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 %