistrikan
Ukuran standar dalam pengukuran sangat penting, karena sebagai acuan dalam
peneraan alat ukur yang diakui oleh komunitas internasional. Ada enam besaran
yang berhubungan dengan kelistrikan yang dibuat sebagai standar, yaitu standar
amper, resistansi, tegangan, kapasitansi, induktansi, kemagnetan, dan temperatur.
1. Standar ampere
Menurut ketentuan Standar Internasional (SI) adalah arus konstan yang dialirkan
pada dua konduktor dalam ruang hampa udara dengan jarak 1 meter, di antara
kedua penghantar menimbulkan gaya = 2 10-7 newton/m panjang.
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 7
-
7/29/2019 PENGUKURAN BESARAN
8/8
2. Standar resistansi
Menurut ketentuan SI adalah kawat alloy manganin resistansi 1 yang memiliki
tahanan listrik tinggi dan koefisien temperatur rendah, ditempatkan dalam tabung
terisolasi yang menjaga dari perubahan temperatur atmosfer.
3. Standar tegangan
Ketentuan SI adalah tabung gelas Weston mirip huruh H memiliki dua elektrode,
tabung elektrode positip berisi elektrolit mercury dan tabung elektrode negatip diisi
elektrolit cadmium, ditempatkan dalam suhu ruangan. Tegangan elektrode Weston
pada suhu 20C sebesar 1.01858 V.
4. Standar Kapasitansi
Menurut ketentuan SI, diturunkan dari standart resistansi SI dan standar tegangan
SI, dengan menggunakan sistem jembatan Maxwell, dengan diketahui resistansi dan
frekuensi secara teliti akan diperoleh standar kapasitansi (farad).
5. Standar Induktansi
Menurut ketentuan SI, diturunkan dari standar resistansi dan standar kapasitansi,
dengan metode geometris, standar induktor akan diperoleh.
6. Standar temperatur
Menurut ketentuan SI, diukur dengan derajat kelvin besaran derajat kelvin
didasarkan pada tiga titik acuan air saat kondisi menjadi es, menjadi air dan saat air
mendidih. Air menjadi es sama dengan 0 celsius = 273,160 kelvin, air mendidih
100C.
Pengukuran Besaran ListrikDicky Arinanda Arifin ST,MT
Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana
11 8