ALAT-ALAT UKUR LISTRIK
OLEH WIDAYANTI,M.Si
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UIN SUNAN KALIJAGA YOGYAKARTA
1
KATA PENGANTAR
Buku mengenai alat-alat ukur elektronika yang kami sajikan ini untuk kalang kalangan an yang yang memili memilih h jalur jalur profesi profesi ketekn keteknika ikan n maupun maupun fisika. fisika. Penget Pengetahu ahuan an mengenai alat-alat ukur elektronika sangatlah penting terutama untuk menunjang penyediaan dan pengembangan sumber daya manusia yang berkualitas dan berkompetensi di bidangnya. Alat-alat ukur elektronika merupakan bagian penting dala dalam m
peng penguk ukur uran an
besa besara ran n
list listri rik k
yang yang
memb member erik ikan an
kont kontri ribu busi si
dala dalam m
perkembangan teknologi untuk pembangunan. Kami Kami mengha mengharap rapkan kan buku buku ini dapat dapat diteri diterima ma dan mendap mendapatk atkan an tempat tempat serta dapat menjadi bahan bacaan tambahan terutama untuk pendidikan menengah maupun pada pendidikan tinggi serta mereka yang berminat memperdalam materi alat-alat ukur listrik dan pengukuran listrik. Isi buku ini kami peroleh dan kami sarikan dari berbagai sumber baik berupa buku teks maupun penelusuran di beberapa situs internet. Kami juga meng mengha hara rapk pkan an deng dengan an memb membac acaa
buku buku ini, ini, pemb pembac acaa
akan akan mend mendap apat atka kan n
pemahaman yang cukup secara mandiri. ela elama ma penu penuli lisa san n buku buku ini, ini, kami kami meny menyad adar arii adan adanya ya kete keterb rbat atas asan an pengetahuan kami, sehingga adanya kritikan yang membangun terhadap kekurangan-kekurangan buku ini dan saran dari pembaca Insya Allah akan kami terima dengan lapang dada dan kami jadikan acuan untuk menjadi lebih baik. emoga buku ini bermanfaat. Amiin
!
KATA PENGANTAR
Buku mengenai alat-alat ukur elektronika yang kami sajikan ini untuk kalang kalangan an yang yang memili memilih h jalur jalur profesi profesi ketekn keteknika ikan n maupun maupun fisika. fisika. Penget Pengetahu ahuan an mengenai alat-alat ukur elektronika sangatlah penting terutama untuk menunjang penyediaan dan pengembangan sumber daya manusia yang berkualitas dan berkompetensi di bidangnya. Alat-alat ukur elektronika merupakan bagian penting dala dalam m
peng penguk ukur uran an
besa besara ran n
list listri rik k
yang yang
memb member erik ikan an
kont kontri ribu busi si
dala dalam m
perkembangan teknologi untuk pembangunan. Kami Kami mengha mengharap rapkan kan buku buku ini dapat dapat diteri diterima ma dan mendap mendapatk atkan an tempat tempat serta dapat menjadi bahan bacaan tambahan terutama untuk pendidikan menengah maupun pada pendidikan tinggi serta mereka yang berminat memperdalam materi alat-alat ukur listrik dan pengukuran listrik. Isi buku ini kami peroleh dan kami sarikan dari berbagai sumber baik berupa buku teks maupun penelusuran di beberapa situs internet. Kami juga meng mengha hara rapk pkan an deng dengan an memb membac acaa
buku buku ini, ini, pemb pembac acaa
akan akan mend mendap apat atka kan n
pemahaman yang cukup secara mandiri. ela elama ma penu penuli lisa san n buku buku ini, ini, kami kami meny menyad adar arii adan adanya ya kete keterb rbat atas asan an pengetahuan kami, sehingga adanya kritikan yang membangun terhadap kekurangan-kekurangan buku ini dan saran dari pembaca Insya Allah akan kami terima dengan lapang dada dan kami jadikan acuan untuk menjadi lebih baik. emoga buku ini bermanfaat. Amiin
!
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I. PENGGOLONGAN ALAT UKUR LISTRIK A. Alat Uku A!"#lut A!"#lut $a% S&ku% S&ku%$& $&
'
B. Alat Uk Uku El El&kt#%ika !& !&$a"aka% P Pi%"i( K& K&)a%*a.
+
. Si!#l-"i!#l Ra%kaia% Al Alat Uku S&ku%$&
/
D. Alat-alat uku *a% !ia"a $iu%aka%
/
u%tuk (&%ukua%-(&%ukua% E. P&%#l#% P&%#l#%a% a% Alat Alat uku uku Au" Au" 0T&a% 0T&a%a%, a%, $a*a, $a% E%&i !&$a"aka% aa k&)a%*a
1
BAB II. ALAT UKUR MENUNJUK A. T#"i T#"i P&%*i P&%*i(a% (a%
2
B. T#"i P&%#%t#l
2
. T#"i P&&$a
3
BAB III. ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR A. Stuktu alat uku ku(aa% (uta
4
B. Pi%"i( k&)a
''
. K&l&!i5a% $a% k&l&a5a% alat uku ku(aa% (uta
'/
D. P&%uku Au" 6A&t&7 ku ku(aa% (uta
'1
E. P&%uku T&a%a% 68#lt&t&7 ku(aa% (uta
'2
BAB III. ALAT UKUR KUMPARAN BESI PUTAR A. Pi%"i( k&)a
'9
B. A&t& $a% 8#lt&t& !&"i (uta )&%i" t#lak
'4
. P&&$aa%
+:
"
D. Alat uku ;&ku&%"i !&"i (uta
++
E. P&lua"a% !ata" uku alat uku !&"i (uta
++
BAB I8. ALAT UKUR DENGAN THERMOOUPLE A. Pi%"i( k&)a
+2
BAB 8. ALAT UKUR INDUKSI A. Pi%"i( k&)a
+9
B. A&t& i%$uk"i
+3
. 8#lt&t& i%$uk"i
//
D. K&l&!i5a% $a% K&l&a5a%
/1
BAB 8I. ALAT UKUR ELEKTROSTATIS A. Pi%"i( k&)a
/2
B. K&l&!i5a% $a% K&l&a5a%
/9
. 8#lt&t& El&kt#"tati"
/9
BAB 8II. ALAT UKUR ELEKTRODINAMIS A. Pi%"i( k&)a
/4
B. A&t& &l&kt#$i%ai"
1'
. 8#lt&t& &l&kti$i%ai"
1'
D. K&l&!i5a% $a% K&l&a5a%
1+
BAB 8III. WATTMETER 6ALAT UKUR DAYA LISTRIK7 A. Watt&t& &l&kt#$i%ai"
1/
B. Watt&t& $iital
12
. Watt&t& i%$uk"i
1<
D. Watt&t& t5&#=#u(l&
19
BAB I>. GAL8ANOMETER A. Pi%"i( k&)a
14
#
B. Gal?a%#&t& R&;l&k"i
2:
BAB >. OSILOSKOP A. O"il#"k#( a%al# 0 ART
2/
B. O"i#"k#( $iital 0 DSO
29
. O"il#"k#( "a(li%
24
D. K&l&!i5a% $a% K&l&a5a%
<'
BAB >I. GENERATOR SINYAL
BAB >II. MULTIMETER
<2
BAB >II. ALAT-ALAT UKUR DIGITAL A. 8#lt&t& $iital
<9
B. A&t& $iital
9:
. F&ku&%"i&t& $iital 6F&@u&%=* =#u%t& t*(&7
9'
BAB I. PENGGOLONGAN ALAT UKUR LISTRIK
$
%lektronika merupakan ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan cara mengontrol aliran electron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti computer, peralatan elektronik, termokopel, senikonduktor dan lain sebagainya. Ilmu yang mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang dari ilmu fisika, sementara bentuk desain dan pembuatan sirkuit elektroniknya adalah bagian dari tenik elektro, teknik computer, dan ilmu&teknik elektronika dan instrumentasi. Alat-alat yang menggunakan dasar kerja elektronika ini biasanya disebut sebagai peralatan elektronik 'electronic de(ices). *ontoh peralatan& piranti elektronik ini + abung inar Katoda ' *athode ay ube, *), radio, , perekam kaset (ideo '*), perekam */, perekam //, kamera (ideo, kamera digital, computer pribadi desk-top, computer 0aptop, P/A 'computer saku), robot, smart card, dan lain sebagainya. Besaran listrik yaitu arus dan tegangan listrik serta daya tidak dapat secara langsung ditangkap oleh panca indra kita, sehingga besaran-besaran listrik tersebut perlu ditransformasikan melalui fenomena fisis yang memungkinkan panca indra kita untuk menangkap nilai besaran listrik tersebut. Arus listrik dapat ditransformasikan ke dalam besaran mekanis yaitu dengan adanya rotasi suatu penunjuk melalui suatu sumbu tertentu. Besar sudut rotasi berhubungan langsung dengan nilai arus listrik yang diamati. /isamping arus listrik, masih pula besaran listrik yang lain seperti tegangan listrik, daya, energi, frekuensi dan sebagainya.
A. Alat Uku A!"#lut $a% S&ku%$&
Alat-alat ukur elektronika adalah alat ukur yang biasa digunakan dalam pengukuran-pengukuran yang berhubungan dengan elektronika. uatu alat ukur harus digunakan dengan baik dan benar dan layak digunakan. Alat-alat ukur elektronika dapat digolongkan menjadi dua yaitu alat ukur absolut dan alat ukur sekunder. Alat ukur absolute adalah alat ukur yang memberikan nilai terukur besaran listrik dalam pengertian konstanta dan penyimpangan alat ukur saja sehingga tidak disertai dengan kalibrasi atau perbandingan, seperti gal(anometer-
tangen yang mengukur nilai arus dalam satuan tangent dari penyimpangan yang dihasilkan oleh arus, jari-jari dan jumlah lilitan ka2at yang digunakan dan komponen hori3ontal medan bumi. Alat ukur ini biasanya hanya digunakan pada laboratorium sebagai alat ukur standar Alat ukur elektronik yang biasanya ada di laboratorium antara lain adalah+ 1. oltmeter A* dan /* !. Ammeter A* dan /* ". 4hmeter #. 5attmeter A* dan /* $. 6ultimeter . 7al(anometer 8. 4sciloscope '*4)
Alat ukur sekunder adalah alat ukur yang memberikan nilai terukur besaran listrik yang dapat ditentukan dari penyimpangan alat ukur apabila dikalibrasi lebih dahulu dengan alat ukur absolute. Alat9alat ini biasanya dipakai pada alt ukur kerja.
B. Alat Uku El&kt#%ika !&$a"aka% Pi%"i( K&)a%*a.
Alat-alat ukur elektronika dapat dibedakan juga menurut efek-efek yang digunakan dalam pengoperrasiannya, yaitu+ 1. %fek %lektrostatis untuk (oltmeter sebagai alat ukur tegangan listrik !. %fek %lektrodinamis untuk Ammeter sebagai alat ukur arus listrik dan oltmeter, 5attmeter ". %fek %lektromagnetis untuk Ammeter, (oltmeter 5attmeter dan 5att-:am meter #. %fek magnetis untuk Ammeter dan oltmeter $. %fek Panas, untuk Ammeter dan oltmeter . %fek Kimia untuk Ampere-jam meter arus searah
8
. Si!#l-"i!#l Ra%kaia% Alat Uku S&ku%$&
Alat
ukur sekunder terdiri dari tiga yaitu alat ukur menunjuk, Alat ukur
mencatat, dan Alat ukur terintegrasi. Alat ukur menunjuk akan menunjukkan nilai sesat pada saat dilakukan pengukuran. Alat ukur mencatat akan menunjukkan hasil pengukuran dari rekaman (ariasi jumlah listrik terus menerus selama 2aktu tertentu. Alat ukur terintegrasi adalah alat ukur yang mengukur dan mencatat dengan
suatu
perangkat piringan yang diberi angka dan penunjuk jumlah listrik total 'ampere jam) atau jumlah total dari energi listrik 'kilo 2att-jam) yang digunakan oleh suatu rangkaian pada 2aktu tertentu. :umlah tersebut merupakan hasil kali antara 2aktu dengan jumlah listrik
D. Alat-alat uku *a% !ia"a $iu%aka% u%tuk (&%ukua%-(&%ukua%
Pada table di ba2ah ini diperlihatkan contoh-contoh alat-alat ukur penunjuk listrik
abel 1. imbol sistem alat ukur elektronika Si!#l
Si"t&
;
E. P&%#l#%a% Alat uku Au" 0T&a%a% , $a*a, $a% E%&i !&$a"aka% aa k&)a%*a
Berdasarkan cara kerja dan susunannya, jenis alat ukur listrik dapat digolongkan sebagai berikut+ 1. :enis Kumparan putar
BAB II. ALAT UKUR MENUNJUK
=
Alat ukur menunjuk merupakan alat ukur yang langsung memberikan nilai pengukuran besaran lustrik pada skala yang yang dapat dibaca dengan jelas dan akan menunjukkan harga besaran listrik yang diukur pada saat itu. Alat ukur ini terdiri dari suatu penunjuk yang dapat bergerak sepanjang skala yang dikalibrasi, dan disambungkan dengan system berputar dari alat ukur yang mempunyai bantalan batu permata. istem berputar dari alat ukur tersebut dikenai torsi-torsi sebagai berikut+ 1. orsi penyimpang !. orsi Pengontrol ". orsi Peredam
A. T#"i P&%*i(a%
%fek elektrostatis, elektrodinamis, magnetis, induktif, panas merupakan beberapa efek yang dapat menghasilkan torsi penyimpang. orsi ini menyebabkan system yang berputar, bergerak dari posisi nol. /emikian juga penunjuk yang terpasang pada system juga ikut bergerak dari posisi nolnya. Posisi nol adalah posisi pada saat alat ukur tidak dipakai.
B. T#"i P&%#%t#l
orsi pengontrol digunakan untuk mengontrol penyimpangan system yang berputar supaya tidak berputar terus menerus, sehingga torsi pengontrol ini berla2anan arah dengan torsi penyimpang. Petunjuk yang terpasang pada system dihentikan pada suatu posisi di mana torsi penyimpang dan torsi pengontrol seimbang.. orsi penyimpang akan menjadi patokan dimana (ariasi magniu>tude dari arus akan menghasilkan penyimpangan system yang bergerak pada proporsi sesuai dengan ukurannya masing-masing. :ika tidak ada torsi pengontrol,, penunjuk pada system akan bergerak pada posisi maksimum dari magnitude arus yang diukur, dan meskipun arus sudah dihilangkan, penunjuk tidak akan kembali ke posisi nol. ori yang dapat mengontrol antara lain adalah pegas dan grafity
1?
'pemberat). 1. Kontrol 7ra(ity 'Pemberat)
7ambar 1. Kontrol gra(ity pada alat ukur menunjuk orsi Pengontrol 'Tc) sebanding dengan sudut simpangan T c∞ sin θ Penyekrupan pemberat
ke atas atau ke ba2ah system mengatur tingkatan
pengontrolan jika kontrol pegas 'Td ) sebanding dengan 1 Td ∞ 1 ehingga pada posisi berhenti
11
Tc
=
Td
1 ∞ sin θ
atau
!. Kontrol Pegas
Kontrol pegas biasanya diperoleh dari bahan pospor-perunggu atau biasa disebut dengan pegas rambut. Pegas dibuat dari bahan non magnetis, tidak mudah lembek, mempunyai tahanan jenis yang rendah dan mempunyai koefisien suhu tahanan yang rendah pula. Kontrol pegas ini dipasangkan pada system yang berputar pada alat ukur. Penyimpangan jarum penunjuk menyebabkan peas terpuntir
pada arah yang berla2anan dengan simpangan. Puntiran ini
menimbulkan simpanan torsi yang sebanding dengan sudut penyimpangan dari system yang berputar. :ika terjadi keseimbangan antarar torsi penyimpang dengan torsi pengontrol maka jarum penunjuk akan berhenti. @al ini ditunjukkan pada gambar 1 pada sub bab kontrol pegas Tc
Karena
=
∞ θ
dan
Td
∞1
Td
θ ∞ 1
maka
Karena simpangan sebanding dengan arus 1, maka alat ukur mempunyai nilai linier.
1!
. T#"i P&&$a
:ika sistem alat ukur bergerak, terdapat gaya yang beraksi berla2anan arah dengan arah gerakan system. 7aya tersebut adalah 7aya peredam yang dapat menghentikan jarum penunjuk dengan cepat. anpa adanya gaya peredam ini, jarum penunjuk akan mengalami getararn di sekitar posisi akhir simpangan beberapa saat sebelum berhenti. @al ini disebabkan adanya sifat inert atau kelembaman dari system yang berputar tersebut.Akan tetapi gaya peredam ini harus diatur pada suatu nilai yang cukup membuat jarum penunjuk naik dengan cepat pada posisi yang tidak melampaui penyimpangan. :ika peredamannya melampaui nilai tersebut , maka akan membuat alat ukur ttersebut lambat. 7aya peredam dapat diperoleh dari gesekan udara, arrus %ddy dan gesekan cairan. Pada gambar diperlihatkan metode peredamannya
7ambar !. 6etode peredaman
BAB III ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR
A. Stuktu alat uku ku(aa% (uta
Alat ukur kumparan putar adalah alat pengukur, yang bekerja atas dasar
1"
adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnet, yang berasal dari suatu magnet pemanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabakan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang penting yang dipakai untuk bermacam arus, yaitu arus searah, arus bolak-balik. Konsep struktur alat ukur kumparan putar 'permanent magnetic mo(ing coil instrument) adalah sebagai berikut+
7ambar ". Konsep struktur alat ukur kumparan putar Pada dasarnya Alat kumparan putar ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang bergerak dan bagian yang diam. Bagian yang bergerak terdiri dari kumparan putar, jarum penunjuk dan beban penyeimbang. edangkan bagian yang diam terdiri dari medan karena magnet permanen, pegas atau per serta penyangga. Kontruksi alat ukur kumparan putar ditunjukkan pada gambar #. /alam alat ukur kumparan putar, pada umumnya kumparan putarnya dibuat dari kerangka berbahan aluminium tembaga atau alumunium halus dan berosilasi.
1#
7ambar #. Alat kumparan putar terdiri dari kumparan putar, jarum penunjuk, beban penyeimbang, magnet permanent, pegas dan penyangga
Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus terhadap kumparan putar :arum penunjuk merupakan bagian yang menunjukkan besarann dari suatu hasil pengukuran. erdapat dua jenis jarum penunjuk yaitu jarum penunjuk yang tipis untuk alat ukur dengan ketelitian tinggi dan jarum penunjuk yang tebal untuk memudahkan pembacaan dari kejauhan dan biasanya diletakkan pada panel listrik. Beban penyeimbang diletakkan di belakang jarum penunjuk yang berfungsi sebagai penyeimbang sehingga poros penyangga jarum penunjuk berada tepat di titik beratnya. ujuan diberikannya beban penyeimbang ini adalah untuk mengurangi gesekan serta goncangan pada jarum penunjuk ketika menyimpang atau berdefleksi. 6agnet permanent yang diberikan berguna untuk membangkitkan medan magnet di sekitar kumparan putar dan akan menimbulkan momen gerak pada kumparan putar apabila dialiri arus. Penyangga pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk menahan berat kumparan putar beserta jarum penunjuknya. 7esekan yang terjadi antara penyangga 'je2el) dengan poros perputarannya 'pi(ot) harus diusahakan sekecil mungkin. Pegas atau per yang dipasang pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi
1$
untuk memberikan momen perla2anan terhadap momen gerak sehingga didapat suatu keseimbangan momen atau gaya pada harga penunjuknya. kema prinsip kerja alat ukur kumparan putar pada pengukuran besaran listrik arus searah dan bolak balik ditunjukkan pada gambar $ berikut+ ?1???=?????"8;???????!??1c???????????#???????"?1?;???$???????b?!?? ???????$???????c?!?=1?a??b?#??????!e?11;??1c??????fb?!1????8?????? ????bc?!?????????1?!?!!!$"8=8"8#$d??1?a??b????$$!!????=;$c11???# ee;""=?;"?;$?!?c?!?????#??????!d?1?????#???????!?1?1??1c??????fb?! =cff????????????=??1?????????##???1!$#=d$8"!?#e$88!?$!fd1e? ??????????????????????????????????#??????!d?1?1???$???????=?!????? ??!?d??????"!?a$a??ffff?1???#??????????=f?b?a1?!???!d???#??????!d?1? ????"?????????? 7ambar $. kema alat ukur kumparan putar pada 'a) Arus searah 'b) Arus bolak balik.
B. Pi%"i( K&)a
Prinsip kerja alat ukur kumparan ini adalah adanya gaya pada penghantar berarus yang diletakkan pada medan magnet 'berdasarkan percobaan 0orent3). Pada alat ukur kumparan putar pada umumnya terdapat baterai yang memungkinkan arus searah melalui alat ukur tersebut saat probe dihubungkan sehingga kemudian jarumpenunjuknya bergerak. impangan atau defleksi jarum penunjuk terjadi karena adanya interaksi antara arus dan medan magnet pada kumparan putar. Arus pada kumparan putar mengakibatkan gaya elektromagnetis yang memiliki arah tertentu sehingga jarum menyimpang sebesar θ impangan dinyatakan dengan momen gerak d = BnabI /engan B > medan magnet di celah udara a> panjang kumparan
1
b> lebar kumparan n> banyaknya lilitan I> arus
Pegas yang dipasangkan pada jarum penunjuk akan memberikan reaksi yang berbanding lurus dengan sudut rotasi sumbu dan berusaha untuk menahan perputaran dengan momen kontrol c = Apabila jarum penunjuk menyimpang dengan sudut akhir θ maka terjadi keadaan seimbang dimana d = c ecara listrik kerangka alumunium kumparan putar merupakan jaringan hubung pendek 'short circuit), dan memberikan pada kumparan momen peredam. 6agnet permanent terdiri dari sepatu kutub dan magnet permanent berbentuk <. 6agnet permanent terbuat dari logam ferromagnetik yang terbuat dari logam alnico 'campuran alumunium nikel dn cobalt) dan mempunyai kutub besi lunak yang ujungnya dibuat melengkung. Bila kumparan putar berputar yang disebabkan oleh arus yang melaluinya, maka dalam kerangkanya akan timbul arus induksi. Ini disebabkan karena putaran kerangka aluminium ini terjadi dalam medan magnet pada celah udara, sehingga tegangan yang berbanding lurus pada kecepatan perputaran akan diinduksikan dalam kerangka tersebut. Arah dari tegangan dapat ditentukan melalui hukum tangan kanan Cleming. egangan ini yang menyebabkan arus induksi mengalir ke dalam kerangka kumparan. ebaliknya arah arus induksi ini akan memotong fluks magnet dalam celah udara bila kumparan berputar, dan akan dibangkitkan momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar. Akan tetapi arah dari momen ini adalah berla2anan dengan arah perputaran, menyebabkan perputaran terhambat. /engan demikian terjadilah suatu redaman yang dapat mela2an perputaran. 0uas penampang kerangka kumparan putar mempengaruhi momen redaman. Apabila luas penampangnya kecil berarti tahanannya besar dan arus induksi kecil sehingga momen redamannya menjadi kurang.
18
. K&l&!i5a% $a% k&l&a5a% alat uku ku(aa% (uta
Kelebihan dan kelemahan alat ukur kumparan putar jenis magnet permaen adalah sebagai berikut + Kelebihan+ 1. 6emerlukan daya rendah !. kala
seragam
dan
dapat
dirancang
untuk
melampaui !8? ". mempunyai rasio torsi & berat tinggi #. dapat dimodifikasi dengan bantuan shunt dan tahsnan seri untuk memperbesar batas ukur arus dan tegangan $. tidak mempunyai kehilangan hysterisis . Peredaman dengan arus eddy sangat efektif 8. Karena medan yang bekerja pada alat ukur sangat kuat, alat ukur tidak banyak dipengaruhi oleh medan magnet luar. Kelemahan + 1. Karena kontruksi yang bagus dan
perlunya
permesinan
kecermatan
dan
perakitan
dari berbagai suku cadang, alat ukur ini lebih mahal disbanding dengan alat ukur besi putar. !. Beberapa kesalahan 'error) terjadi karena pegas control dan magnet permanent yang sudah
tua
atau
lama
pemakaiannya.
1;
Alat ukur ini pada umumnya hanya digunakan rangkaian listrik searah tetapi kadang-kadang juga digunakan dengan diberi penyearah atau sambungan thermo untuk pengukuran listrik bolak-balik pada batas-batas frekuensi tertentu. Alat ukur kumparan putar jenis magnet permanent ini dapat dipakai sebagai ammeter dengan bantuan tahanan shunt atau
sebagai (oltmeter
dengan bantuan tahanan shunt atau dengan bantuan tahanan seri yang besar.
D. P&%uku Au" 6A&t&7 ku(aa% (uta
Alat ukur kumparan putar pada dasarnya adalah alat pengukur arus atau pengukur amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar dibatasi lebih kurang di ba2ah "? mA. @al ini disebabkan alat-alat putarnya tidak dapat terlalu berat sehingga ka2at-ka2at penghantar dari kumparan tidak terlalu tebal. @arga maksimum yang dapat diukur oleh pengukur ampare ini lebih kecil dari kira-kira "? mA. Prinsip kerja ammeter ditunjukkan pada gambar
7ambar . Prinsip kerja Ammeter kumparan putar Agar pengukur ampare ini dapat melakukan pengukuran arus yang lebih besar dari "? mA, maka dapat dilakukan dengan menambahkan suatu hambatan yang dihubungkan parallel pada kumparan putar seperti yang ditunjukkan pada gambar 8. ahanan yang dipasang ini biasa disebut sebagai tahanan shunt.
1=
7ambar 8. 'a) Ammeter dengan rangkaian shunt 'b) oltmeter dengan rangkaian shunt :ika tahanan total pada kumparan putar dan pegas-pegas pengontrol disebut R1 , sedangkan arus yang diukur adalah I, kemudian arus yang masuk ke dalam kumparan disebut dengan ID maka akan berlaku persamaan Epersamaan berikut+ I = m I F m
=
R1 + R! R!
m adalah harga factor perkalian 'multiplikasi) dari shunt. 5alaupun arus yang masuk sebenarnya ke dalam kumparan putar adalah IG, tapi harga skala yang diberikan sesuai dengan arus I sehingga memungkinkan untuk pengukur ampere dengan tahanan shunt ini untuk mengukur arus sebesar m kali lebih besar ebagai contoh, bila diberikan tahanan shunt sebesar $,??$ m Ω dan dipasang parallel dengan suatu kumparan putar pengukur arus yang mempunyai harga skala maksimum 1?? µ A dan tahanan dari alat putarnya 'pegas) sebesar $ k
Ω maka faktor perkalian yang diperoleh adalah sebesar
m
=
$.??? + $,??$ $,??$
= 1.???
ehingga arus yang diuukur adalah
!?
I = m I H = 1.??? x1?? = 1??mA
dari perhitungan di atas dimungkinkan untuk membuat alat ukur arus dengan harga skala maksimal 1?? mA
E. P&%uku T&a%a% 68#lt&t&7 ku(aa% (uta
Konfigurasi dasarnya adalah dengan menghubungkan suatu tahananan seri dengan kumparan putar alat ukur arus dimana arus secara langsung masuk ke dalam kumparan putar.:ika tahanan dari kumparan putar adalah 1 dan tahanan seri yang dipasang adalah !, maka jika tegangan yang akan diukur diletakkan di ujung dari alat ukur tegangan tersebut, maka arus I akan mengalir melalui kumparan putar dan dipenuhi persamaan sebagai berikut+
V = ( R1 + R ! ) I
:adi 2alaupun arus yang mengalir melalui kumparan putar adalah I, namun jarum penunjuk akan menunjukkan skala berupa tegangan . ebagai contoh, jika terdapat suatu tahanan yang mempunyai harga 8,$ k
Ω dihubungkan secara seri dengan suatu kuparan putar yang mempunyai harga skala m aksimal # mA dan tahanan dalam sebesar " V = ( " + "8.$??) ?,??# = 1$? V pada
I
=
Ω
maka diperoleh
#mA
ehingga telah diperoleh pengukur tegangan dengan skala maksimal 1$? . @arga tahanan seri harus dipilih sedemikian rupa, sehingga jika alat ukur tegangan dipakai untuk tegangan yang diperuntukkannya, maka arus yang mengalir dalam kumparan putar adalah pula arus yang diperuntukkannya yang biasanya berkisar antara beberapa puluh sampai beberapa mA. Biasanya tahanan
!1
seri yang dimaksud telah ada di dalam alat ukur tegangan tersebut bersama dengan bagian-bagian yang lainnya. amun jika alat pengukur tegangan tersebut dipergunakan untuk mengukur tegangan di sekitar 1?.??? atau lebih tinggi, tahanan seri akan menjadi sedemikian besarnya dan memungkinkan terjadinya panas yang tentunya akan sukar diisolasikan, sehingga sebaiknya oada keadaan tersebut tahanan seri sebaiknya ditempatkan di luar dari alat ukurnya.
BAB I8. ALAT UKUR KUMPARAN BESI-PUTAR
A. Pi%"i( K&)a
Alat ukur dengan besi putar bekerja berdasarkan pada arus yang akan diukur melalui kumparan yang tetap dan menyebabkan terjadinya medan magnet. Potongan besi ditempatkan di medan magnet tersebut dan menerima gaya elektromagnetis. Kelebihan alat ukur tipe besi putar ini sederhana tapi kuat dalam kontrussinya,serta murah. ehingga banyak digunakan sebagai pengukur arus listrik dan tegangan listrik pada frekuensi-frekuensi yang dipakai pada jaring jaring yang terdapat di kota. /i samping itu alat ukur ini mempunyai sudut yang sangat besar. Prinsip kerjanya ditunjukkan pada gambar ;
!!
7ambar ;. kema alat ukur kumparan besi putar Berdasarkan prinsip kerjanya alat ukur besi putar ini dibedakan dengan dua cara yaitu 1. :enis tolak 'repusion type)+
bekerja berdasarkan
pada penolakan dari dua potong besi berdekatan yang dimagnetisasi oleh medan magnet yang sama. !. :enis tarik 'attraction type) + bekerja berdasarkan pada penarikan sepotong besi lunak terhadap medan magnet ". :enis gabungan tarik dan tolak 'combined attraction and repulsion type) seperti ditunjukkan pada gambar =
!"
'a) 7ambar =. 'a) :enis tolak
'b) 'b) :enis gabungan tari dan tolak
edangkan konsep struktur untuk alat ukur kumparan besi putar ' mo(ing iron instrument) ditunjukkan pada gambar 1?.
7ambar 1?. Konsep struktur alat ukur kumparan besi putar 'mo(ing iron instrument & 6I Instrument.
Karakteristik alat ukur besi putar adalah sebagai berikut+ 1. Pengaruh dari medan magnet luar + Kumparan yang tidak tetap
tidak
dapat
membangkitkan suatu medan magnet
yang
kuat.
4leh
karena itu seluruh kumparan diletakkan dalam suatu kotak besi yang berfungsi sebagai suatu tameng magnet. !. Pengaruh
frekuensi+
Alat
!#
ukur tegangan dengan prinsip besi putar ini, jika frekuensi tegangannya
tinggi,
maka
perubahan arus yang melalui kumparan putar lebih penting daripada pengaruh arus-arus putar.
Perubahan
disebabkan
arus
ini
perubahan
induktansi kumparan. ". Pengaruh histerisis magnet+ Alat ukur besi putar ini dapat digunakan dalam pengukuran arus searah mupun bolak balik. etapi
penggunaan
pada araus searah, kesalahan akan terjadi yang disebabkan adanya
kondisi-kondisi
magnetisasi
yang berbeda-
beda
disebabkan
kerugian
histerisis dari besi.
B. A&t& $a% 8#lt&t& !&"i (uta )&%i" t#lak
Alat ukur ini terdiri dari kumparan tetap di dalam yang ditempatkan dua batang besi lunak paralel satu sama lain dan sepanjang absis kumparan. alah satunya dipasang tetap, dan yang lain dapat bergerak dengan menggerakkan jarum penunuk sepanjang skala yang dikalibrasi.abila arus yang diukur mele2ati kumparan tetap, akan menimbulkan medan magnet sendiri yang juga menjadikan magnet dua batang tersebut yaitu titik-titik yang berdekatan sepanjang batang akan mempunyai polaritas magnet yang sama. Karena dua batang besi tersebut saling menolak sehingga jarum penunjuk disimpangkan mela2an torsi kontrol
!$
dari pegas atau pemberat. 7aya tolak hampir sebanding dengan kuadrat arus yang mele2ati kumparan dan kemanapun arah arus yang mele2ati kumparan ke dua batang akan dijadikan magnet sama sehingga akan saling tolak menolak.
7ambar 11. Alat ukur besi putar jenis tolak
kala yang seragam diperoleh menggunakan dua buah pita berbentuk lidah dari besi sebagai pengganti kedua batang tadi. Besi tetap terdiri dari besi lempeng berbentuk lidah yang dilengkungkan menjadi bentuk silinder, besi yang bergerak juga terdiri dari lempengan besi tipis yang lain dan dipasangkan sehingga bergerak paralel dengan besi tetap dan semakin sempit pada ujungnya.
. P&&$aa%
Peredam pada alat ukur kumparan besi putar disebabkan oleh tiga hal yaitu karena adanya tahanan udara dan arus putar 'eddy current).Peredaman yang disebabkan oleh tahanan udara terdiri dari kepingan peredam alumunium yang ditempatkan pada poros putarannya. :ika kepingan peeredam tersebut berputar berbarengan dengan sumbu putarnya, maka timbullah momen redaman yang disebabkan oleh adanya tahanan udara. @al ini ditunjukkan pada gambar 1!.
!
7ambar 1!. Peredam karena tahanan udara
edangkan peredaman yang dihasilkan karena adanya arus putar terdiri dari kepinganan logam yang ditempatkan tegak lurus terhadap sumbu putar 'poros). Kepingan logam ini ditempatkan dalam medan magnet yang dibangkitkan oleh suatu magnet permanen. :ika sumbu berputar, maka terjadilah arus putar 'eddy current) di dalam kepingan logam tersebut. Adanya arus putar dan medan magnet permanen akan menimbulkan adanya momen redaman yang besarnya berbanding lurus dengan kecepatan putar dan arahnya terbalik terhadap arah putar. Peredam yang disebabkan adanya arus putar diperlihatkan pada gambar 1".
7ambar 1". Peredam karena arus putar
!8
D. Alat uku ;&ku&%"i !&"i (uta
Prinsip kerja alat ukur ini tergantung pada perubahan arus yang ditarik oleh kedua rangkaian paralel satu induktif dan yang lain non induktif jika frekuensi berubah. Kumparan A dan B dipasang tetap sehingga sumbu magnet tegak lurus satu sama lain. Pada pusatnya diberi sumbu berupa jarum besi lunak yang panjang yang meluruskan sendiri sepanjang reesultante medan magnet dari dua kumparan. /i sini tidak ada peralatan kontrol. %lemen-elemen rangkian terdiri dari jembatan 2heatstone yang menjadi seimbang pada frekuensi sumber. Ketika alat ukur diuhubungkam dengan sumber, arus yang mengalir pada kumparan A dan B serta mrnghasilkan torsi yang berla2anan. :ika frekuensi sumbernya tinggi, maka arus yang melalui kumparan A lebih besar sedangkan arus yang melalui B lebih kecil. @al ini disebabkan adanya peningkatan reaktansi yang terjadi oleh B, sehingga medan magnet kumparan A lebih besar dari medan kumparan B Kelebihan+ Kelebihan alat ukur ini antara lain dapat didesain untuk mencakup batas ukur frekuensi yang besar atau kecil tergantung dari parameter-parameter yang digunakan dalam rangkaian
F. P&lua"a% !ata" uku alat uku !&"i (uta
E.'. S&!aai A&t&
Batas ukur untuk Ammeter ini dapat diperbesar dengan cara memberi tahanan shunt yang sesuai yang dipasang paralel dengan terminal-terminalnya .
!;
E.+. S&!aai 8#lt&t&
Batas ukur alat ukur ini dapat diperbesar juga dengan memasang tahanan non induktif yang dihubungkan seri. ahanan ini disebut sebagai multiplier jika dipergunakan pada rangkaian listrik searah. :ika batas ukur oltmeter ini ingin diperbesar dari ( menjadi maka kelebihan tegangan yaitu E( akan didrop pada tahanan multiplier . Apabila arus penyimpangan skala alat ukur, maka
= V − v V − v V − ir V = = − r R = iR
i
i
i
Perbesaran tegangannya
=
V v iR
Karena iR iR Atau ir
=
= V − v maka V v
V ehingga v
v
=
V v
−1
−1
R = 1 + r
ehingga makin besar tahanan multiplier, makin besar perluasan batas alat ukur tegangannya. Pada rangkaian listrik searah, harus tetap atau mempunyai koefisien suhu yang rendah. Pada rangkaian listrik bolak-balik, impedansi tota (oltmeter dan tahanan seri sedapat mungkin bertahan hampir tetap pada frekuensi yang berbeda-beda, sehingga harus dibuat non induktif untuk membuat induktansi seluruh rangkaian minimal. Kesalahan frekuensi yang disebabkan adanya induktansi kumparan dapat dikompensasi dengan memberikan kapasitor * yang dipasang paralel dengan yang ditunjukkan pada gambar 1$.
!=
C = Arus dasar
L
(1 + ! ) R
!
= ?,#1
L R!
7ambar 1#. oltmeter besi putar dengan tahanan non konduktif
7ambar 1$. oltmeter besi putar dengan rangkaian paralel dan *
"?
BAB 8. ALAT UKUR DENGAN THERMOOUPLE
hermocouple adalah suatu rngkaian yang tersusun dari dua buah logam yang masing-masing mempunyai koefisien muai panjang berbeda yang dihubungkan satu denngan yang lain pada ujung-ujungnya. :ika pada kedua titk hubung kedua logam tersebut mempunyai perbedaan temperature, maka timbullah beda potensial yang memungkinkan adanya arus listrik di dalamnya. 7aya gerak listrik akibat adanya beda potensial tersebut disebut dengan 770 thermis.
A. Pi%"i( K&)a
Konfigurasi alat ukur dengan thermocouple ditunjukkan pada gambar 1
7ambar 1. Prinsip kerja alat ukur jenis thermocouple erdapat sebuah ka2at pemanas lurus yang dibuat dari bahan yang mempunyai nilai tahanan yang cukup tinggi. Pada tengah-tengah ka2at pemanas tersebut dihubungkan dengan salah satu titik hubung dari thermocouple. Kedua ujung bebas thermocouple masing-masing dihubungkan dengan pengukur mili(olt yang akan mengukur beda tegangan yang dihasilkan oleh kedua ujung thermocouple tersebut. :ika arus I dialirkan melalui ka2at pemanas maka ka2at
"1
pemanas akan membangkitkan panas dengan besar daya berbanding dengan arus kuadratnya. Panas yang dibangkitkan ini menaikkan panas pada tengah ka2at pemanas dari T 1 ke T ! . ang sebanding dengan jumlah panas tersebut. emperatur pada salah satu titik hubung thermocouple juga naik sehingga berlaku hubungan
T 1 − T !
= K 1I !
dengan K 1 adalah suatu tetapan. itik hubung thermocouple yang satunya ditempatkan kira-kira pada temperatur ruangan sehingga thermocouple akan membangkitkan 770 thermis sebesar
E = K ! ( T 1 − T ! )
/engan K ! juga sebuah tetapan. Akhirnya hubungan antara arus dantegangan adalah
E = K 1 K ! I !
Arus yang diukur dapat diperoleh dengan mengukur tegangan pada kedua ujung thermocouple yang lain. Pada rangkaian bolak-balik arus yang diukur merupakan arus efektif yang meripakan gelombang sinus. ehingga panas yang dibangkitkan pada ka2at pemanas adalah sebagi fungsi 2aktu. /engan mengukur harga egangan %, maka diperoleh harga dari arus efektif dari arus bolak balik tersebut. Pada alat ukur ini harga arus dan tegangan yang ditunjukkan sama saja antara arus /* maupun A* sehingga alat ukur ini termasuk alat ukur yang uni(ersal untuk arus searah maupun bolak balik
dan tidak terpengaruh oleh
bentuk gelombang dari arus yang diukur.
"!
BAB 8I. ALAT UKUR INDUKSI
Induksi adalah suatu keadaan listrik hasil akibat adanya medan magnet yang bangkit disekitar kumparan berarus listrik. Bila suatu konduktor ditempatkan dalam medan magnit dari arus bolak-balik, maka arus-arus putar akan dibangkitkan didalam konduktor tersebut. 6edan-medan magnit dari arus-arus putar ini dan dari arus bolak-balik yang menyebabkannya, akan memberikan interaksi yang menimbulkan momen gerak pada konduktor9 dan prinsip ini akan mendasari kerja daripada alat-alat ukur induksi. Alat ukur induksi hanya dipergunakan pada pengukuran listrik bolak-balik serta dapat digunakan sebagai Ammeter, oltmeter ataupun 5attmeter serta %nergi meter 'K2h-meter).orsi penyimpang pada alat ukur induksi dihasilkan oleh reaksi antara fluks magnet bolak-balik.
A. Pi%"i( k&)a
Prinsip kerja alat ukur induksi ini dipengaruhi adannya torsi yang terjadi karena adanya reaksi antara fluks magnetis yang magnitudenya tergantung pada arus atau tegangan yang diukur serta tergantung pada arus eddy atau arus putar yang terinduksi pada piringan atau silinder metal oleh fluks magnet yang lain. kema prinsip kerja alat ukur induksi diperlihatkan pada gambar 18.
""
7ambar 18. Prinsip kerja alat ukur induksi Alat ukur induksi mempunyai kelebihan yaitu sistem perputarannya yang sederhana tapi kokoh, sudut penunjukkannya lebar karena penyimpangan untuk skala penuh dapat melebihi !?? ? serta tidak banyak dipengaruhi medan eksternal. Akan tetapi kelemahan alat ukur ini terbatas penggunaannya pada arus bolak-balik , biasanya hanya dipergunakan pada panel-panel listrik serta mengkonsumsi daya yang cukup banyak.
B. A&t& I%$uk"i
Konfigurasi alat ukur arus tipe induksi ini ditunjukkan pada gambar 1;
7ambar 1;. Ammeter jenis induksi
"#
T = K ! φ 1mφ ! mm sin α
Apabila kedua fluks yang dihasilkan oleh listrik bolak-balik yang diukur sama dengan harga maksimumnya adalah
I m
maka
T
!
=
K !ω I sin α
.
α dan untuk frekuensi tertentu, torsi sebanding dengan kuadrat arus. :ika piringan mempunyai kontrol pegas, piringan akan mencapai posisi simpangan stabil 2aktu torsi kontrol sama dengan torsi penyimpang. Ammeter induksi terbagi menjadi tiga jenis yaitu+ 1. Alat ukur piringan dengan kumparan fase belah, jenis silinder dengan kuumparan fase-belah !. Alat ukur jenis silinder dengan kumparn fase- belah ". Ammeter induksi kutub bayangan
1. Alat ukur piringan dengan kumparan fase belah 'ferraris type)
Pada dasarnya beda fase diperoleh dengan cara menambahkan tahanan shunt pada salah satu rangkaian kutubnya (gambar 1=). Kumparan pada dua magnet yang berlapis-lapis P1 dan P! dihubungkan secara seri. Kumparan P! dihubungkan paralel dengan tahanan sehingga kumparan ketinggalan arus total. udut pergeseran fase α yang dihasilkan fluks magnet φ 1 dan φ ! oleh P1 dan P! yang diperlukan adalah ? ?. Apabila histerisis diabaikan, maka masing-masing fluks magnet sebanding dengan arus yang diukur yaitu I
T α ∞φ 1mφ ! m sin α
"$
! Atau Td ∞ I
dimana I merupakan harga rms
Apabila digunakan kontrol pegas, maka T ∞ θ Pada sisi simpangan akhir
Tc
=
Td
! sehingga θ ∞ I
Ammeter ini menggunakan peredam arus eddy sehingga apabila piringan berputar, maka piringan tersebut akan memotong fluks pada celah udara mgnet dan arus eddy yang dihasilkan menjadi peredam.
7ambar 1=. Ammeter induksi dengan kumparan fase belah
!. Ammeter jenis silinder kumparan fase belah
Alat ukur ini bekerja dengan cara kerja piringan dengan kumparan fase belah, dimana piringan putarnya diganti dengan drum alumunium beronnga. Kutub P1 menimbulkan fluks magnet bolak balik dan arus eddy pada bagian drum yang terletak di ba2ah P!, sedangkan kutub P! menghasilkan fluks magnet bolak balik dan arus eddy pada bagian drum yang terletak di ba2ah P1. erdapat gaya C1 yang sebanding dengan φ 1 I ! serta C! yang sebanding dengan φ ! I 1 dimana gaya tersebut adalah tangensial terhadap permukaan drum yang menimbulkan torsi dan memutarkan drum di seputar sumbunya. Kumparan P! yang dihuungkan paralel dengan tahanan menimbulkan pergeseran fase antara fluks magnet φ 1 dan
"
φ ! Agar putaran dari drum tidak berrlebih, diatasi oleh pegas kontrol yang dapat menghentikan putaran pada suatu posisi dimana torsi penyimpang menjaadi sama dengan torsi pengontrol. :arum penunjuk dipasang pada poros yang dua ujung landasannya diberi bantalan dari bahan intan. Inti silinder yang berlapislapis dalam rongga drum berfungsi untuk menguatkan fluks magnet yang memotong drum. Kutub-kutub juga dibuat berlapis-lapis dan rangkaian magnet dilengkapi dengan gandar dan inti, sedangkan uuntuk peredam dilakukan oleh arus eddy yang diinduksikan pada piringan alumunium terpisah 'gambar !?)
7ambar !?. Ammeter induksi jenis silinder dengan fase belah
". Ammeter induksi kutub bayangan 'haded pole)
Kumparan yang digunakan pada alat ukur ini hanya satu buah. Clluks magnet dihasilkan oleh kumparan kemudian displit menjadi fluks φ 1 dan φ ! yang membuat pegeseran fase sebesar α . Bagian atas dan ba2ah dari kutub dekat piringan terbagi dua alur yang salah satu bgiannya diberi cincin hubung singkat. Incin ini berfungsi sebagai kumparan sekunder sedangkan kumparan utama berfungsi sebagai kumparan primer. Arus induksi menimbulkan pergeseran fase
"8
sebesar φ ! terhadap φ 1 yang besarnya sekitar $??. Cluks magnet φ 1 dan φ ! yang mele2ati bagian yang tidak diberi cincin dan yang diberi cincin masing-masing menimbulkan arus eddy dan menghasilkan torsi penggerak total
Td ∞φ 1mφ ! m sin α
:ika φ 1 dan φ ! sebanding dengan I maka Td ∞ I ! orsi ini diimbangi dengan torsi kontrol oleh pegas kontrol seperti ditunjukkan pada gambar !1
7ambar !1. Ammeter induksi kutub bayangan Ammeter induksi jenis kutub bayangan yang selengkapnya ditunjukkan pada gambar !!. Ammeter ini terdiri dari piringan alumunium atau tembaga yang dipasang pada sumbu putar 'poros). Poros dengan jarum penunjuk dikontrol oleh pegas kontrol.
";
7ambar !!. kema lengkap ammeter induksi kutub bayangan Piringan yang bergerak pada celah udara elektromagnetik yang berlapislapis dan diperkuat oleh arus yang diukur . Peredaman yang dipakai adalah peredaman karena adanya arus putar yang diinduksikan oleh magnet tetap yang ada di bagian tertentu pada piringan. /ua fluks magnet satu sama lain m mempunyai beda fase #? ? sampai $??. 6asing-masing fluks menginduksikan arus putar pada piringan.. Karena masing-masing dari arus putar sefase dengan fluks, maka terdapat dua buah torsi yang saling berla2anan arah dan menghsilkan torsi total. orsi ini akan memutar piringan-putaran yang dikontrol oleh pegas kontrol agar dapat berhenti. impangan jarum penunjuk sebanding dengan kuadrat arus atau tegangan yang sedang diukur.
. 8#lt&t& I%$uk"i
Pada alat ukur ini jumlah lilitan kumparannya banyak dan kecil-kecil. Kumparan dihubungkan paralel dengan jaring-jaring dan mengalirkan arus kecil $-1? mA. upaya garis-garis gaya magnet yang dihasilkan cukup, jumlah lilitan kumparan harus banyak. Konfigurasi dari (oltmeter induksi ditunjukkan pada gambar !".
"=
7ambar !". oltmeter Induksi
D. K&l&!i5a% $a% K&l&a5a%
Kelebihan alat ukur jenis induksi ini adalah memiliki skala penuh pengukuran yang cukup besar yang dapat melebihi !?? ?, tidak banyak dipengaruhi oleh medan dari luar, serta sangat efisiennya peredaman. edangkan kelemahan yang dimiliki oleh alat ukur ini adalah hanya dapat digunakan untuk pengukuran listrik searah, memerlukan daya yang cukup besar dalam penggunaannya serta dapat menimbulkan kesalahan 'error) jika tidak dikompensasi oleh (ariasi frekuensi dan suhu.
#?
BAB 8II. ALAT UKUR ELEKTROSTATIS
Alat ukur elektrostatis adalah alat ukur yang mempergunakan gaya elektrostatis yaitu gaya tarik antara muatan listrik yang didapatkan dari interaksi antara dua buah elektroda yang masing-masing mempunyai potensial yang berbeda. 7aya elektrostatis ini dapat menimbulkan torsi penyimpangan. Biaasanya alat ukur ini digunakan sebagai alat ukur tegangan bolak-balik dan tegangan searah.
A. Pi%"i( k&)a
Alat ukur ini terdiri dari dua buah elektroda yaitu elektroda tetap dan elektroda putar. Agar terhindar dari pengaruh pelepasan muatan listrik pada tegangan tinggi, maka tepian plat taadi dibulatkan dengan permukaan yang sangat halus. Kemudian terdapat cicin pelindung yang terpasang pada elektroda putar yang bergerak. *incin pelindung ini memungkinkan terjadinya medan yang rata antara elektroda putar dan elektroda tetap serta dapat mengurangi pengaruh medan elektrostatis sekelilingnya. %lektroda putar akan bergerak dan mendapatkan momen gaya ketika suatu tegangangan yang akan diukur ditempatkan antara dua elektroda tersebut. 6omen yang dihasilkan sebanding dengan kuadarat tegangan dan arahnya menuju bertambahnya kapasitas kondensator.
#1
tergantung kepada kudaran dari tegangan yang diukur, sedangkan pada keadaan bolak-balik, sudut putar jarum penunjuk tergantung pada harga efektif dari tegangan yang diukur. Pada arus searah, mula-mula arus pengisi mengalir yang kemudian sesudahnya arus hmpir-hampir tidak mengalir. Pada arus bolah-balik arus pengisi akan terus mengalir di antara elektroda-elektroda.
(a)
(b)
7ambar. !#. Prinsip kerja alat ukur elektrostatis 'a) diperrgunakan untuk tegangan beberapa kilo(olt 'b) dipergunakan untuk tegangan tinggi
#!
B. K&l&!i5a% $a% k&l&a5a%
Kelebihan alat ukur ini adalah sebagai berikut+ 1. Alat ukur ini
sangat ideal untuk suatu alat ukur
tegangan atau (oltmeter. !. Pada penggunaan tegangan tinggi, momen geraknya bertambah
besar
dengan menaiknya tegangan,
dengan kerugian daya yang kecil ". /apat dibuat dengan kecermatan yang tinggi #. Bebas dari kesalahan yang diakibatkan histerisis, arus eddy dan akibat pengaruh suhu $. @anya menarik arus yang sangat kecil karena kapasitansi alat ukur pada rangkaian listrik bolak balik. . /apat digunakan sampai dengan frekuensi 1??? k@3 Adapun kelemahannya adalah sebagai berikut + 1. Pada
tegangan
rendah,
momen
geraknya
sangat
rendah
sehingga
batas
tegangan yang minimal dapat dipakai untuk alat ukur ini ada di sekitar 1?? olt. !. @arganya mahal dan tidak mudah membuatnya kuat
. 8#lt&t& El&kt#"tati"
olmeter atau kilo(olmeter merupakan suatu alat ukur yang digunakan
#"
untuk mengukur besarnya potensial listrik. /alam satuan olt ') atau kilo(olt 'k).
##
5. Skema voltmeter elektrostatis
BAB 8III. ALAT UKUR ELEKTRODINAMIS
elah dibahas sebelumnya mengenai alat ukur kumparan putar dimana salah satu komponennya adalah magnet permanen. Pada alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip elektrodinamis, maka magnet permanen tersebut diganti dengan kumparan yang tetap dan arus dimungkinkan dapat dialirkan melalui kumparan tetap dan kumparan putar. 6onen gerak yang dihasilkan dari sistem tersebut merupakan interaksi antara medan magnet yang dibuat oleh kumparan tetap dan medan magnet yang dibuat oleh kumparan putar. Alat ukur
#$
elektrodinamis ini dapat digunakan untuk mengukur besaran listrik pada arus searah maupun arus bolak balik.
A. Pi%"i( k&)a
Kumparan putar '6) dari alat ukur elektrodinamis ini ditempatkan di antara kumparan tetap 'C1 dan C!) seperti ditunjukkan pada gambar !. Ketika terdapat arus 'i1) yang melalui kumparan tetap dan juga terdapat arus 'i!) yang melalui kumparan putar, maka akan dihasilkan gaya elektromagnetis yang dikenakan pada kumparan putar. Apabila kumparan telah mengalami perputaran dengan sudut tertentu yaitu sebesar θ dari posisi nolnya, maka momen gerak yang dihasilkan adalah k 1i1i! cos( α − θ ) dengan k 1 adalah tetapan. Pegas yang terpasang pada alat ukur akan memberikan momen kontrol dan terjadi keseimbangan antara momen gaya simpangan dan momen gaya kontrol yang memenuhi persamaan τ θ = k 1i1i! cos( α − θ ) dengan k 1 adalah tetapan pegas. @asil pengukuran akan ditunjukkan oleh jarum penunjuk yang tergantung pada hasil kali dua arus yang berbeda yaitu i1 dan i!
#
7ambar !. Prinsip kerja Alat ukur elektrodinamis
B. A&t& El&kt#$i%ai"
k 1i1i! τ
cos( α − θ )
Karena kumparan putar dan kumparan tetap dihubungkan seri maka i1 i!
= i dan
= k !i maka besar sudut putaran menjadi
#8
θ =
k 1k ! τ
i ! cos( α − θ )
@asil pengukuran arus oleh alat ukur elektrodinamis ini merupakan harga efektif dari arus yang diukur
7ambar !8. rangkaian-rangkaian Ammeter elektrodinamis
. 8#lt&t& El&kt#$i%ai"
#;
7ambar !;. Prinsip (oltmeter elektrodinamis
D. K&l&!i5a% $a% k&l&a5a%
Kelebihan alat ukur elektrodinamis ini dapat digunakan untuk arus searah maupun arus bolak balik serta dapat dibuat dengan presisi yang baik, sedangkan kelemahaanya adalah pemakaian dayanya yang tinggi sehingga kurang dipakai sebagai alat ukur arus maupun tegangan.
BAB I>. WATTMETER 6ALAT UKUR DAYA LISTRIK7
Alat ukur ini digunakan untuk mengukur daya listrik secara langsung.
#=
5attmeter dapat digunakan untuk pengukuran pada arus searah maupun arus bolak balik.
=
V ! R
/engan adalah tegangan beban dan I adalah arus beban Pada arus bolak balik, daya yang dipakai pada beban pada saat tegangan beban ( dan arus beban i dinyatakan sebagai p = v i dengan v dan i adalah tegangan dan arus sebagai fungsi 2aktu yang memenuhi persamaan sinusoida. erdapat beberapa jenis 5attmeter yaitu diantaranya 2attmeter elektrodinamis 2attmeter Induksi, 2attmeter elektrostatis, 2attmeter digital dan sebagainya. Paling banyak digunakan adalah 5attmeter elekrodinamis
A. Watt&t& El&kt#$i%ai"
5attmeter
analog
yang
paling
sederhana
adalah
5attmeter
elektrodinamis. Alat ukur daya ini terdiri dari sepasang kumparan tetap yang disebut sebagai kumparan arus dan sebuah kumparan putar 'yang bergerak) yang disebut sebagai kumparan tegangan 'potensial). Kumparan arus dihubungkan dengan rangkaian secara seri sedangkan kumparan tegangan dihubungkan paralel dengan rangkaian alat ukurnya. Pada 2attmeter analog ini, kumparan tegangan menggerakkan jarum penunjuk yang menyimpang sepanjang skala yang menunjukkan pengukuran daya. Arus mengalir melalui kumparan arus 'tetap) menghasilkan medan elektromagnetik di sekitar kumparan. Kuat medan ini sebanding dan sefase dengan arus. ebuah hambatan yang besar nilainya disambungkan seri pada kumparan putar
untuk mereduksi arus yang melalui
kumparan tersebut. Pada rangkaian arus searah, simpangan jarum penunjuk sebanding dengan arus dan tegangan, dan memenuhi persamaan W=VA atau P=VI.
$?
7ambar. !=. 5attmeter %lektrodinamis Pada rangkaian arus bolak balik, simpangan jarum penunjuk sebanding dengan rata-rata arus dan tegangan sesaat i dan v 5attmeter /* dac A* tersebut dapat mengalami kerusakan oleh adanya arus yang berlebihan. Pada Ammeter dan oltmeter, arus yang berlebihan ini akan menimbulkan panas dimana ini merupakan kondisi yang berbahaya 'jarum penunjuk menjadi tidak dapat bergerak lagi karena melebihi batas skala). Akan tetapi pada 5attmeter, arus dan tegangan dapat menjadi panas tetapi tidak menyebabkan penunjukan jarum melebihi batas skala. @al ini dkarenakan posisi jarum penunjuk tergantung pada faktor daya, tegangan dan arus. ehingga rangkaian dengan faktor daya yang rendah akan memberikan pembacaan yang rendah pula pada 2attmeter meskipun melebihi batas keselamatan. 4leh karena itu di samping untuk mengukur besar daya listrik dalam 5att, juga dalam (olts dan ampere. B. Watt&t& $iital
5attmeter digital merupakan alat ukur daya listrik modern. erata dari tegangan sesaat dikalikan dengan arus listriknya merupakan harga daya listrik sebenarnya. /aya ini 'P) jika dibagi dengan (olt-ampere 'A) adalh faktor
$1
dayanya. angkaian pada komputer menggunakan nilai-nilai sampel untuk menghitung tegangan 6, arus 6, A, daya '5att), faktor daya dan kilo2att-jam. Informsi mengenai besaran listrik yang diukur ditampilkan pada display 0*/. Peralatan dan skema 5attmeter digital ditunjukkan pada gambar "? dan "1
7ambar "?. alah satu bentuk 5attmeter induksi
7ambar. "1. kema rangkaian 2attmeter digital . Watt&t& i%$uk"i
5attmeter induksi juga tersusun dari sepasang kumparan yang bebas satu sama lain yang menimbulkan adanya momen yang berbanding lurus dengan hasilkali arus-arus yang melalui kumparan-kumparan tersebut. Pada gambar "! diperlihatkan diagram (ektor dari 2attmeter induksi ini. udut apit antara 'tegangan) dengan arus 'I) adalah θ . Cluks magnet φ 1 dihasilkan oleh arus beban I sedangkan fluks magnet φ ! dihasilkan dari tegangan beban . Pada diagram
$!
tersebut terlihat ba2a φ ! mempunyai sudut fase sebesar =?? didahului oleh tegangan .
7ambar "!. /iagram (ektor 5attmeter jenis induksi /itunjukkan pula dari gambar bah2a sin α = cos ϕ Agar fluks magnet φ ! mempunyai sudut fase =? ? didahului oleh tegangan , maka jumlah lilitan pada kumparan ditambah sehingga kumparan menjadi V sebuah indukstansi murni dan besar φ ! sebanding dengan ω sehingga diperoleh hubungan ω φ 1φ ! sin α = KVI cos ϕ /ari uraian di atas , maka dapat dilakukan pengukuran daya listrik menggunakan 2attmeter yang bekerja berdasarkan prisip induksi elektromagnetik. D. Watt&t& T5&#=#u(l&
Prinsip kerja 5attmeter thermocouple ini berdasarkan pada adanya gaya listrik thermis. Konfigurasi alat ukur ini diperlihatkan pada gambar ""
$"
7ambar "". kema prinsip kerja 5attmeter jenis thermocouple /ari gambar tersebut terlihat bah2a jika arus-arus berbanding lurus dengan tegangan, sehingga memenuhi persamaan
( i1 + i! ) ! − ( i1 − i! ) ! = #i1i! = #k 1k !v1 :ika i!
i
= k !i
= k 1v
merupakan arus sekumder pada transformator
T 1 sedangkan
merupakan arus sekunder dari transformator T ! maka bila sepasang
tabung thermocouple dipanaskan dengan arus i1 + i! dan i1 − i! , maka gaya listrik secara thermis juga akan digerakkan dan berbanding lurus dengan kuadrat arusarus. epasang tabung thermocouple ini dihubungkan secara seri sedemikian rupa sehingga polaritasnya terbalik, maka perbedaan tegangan yang terjadi pada ujungujungnya dapat diukur dengan sebuah mili(olt yang sebanding dengan daya yang akan diukur. 5attmeter jenis thermocouple ini biasanya digunakan untuk mengukur daya yang kecil yaitu pada frekuensi audio.
$#
BAB >. GAL8ANOMETER
Istilah gal(anometer diambil dari seorang yang bernama 0ui(i 7al(ani. Penggunaan gal(anometer yang pertama kali dilaporkan oleh :ohann ch2eigger dari
$$
dimana arus yang diukur merupakan arus-arus kecil misalnya yang diperoleh pada pengukuran fluks magnet.
A. Pi%"i( K&)a
Prinsip kerjanya menggunakan konstruksi kumparan putar yang serupa untuk pengukur arus tapi kerangka dari kumparan putarnya dihilangkan untuk mengurangi inersia dari bagian yang berputar 'gambar "#)
7ambar "#. edaman pada gal(anometer jenis kumparan putar '/-Arson(al 7al(anometer eperti diperlihatkan gambar ""
di atas, jika terdapat arus I mengalir
melalui kumparan putar, maka akan dila2an oleh tegangan yang diinduksikan dalam kumparan putar. @al ini terjadi karena adnya rotasi kumparan putar sehingga menghasilkan arus I d . Arus ini menimbulkan momen peredam yang dapat diatur dengan cara mengatur besarnya tahanan shunt r d . :ika derajat redamannya kritis, tahanan r d disebut tahanan kritis. Besaran inilah yang disebut sebagai data gal(anometer. 7ambar "$ di ba2ah ini menunjukan operasi gal(anometer.
$
7ambar "$. 4perasi gal(anometer B. Gal?a%#&t& R&;l&k"i
7al(anometer yang digunakan pada kepekaan-kepekaan yang tinggi, menggunakan system refleksi cahaya. Alat penunjuk 'pointer) yang digunakan adalah berupa cermin pemantul yang dipasang pada bagian yang berputar. Berkas cahaya dipantulkan dari cermin terrsebut kemudian diproyeksikan pada sebuah kaca buram yang mempunyai garis-garis skala pembagi. 7ambar " memperlihatkan gal(anometer jenis pemantul ini.
7ambar. " 7al(anometer jenis pemantul, lampu dan skalanya
$8
7ambar. "8 Prinsip kerja gal(anometer jenis pemantul&reflleksi Prinsip kerja 7al(anometer jenis pemantul ditunjukkan pada gambar "8. *ermin pemantul paralel dengan papan skala jika tidak ada arus mengaalir, kemudian jika ada arus yang mengalir maka cermin pemantul berputar dengan besar sudut θ . Berkas cahaya yang bersal dari sumber cahaya dipantulkan oleh cermin dan diproyeksikan ke papan skala dan menghasilkan sudut sebesar ! θ terhadap berkas cahaya yang datang nenuju cermin. Proyeksi yang berupa titk pada papan skala bergerak sepanjang d dari titik 4 dan memenuhi persamaan tan !θ =
d D
dengan d adalah jarak titik proyeksi dari 4 / adalah jarak antara cermin pemantul m dan skala .
$;
:ika besar sudut putar cermin θ jauh lebih kecil dari 1 maka persamaan di atas menjadi d
=
! Dθ
/ari persamaan di atas dapat disimpulkan bah2a dengan sudut putararn yang kecil akan diperoleh pergeseran yang dapat dideteksi. Pergeseran ini dapat digunakan sebagai indikasi perubahan arus yang mengalir pada gal(anometer.
BAB >I. OSILOSKOP
4siloskop adalah alat ukur yang sangat penting dalam bidang elektronika karena mampu menampilkan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh suatu rangkaian yang sedang diamati. Berdasarkan prinsip kerjanya osiloskop digolongkan menjadi dua jenis yaitu osiloskop tipe analog & A'analog real time) dan tipe digital &/4 ' /igital storage oscilloscope). 6asing-masing memiliki karakter yang berbeda serta mempunyai kelebihan dan kelemahan yang berbeda pula. 7ambar "; menunjukkan bentuk osiloskop beserta chanelchanelnya
$=
7ambar.";. 4siloskop dengan chanel-chanelnya A. O"il#"k#( A%al# 0 ART
4siloskop analog biasanya dipakai untuk mengamati dan menggambar bentuk-bentuk gelombang tunggal melalui gerakan pancaran elektron dalam sebuah tabung sinar katoda '*-cathode ray tube) dari kiri ke kanan. Bagian bagian pokok * seperti tampak pada gambar "=. ; 1
!
"
#
$
=
8
1?
7ambar "=. Bagian-bagian pokok tabung sinar katoda Keterangan + 1.
Pemanas & filamen
!.
Katoda
".
Kisi pengatur
#.
Anoda pemusat
$.
Anoda pemercepat
.
Pelat untuk simpangan horisontal
8.
Anoda untuk simpangan (ertikal
;.
0apisan logam
=.
Berkas sinar elektron
1?.
0ayar fluorosensi
?
%lektron yang dipancarkan dari bagian senapan elektron 'electron gun) akan membentur atau menumbuk dinding tabung * tersebut kemudian mengeksitasi elektron dalam lapisan fosfor pada layar tabung * sehingga menimbulkan perpendaran pada layar yang menggambarkan bentuk dasar gelombang. ebelum menuju layar tabung, elektron yang dipancarkan oleh senapan elektron tadi dipengaruhi oleh medan listrik dengan arah (ertikal ke atas maupun ke ba2ah yang dihasilkan oleh sepasang pelat pembelok (ertikal , juga dipengaruhi oleh medan listrik dengan arah hori3ontal yang dihasilkan oleh sepasang pelat pembelok hori3ontal. :ika semua pelat tegangannya nol (olt, maka elektron akan lurus menuju layar sehingga hanya terlihat sebuah bintik nyala di tengah-tengah layar. upaya muncul garis pada layar, maka perlu diberikan gelombang gigi gergaji pada pasangan pelat yang horisontal. egangan gigi gergaji dihasilkan oleh time base generator atau s2eep generator yang dperkuat oleh penguat horisontal. egangan gigi gergaji ini naik secara linier terhadap 2aktu sehingga berkas elektron pada layar bergerak dari kiri ke kanan. etelah sampai di bagian paling kanan layar, tegangan gigi gergaji turun dengan cepat ke nol sehingga memulai gerakan berulang dari bagian kiri layar. 7erakan balik yang cepat ini tidak dapat ditangkap oleh mata sehingga yang terlihat adalah gambar garis horisontal lurus pada layar yang tidak terputus. Agar osiloskop dapat menggambarkan bentuk gelombang yang sedang diamati maka gelombang tersebut diumpankan ke rangkaian (ertikal. angkaian (ertikal ini berfungsi memperkuat atau melemahkan simpangan (ertikal dari gelombang masukan, sehingga tegangan yang diberikan
ke pasangan pelat
defleksi (ertikal
menghasilkan medan listrik yang dapat mempengaruhi gerakan (ertikal elektron secara proporsional selagi ia bergerak menuju ke layar, yang berakibat bentuk gelombang pada layar dapat diperbesar atau diperkecil. Karena arah gerak elektron berdasar (ektor medan listrik horisontal dan (ertikal, * nya disebut direct (ie( (ector *. Prinsip osiloskop jenis analog &A dapat disederhanakan dengan gambar #? berikut+
1
7ambar. #? kema prinsip kerja osiloskop A Agar gambar pada layar dapat stabil, digunakan rangkaian picu 'trigger). :ika suatu gelombang listrik dihubungkan ke A, rangkaian picu akan memonitor gelombang masukan tersebut dan menunggu e(ent - yakni saat terjadinya peristi2a atau kondisi yang dapat dipakai untuk- pemicuan. %(ent picu ini berupa suatu sisi atau tebing gelombang yang memenuhi persyaratan yang telah didefinisikan atau ditentukan melalui suatu pilihan tombol pada panel depan osiloskop. ekali e(ent picu ini terjadi, osiloskop akan menstart generator sapu dan meragakan bentuk gelombang yang sedang diukur. Proses ini akan berulang sepanjang osiloskop tersebut dapat mendeteksi e(ent-e(ent picu.
!
7ambar #1. kema prosedur dalam osiloskop analog
B. O"il#"k#( Diital 6Diital St#a& O"=ill#"=#(&7
Pada osiloskop analog, gelombang yang akan ditampilkan langsung diberikan ke rangkaian (ertikal sehingga akan menghilang dengan cepat dengan bergeraknya sinar elektron pada layar. Pada osiloskop digital, bentuk gelombang yang diamati merupakan gambar yang bisa diam terlihat pada layar. Prinsipnya, pada osiloskop digital ini, gelombang yang akan ditampilkan pada layar terlebih dulu dicuplik atau disampling dan didigitalisasikan kemudian nilai-nilai tegangan gelombang bersama-sama dengan skala 2aktu gelombangnya disimpan. Proses mencuplik dan menyimpan ini diulangi sampai dihentikan. 4siloskop digital melakukan akuisisi 'pengambilan) gelombang yang akan diukur dalam satu e(ent
"
pemicuan, namun demikian ia secara mengukur
rutin dan
memperoleh, menyimpan
sinyal masukan, mengalirkan nilainya melalui memori dalam suatu proses kerja dengan cara9 pertama yang disimpan, yang pertama pula yang akan dikeluarkan, sambil menanti picu terjadi. ekali osiloskop ini mengenali e(ent picu yang didefinisikan oleh penggunanya, osiloskop mengambil sejumlah cuplikan yang kemudian mengirimkan informasi gelombangnya ke peraga 'layar). Karena kerja pemicuan yang demikian ini, ia dapat menyimpan dan meragakan informasi yang diperoleh sebelum picu 'pretrigger) sampai 1?? persen dari lokasi memori yang disediakan. /4 mempunyai dua cara untuk FmenangkapF atau mencuplik gelombang, yakni teknikdigital single shot atau real time sampling. /engan kedua teknik ini, ang teramati padadengan osiloskop osiloskop memperoleh semua cuplikan dengan satu e(ent picu. ayangnya laju cuplik /4 membatasi lebar pita osiloskop ketika beroperasi dalam 2aktu nyata 'real time). ecara teori 'sesuai dengan yMuist sampling theorema), osiloskop digital membutuhkan masukan dengan sekurang-kurangnya dua cuplikan per periode gelombang untuk merekonstruksi suatu bentuk gelombang. /alam praktek, tiga atau lebih cuplikan per periode menjamin akurasi akuisisi. :ika pencuplik tidak dapat sama cepat dengan sinyal masukannya, osiloskop tidak akan dapat mengumpulkan suatu jumlah yang cukup yang berakibat menghasilkan suatu peragaan yang lain dari bentuk gelombangnya aslinya. yakni osiloskop akan menggambarkan struktur keseluruhan sinyal masukan pada suatu frekuensi yang jauh lebih rendah dari frekuensi sinyal sesungguhnya. Ketika menangkap suatu gelombang bentuk tunggal 'single shot 2a(eform ) dengan cuplikan 2aktu nyata, osiloskop digital harus secara akurat menangkap frekuensi sinyal masukan. 4siloskop digital biasanya menspesifikasikan dua lebar pita9 real time dan analog. 0ebar pita analog menyatakan frekuensi tertinggi jalur masukannya yang dapat lolos tanpa cacat yang serius pada sinyalnya. 0ebar pita real time menunjukkan frekuensi maksimum dari osiloskop yang dapat secara akurat mencuplik menggunakan satu e(ent picu. Bergantung dari osiloskopnya, kadang-kadang kedua lebar pita tersebut mempunyai harga yang sama, kadang mempunyai nilai yang berbeda jauh. ebagai contoh misalnya lebar pita analog dari suatu /4 "$? 6@3 dan lebar pita real time-nya hanya #?6@3.
/engan metode alternatif yakni menggunakan eMui(alent-time sampling /4 secara akurat dapat menangkap sinyal-sinyal sampai pada lebar pita osiloskopnya, tetapi hanya pada sinyal-sinyal yang sifatnya repetitif. /engan
#
teknik ini, osiloskop digital menerima cuplikan-cuplikan pada banyak e(ent-e(ent picu yang kemudian secara berangsur-angsur mengkonstruksi keseluruhan bentuk gelombangnya. @anya lebar pita analog yang membatasi osiloskop pada frekuensi berapa dapat menerima teknik ini. Kebanyakan /4, apakah ia menggunakan teknik teknik real time atau eMui(alent eMui(alent time akan mencuplik pada laju maksimum maksimum tanpa mengacu berapa dasar 2aktu 'time base) yang di pilih. Pada kecepatan sapuan yang lebih rendah osiloskop digital menerima jauh lebih banyak cuplikan daripada yang dapat disimpannya. Bergantung kepada mode akuisisi yang kita pilih, suatu /4 akan membuang cuplikan ekstra atau menggunakannya untuk pemrosesan sinyal-sinyal sinyal-sinyal tambahan seperti deteksi deteksi puncak puncak gelombang gelombang 'peak detect), detect), maupun maupun sampul gelombang 'en(elope) .
7ambar #". kema prosedur dalam osiloskop digital . O"il#"k#( O"il#"k#( Sa(li% Sa(li% 6Sa(li% 6Sa(li% O"=ill# O"=ill#"=#( "=#(&7 &7
$
4siloskop 4siloskop ini bekerja bekerja berdasarkan berdasarkan teknik sampling dan cocok untuk bentuk bentuk gelombang berulang. 4siloskop jenis ini memiliki sensiti(itas yang tinggi dan daerah jangkauan frekuensi yang lebar dan lainnya. Beberapa kelemahan yang ada pada osiloskop A diantaranya lebar band amplifier, sensiti(itas simpanng dapat dapat diatasi diatasi oleh oleh adanya adanya osilos osiloskop kop sampli sampling ng ini. ini. 4silosk 4siloskop op ini juga juga dapat dapat mengam mengamati ati gelomb gelombang ang dengan dengan frekue frekuesi si tinggi tinggi.. Prinsip Prinsip osilos osiloskop kop samplin sampling g ditunjukkan pada gambar #"
'a)
'b) 7ambar ##. 'a) kema prinsip kerja sampling 4siloskop 'b) *ontoh sampling osiloskop / ;???
Pulsa triggering triggering 'pemicu) 'pemicu) akan mmenimbulkan mmenimbulkan tegangan pada generator generator tegang tegangan an sloping sloping..
4siloskop jenis A mempunyai kelebihan dalam hal fidelity 'kesetiaan)nya dibandingkan dengan jenis /4, karena hanya mengkodisikan sinyal masukan mele melema mahk hkan an
'mem 'mempe perk rkec ecil il))
dan dan
meng mengua uatk tkan anny nyaa
'mem 'mempe perb rbes esar ar))
dala dalam m
peragaannya di layar, maka keutuhan esensi dari sinyal masukan tetap utuh. Kesetiaan sinyal 'signal fidelity) menyatakan suatu ukuran seberapa dekat bentuk gelom gelomban bang g yang yang diraga diragakan kan oleh oleh osilos osiloskop kop sesuai sesuai dengan dengan bentuk bentuk gelomb gelombang ang masukan sesungguhnya. 4siloskop A juga mempunyai kelebihan dalam hal resolusi resolusinya nya yang yang tak terbata terbatas. s. Pancara Pancaran n elektr elektron on untuk untuk mengga menggamba mbarr bentuk bentuk gelombang mempunyai resolusi yang ajeg baik secara (ertikal maupun hori3ontal. Pada 4siloskop digital '/4), karena ada proses pembagian pembagian digitalisasi digitalisasi sebuahh sinyal ke dalam pengukuran diskret, maka /4 akan kehilangan kemampuan resolusi resolusi yang yang ada pada pada osilos osiloskop kop analog analog..
gelomb gelombang ang dalam suatu
perancangan peralatan elektronik yang kompleks seperti pada catu daya s2iching.
8
@arga osiloskop analog 'A)
relatif lebih murah daripada osiloskop digital
'/4), pengaturannya lebih mudaah karena tidak ada tunda antara gelombang yang sedang dilihat dengan peragaan pad layar.
;
BAB >II. GENERATOR SINYAL inyal generator adalah salah satu alat elektronik yang dapat menghasilkan bentuk gelombang. Bentuk gelombang tersebut dapat dilakukan pengulangan. 7enerator
sinyal analog
biasanya
digunakan
untuk menghasilkan
'memproduksi) bentuk gelombang tiga sudut 'triangle 2a(eform). 7elombang ini dihasilkan oleh adanya picu dan tidak dipicunya sebuah kapasitor secara berulangulang. /engan diketahuinya frekuensi dan tegangan gelombang generator sinyaa ini, maka alat ini kemudian dapat digunakan sebagaim pengetesan atau kalibrasi beberapa alat ukur lain. Alat ukur ini terdiri dari attenuator, bentuk gelombang yang termodulasi. Beberapa ketentuan dalam pembuatan generator yang harus dipenuhi antara lain + 1. 7elombang keluaran memiliki distorsi kecil !. Impedansi
keluaran
tidak
berubah
meskipun
frekuensi dan atau tegangan keluaran berubah ". Kebocoran gelombang elektromagnet pada terminal keluaran harus kecil sekali #. Crekuensi osilasi dan tingkat keluaran harus stabil dalam batas beberapa N $. Apabila dimodulasi, maka tingkat modulasi harus teliti dan distorsinya kecil.
=
. 7ambar. #$ Bentuk generator sinyal 7ambar #$ menunjukkan salah satu bentuk generator sinyal. Bagian yang penting pada generator sinyal adalah peredaman. alah satu jenis peredaman adalah peredam (ariabel jenis tahanan yang dilengkapi oleh sebuah elemen tahanan. Peredaman diperoleh dari kerugian tahanannya. Kelebihan peredaman jenis ini ada pada bentuknya yang kecil. Peredaman lain yaitu jenis reaktansi dimana perdamannya berdasarkan peredaman pada daerah cut off. 7elombang elektromagnetik yang ditimbulkan dalam
silinder akan diredam secara
eksponensial dengan nilai tertentu. erdapat
juga
gernerator
sinyal
yang
portable.
7enerator
ini
mengkombinasikan antara frekuensi dengan jangkauan yang lebar dengan fungsi bentuk gelombang modulasi, mempunyai bentuk yang cukup kecil dan mudah digunakan dengan perangkat
7ambar #. ignal 7enerator Add-on 6odules Increase C 4utput to !.7@3 Beberapa aplikasi dari generator sinyal adalah 1. 6engetes Penguatan pada amplifier
8?
!. 6engetes adanya 5i-Ci, CI/ ". /apat memprogram generator clock #. 6engetes dan mengkalibrasi rangkaian penerima $. umber osillator lokal . 6engetes rangkaian filter sampai 1 @3
BAB >III. MULTIMETER Berkembangnya teknologi semikonduktor telah menghasilkkan alat ukuralat ukur yang dibuat dari elemen-elemen semikonduktor. /emikian juga dibuatlah multimeter yang menggunakan elemen semikonduktor yang populer menggunakan transistor dan dioda. Alat ukur jenis ini banyak memiliki keunggulan dibanding dengan
multimeter tabung hampa diantaranya adalah
penunjukannya tidak berubah-ubah meskipun ada aus panas, bentuk rangkaiannya yang kecil serta mempunyai frekuensi dengan daerah kerja yang lebar. /i samping itu multimeter jenis ini dapat dirancang sebagai alat yang portable atau dapat bekerja 2alau hanya menggunakan sumber /*. 6ultimeter atau 46 '(olt-ohm-milliammeter)
adalah alat ukur yang dapat
digunakan
untuk
pengukuran tegangan, hambatan dan arus listrik. Ada dua tipe multimeter yaitu multimeter analog dan multimeter digital. Bentuk kedua multimeter tersebut ditunjukkan pada gambar #8
81
7ambar #8. 6ultimeter analog dan multimeter digital Perbedaan yang mendasar antara kedua tipe tersebut analah untuk ipe analog bekerja berdasarkan mekanisme gerak pointer 'jarum penunjuk) sepanjang skala yang terkalibrasi. edangkan pada tipe digital, melalui rangkaian digital yang kompleks, kaka besaran listrik yang diukur akan ditampilkan dalam bentuk angka pada layar. ecara teknik, multimeter digital lebih akurat dibandingkan mulimeter analog 'kesalahan pada tipe analog " N lebih besar dari kesalahan pada tipe digital). /emikian juga pada tipe analog mempunyai resolusi yang lebih rendah '1 N dari 1??) dibandingkan dengan tipe digital '1N dari 1???). Akan tetapi untuk mengetahui adanya noise, maka tipe analog lebih unggul dibandingkan dengan tipe digital. A. Pi%"i( K&)a Multi&t& A%al#
6ultimeter analog terdiri dari (oltmeter, ohmmeter dan Ammeter dalam satu paket alat.
8!
a)
'b)
'c) 7ambar #;. Prinsip kerja 'a) Ammeter 'b) oltmeter dan 'c) 4hmmeter
BAB >I8. ALAT-ALAT UKUR DIGITAL . Pada dasarnya besaran Ebesaran yang diukur adalah berupa besaran analog.
8"
7ambar. #=. Prinsip pengubahan besaran anaolg ke digital A. 8#lt&t& Diital
oltmeter digital
dapaat digunakan untuk mengukur tegangan A*
maupun /*. ecara garis besar, metode yang digunakan oleh (oltmeter digital ini dapat dibagi menjadi tiga yaitu metode perbandingan, metode integrasi dan metode potensiometer integrasi.
?1???=?????"8;???????!??1c???????????#???????"?1?;???$???????b?!?? ???????$???????c?!?=1?a??b?#??????!e?11;??1c??????fb?!1????8?????? ????bc?!?????????1?!?!!!$"8=8"8#$d??1?a??b????$$!!????=;$c11???# ee;""=?;"?;$?!?c?!?????#??????!d?1?????#???????!?1?1??1c??????fb?! =cff????????????=??1?????????##???1!$#=d$8"!?#e$88!?$!fd1e? ??????????????????????????????????#??????!d?1?1???$???????=?!????? ??!?d??????"!?a$a??ffff?1???#??????????=f?b?a1?!???!d???#??????!d?1? ????"?????????? 7ambar. $?. angkaian (oltmeter digital sederhana /iagram blok (oltmeter digital sederhana diperlihatkan pada gambar $? yang tersusun dari pembanding tegangan 'komparator), gerbang A/, pencacah, pendekode, penayang tujuh segmen, pengubah Analog ke digital 'A&/) serta pengubah /igital ke Analog '/&A) Pada metode perbandingan, tegangan yang diukur selalu dibandingkan dengan suatu penguat pembanding. Pengubah Analog
8#
ke /igital mengubah tegangan analog ke bentuk biner yang kemudian dikirimkan ke pendekode, yang mengubahnya ke kode tujuh segmen. Pembacaan tujuh segmen
menyatakan
tegangan
dalam
angka
desimal.
Pendekode
akan
mengaktifkan garis a sampai g sesuai dengan nilai biner yang masuk ke pendekode. Beberapa catu daya diperlukan untuk mengeset rangkaian ini. ekarang anggaplah terdapat tegangan masukan 'yang diukur) sebesar ! olt. Pertama-tama pencacah B*/ direset menjadi ????. Pembanding akan memeriksa masukan A dan B. :ik A lebih besar 'A>! olt, B>? olt) maka keluaran pembanding adalah suatu nilai logis 1 yang kemudian membuka pintu A/ sehingga pulsa detak 'clock) dapat mele2ati gerbang A/ tersebut. Pulsa detak ini menyebabkan pencacah melakukan satu cacahan yaitu ???1. ilai biner ???1 ini kemudian terpasang pada pendekode yang membuka baris b dan c dari peraga tujuh segmen sehingga memberikan pembacaan desimal 1. ???1 ini juga terpasang pada pengubah /&A. ekitar ",! olt dari pencacah terpasang pada masukan penguat amplifier '4p-Amp) melalui resistor 1$? k Ω . Besar penguatan tegangan yang dihasilkan oleh 4p-Amp tersebut adalah
Av
=
R f Rin
=
#8??? 1$????
= ?,"1
Penguatan ini jika dikalikan dengan besar tegangan masukannya, maka diproleh besar tegangan keluaran sebesar V o
= Av L V in = ?,"1 L ",! = 1
Volt
egangan keluaran /&A adalah -1 olt yang kemudian dimasukkan kembali ke angkaian pembanding. Pembanding kemudian memeriksa kembali mas ukan A dan B. 6asukan A '! olt) masih lebih besar dari masukan B '1 olt), sehingga memberikan logis 1 ke gerbang A/. 7erbang A/ mele2atkan pulsa detak '*lock) yang kedua ke pencacah B*/ sehingga pencacah melanjutkan pencacahannya sampai ??1?. yang diterukan ke pendekode dan terbaca pada peraga tujuh segmen sebagai desimal !. ilai biner ??1? tersebut juga masuk ke
8$
pengudah /&A dan mengeluarkan tegangan keluaran sebesar ! olt yang dimasukkan
kembali
ke
rangkaian
pembanding.
ekarang
masukan
A
dibandingkan dengan masukan B yang ternyata B sedikit lebih besar dari A sehingga pembanding memberikan logis ? pada gerbang A/ sehingga gerbang A/ tertutup dan tidak ada pulsa detakak 'clock) yang masuk sampai pencacah. *acahan berhenti sampai di sini dan memberikan nilai ! pada peraga tujuh segmen yang telah menampilkan tegangan sebenarnya yang sedang diukur. oltmeter digital terdiri dari tiga buah lempengan tembaga yang terpasang pada sebuah bakelite yang dirangkai dalam sebuah tabung kaca atau plastik seperti ditunjukka pada gambar $1. 0empengan luar berperan sebagai anoda sedangkan yang di tengah sebagai katoda.
7ambar $1. Bentuk (oltmeter digital B. A&t& Diital
Ammeter digital adalah alat ukur yang mengukur arus listrik dalam satuan ampere dan menampilkan nilai dari arus yang diukur dalan bentuk angka pada layar 'display). Ammeter digital dihubungkan seri dengan tahanan beban pada rangkaian. :ika arus terukur nilainya kecil, hal ini mengindikasikan adanya tahanan yang tinggi pada rangkaian sedaangkan jika nilai arus terukur terlalu tinggi, ini dapat mengindikasikan kemungkinan adanya hubungan pendek 'short
8
circuit) atau adanya komponen yang cacat. Ammeter digital ini dapat mengukur arus searah '/*) maupun arus bolak balik'A*). Beberapa ammeter yang mengukur arus A* juga mengukur daya 6 ' oot 6ean Muarre) yaitu akar kuadrat tegangan rata-rata . erdapat juga Ammeter yang memiliki komponen berupa sensor yang dipasang pada Ammeter tersebut atau di clamp mengelilingi ka2at pada ammeter. Perbedaan tipe ammeter dalah didasarkan pada perbedaan range nilai ukurnya. Ammeter digital dapat dibuat secara portable, dengan menggunakan baterai sebagai sumber tegangannya. *ontoh digital Ammeter ditunjukkan pada gambar $!.
7ambar $!. Bentuk Ammeter digital . F&ku&%"i&t& )&%i" (&%5itu% 6F&@u&%=* #u%t& T*(&7
Prinsip dasar frekuensimeter ini juga berdasarkan teknik rangkaian digital. Besar frekuensi yang diukur akan langsung ditunjukkan dalam bentuk angka sehingga mudah
dipakai, tepat serta teliti. Crekuensi yang diukur
beripa
gelombang sinus dirubah menjadi pulsa-pulsa. Pulsa-pulsa ini kemudian dicacah oleh suatu pencacah frekuensi.
mengatur rangkaian
gerbang. Pulsa-pulsa masukan akan dicacah selama satu detik dan pencacah akan langsung menunjukkan besar frekuensi yang sedang diukur. Kelemahan alat ukur ini hanya dapat mengukur frekuensi yang tinggi, sehingga pada frekuensi yang rendah perlu dirubah terlebih dulu ke frekuensi tinggi. @al ini dapat dilakukan
88
oleh rangkaian pengali frekuensi frekuency multiplier). Beberapa contoh frekuensi meter ditunjukkan pada gambar $".
'a)
'b) 7ambar $". 'a) Crekuensi meter C-11#&< dan 'b) Anritsu 6C8A --- 1?@31;7@3 6icro2a(e CreMuency counter
TENTANG PENULIS
WIIDAYANTI,M.Si lahir di urakarta pada tanggal ! 6ei 1=8. Kini
menjadi salah satu staff dosen di Program tudi Cisika
8;
