View
158
Download
16
Category
Preview:
DESCRIPTION
ilmu penting
Citation preview
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
( 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
Recommended