ALAT UKUR ARUS SEARAH
2.1. Galvanometer
P
ada awalnya galvanometer pengukuran arus searah menggunakan galvanometer dengan system gantung (suspension). Instrumen ini merupakan pelopor instrument kumparan putar. Prinsip dasar bekerjanya galvanometer suspension meliputi sebuah kumparan kawat halus didalam medan magnet yang dihasilkan oleh sebuah magnet permanen. Menurut hukum dasar gaya elektromagnetik kumparan tersebuat akan berputar di dalam medan magnet bila dialiri oleh arus listrik. Gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan, dan keelastisan serabut membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. Kumparan akan terus berdefleksi sampai gaya elektromaknetiknya mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian penyimpangan kumparan merupakan ukuran bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. Untuk menunjukkan hasil defleksi, sebuah cermin yang dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya yang telah diperkuat bergerak di atas skala pada suatu jarak dari instrumen. Efek optiknya adalah sebuah jarum peunjuk yang panjang tetapi tidak memiliki massa.
Pada masa sekarang galvanometer yang digunakan untuk arus searah pada umumnya adalah dari konstruksi kumparan putar. Prinsip kerjanya adalah serupa dengan kumparan putar untuk pengukur arus, akan tetapi agar enersia dari bagian yang berputar menjadi kecil, maka kerangka dari kumparan putar yang dipakai sebagai alat peredam dihilangkan.
Dengan penyempurnaan galvanometer suspension menjadi galvanometer kumparan putar, maka galvanometer suspension ini tetap masih digunakan dalam pengukuran-pengukuran laboratorium yang memerlukan sensitivitas tinggi, karena instrumen ini umumnya memeliki konstruksi yang cukup besar sehingga bersifat sulit untuk dipindah-pindahkan.
2.2. Ampermeter DC
Gerak dasar dari sebuah amperemeter arus searah (dc ammeter) adalah galvanometer PMMC (permanent magnet moving coil). Karena gulungan kumparan dari sebuah gerakan dasar adalah kecil dan ringan, maka dia hanya dapat mengalirkan arus kecil. Bila yang akan diukur adalah arus besar, maka sebagian besar dari arus tersebut perlu dialirkan ke sebuah tahanan yang disebut tahanan shunt seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut :
Tahanan shunt (R shunt) dapat ditentukan dengan menerapkan analisa rangkaian konvensional terhadap gambar di atas.
Dimana Rm = tahanan dalam alat ukur
Rsh = tahanan shunt
Ish = arus shunt
I = arus skala penuh amperemeter termasuk arus shunt
Karena tahanan shunt paralel terhadap alat ukur (amperemeter), penururnan tegangan pada tahanan shunt dan alat ukur harus sama dan dituliskan :
Vshunt = V alat ukur
Atau IshRsh = ImRm dan Rsh = (ImRm/Ish)
Karena Ish = I-Im, dapat dituliskan menjadi Rsh = (ImRm)/(I-Im)
Dengan demikian untuk setiap nilai arus skala penuh, besarnya tahanan shunt yang diperlukan dapat ditetapkan.
Tahanan shunt yang digunakan dalam sebuah alat ukur dasar bisa terbuat dari sebuan kawat tahanan temperatur konstan yang ditempatkan di dalam instrumen atau sebuah shunt luar yang memiliki tahanan yang sangat rendah.
2.3. Voltmeter DC
Penambahan sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan PMMC menjadi sebuah voltmeter arus searah, seperti ditunjukkan pada gambar berikut :
Dimana Im = arus defleksi dari alat ukur
Rd = tahanan dalam alat ukur
Rseri=tahanan pengali
Tahanan pengali membatasi arus ke alat ukur agar tidak melebihi arus skala penuh (Idp). Sebuah voltmeter arus searah mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian arus searah dan dengan demikian dihubungkan secara paralel terhadap sumber tegangan atau kumponen rangkaian. Biasanya terminal-terminal alat ukur ini diberi tanda positif dan negatif, karena polaritas harus ditetapkan.
Berdasarkan rangkaian di atas, V = Im(Rseri + Rd)
Selanjutnya untuk Rseri menghasilkan :
Rseri = (V-ImRd)/Im
= (V/Im) - Rd
Biasanya untuk batas ukur sedang yakni sampai 500 Volt pengali dipasang di dalam kotak voltmeter. Untuk tegangan yang lebih tinggi, pengali tersebut dipasang pada sepasang apitan kutub di luar kotak yakni untuk mencegah kelebihan panas di bagian dalam kotak voltmeter.
2.4. Mengubah Batas Ukur
Utuk mengukur arus bahwa alat ukurnya selalu dihubungkan seri terhadap beban yang hendak di ukur ataupun terhadap rangkaian luar. Jangan sekali-kali menghubungkannya dengan paralel karena jika dihubungkan alat ukurnya secara paralel akan terdapat dua jalan arus satu melalui tahanan beban RL dan satu lagi melalui alat ukur (lihat gambar rangkaian).
Dengan mengukur seperti pada gambar a) adalah salah, jadi gambar rangkaian di b) itu yang betul.
Gbr : a) Gbr : b)
Karena terjadi pembagian arus, akibatnya kita tidak mengukur besar arus pada RL. selain itu karena kecilnya tahanan pada alat ukur arus maka sumber arus seolah-olah dihubungkan singkat, oleh sebab itu alat ukurnya bisa rusak.
Pada gambar b. tahanan alat ukur seri terhadap RL, dengan demikian tahanan alat ukur arus harus sekecil mungkin. Apabila tahanan alat ukur arus besar maka jumlah tahanan totalnya besar, sehingga arus yang terbaca sewaktu mengukur bisa jadi lebih kecil dari arus yang sesungguhnya (tanpa alat ukur).
Untuk mengukur besarnya tegangan, alat ukur selalu dihubungkan paralel terhadap beban yang hendak diukur dan jangan dihubungkan seri. Pada bahagian sebelumnya telah di singgung tentang pengukuran tegangan, dan yang perlu diingat dalam prinsip mengukur tegangan dan arus ialah :
Alat ukur ampere meter selalu dihubungkan seri dengan rangkaian luar, dan yang akan diukur adalah besarnya arus . alat ukur mempunyai tahanan kecil, sekecil mungkin terhadap rangkaian luar (beban yang hendak diukur).
Alat ukur volt meter selalu dihubungkan paralel dengan beban yang hendak diukur, karena itu alat ukurnya harus mempunyai tahanan yag besar.
2.4.1. Mengubah Batas Ukur Arus
Didalam pelaksanaan suatu pengukuran arus, amperemeter harus dilalui kuat arus yang hendak diukur besarnya, sehingga harus dihubungkan secara seri dengan alat pemakai (beban). Dengan demikian amperemeter harus mengukur besarnya kuat arus yang diperlukan oleh beban. Karena amperemeter disambungkan langsung dalam rangkaian, maka alat ini harus mempunyai tahanan dalam (Rm) yang harganya relatif sangat kecil. Jika tidak demikian, maka Rm dari amperemeter akan menambah jumlah besarnya nilai tahanan (R total) di dalam rangkaian dan akibatnya akan mengurangi nilai kuat arus pada rangkaian.
Dalam hal ini, amperemeter tidak akan mengukur harga kuat arus yang sebenarnya, akan tetapi suatu harga yang lebih rendah dari pada itu. Oleh sebab itu makin kecil Rm nya, maka alat ukur makin baik dalam penunjukannya. Untuk memperoleh Rm yang cukup kecil, maka bagian amperemeter yang akan dilalui arus listrik seharusnya dibuat dari pada kawat yang tebal yang tidak terlampau panjang. Syarat-syarat ini dapat dipenuhi pada amperemeter jenis besi berputar. Hal ini dimungkinkan karena gulungan lapangnya yang tidak bergerak dapat dibuat dari kawat yang tebal, dan terbuat dari bahan seringan mungkin agar tidak memerlukan banyak tenaga listrik untuk menggerakkannya.
Pada konstruksi demikian, kuat arus harus dimasukkan ke dalam gulungan putar melalui pegas spiral yang halus, dan akibatnya amperemeter gulungan putar tidak dapat dilalui arus listrik yang agak besar. Untuk mengatasi kesulitan ini, maka dipasanglah suatu penahan sejajar pada gulungan putar yang disebut R shunt.
Karena tahanan shunt ini harus dilalui oleh bagian terbesar dari kuat arus total, maka nilai tahanan tersebut selalu lebih kecil dibandingkan tahanan dalamnya. Biasanya tahanan shunt dibuat dari bahan kawat manganin yang tebal dan pendek. Batas ukur adalah suatu kesanggupan dari pada sebuah alat ukur dimana alat ukur itu dapat menunjuk suatu harga tertinggi dan yang tertentu. Kalau pada amperemeter dipasangkan tahanan shunt, maka batas kuat arusnya dapat dipertinggi karena kelebihan aliran itu akan mengalir di dalam tahanan shunt.
Misalkan tahanan dalam dari amperemeter Rm, dan tahanan shunt yang dipasang paralel dengan alat ukur adalah Rsh. Sementara kuat arus yang diizinkan melalui alat ukur maksimum sebesar Im, dan kuat arus yang hendak diukur adalah sebesar I. Maka arus pada tahanan shunt (Ish) dapat dicari seperti berikut :
Kerugian tegangan pada tahanan dalam adalah Em dan pada tahanan shunt adalah Esh, karena Rm paralel dengan Rsh :
Em = Esh atau Im.Rm = Ish.Rsh ……………………. (1)
Apabila besarnya kuat arus yang harus diukur sama dengan n kali dari kuat arus yang diizinkan melalui alat ukur, maka :
I = n . Im …………………. ………………………………. (2)
I = Im + Ish Ish = I - Im
Dari persamaan (1) : Ia . Rm = ( I – Im ) . Rsh……… (3)
Dari I = n . Im …………………….. (4)
Im . Rm = (I – Im ) Rsh
= (n .Im – Im ) Rsh
= Im ( n – 1 ) Rsh
Jadi besarnya tahanan shunt yang harus dipasang pada alat ukur dapat dituliskan dengan rumus :
Contoh :
Untuk merubah batas ukur sebuah ampere meter dengan rangkaian tahanan shunt (paralel) dan alat ukur vot meter dengan tahanan muka seperti pada gambar rangkaian di bawah ini.
Gbr. Rangkaian
Misalnya besar GGL = 100 Volt. Tahanan dalam GGL (Rd = 0,98 Ohm) dan besarnya RL = 24 Ohm. Didalam rangkaian ditempatkan sebuah alat ukur arus dengan Rm = 0,02 Ohm.
Berapakah besarnya tahanan shunt (Rsh) yang dibutuhkan pada rangkaian ?
Penyelesaian : Jumlah tahanan total pada rangkaian ialah
Rt = Rd + Rm + Rl
= 0,98 + 0,02 + 24
= 25 Ohm
Besar arus pada rangkaian : I =
Sedangkan alat ukur arus hanya mampu dialiri arus sebesar 3 A. jadi besarnya arus
Ish = I - Im
= 4 – 3 A
= 1 Ampere
besar tegangan pada pesawat ukur (Vm = Im x Rm)
= 3 x 0,02
= 0,06 Volt
Besarnya Vsh = Vm = 0,06 Volt
Besarnya Rsh =
Untuk pembacaan skala yang lebih mudah dan mendapat hasil pengukuran yang tepat biasanya dibuat deretan skala yang bertingkat. Dengan adanya deretan skala itu tentu dapat menghemat pemakaian dalam banyak pesawat ukur. Sebagai tujuan pokok perluasan batas ukur ini adalah : dengan sebuah ampere meter yang berkemampuan untuk pengukuran arus kecil, tapi dapat digunakan untuk pengukuran arus yang lebih besar.
Vsh = Tegangan pada shunt
Rsh = Tahanan Shunt
Vm = Tegangan dalam alat ukur
Rm = Tahanan dalam ukur
I = Kuat arus di rangkaian
Vsh = Vm (paralel)
Ish . Rsh = Im . Rm
Sebagai contoh suatu rangkaian dibuat deretan skala bertingkat pada gambar rangkaian. Besarnya Im = 1 mA. Jika tahanan pesawat Rm = 105 ohm, nilai batang ukur yang dipakai 0 – 10 mA, 0 – 100 mA, 0 – 1 Amper. Berapakah besarnya : Rsh 1, Rsh 2, Rsh 3. ?
Gbr. Rangkain.
Penyelesaian : Rsh 1 =
Rsh 1 = 11.67 Ohm
Rsh 2 =
Rsh 2 =
Perhatikan gambar rangakaian di bawah ini :
Besar tahanan alat ukur Rm = 50 Ohm dan Im = 1 mA. Hitunglah berapa tahanan yang digunakan untuk Rsh 1, Rsh 2, Rsh 3.
Penyelesaian :
pada alat saat saklar dikedudukan (S1) seperti besar tahanan yang paralel dengan alat ukur : Rsh 1 = R1 + R2 + R3
Pada saat saklar dikedudukan (S2) tahanan yang paralel dengan alat ukur : Rsh 2 = R2 + R3 dan R1 seri dengan Rm.
Pada saat saklar dikedudukan (S3) tahanan paralel dengan alat ukur : Rsh 3 = R3 dan R1, R2 seri dengan Rm.
R1 + R2 + R3 = 0,5005 Ohm ………………………… I
…………………. II 
Dari persamaan I diperoleh : R1 + R2 + R3 = 0,05005
Pers I x 4,999 ® 4,999 R3 + 4,999 R2 + 4,999 R1 = 4,999 x 0,05005
4,999 R3 + 4,999 R2 + 4,999 R1 = 250,2………… 1)
Pers II x 4,999 ® 4,999 R3 + 4,999 R2 + 4,999 R1 = 50 ……………. 2)
Dari 1) dan 2) ® 4,999 R3 + 4,999 R2 + 4,999 R1 = 250,2
4,999 R3 + 4,999 R2 + 4,999 R1 = 50 -
5000 R1 = 200,2 
Pers I x 9,999 ® 9,999R3 + 9,999R2 + 9,999R1 = 9,999 x 0,05005
9,999R3 + 9,999R2 + 9,999R1 = 500,45
Pers III x 9,999 ® 9,999R3 - R2 - R1 = 50
Dari pers I dan III 9,999R3 + 9,999R2 + 9,999R1 = 500,45
9,999R3 - R2 - R1 = 50
10000R2 + 100000 . 0,4004 = 450,45
10000R2 + 400,4 = 450,5
Dari pers I ® (R3 + R2 + R1) = 0,5005
R3 + 0,005005 + 0,4004 = 0,05005
R3 = 0,005005 ohm.
2.4.2. Mengubah Batas Ukur Tegangan
Volt meter harus memiliki tahanan yang cukup besar agar tidak terjadi suatu pembebanan berat. Tetapi volt meter tidak selalu memiliki tahanan alat ukur yang cukup besar. Oleh sebab itu untuk memperluas batas ukur volt meter perlu ditambahkan suatu tahanan muka yang berguna untuk membatasi arus pada tegangan yang lebih tinggi dari pada tegangan yang telah ditetapkan bagi volt meter, Sehingga arus hanya di gunakan sebagai penyimpang penunjuknya saja. Selain gunanya tahanan muka yaitu mencegah kenaikan suhu, apabila volt meter mengalirkan arus yang akan menaikkan suhu pada pesawat ukur. Besar tahanan pesawat suatu volt meter biasanya di tulis pada plat skalanya yaitu Ohm/Volt. Sehingga jumlah tahanan keseluruhan dapat dihitung dengan memperhatikan angka tersebut dengan batas ukur Volt meter.
Sebagai contoh dapat kita lihat rangkaian pada gambar a dan gambar b dibawah ini. Gbr. a) Gbr. b)
Misalnya besarnya sumber arus = 25 Volt dan tahanan dalamnya Rd = 0,5 ohm) dan tahanan beban R1 = 4,5 ohm.
Dengan memperhitungkan tahanan dalam pada sumber arus, maka terjadi kerugian tegangan sebesar Ek = I x Rd = 2,5 Volt
Sehingga besarnya tegangan jepit Vin = 25 volt – 2,5 volt = 22,5 volt. Sedangkan batas ukur volt meter (Vm =15 V) tahanan muka yang di hubungkan seri dengan pesawat ukur (lihat gambar b) diatas. Jika tidak dipasang alat ukurnya bisa mengalami kerusakan. Dengan pembagian tegangan menurut hubungan paralel tegangan yang 22,5 Volt terbagi menjadi ke Rs dan ke Rm. Besarnya Vm= 15 Volt. Sehingga tegangan pada :
Vs = Vin – Vm
= 22.5 – 15
= 7,5 Volt
Besarnya tahanan pengukur pada volt meter ; 15 x 1000 = 15000 W dan besarnya tahanan muka yang seri dengan volt meter ialah :
Rs = 7,5 x 1000
= 7500 W
Arus yang melalui volt meter
besarnya arus Im = Besar Arus (seri). Soal 1. Sebuah alat ukur dengan besarnya arus pada gulungan ampere meter 1 ma, dengan tahanan dalam 100 ohm. Batas ukur akan di ubah menjadi 100 mA. berapakah nilai tahanan shunt yang di perlukan ?
2. Suatu ampere meter dari sebuah mobil mempunyai tahanan 0,45 ohm dengan batas ukur 10 Ampere. Batas ukur hendak dipertinggi sampai 100 A dengan memakai tahanan shunt. Hitunglah berapa besar tahanan shuntnya dan berapa besar gulungan pada ampere meter.
3. Perhatikan gambar rangkaian di bawah ini. Besar tahanan pada alat ukur = 100 Ohm, dan arus ampere meter 1 mA dengan saklar jangkah pada posisi V1, V2, V3, V4. Hitunglah besarnya tahanan yang di butuhkan pada waktu saklar di posisiV1, V2, V3, V4. 2.5. Ohmmeter
Pada dasarnya ohmmeter terdiri dari ohmmeter tipe seri dan ohmmeter tipe shunt. Ohmmeter tipe seri sesungguhnya menggunakan sebuah PMMC yang dihubungkan seri dengan sebuah tahanan dan baterai ke sepasang tereminal untuk dihubungkan ke tahanan yang tidak diketahui. Hal ini berarti bahwa arus melalui alat ukur bergantung pada tahanan yang tidak diketahui, dan indikasi alat ukur sebanding dengan nilai yang tidak diketahui, dengan syarat bahwa masalah kalibrasi diperhitungkan. Gambar berikut menunjukkan elemen sebuah alat ukur ohmmeter tipe seri :
Dimana : R1 = tahanan batas arus
R2 = tahanan pengatuyr nol
E = baterai di dalam alat ukur
Rm = tahanan dalam alat ukur
Rx = tahanan yang tidak diketahui
Bila Rx = 0 (terminal A dan B dihubungkan) arus paling besar mengalir di dalam rangkaian. Dalam keadaan ini, tahanan shunt R2 diatur sampai jarum menunjukkan skala penuh (Idp). Posisi skala penuh ini ditandai dengan “0 Ohm”. Dengan cara yang sama, bila Rx = ¥ (terminal A dan B terbuka), arus di dalam rangkaian berobah ke nol dan jarum menunjuk arus nol yang ditandai oleh ”¥” pada skala. Tanda skala antara 0 dan ¥ dapat ditentukan dengan menghubungkan beberapa Rx yang berbeda dengan nilai yang telah diketahui. Ketelitian tanda-tanda skala ini tergantung pada pengulangan ketelitian alat ukur dan toleransi tahanan kalibrasi.
Walaupun Ohmmeter tipe seri merupakan desain yang populer dan digunakan secara luas, alat ini juga memiliki beberapa kekurangan diantaranya adalah tegangan baterai yang berkurang secara perlahan karena waktu dan umur, akibatnya arus skala penuh berkurang dan alat ukur tidak dapat membaca 0 sewaktu A dan B dihubungsinkatkankan.
Selanjutnya alat ukur ohmmeter tipe shunt terdiri dari sebauh baterai yang dihubungkan seri dengan sebauh tahanan pengatur R1 dan PMMC. Tahanan yang akan diukur dihubungkan pada terminal A dan B.
E = beterai
R1 = tahanan pembatas/pengatur arus
Rm = tahanan dalam alat ukur
Di dalam rangkaian ini diperlukan sebuah saklar ON/OFF yang digunakan untuk memutuskan hubuungan baterai ke rangkaian bila instrumen tidak digunakan. Bila tahanan yang tidak diketahui Rx = 0 (A dan B dihubung singkat), arus melalui Rm adalah 0. Jika Rx = ¥ (A dan B terbuka) arus hanya mengalir melalui Rm dan tahanan pengatur R1 jarus dapat dibuat menyimpang pada skala penuh. Hal ini bewrarti bahwa ohmmeter mempuinyai tanda 0 di sebelah kiri dan tanda ¥ di ebelah kanan skala.
Ohmmeter tipe shunt terutama sesuai untuk mengukur tahanan-tahanan rendah. Alat ukur ini tidak terlalu banyak digunakan, tetapi ditemukan di laboratorium khusus untuk pengukuran tahanan rendah.
2.6. Multitester
Amperemeter, Voltmeter dan Ohmmeter, semuanya menggunakan alat penunjuk PMMC. Perbedaan antara instrumen ini adalah rangkaian di dalam alat ukur tersebut, sehingga jelas bahwa instrumen yang berdiri sendiri ini dapat digabungkan menjadi satu untuk menjalankan tiga fungsi pengukuran. Instrumen ini harus dilengkapi dengan selektor (saklar posisi) untuk menghubungkan rangkaian-rangkaian yang sesuai ke alat penunjuk.
Cara Menggunakan Multi Tester
Mengukur Tahanan.
Untuk mengukur tahanan digunakan alat ukur Ohm meter. Jika kita hendak menggunakan Multi meter untuk suatu pengukuran tahanan yang perlu diperhatikan adalah :
Saklar jangkahnya dibuat pada posisi ohm. Pada posisi ohm biasanya ditandai dengan tulisan R x 1, R x 100, R x 1000 atau R x 1 K, R x 10 K.
Setiap pemilihan saklar jangkah pada penggunaan multimeter, harus melakukan kalibrasi alat ukur. Kalibrasi alat ukur dilakukan dengan cara menghubungkan konektor postif (+) dengan konektor negatif (-) alat ukur, kemudian atur penunjukkan jarum pada angka nol melalui pengatur yang tersedia pada alat ukur.
Konektor yang berwarna hitam dihubungkan dengan bagian yang bertanda (-) (common), sendangkan konektor yang berwarna merah dihubungkan dengan bagian yang bertanda posistip (+).
Ujung konenktor (kawat merah dan hitam) saling ditempelkan sehingga jarum menyimpang ke kanan. Atur tombol pengatur nol (Zero adjust) agar jarum menunjuk tepat pada angka nol ohm yang artinya kita menolkan alat ukur. Dengan demikian alat ukur sudah di nolkan, dan siap untuk digunakan.
Kedua konektor kita lepaskan, sekarang tahanan (Rx) yang hendak diukur ditaruh diantara titik-titik terminal kawat merah dan hitam. Maka jarum akan menunjukkan suatu angka.
Angka yang ditunjukkan kalikan dengan angka yang ditunjuk oleh posisi saklar jangkah.
Misalnya posisi saklar pada R x 100, jarum menunjukkan angka 40. Maka harga tahanan = 40 x 100 = 4000 Ohm. Jika saklar pada posisi R x 1 jarum menunjuk angka 8, maka besar tahanan R = 8 x 1 Ohm = 8 Ohm.
Perhatian ! Sewaktu mengukur jangan memegang kedua terminal tahanan, karena bisa mengakibatkan salah ukur.
Pilihlah posisi saklar yang menghasilkan simpangan jarum jauh kekanan, karena dibagian kanan papan skala harga-harga akan mudah dibaca, dan pengukuran lebih cermat.
Setiap kali sesudah memindahkan saklar, alat ukur harus dinolkan kembali sebelum melakukan pengukuran.
Tugas 1. Ukurlah beberapa buah Resistor dengan :
R1 = 220 Ohm, R2 = 1500 Ohm
R3 = 450 Ohm, R4 = 520 Ohm
Bandingkanlah dengan kode warna yang terdapat pada resistor tersebut, kemudian berapa % kesalahan pada pengukuran saudara.
Mengukur Besar Sumber Tegangan DC
Jikalau kutub positip dan negatip dari sebuah sumber arus dihubungkan, maka arus mengalir pada kawat penghantar. Arus itu juga mengalir pada sumber. Gaya yang menyebabkan arus listrik mengalir diluar sumber arus maupun di dalam sumber arus dinamakan Gaya Elektro Motoris (GEM) yang dinyatakan dalam volt.
Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk mengukur tegangan searah (DC) agar alat ukurnya tidak rusak:
Taruhlah saklar jangkah pada posisi DC Volt.
Perhatikan posisi penunjukan, agar tetap pada posisi nol, jika belum menunjuk posisi nol, lakukan pengaturan yang sesuai.
Perkirakanlah berapa kira-kira besar tegangan yang hendak diukur.
Misalnya kita hendak mengukur satu buah baterai kering taruhlah saklar jengkah pada posisi langsung diatas 1,5 Volt. Misalnya pada jangkah 2,5 volt.
Perhatikan yang mana konektor postip (+) dan yang mana negatip (-).
Hubungkan kawat (+) merah , pada kutub positip baterai, dan tempelkan kawat hitam pada kutub (-) baterai.
Jarum akan menyimpang kekanan, bacalah harga yang ditunjuk alat ukur.
Untuk mengukur tegangan, alat ukurnya harus dihubungkan paralel terhadap tegangan yang hendak diukur.
Membaca Alat Ukur dan Memilih Skala
Sesuai dengan gambar alat ukur : seandainya jarum penunjuk menyimpang penuh kekanan yaitu menunjukkan angka-angka 250, 50, 10 maka harga yang ditunjukkannya, jika saklar jangkah berada pada posisi 10 Volt DC adalah :
50 diartikan 2 Volt
100 diartikan 4 Volt
150 diartikan 6 Volt
200 diartikan 8 Volt
250 diartikan 10 Volt
yang berarti masing-masing angka-angka itu dibagi dengan 25. Jika saklar jangkah pada angka 50 maka :
diartikan 10 volt
diartikan 20 volt
150 diartikan 30 volt
diartikan 40 volt
diartikan 50 volt
yang berarti masing-masing angka itu dibagi dengan 5. Ada juga cara lain untuk membaca alat ukur. Misalnya seperti contoh pada gambar diatas dimana saklar jangkahnya pada posisi 10, jarum menunjukkan angka 75 yaitu garis tebal antara 50 dan 100 maka pembacaan menjadi :
jika saklar jangkah pada posisi 50 maka pembacaan menjadi :
Jika kita hendak mengukur tahanan (W), tegangan (Volt) dan arus (ma), maka pertama-tama yang harus diperhatikan ialah : tertuju pada alat-alat ukur, baca apa-apa yang tertulis di alat ukur, perhatikan saklar jangkahnya sudah berada pada posisi yang benar. Tidak salah pakai pada kebel mana yang positip dan mana kabel negatip.
Dalam praktek sering tidak diketahui berapa besar tegangan yang hendak diukur. Dalam hal ini akan dimulai dengan menaruh saklar jangkah pada posisi yang tertinggi. Jika jarum tidak menyimpang, saklar jangkah dipindahkan ke posisi yang lebih rendah. Pilih selalu posisi saklar jangkah yang menghasilkan simpangan jarum sejauh mungkin ke kanan. Sebab akan menghasilkan hasil ukur yang cermat dan harga-harga di skala mudah dibaca. Membaca skala harus tegak lurus diatas jarum, guna menghindari salah baca.
TUGAS II
Tiga buah tahanan besarnya masing-masing :
R1 = 150 ohm, R2 = 300 Ohm, R3 = 200 ohm dihubungkan secara seri. Besarnya sumber tegangan input = 3 Volt. Ukurlah dengan alat ukur saudara besarnya tegangan pada : Vab, Vbc, Vcd. Kemudian hitung secara teori, adakah perbedaan antara perhitungan dengan pengukuran?
Gbr. Rangkain Seri
Gbr. Rangkaian Paralel.
Buatlah rangkaian jadi paralel, lalu ukur tegangan pada R1, R2, R3, titik a-b. kesimpulan apa yang bisa anda peroleh ?
Mengukur Arus DC.
Jika kita hendak mengukur kuat arus maka lat ukur itu dihubungkan seri terhadap mana arus yang hendak diukur. Hal yang harus diperhatikan untuk mengukur arus searah :
Persiapkan alat ukur, taruh saklar jangkah pada posisi DC-ma. Karena belum diketahui berapa kuat arus yang hendak diukur maka saklar jangkah dibuat pada posisi tertinggi. Jika jarum tidak bergerak turunkan ke posisi yang lebih rendah.
Pada titik mana yang hendak diukur kawat sirkuit diputus seperti pada gambar di bawah ini. Alat ukur diserikan dititik yang diputus, konektor merah dihubungkan ke positif sumber arus dan konektor hitam ke negatif rangkaian.
Bacalah kuat arus pada skala yang benar. Cara membaca skala sama saja dengan cara membaca tegangan, hanya saja (volt) diganti dengan (ma).
TUGAS III
Tiga buah tahanan yang dihubungkan secara seri. Masing-masing tahanan ; R1 = 300 ohm, R2 = 200 ohm, R3 = 150 ohm. Besarnya tegangan sumber = 3 Volt. Ukurlah kuat arus pada R1, R2, R3. Sesudah itu tahanan dihubungkan secara seri-paralel ukurlah arus pada : R1, R2, R3 dan R4 yang mana R4 = 100 Ohm. Pada hubungan paralel ukurlah tegangan pada V ab, V bc
Gambar Rangkaian
TUGAS IV
Gambar Rangkaian Dari gambar rangkaian : ukurlah tegangan pada R1, R2, R3 dan tegangan pada titik bc. Ukurlah kuat arus pada : R1, R2, R3 dan arus totalnya. Bandingkanlah hasil pengukuran dengan hasil perhitungan apakah ada perbedaannya? Lalu buatlah kesimpulan saudara.
Soal
Gambar Rangkaian
Hitunglah harga arus yang ditunjuk ampermeter dan berapa angka yang ditunjuk voltmeter pada saat kedudukan : Rg maximum, Rg ½ maximum, dan Rg minimum.
Tahanan Dalam Alat Ukur.
Inti daripada alat ukur multimeter adalah suatu instrumen yang bekerja berdasarkan asas kumparan putar. Instrumen ini mempunyai suatu kumparan kecil dan ringan yang dapat berputar-putar dicelah dua kutub magnet. Jika kumparan dialiri arus yaitu arus yang kita ukur maka kumparan akan berputar dan jarum akan bergerak dan menunjuk.
Suatu alat ukur dengan kepekaan = 40 μA artinya : guna menyimpangkan jarum pada skala penuh diperlukan arus sebesar 40 μA (lewat kumparan). Jika pada alat ukur ditulis 4000 Ω/V Dc-Ac artinya : guna menyimpangkan jarum hingga skala penuh 1 volt diperlukan tahanan dalam Rd = 4000 ohm. Maka kepekaan alat ukur adalah sebesar 4K Ω/Volt.
Contoh : Alat ukur yang dipakai mempunyai kepekaan 4 KΩ/V. Kalau saklar jangkahnya dibuat pada posisi 10 volt, maka besar tahanan dalam alat ukur 10 x 4 KΩ = 40 KΩ. Jika dibuat pada posisi 50 maka tahanan dalamnya menjadi 200 Kilo ohm. Biasanya alat ukur yang dipakai sehari-hari mempunyai kepekaan 20 KΩ/V. Kalau saklar jangkahnya dibuat pada posisi 5 Volt maka tahanan dalam alat ukur menjadi 100 Kilo ohm.
Efek Pembebanan
Kepekaan volt meter arus searah adalah merupakan faktor yang penting dalam pemilihan sebuah alat ukur untuk pengukuran tertentu terhadap tegangan. Sebuah volt meter yang mempunyai sensitivitas rendah dapat memberikan pembacaan yang tepat sewaktu mengukur tegangan pada rangkaian tahanan-tahanan rendah. Tetapi apabila pada rangkaian tersebut mempunyai tahanan yang tinggi jelas menghasilkan pembacaan yang tidak tepat dan tidak dapat dipercaya. Apabila sebuah volt meter dihubungkan antara dua titik didalam sebuah rangkain yang bertahanan tinggi maka tahanan dalam ukur parallel terhadap rangkaian sehingga memperkecil tahanan ekivalen dalam bagian rangkaian tersebut. Berarti volt meter menghasilkan penunjukan tegangan yang lebih rendah dari sebenarnya sebelum alat ukur dihubungkan. Efek yang terjadi ini disebut : efek pembebanan.
Contoh :
Dua buah tahanan yang dihubungkan secara seri (gambar rangkaian). R1= 500 Kohm, R2 = 500 Kohm tegangan sumber Vs= 6 Volt. Besar tegangan pada R2 hendak diukur dengan volt meter dengan kepekaan alat ukur 4000 Ω/V. Saklar jangkah ditaruh pada posisi 5 volt skala penuh. Hitung berapa besar tegangan pada R2 akibat efek pembebanan?, Berapa % kesalahan akibat pembebanan tersebut ?
Penyelesaian : Saklar jangkah ditaruh pada posisi 5 Volt skala penuh. Maka besar tahanan dalam alat ukur itu Rd = 5 x 4000 Ohm = 20 K Ohm.
R2 // Rd 
Rt pada rangkaian menjadi 519 K Ohm.
Besar tahanan total sebelum dihubungkan dengan alat ukur adalah 1000 K Ohm, dan besar arus totalnya :
Sesudah dihubungkan dengan alat ukur arus berubah menjadi :
= 0,13 x 119,2 Kohm V2 = 0,024 Volt.
Besar kesalahan pembebanan dalam % adalah :
Guna mencegah kesalahan alat ukur yang serius maka tahanan dalam alat ukur harus jauh lebih besar dari R2.
Contoh Lain .
Di inginkan untuk mengukur tegangan pada R 2 dengan menggunakan 2 buah volt meter dengan sensitivitas yang berbeda.
Volt meter V 1 = 1000Ω / volt
Volt meter V 2 = 20000 Ω / volt
Kedua volt meter dipakai pada posisi 50 volt.
Tentukanlah : - Pembacaan tegangan tiap volt meter
kesalahan pada tiap pembacaan dalam %
Arus pada rangkaian
Penyelesaian.
Pada posisi 50 volt tahanan dalam pada :
V meter I = 50 K ohm
V meter II = 1000 K ohm
Besarnya arus total sebelum dihubungkan dengan alat ukur :
It = V/Rt = 150 v/ 150 K
It = 1 mA. – It + I1 = 1122
V pada R2 = I x R2 = 1 mA x 50 K ohm
V2 = 50 volt
V1 = 100 volt.
Dengan dipasangnya alat ukur volt meter I, maka R2 // Rd1
R2 // Rd 1 
Ohm. Tahanan total menjadi : 125 K ohm, arus berobah menjadi :
It =
= 1,2 mA. Tegangan pada R2 = I X Rp = 1,2 mA x 25 K
V2 = 30 Volt.
Dari sini jelas kita lihat akibat efek pembebanan volt meter menunjukkan tegangan yang lebih rendah dari sebenarnya.
Untuk Volt Meter II.
R2 // V meter II Rp 2 = 
= 47,6 Kohm. It =
V pada R2 = It x Rp2
= 1,016 x 47,6
= 48,36 Volt.
Besar kesalahan dari kedua volt meter tersebut adalah :
V meter I. % Kesalahan =
= 40 %
V. meter II. % Kesalahan =
= 3,28 %
Mengukur Arus Bolak-Balik (AC).
Alternating Current atau arus bolak balik ialah arus yang arahnya dan besarnya berubah setiap saat secara periodik. Jalannya arus bolak balik ini dapat digambarkan dalam grafik sebagai berikut. Arus mengalir dari a ke b yaitu pada saat terminal dari sumber arus positip, sementara terminal bawahnya negatif yaitu arus dari b ke c. kutub sumber arus selalu bertukar polaritasnya secara terus menerus.
Ada beberapa harga-harga yang perlu diketahui untuk arus bolak balik yaitu :
harga maximum arus dan tegangan .
harga sesaat arus dan tegangan.
Harga rata-rata arus dan tegangan
Harga efektif arus dan tegangan.
Harga maximum arus dan tegangan adalah harga yang terbesar terjadi pada waktu t2 dan t4 pada gambar grafik diatas.
Harga sesaat ialah besarnya arus dan tegangan berobah setiap saat bergantung pada besarnya sudut µ. Besarnya µ ini sama dengan wt = 2p ft. w = sudut frekwensi yaitu perubahan sudut dari 00 – 360 0 satu prioda itu = 2p = 1 putaran. Lamanya waktu yang digunakan untuk melangsungkan satu putaran disebut satu perioda.
Harga rata-rata arus dan tegangan bolak balik ialah harga yang harus dicapai oleh arus rata (DC) pada waktu yang sama dapat memindahkan sejumlah listrik yang sama.
Perhatikan grafik dibawah ini.
Garis yang ditarik penuh melukiskan arus bolak balik sedangkan garis yang terputus-putus ialah arus rata.
Luas abc = luas adec = jumlah listrik yang dipindahkan oleh arus rata. f – g adalah harga rata-rata arus bolak balik dengan implitudo f - b. besarnya harga rata-rata ini adalah 0,63 dari harga maximum. Karena arah dan besarnya berubah setiap saat, maka menghitung kuat arus pakailah harga rata-ratanya.
Harga Efektif suatu arus bolak balik dapat diartikan : harga suatu arus searah yang tetap yang tiap detik dapat menimbulkan sejumlah panas dalam suatu tahanan, yang sama dengan jumlah panas yang ditimbulkan oleh arus bolak balik. Efek panas yang ditimbulkan arus bolak balik sama besarnya dengan efek panas yang ditimbulkan oleh arus searah. Kedua efek ini sama kuatnya maka dikatakan harga efektif tegangan dan arus.
Pembangkitan panas dari arus bolak balik ditentukann oleh : ½ I 2 max .R, sedangkan pembangkitan panas untuk arus DC : I 2. R kalau hasil panas untuk arus DC sama dengan pada arus bolak balik maka :
I 2 R = ½ I2 max R
I2 = ½ I‑2 max
I = I max 
. I max I eff = ½ .Ö2. I max
= 0,707 I max
E eff = 0,707 E max
Harga inilah yang ditunjukkan oleh suatu pengukur arus bolak balik sehinga kita mengatakannya juga tentang harga pengukur.
Contoh : jika kita mengukur besar tegangan sumber dari PLN dalam alat ukut Volt meter AC ternyata 220 Volt. Maka harga tegangan Max dicari dengan rumus :
V Max =
= 1,414 x 220 volt = 311 volt
V max = 311 volt.
Harga tegangan maximum tidak dapat di ukur dengan Volt meter. Dari contoh diatas besarnya tegangan dari puncak (+) ke puncak negatif (-) atau peak to peak sama dengan :
Vpp = 311 V + 311 V = 622 Volt.
Mengukur Tegangan Bolak Balik Bentuk Sinus
Tarulah saklar jangkah pada posisi AC – Volt
Jangkah ukur dibuat diatas tegangan yang diperkirakan
Masukkan selektor kawat merah dan kawat hitam ke lobang stop kontak
Jarum akan menyimpang, kemudian bacalah harga tegangan pada skala yang benar.
Soal : Jika besarnya arus bolak balik maximum bentuk sinus sama dengan 50 A, dengan frekwensi 50 Hz.
Berapakah harga arus sesaat sesudah 1/200 detik, 1/300 detik, 1/500 detik, 1/600 detik, 1/1000 detik.
Hitung harga arus efektif
Berapa harga arus rata-rata.
Mengukur Tegangan Pada Rangkaian Yang Mengandung Tegangan Searah Dan Tegangan Bolak Balik.
Perhatikan gambar rangkaian dibawah ini :
Transformator yang digunakan adalah transformator daya, gunanya adalah menyekat jaringan listrik umum (PLN) agar rangkaian tidak terhubung langsung dengan jaringan listrik PLN. Selain dari pada itu untuk menurunkan tegangan yang lebih rendah pada bagian sekundernya misalnya 6 Volt AC. Pada gambar rangkaian diatas gulungan sekunder transformator diseri dengan baterai 9 Volt, sehingga pada rangkaian ini mengalir arus searah dan arus bolak-balik melalui R1 dan R2. Ukurlah tegangan searah pada R1 dan R2, tegangan searah antara A – B, benarkah tegangan searah diantara A-B = 9 Volt ?. Ukurlah tagangan bolak-balik melalui R1, R2 dan antara terminal A – B, benarkah tegangan bolak-balik 6 Volt AC ?
Perlu diperhatikan agar tegangan searah tidak ikut terukur, sewaktu mengukur arus bolak-balik, maka alat ukurnya menggunakan alat ukur yang mempunyai lobang yang bertanda : output. Pindahkanlah kawat merah (+) ke lobang yang bertanda OUT PUT tersebut dan selektor jangkah pada posisi AC –Volt.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar