Multimeter Dasar

2.1. Multimeter Dasar

2.1.1. Ampermeter Ideal Ampermeter ideal mempunyai dua sifat dasar,

yaitu: (1) hambatan dalamnya sama dengan Ampermeter ideal : nol, (2) simpangan jarum benar-benar (1) Simpangan

sebanding dengan arusnya. Pembacaan arus jarum sebanding yang diperoleh dari suatu ampermeter yang arus (linier) ideal adalah sempurna. Karena hambatan (2) Hambatan

dalam meter nol

dalamnya nol, maka tidak akan menghambat arus yang mengalir dalam rangkaian bila dihubungkan. Lagi pula karena permukaan alat ukur ditandai secara sempurna, maka pembacaannya akan mencapai ketelitian 100 persen.

Ampermeter ideal hanya merupakan wacana yang susah direalisaikan. Dalam kenyataannya pasti mempunyai hambatan, selain itu simpangan jarum ampermeter biasanya tidak berbanding secara tepat dengan besar arusnya. Dalam hal pembuatan ampermeter-ampermeter DC masih dapat dibuat mendekati sifat-sifat ampermeter ideal. Hambatan dalamnya dibuat serendah mungkin dan penyimpangan jarumnya hampir linier.

Mikroampermeter sederhana dapat dikembangkan fungsinya sebagai AVO meter disebut Basic mater mempunyai tahanan dalam (Rm) tertentu yang dijadikan sebagai dasar pengembangan fungsi. Gambar di bawah ini merupakan mikroampermeter dengan arus skala penuh (Ifs ) sebesar 100 —A. dapat dijadikan sebagai Basic Meter.

Gambar 2-1. Basic meter unit

2.1.2. Mengubah Batas Ukur

Suatu ampermeter dengan arus lebih besar dari pada arus skala skala penuh I fs (I full scale) dapat penuhnya.

Gambar 2 – 2 diparalel dengan suatu hambatan mengilustrasikan suatu agar dapat mengukur arus yang ampermeter shunt.

ItIt

It

I R sh

Ifs

Gambar 2-2a.Ampermeter shunt Gambar 2-2b.Ampmeter dengan basic meter unit

Seperti ditunjukkan pada Gambar, hambatan shunt, (R sh ) sebesar saat simpangan penuh, mengalir I sh . Sehingga berlaku persamaan arus total (I t ) dalam rangkaian. arus Sebagian arus mengalir melalui

I t =I sh + I fs ………………………………….. (2 – 1) atau I sh

=I t- I fs

Untuk menghitung besarnya hambatan shunt, dapat digunakan persamaan tegangan:

I sh .R sh =I fs- R m

Sehingga : R sh

=I fs /I sh . R m ………………..…………….(2 – 2) Dengan mensubstitusikan persamaan (2 – 1) ke persamaan (2– 2), maka diperoleh persamaan :

IR

fs . R } } } } } } } } } } } } } . (2 - 3) sh

t fs Jika :

Besarnya R m ' dapat diperoleh dengan pendekatan sebagai berikut : R m '=

V in /I in dengan pengertian bahwa :

V in = tegangan input, yaitu tegangan pada ujung-ujung ampermeter shunt.

I in = arus input, yaitu arus total yang melalui input (yang masuk ke dalam rangkaian)

Sehingga persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut

I fs R ' . R

} .......... ....... } } } } } } } } } } ...... (2 - 5) m

Dari persaamaan tersebut ternyata digunakan untuk mengukur arus bahwa bila arus total (It) lebih

total It = 10 mA; maka kita akan besar dibanding arus skala penuh

memperluas jangkauan arus (I fs ) nya dengan suatu faktor, maka

dengan faktor 10 kali. Oleh karena hambatan dari ampermeter shunt

itu, hambatan ampermeter shunt akan berkurang dengan faktor

(R m ) menjadi 1/10 dari harga R m ’, tersebut. Sebagai contoh, jika R m

atau sebesar 5 ohm. = 50 ohm, I fs = 1mA, dan akan

Contoh Aplikasi

1. Suatu ampermeter dengan hambatan 50 ohm dan arus simpangan penuhnya 1 mA. Agar dapat untuk mengukur arus sebesar 5 mA, berapakah besarnya hambatan shunt dan berapakah besarnya hambatan ampermeter shunt (R m ’) ? Jawab :

A fs

1 . 50 12.5 ohm 5 - 1 1 . 50 12.5 ohm 5 - 1

I /I . R

fs t

1/ 5 . 50 10 ohm

atau R '

R / /R

sh

10 ohm 12,5 50

2. Dari soal 1 di atas, tetapi digunakan untuk mengukur arus I t = I A. Berapakah besarnya R sh dan R m ’ nya ?

Jawab :

fs

sh

fs

. 50 0,05 ohm

1000 - 1

R m ’ =I fs /I t . Rm = 1/1000 . 50 = 0.05 ohm

Dari contoh soal di atas, dapat disimpulkan bahwa. bila : I t >> I fs ; maka R sh >> R m dan R m ‘ = R sh

3. Suatu ampermeter dengan hambatan 2000 ohm dan arus simpangan penuh 50 PA, maka akan dishunt seperti pada Gambar 2-4 dengan ring variasi arus: 5 mA; 50 mA; dan 500 mA. Berapakah besarnya R m ' dan R sh pada masing-masing ring tersebut ?

Jawab : It

Selektor

Ifs = 50 —A 5mA 50mA 500mA

Rm = 2K?

Rm’ Rm’

b. Untuk ring 5 mA

Untuk ring 5 mA:

R m ’ = 50/5000 . 2000

Untuk ring 50mA

Untuk ring 50 mA:

R m ’ = 50/50000 . 2000 Untuk ring 500 mA = 20 ohm

Untuk ring 500 mA: R m ’ = 50/500000 . 2000 = 0,2 ohm

Catatan :

Sebagai catatan, bahwa rangkaian ampermeter shunt seperti pada Gambar 2-4 di atas mempunyai kekurangan, yaitu pada saat pergantian posisi saklar dari ring yang satu ke ring yang lain, terjadi keadaan terbuka sebentar. Hal membahayakan/ mengganggu gerakkan jarum meter.

Sebagai alternatif lain, maka rangkaian dapat dibuat seperti pada Gambar 2 - 5, yang sering disebut dengan Ayrton shunt.

5mA

Selektor 50mA

RA

500mA RB Ifs=50 A —A Rm = 2K?

RC

2.1.3. Ampermeter AC

Mikroampermeter DC ini dapat dikembangkan menjadi ampermeter AC dengan menambahkkan komponen

penyearah masukan yang fungsinya Sinyal Ac yang diukur menyearahkan tegangan masukan sebelum masuk meter AC menjadi DC. Meskipun tegangan masukan disearahkan dahulu

sehingga arus yang

berupa tegangan AC tetapi tegangan masuk meter tetap maupun arus yang masuk meter berupa berupa arus DC. arus DC, sehingga proses pengukuran sama sebagaimana dijelaskan diatas. Sehingga ampermeter AC terbentuk atas ampermeter ideal, Rm, Rsh dan rangkaian penyearah, sebagaimana digambarkan pada gambar 2-6 di bawah ini.

Rm

Tegangan masukan AC

1 —F

Rsh

Gambar 2-6. Rangkaian penyearah pada ampermeter AC

Gambar 2-7. Contoh dasar ampermeter

2 .1.4. Kesalahan Pengukuran

2.1.4.1. Kesalahan Paralaks

Kesalahan paralaks adalah kesalahan Kesalahan paralaks: yang disebabkan oleh manusia terutama (1) pembacaan skala tidak berkaitan dengan pengamatan dan

benar.

pembacaan pengukuran. Kesalahan (2) Posisi pembacaan tersebut antara lain : (1) kesalahan

yang tidak tepat.

pembacaan pada skala yang tidak benar misal mengukur arus dibaca pada skala tegangan, (2). posisi pembacaan sehingga posisi jarum tidak berimpit dengan bayangan jarum di cermin. Hasil pembacaan dapat kurang atau lebih dari harga sebenarnya tergantung posisi pembaca terhadap meter (lihat gambar 1- 3).. Posisi jarum lihat gambar 2-8.

Gambar 2-8. Hasil pembacaan meter

2.1.4.2. Kesalahan Kalibrasi

Salah satu jenis kesalahan yang Karena penyimpangan jarum tidak terjadi dalam suatu ampermeter

berbanding secara tepat dengan yang nyata adalah kesalahan

harga arusnya, maka kalibrasi. Timbulnya kesalahan ini

penyimpangan tersebut biasanya karena permukaan meter (alat

menunjukkan harga arus yang ukur) mungkin tidak ditandai

kurang tepat. Untuk mengatasi hal secara cermat, atau dengan kata

ini dapat dilakukan dengan cara lain pembuatan tanda/skala yang

memasang suatu ampermeter tidak cermat.

Tidak jarang standar yang dihubungkan seri ampermeter yang mempunyai

dengan ampermeter yang akan tanda/skala pada permukaan yang

dikalibrasi, yang dilihat seperti tidak seragam bagian-bagiannya.

Gambar 2 - 9.

Tabel 2-1. Kalibrasi arus

I ideal

I I Ideal

I kenyataan

1 mA 1 mA 0,97 mA

Sumber arus

0,5 mA 0,5 mA 0,51 mA 0,25 mA 0,25 mA 0,26 mA

I kenyataan

Gambar 2-9. Kalibrasi arus Pada ampermeter ideal akan

pada meter yang belum diberi terbaca secara tepat harga arus

skala (yang dikalibrasi), lantas sumber, sedangkan pada

diberi skala disesuaikan dengan ampermeter kenyataan (yang

skala dari ampermeter yang ideal akan dikalibrasi), yang mempunyai

Dalam beberapa tanda/skala pada permukaan

(standar).

kejadian, kapan saja suatu meter yang kurang tepat

ampermeter dipakai, akan terjadi menghasilkan kesalahan

kesalahan kalibrasi. pembacaan sedikit. Untuk mengatasai kesalahan ini, maka

Contoh Aplikasi :

Suatu ampermeter mempunyai kesalahan kalibrasi 3% dari arus simpangan penuh (full scale current). Jadi bila meter tersebut mempunyai arus simpangan penuh 1 mA, kesalahan kalibrasinya kurang lebih 0,03 mA. Sehingga untuk arus I mA pada ampermeter akan terbaca antara 0,97 mA dan 1,03 mA. Di lain fihak, jika arus yang mengalir pada ampermeter hanya 0,25 mA; meter akan menunjuk antara 0,22 mA dan 0,28 mA. Dengan demikian semakin besar, yaitu :

0,03/0,25 x 100% = 12% Jika dibandingkan dengan 3% pada arus 1 mA. Oleh karena itu, untuk praktek pengukuran sebaiknya dengan simpangan arus

sebesar mungkin, karena kesalahan kalibrasi ditentukan dari arus simpangan penuhnya.

2.1.4.3. Kesalahan Pembebanan

Kesalahan lain yang ditemukan hambatan dari ampermeter dalam pemakaian ampermeter

tersebut.

Pemasangan Pemasangan

menurunkan arus dari hubungan antara hambatan yang mengalir dalam rangkaian.

ampermeter dan hambatan dari Penurunan arus mungkin kecil

rangkaian dalam pengetesan. sehingga dapat diabaikan atau

Rangkaian DC

Rangkaian

dengan

DC dengan

sumber dan

sumber dan

Gambar 2-10a. Gambar 2-10b. Rangkaian tanpa meter

Rangkaian dengan meter Pada Gambar 2

cabang tersebut akan berubah menunjukkan rangkaian tanpa

10a

yaitu menjadi sebesar I dm . Arus I dm meter, arus mengalir sebesar It m . ini merupakan arus yang Ini merupakan arus

ditunjukkan oleh ampermeter. sesungguhnya yang ingin diukur.

Adapun hubungan secara Dengan dihubungkannya

matematik antara arus tanpa ampermeter secara seri dengan

meter (I tm ) dan arus dengan meter cabang tersebut Gambar 2 – 10 b; terlihat pada ilustrasi pada akibat adanya hambatan

Gambar 2 - 11. ampermeter, maka arus pada

Vo Ro

Ro Itm

Vo

Idm

(a) (b)

Arus yang sesungguhnya, yang ingin diukur yaitu :

I tm

V o /R o

Arus yang terukur secara nyata yaitu:

I dm = V o /(R o+ R m ) Sehingga perbandingan antara keduanya menghasilkan :

om Persamaan

2-6 di atas tersebut hanya tergantung oleh membandingkan antara arus

hambatan thevenin dan hambatan dengan meter terhadap arus tanpa

meter. Perbandingan tersebut meter dan ternyata perbandingan

disebut juga ketelitian (accuracy). Jadi ketelitian = I dm /I tm x 100%

Bila ampermeter ideal, R m = 0, maka I dm = I tm . Dalam hal ini berarti ketelitian = 100%.

Prosentase kesalahan (efek) pembebanan = (1 - ketelitian) x 100%

atau : (100% - % ketelitian). Hal ini memberikan pengertian,

pembacaan 99%, berarti misalnya ketelitian pembacaan

kesalahan pembebanan 1%. 100% berarti kesalahan

Contoh Implementasi 1: pembebanan 0%. Ketelitian

1K?

2V

1K?

Itm

Gambar 2-12 . Contoh aplikasi Thevenin

Permasalahan :

Dari rangkaian pada Gambar 2 - 12, akan diukur besar arus yang mengalir melalui hambatan 500 ohm. (1) Berapa arus yang mengalir pada hambatan tersebut yang sesungguhnya (arus tanpa meter) ?. (2) Berapa pula arus yang terbaca pada meter, bila meter tersebut mempunyai hambatan sebesar 100 ohm ?. Berapa pula prosentase ketelitian dan prosentase efek pembebanannya ?.

Solusi :

Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, harus dihitung besarnya tegangan thevenin. (saat ujung-ujung A - B terbuka ) dan besarnya hambatan thevenin (sumber tegangan dihubung singkat).

Arus tanpa meter

I tm =V o /'R o = 1 Volt/1 K = I mA

Gambar 2-13. Contoh implementasi

Arus dengan meter :

Vo 1V Idm = ________ = ___________ = 0.909 mA

Ro +Rm 1000+100)? Vo 1000

Ketelitian : _________ X 100 % = ----- X 100 % = 90,9 % Ro +Rm 10

Efek Pembebanan = 100 % - 90,9 % = 9,1%

Contoh Aplikasi 2

Suatau ampermeter dengan hambatan 1000 ohm, digunakan untuk mengukur arus yang melalui A - B pada rangkaian di bawah.

Gambar 2-14 Contoh implementasi

Permasalahan :

Berapakah :

a) Arus tanpa meter (I tm )

b) Prosentase ketelitian

c) Prosentase efek pembebanan, bila ampermeter menuniuk 40 PA dan kesalahan kalibrasi diabaikan,

Rm=1K?

. 40 µ A B

4 50 µ A

Gambar 2-15 Contoh implementasi

R b). Ketelitian . 100%

c). Efek pembebanan 100 % - 80 % 20 %