Buku Ilmu Ukur tanah (1)

ALAT UKUR DAN TEKNIK PENGUKURAN

JILID 1

SMK

Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan

Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah

Departemen Pendidikan Nasional

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan Nasional Dilindungi Undang-undang

ALAT UKUR DAN TEKNIK PENGUKURAN

JILID 1

Untuk SMK

Penulis

: Sri Waluyanti

Djoko Santoso Slamet Umi Rochayati

Perancang Kulit

: TIM

Ukuran Buku

: 17,6 x 25 cm

WAL WALUYANTI, Sri a Alat Ukur dan Teknik Pengukuran Jilid 1 untuk SMK oleh

Sri Waluyanti, Djoko Santoso, Slamet, Umi Rochayati ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, 2008.

vii, 179 hlm Daftar Pustaka : Lampiran. A

Glosarium

: Lampiran. D

ISBN

: 978-602-8320-11-5

ISBN : 978- 602 -8320 -12-2

Diterbitkan oleh Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah

Departemen Pendidikan Nasional Tahun 2008

KATA SAMBUTAN

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dan karunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, telah melaksanakan kegiatan penulisan buku kejuruan sebagai bentuk dari kegiatan pembelian hak cipta buku teks pelajaran kejuruan bagi siswa SMK. Karena buku-buku pelajaran kejuruan sangat sulit di dapatkan di pasaran.

Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan Standar Nasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK dan telah dinyatakan memenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaran melalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 45 Tahun 2008 tanggal 15 Agustus 2008.

Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada seluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanya kepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luas oleh para pendidik dan peserta didik SMK.

Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepada Departemen Pendidikan Nasional ini, dapat diunduh (download), digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat. Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannya harus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Dengan ditayangkan soft copy ini diharapkan akan lebih memudahkan bagi masyarakat khsusnya para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri untuk mengakses dan memanfaatkannya sebagai sumber belajar.

Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini. Kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajar dan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kami menyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.

Jakarta, 17 Agustus 2008 Direktur Pembinaan SMK

KATA PENGANTAR PENULIS

Pertama-tama penulis panjatkan puji syukur kahadlirat Allah s.w.t. atas segala rahmat dan kuruniaNya hingga penyusunan buku kejuruan SMK Alat Ukur dan Teknik Pengukuran ini dapat terselesaikan.

Buku ini disusun dari tingkat pemahaman dasar besaran listrik, jenis-jenis alat ukur sederhana hingga aplikasi lanjut yang merupakan gabungan antar disiplin ilmu. Untuk alat ukur yang wajib dan banyak digunakan oleh orang yang berkecimpung maupun yang mempunyai ketertarikan bidang elektronika di bahas secara detail, dari pengertian, cara kerja alat, langkah keamanan penggunaan, cara menggunakan, perawatan dan perbaikan sederhana. Sedangkan untuk aplikasi lanjut pembahasan dititik beratkan bagaimana memaknai hasil pengukuran. Penyusunan ini terselesaikan tidak lepas dari dukungan beberapa pihak, dalam kesempatan ini tak lupa kami sampaikan rasa terimakasih kami kepada :

1. Direktur Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Ditjen Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Deparmeten Pendidikan Nasional yang telah memberi kepercayaan pada kami

2. Kesubdit Pembelajaran Direktorat Pembinaan SMK beserta staff yang telah banyak memberikan bimbingan, pengarahan dan dukungan hingga terselesaikannya penulisan buku.

3. Dekan Fakultas Teknik Universitas Negeri Yogyakarta beserta staff yang telah membantu kelancaran administrasi

4. Ketua Jurusan beserta staff Pendidikan Teknik Elektronika FT-UNY atas fasilitas dan dukungannya hingga terselesaikannya tugas ini.

5. Teman-teman sesama penulis buku kejuruan SMK di lingkungan FT- UNY atas kerjasama, motivasi, pengertian dan dukungan kelancaran pelaksanaan.

6. Para teknisi dan staff pengajaran yang memberi kelonggaran penggunaan laboratorium dan kelancaran informasi.

7. Dan orang yang selalu ada di hati dan di samping penulis dengan segala pengertian, dukungan semangat dan motivasi hingga terselesaikannya penyusunan buku ini.

Tak ada yang sempurna kecuali Dia yang memiliki segala puji. Oleh karena itu masukan dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan penulisan ini, atas saran dan masukannya diucapkan banyak terimakasih.

Tim penyusun,

DAFTAR ISI

Halaman

KATA SAMBUTAN

iii

KATA PENGANTAR

iv

DAFTAR ISI v

1. PENDAHULUAN

1.1. Parameter Alat Ukur

1.2. Kesalahan Ukur

1.3. Klasifikasi Kelas Meter

1.5. Macam-macam Alat Ukur Penunjuk Listrik

1.6. Peraga Hasil Pengukuran

2. MULTIMETER

2.1. Multimeter Dasar

2.4. Multimeter Elektronik Analog

2.5. Multimeter Elektronik Digital

3. LCR METER

3.1. Prinsip Dasar Pengukuran Komponen LCR

3.2. LCR meter model 740

3.3. Pembacaan Nilai Pengukuran

3.4. Pengukuran Resistansi DC Dengan Sumber Luar

3.5. Pengukuran resistansi DC

4. PENGUKURAN DAYA

4.1. Pengukuran Daya Rangkaian DC

4.2. Pengukuran Daya Rangkaian AC

4.4. Error Wattmeter

4.5. Watt Jam meter

4.6. Meter Solid States

4.7. Wattmeter AMR

4.8. Kasus Implementasi Lapangan

4.9. Faktor Daya

4.10. Metode Menentukan Urutan Fasa

5. PENGUJI TAHANAN ISOLASI DAN KUAT MEDAN

5.1. Pengujian Tahanan Isolasi

5.2. Tahanan Pentanahan (Earth Ground Resistance)

5.3. Pengukuran Medan

6. PEMBANGKIT SINYAL

6.1. Fungsi Generator

6.2. Pembangkit Frekuensi Radio

6.3. Pembangkit Pulsa

6.4. Sweep Marker Generator

7.2. Operasi Dasar CRO

7.3. Jenis-Jenis Osiloskop

7.4. Osiloskop Digital

7.5. Spesifikasi Osiloskop

7.6. Pengukuran Dengan Osikoskop

7.7.1. MSO Sumbu XYZ Aplikasi Pada Pengujian Otomotif

7.7.2. Mixed Signal Oscilloscope

7.7.3. Osiloskop Digital Pospor (Digital Phospor Osciloscope /

DPO)

7.7.4. Arsitektur Pemrosesan Paralel

7.7.5. Mudah Penggunaan

7.8. Pengoperasian Osiloskop

8. FREKUENSI METER

8.1. Frekuensi Meter Analog .

8.2. Frekuensi Meter Digital

8.3. Metode Pengukuran

8.4. Kesalahan pengukuran

9. PENGANALISA SPEKTRUM

9.1. Pengantar dan Sejarah Perkembangan Spektrum Analiser 379

9.2. Jenis-jenis Penganalisa Spektrum

9.3. Dasar Analisa Spektrum Waktu Riil

9.4. Aplikasi Dalam Penggunaan

10. PEMBANGKIT POLA

10.1. Latar Belakang Sejarah

10.2. Sinyal Pengetesan

10.3. Pola Standar

10.4. Pola Pengetesan Batang Untuk Pengecekan Lapisan

10.5. Pengembangan Pola

10.6. Pembangkit Pola

11.MESIN TESTER

11.1. Pengantar

11.2. Elektronik Pengetesan Fungsi Otomotif Menggunakan

Sistem Komponen

11.3. Aplikasi

11.3. Rupa rupa Penguji Mesin

11.4. Penganalisa Gas

12. SISTEM POSISI GLOBAL (GPS)

12.1. Pengantar Teknologi GPS

12.2. Cara Bekerja GPS

12.3. Differential GPS (DGPS)

12.4. Petunjuk Pengoperasian GPS Maestro 4050

13. PERALATAN ELEKTRONIKA KEDOKTERAN

13.1.1 MRI (Magnetic Resonance Imaging) 567

13.1.2. Mesin MRI

13.1.3. MRI Masa depan

13.2.1. Pengertian CT SCAN

13.2.2. Mesin Sinar X

13.2.3. Ide Dasar Computerized Axial Tomography (CAT) 588

13.2.4. Prosedur Scanning 589

13.3.1. Diagnosis Medis Penggambaran Sonography 595

13.3.2. Aplikasi Diagnostik 597

13.3.3. Metoda Sonography 602

13.3.4. Perbedaan Jenis Ultrasonik 607

13.3.5. Prosedur Pengujian Dengan Ultrasonik 609

13.4. Penggambaran Kedokteran Nuklir 610

13.4.1. Prosedur Pengujian 612

13.4.2. Prosedur Pelaksanaan 614

13.4.3. Resiko 622

13.4.4. Keterbatas Tomograpi Emisi Positron 622

13.4.5. Teknik Cardiosvascular Imaging 623

13.4.6. Scanning Tulang 623

LAMPIRAN

A. DAFTAR PUSTAKA

D. GLOSARIUM

BAB 1

PENDAHULUAN

Tujuan

Pokok Bahasan

Pembahasan bertujuan membekali

1. Parameter Alat Ukur kemampuan :

2. Sistem Satuan

1. Mendefinisikan sistem satuan

3. Klasifikasi kelas meter besaran listrik

dan kalibrasi

4. Macam-macam peraga ukur yang baik berdasarkan

2 Memilih dan menempatkan alat

parameter

3. Mampu menyebutkan macam- macam peraga penunjukkan alat ukur

1.1. Parameter Alat Ukur

Alat ukur listrik merupakan berupa gerak dengan peralatan yang diperlukan oleh menggunakan alat ukur. Perlu manusia. Karena besaran listrik disadari bahwa untuk dapat seperti : tegangan, arus, daya, menggunakan berbagai macam frekuensi dan sebagainya tidak alat ukur listrik perlu pemahanan dapat secara langsung ditanggapi

pengetahuan yang memadai oleh panca indera. Untuk tentang konsep - konsep mengukur besaran listrik tersebut,

teoritisnya. Dalam mempelajari diperlukan alat pengubah. Atau pengukuran dikenal beberapa

besaran ditransformasikan ke istilah, antara lain :

dalam besaran mekanis yang

Instrumen : adalah alat ukur untuk menentukan nilai atau besaran suatu kuantitas atau variabel. Ketelitian :

harga terdekat dengan mana suatu pembacaan instrumen mendekati harga sebenarnya dari variabel yang diukur.

Ketepatan : suatu ukuran kemampuan untuk hasil pengukuran yang serupa

Sensitivitas : perbandingan antara sinyal keluaran atau respons instrumen terhadap perubahan masukan atau variabel yang diukur.

Resolusi : :perubahan terkecil dalam nilai yang diukur yang mana instrumen akan memberi respon atau tanggapan.

Kesalahan : penyimpangan variabel yang diukur dari harga (nilai) yang sebenarnya.

Alat ukur listrik dikelompokkan menjadi dua, yaitu : Alat ukur standar/absolut : Alat ukur absolut maksudnya pada alat itu sendiri. Ini adalah alat ukur yang menunjukkan bahwa alat tersebut menunjukkan besaran dari tidak perlu dikalibrasi atau komponen listrik yang diukur dibandingkan dengan alat ukur dengan batas-batas pada lainnya lebih dahulu. Contoh dari konstanta dan penyimpangan alat ukur ini adalah galvanometer.

Gambar 1-1 Alat ukur standar galvanometer Alat ukur sekunder :

Alat ukur sekunder maksudnya sudah dikalibrasi dengan adalah semua alat ukur yang membandingkan pada alat ukur menunjukkan harga besaran listrik

standar/absolut. Contoh dari alat yang diukur dan dapat ditentukan

ukur ini adalah alat ukur listrik hanya dari simpangan alat ukur yang sering dipergunakan tersebut. Sebelumnya alat ukur sehari-hari.

Gambar 1-2 Alat ukur sekunder

1.1.1. Sistem Satuan Dalam Pengukuran

1.1.1.1. Satuan Dasar dan Satuan Turunan

Ilmu pengetahuan dan teknik dinyatakan satuan-satuan dasar. menggunakan dua jenis satuan, Arus listrik, temperatur, intensitas yaitu satuan dasar dan satuan cahaya disebut dengan satuan turunan. Satuan-satuan dasar dasar tambahan. Sistem satuan dalam mekanika terdiri dari dasar tersebut selanjutnya dikenal panjang, massa dan waktu. Biasa

sebagai sistem internasional yang disebut dengan satuan - satuan disebut sistem SI. Sistem ini dasar utama. Dalam beberapa memuat 6 satuan dasar seperti besaran fisis tertentu pada ilmu tabel 1-1. termal, listrik dan penerangan juga

Tabel 1-1 Besaran-besaran satuan dasar SI Kuantitas

Satuan Dasar

Simbol

m Massa

Panjang

meter

kg Waktu

kilogram

sekon

Arus listrik

A Temperatur

amper

K Intensitas cahaya

kelvin

Cd

kandela

Satuan-satuan lain yang dapat beberapa satuan turunan telah dinyatakan dengan satuan-satuan

diberi nama baru, contoh untuk dasar disebut satuan-satuan daya dalam SI dinamakan watt turunan. Untuk memudahkan yaitu menggantikan j/s.

Tabel 1-2 Beberapa contoh satuan yang diturunkan

dalam satuan SI

diturunkan

atau satuan yang diturunkan

1 Hz = 1 s -1 Gaya

1 N = I kgm/s 2 Tekanan

newton

1 Pa = 1 N/m 2 Enersi kerja

pascal

Pa

1 J = 1 Nm Daya

joule

1 W = 1 J/s Muatan listrik

watt

C 1 C = 1 As GGL/beda potensial

coulomb

V 1 V = 1 W/A Kapasitas listrik

volt

F 1 F = 1 AsIV Tahanan listrik

farad

1 = I V/A Konduktansi

ohm

S -1 1S =1 Ω Fluksi magnetis

siemens

1 Wb = I Vs Kepadatan fluksi

Weber

Wb

1 T = 1 Wb/m 2 Induktansi

Tesla

H 1 H = 1 Vs/A Fluksi cahaya

Henry

l m = 1 cd sr Kemilauan

lx 2 l x = 1 lm/m

1.1.1.2. Sistem-sistem Satuan

Asosiasi pengembangan Ilmu adalah satu. Satuan-satuan Pengetahuan Inggris telah turunan untuk arus listrik dan menetapkan sentimeter sebagai potensial listrik dalam sistem satuan dasar untuk panjang dan

elektromagnetik, yaitu amper dan gram sebagai satuan dasar untuk

volt digunakan dalam pengukuran- massa. Dari sini dikembangkan pengukuran praktis. Kedua satuan sistem satuan sentimeter-gram-

ini beserta salah satu dari satuan sekon (CGS). Dalam sistem lainnya seperti: coulomb, ohm, elektrostatik CGS, satuan muatan

henry, farad, dan sebagainya listrik diturunkan dari sentimeter, digabungkan di dalam satuan gram, dan sekon dengan ketiga yang disebut sistem praktis menetapkan bahwa permissivitas (practical system). ruang hampa pada hukum Tahun 1960 atas persetujuan coulumb mengenai muatan listrik

internasional ditunjuk sebagai internasional ditunjuk sebagai

terlihat pada tabel 1-1. Demikian yaitu meter, kilogram, sekon, dan

pula dibuat pengalian dari satuan- amper (MKSA) dan sebagai satuan dasar, yaitu dalam sistem satuan dasar tambahan adalah desimal seperti terlihat pada tabel derajat kelvin dan lilin (kandela)

1-3.

yaitu sebagai satuan temperatur

Tabel 1-3 Perkalian desimal

Faktor perkalian dari

10 -15 Pico

10 -18 Femto

10 atto

Ada pula satuan bukan SI yang kelipatannya, digunakan dalam dapat dipakai bersama dengan pemakaian umum. Lebih jelasnya satuan SI. Beserta kelipatan - dapat diperhatikan pada tabel 1-4.

Tabel 1-4 Satuan bukan SI yang dapat dipakai bersama dengan satuan

Kuantitas Nama Satuan Simbol Definisi

Waktu menit

1 menit = 60 s jam

menit

1 jam = 60 menit hari

jam

1 hari = 24 jam Sudut datar

hari

derajat

1 0 = (J π/180 )rad menit

1, = ( 1/60 ) o sekon

1" = ( 1/60 ) Massa

Ton

1 t = 10 3 k9

1.1.1.3. Sistem Satuan Lain

Di Inggris sistem satuan panjang massa 1 pon (lb) = 0,45359237 menggunakan kaki (ft), massa pon

kg. Berdasarkan dua bentuk ini (lb), dan waktu adalah detik. (s).

memungkinkan semua satuan Satuan-satuan tersebut dapat sistem Inggris menjadi satuan - dikonversikan ke satuan SI, yaitu

satuan SI. Lebih jelasnya panjang 1 inci = 1/12 kaki perhatikan tabel 1-5. ditetapkan = 25,4 mm, untuk

Tabel 1-5 Konversi satuan Inggris ke SI

Kebalikan Panjang 1 kaki

Satuan Inggris

Simbol

Ekivalensi metrik

In 2 25,40 mm 2 2 0,0393701 Luas 2 1 kaki kuadrat Ft 9,2903 x 10 cm 0,0107639x10

1 inci kuadrat In 2 3 6,4516 x 10 2 0,15500 x 10 -2 Isi 1 kaki kubik Ft

mm 2 35,3147 Massa 1 pon

0,0283168 m 3 2,20462 Kerapatan 1 pon per kaki kubik

lb

lb/ft 3 0,45359237 kg 3 0,062428 Kecepatan 1 kaki per sekon

3,28084 Gaya

ft/s

16,0185 kg/m

7,23301 Kerja, energi 1 kaki-pondal

1 pondal

pdl

0,3048 m/s

1 daya kuda

1.2. Kesalahan Ukur

Saat melakukan pengukuran sebab terjadinya kesalahan besaran listrik tidak ada yang pengukuran. Kesalahan - menghasilkan ketelitian dengan kesalahan dalam pengukuran sempurna. Perlu diketahui dapat digolongkan menjadi tiga ketelitian yang sebenarnya dan jenis, yaitu :

1.2.1 Kesalahan-kesalahan Umum (gross-errors)

Kesalahan ini kebanyakan kebiasaan yang buruk, seperti : disebabkan oleh kesalahan pembacaan yang tidak teliti, manusia. Diantaranya adalah pencatatan yang berbeda dari kesalahan pembacaan alat ukur, pembacaannya, penyetelan penyetelan yang tidak tepat dan

instrumen yang tidak tepat. Agar pemakaian instrumen yang tidak mendapatkan hasil yang optimal, sesuai dan kesalahan penaksiran.

maka diperlukan pembacaan lebih Kesalahan ini tidak dapat dari satu kali. Bisa dilakukan tiga dihindari, tetapi harus dicegah dan

kali, kemudian dirata-rata. Jika perlu perbaikkan. Ini terjadi karena

mungkin dengan pengamat yang keteledoran atau kebiasaan -

berbeda.

Hasil pembacaan < harga

Pembacaan sebenarnya

yang benar

Gambar 1-3 Posisi pembacaan meter

Gambar 1-4 a Pembacaan yang salah Gambar 1-4 b Pembacaan yang benar

Gambar 1-5 Pengenolan meter tidak tepat

1.2.2. Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors)

Kesalahan ini disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Seperti kerusakan atau adanya bagian- bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai. Kesalahan ini merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindari dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Contoh : gesekan beberapa komponen yang bergerak terhadap bantalan dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat. Tarikan pegas (hairspring) yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen yang berlebihan. Ini semua akan mengakibatkan kesalahan- kesalahan. Selain dari beberapa hal yang sudah disinggung di atas masih ada lagi yaitu kesalahan kalibrasi yang bisa mengakibatkan pembacaan instrumen terlalu tinggi atau terlalu rendah dari yang seharusnya. Cara yang paling

tepat untuk mengetahui instrumen tersebut mempunyai kesalahan atau tidak yaitu dengan membandingkan dengan instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap instrumen lain yang akurasinya lebih tinggi. Untuk menghindari kesalahan-kesalahan tersebut dengan cara : (1) memilih instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu; (2) menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan; (3) mengkalibrasi instrumen tersebut terhadap instrumen standar. Pada kesalahan-kesalahan yang disebabkan lingkungan, seperti : efek perubahan temperatur, kelembaban, tahanan udara luar, medan-medan maknetik, dan sebagainya dapat dihindari dengan membuat pengkondisian udara (AC), penyegelan komponen-komponen instrumen tertentu dengan rapat, pemakaian pelindung maknetik dan sebagainya.

Pegas

pegas

Gambar 1-6 Posisi pegas

1.2.3. Kesalahan acak yang tak disengaja (random errors)

Kesalahan ini diakibatkan oleh pengamatan. Untuk mengatasi penyebab yang tidak dapat kesalahan ini dengan menambah langsung diketahui. Antara lain jumlah pembacaan dan sebab perubahan-perubahan menggunakan cara-cara statistik parameter atau sistem untuk mendapatkan hasil yang pengukuran terjadi secara acak. akurat. Pada pengukuran yang sudah Alat ukur listrik sebelum direncanakan kesalahan -

digunakan untuk mengukur perlu kesalahan ini biasanya hanya diperhatikan penempatannya /

kecil. Tetapi untuk pekerjaan - peletakannya. Ini penting karena pekerjaan yang memerlukan posisi pada bagian yang bergerak ketelitian tinggi akan berpengaruh.

yang menunjukkan besarannya Contoh misal suatu tegangan akan dipengaruhi oleh titik berat

diukur dengan voltmeter dibaca bagian yang bergerak dari suatu setiap jam, walaupun instrumen alat ukur tersebut. Oleh karena itu yang digunakan sudah dikalibrasi

letak penggunaan alat ukur dan kondisi lingkungan sudah ditentukan seperti pada tabel 1-6 diset sedemikian rupa, tetapi hasil pembacaan akan terjadi perbedaan selama periode

Tabel 1-6 Posisi alat ukur waktu digunakan

Letak

Tanda

Tegak

Datar

Miring (misal 0

dengan

Sudut 60 0 )

1.3. Klasifikasi Kelas Meter

Untuk mendapatkan hasil ketelitian alat ukur dibagi menjadi pengukuran yang mendekati 8 kelas, yaitu : 0,05; 0,1 ; 0,2 ; 0,5 dengan harga sebenarnya. Perlu

; 1,0 ; 1,5 ; 2,5 ; dan 5. Kelas- memperhatikan batas kesalahan kelas tersebut artinya bahwa yang tertera pada alat ukur besarnya kesalalahan dari alat tersebut. Klasifikasi alat ukur listrik

ukur pada batas-batas ukur menurut Standar IEC no. 13B-23

masing-masing kali ± 0,05 %, ± menspesifikasikan bahwa 0,1 %, ± 0,2 %, ± 0,5 %, ± 1,0

%, ± 1,5 %, ± 2,5 %, ± 5 % dari digolongkan menjadi 4 golongan relatif harga maksimum. Dari 8

sesuai dengan daerah kelas alat ukur tersebut pemakaiannya, yaitu : (1) Golongan dari kelas 0,05, 0,1,

kalibrasi atau peneraan bagi 0,2 termasuk alat ukur presisi pemakai alat ukur sangat penting. yang tertinggi. Biasa digunakan di

Kalibrasi dapat mengurangi laboratorium yang standar. (2) kesalahan meningkatkan Golongan alat ukur dari kelas 0,5

ketelitian pengukuran. Langkah mempunyai ketelitian dan presisi prosedur kalibrasi menggunakan tingkat berikutnya dari kelas 0,2 perbandingan instrumen yang alat ukur ini biasa digunakan untuk

akan dikalibrasi dengan instrumen pengukuran-pengukuran presisi. standar. Berikut ini dicontohkan Alat ukur ini biasanya portebel. (3)

kalibrasi untuk ampermeter arus Golongan dari kelas 1,0 searah dan voltmeter arus searah mempunyai ketelitian dan presisi secara sederhana. pada tingkat lebih rendah dari alat ukur kelas 0,5. Alat ini biasa

1.4.1. Kalibrasi ampermeter arus

digunakan pada alat ukur portebel

searah

yang kecil atau alat-alat ukur pada Kalibrasi secara sederhana yang panel. (4) Golongan dari kelas 1,5,

dilakukan pada ampermeter arus 2,5, dan 5 alat ukur ini searah. Caranya dapat dilakukan dipergunakan pada panel-panel dengan membandingkan arus yang tidak begitu memperhatikan

yang melalui ampermeter yang presisi dan ketelitian.

akan dikalibrasi (A) dengan ampermeter standar (As).

Langkah-langkahnya ampermeter Setiap sistem pengukuran harus (A) dan ampermeter standar (As) dapat dibuktikan keandalannya dipasang secara seri perhatikan dalam mengukur, prosedur gambar 1- 7 di bawah. pembuktian ini disebut kalibrasi.

1.4. Kalibrasi

Beban -

Gambar 1- 7. Kalibrasi sederhana ampermeter

Sebaiknya ampermeter yang akan tingkat berikutnya (0,5). Gambar 1 digunakan sebagai meter standar

– 7 ditunjukkan bahwa I A adalah adalah ampermeter yang arus yang terukur pada meter mempunyai kelas presisi yang yang akan dikalibrasi, I s adalah tinggi (0,05, 0,1, 0,2) atau presisi

arus standar yang dianggap

sebagai harga arus sebenarnya. dan biasa disebut kesalahan dari Jika kesalahan mutlak (absolut) alat ukur, maka dapat dituliskan : dari ampermeter diberi simbol α

α=I A -I s ............................. (1 – 1)

Perbandingan kesalahan alat ukur dalam persen. Sedangkan ( α) terhadap harga arus perbedaan atau selisih antara sebenarnya (I s ), yaitu : α/ I s harga sebenanya atau standar biasa disebut kesalahan relatif dengan harga pengukuran atau rasio kesalahan. DInyatakan

disebut harga koreksi dituliskan :

s -I A I = k ........................... (1 – 2)

Perbandingan harga koreksi disebut rasio koreksi atau koreksi

relatif dinyatakan dalam persen .

terhadap arus yang terukur (k / I A )

Contoh Aplikasi :

Ampermeter digunakan untuk mengukur arus yang besarnya 20 mA, ampermeter menunjukan arus sebesar 19,4 mA. Berapa kesalahan, koreksi, kesalahan relatif, dan koreksi relatif. Jawab : Kesalahan = 19,4 – 20 = - 0,6 mA Koreksi = 20 – 19,4 = 0,6 mA

Kesalahan relatif = -0,6/20 . 100 % = - 3 % Koreksi relatif = 0,6/19,4 . 100 % = 3,09 %

1.4.2. Kalibrasi voltmeter arus searah

Sama halnya pada ampermeter, standar (Vs). Langkah-langkahnya kalibrasi voltmeter arus searah voltmeter (V) dan voltmeter

dilakukan dengan cara standar (Vs) dipasang secara membandingkan harga tegangan paralel perhatikan gambar 1- 8 di yang terukur voltmeter yang bawah. dikalibrasi (V) dengan voltmeter

V Beban

Gambar 1- 8. Kalibrasi sederhana voltmeter

Voltmeter yang digunakan adalah tegangan standar yang sebagai meter standar adalah dianggap sebagai harga tegangan voltmeter yang mempunyai kelas

sebenarnya. Jika kesalahan presisi tinggi (0,05, 0,1, 0,2) atau

mutlak (absolut) dari voltmeter presisi tingkat berikutnya (0,5). diberi simbol α dan biasa disebut

Pada Gambar 1 – 8, V adalah kesalahan dari alat ukur, maka tegangan yang terukur pada meter

dapat dituliskan :

yang dikalibrasi, sedangkan V s

α=V-V s ............................. (1 – 3)

Perbandingan besar kesalahan dalam persen. Sedangkan alat ukur ( α) terhadap harga perbedaan harga sebenanya atau tegangan sebenarnya (V s ), yaitu :

standar dengan harga pengukuran α/ V s disebut kesalahan relatif

disebut koreksi dapat dituliskan : atau rasio kesalahan dinyatakan

s - V = k ........................... (1 – 4) V

Demikian pula perbandingan koreksi relatif dinyatakan dalam koreksi terhadap arus yang terukur

persen.

(k / V ) disebut rasio koreksi atau

Contoh : voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan yang besarnya 50 V, voltmeter tersebut menunjukan tegangan sebesar 48 V. Berapa nilai kesalahan, koreksi, kesalahan relatif, dan koreksi relatif.

Jawab : Kesalahan = 48 – 50 = - 2 V Koreksi = 50 – 48 = 2 V Kesalahan relatif = - 2/50 . 100 % = - 4 % Koreksi relatif = 2/48 . 100 % = 4,16 %

1.5. Macam-macam Alat Ukur Penunjuk Listrik

Alat ukur listrik yang biasa prinsip kerja, penggunaan, daerah dipergunakan dalam pengukuran kerja penggunaan, dan kebutuhan ditunjukkan pada tabel 1-7 yang daya. meliputi : jenis, tanda gambar,

Tabel 1-7 Beberapa contoh alat ukur penunjuk listrik

No Jenis Tanda

Daerah Kerja dan Penggunaan Daya Gambar

Prinsip Kerja

Dayanya Arus

Tegangan Frekuen si

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Kumparan

1,5 x 10 -6 ~10 2 10 -2 ~10 -3 - Kecil putar

Gaya elektro

DC AVO

magnetik antar medan magnit suatu magnit tetap & arus

M 2 Penyearah

Kombinasi suatu

AC AVOF

5 x 10 -4 ~10 -1 1~10 3 < 10 4 Kecil

penyearah semi konduktor saat

suatu alat ukur jenis kumparan putar

5x10 -1 ~ < 10 3 Kecil en

3 TermoMom

Kombinasi suatu

AC AVW

10 -3 ~5

pengubah memakai

termoMomen dan

alat ukur jenis

kumparan putar

4 Besi Putar

Gaya elektro

AC AV 10 -2 ~

10~10 3 <5x10 2 Besar

magnetik yang

bekerja pada suatu

inti besi dalam suatu medan magnet

S 5 Elektro

1~10 3 < 10 3 besar dinamo

Gaya elektro

AC AVMF

10 -2 ~ 50

magnetik yang

bekerja pada suatu

kumparan yang dialiri arus dalam

D medan elektro maknet

6 Induksi

Gaya elektro

AC AVW

10 -1 ~ 10 2 1~10 3 < 10 3 x Besar

magnetik yang

ditimbulkan oleh medan bolak-balik

D dan arus yang terimbas oleh medan

maknetmaknet

Catatan: A : Ammeter F : Frekuensimeter V

: Voltmeter

O: Ohmmeter Wh : Alat ukur energi listrik W : Wattmeter (Soedjana. S, 1976)

1.5.1. Alat Ukur Kumparan Putar

1.5.1. Alat Ukur Kumparan Putar

Alat ukur kumparan putar adalah ditempatkan dalam medan magnet alat ukur yang bekerja atas dasar

yang berasal dari magnet prinsip kumparan listrik yang

permanen. Alat ukur jenis ini tidak terpengaruh magnet luar, karena telah memiliki medan magnet yang

kuat terbuat dari logam alniko berada dalam medan magnet, yang berbentuk U. Prinsip kerja

maka pada kawat penghantar alat ukur kumparan putar tersebut akan timbul gaya. Gaya menggunakan dasar percobaan yang timbul disebut dengan gaya Lorentz. Percobaan Lorentz Lorentz. Arahnya ditentukan dikatakan, jika sebatang dengan kaidah tangan kiri penghantar dialiri arus listrik Fleming.

Gambar 1-9 Hukum tangan kiri Fleming

Gambar 1-10 menggambarkan medan magnet tetap. magnet permanen yang berbentuk

Berdasarkan hukum tangan kiri seperti tapal kuda yang dilengkapi

Fleming, kumparan tersebut akan dengan sepatu kutub. Diantara berputar sehingga jarum penunjuk sepatu kutub ditempatkan sebuah

akan bergerak atau menyimpang inti dengan lilitan kawat yang dari angka nol. Semakin besar dapat bergerak dan berputar arus yang mengalir dalam dengan bebas melalui poros. Pada

kumparan, makin kuatlah gaya waktu melakukan pengukuran, tolak yang mengenai kumparan arus mengalir pada kumparan dan

dan menyebabkan penyimpangan menyebabkan adanya magnet. jarum bergerak semakin jauh. Magnet tersebut ditolak oleh

1. Skala 5. Kumparan putar

2. Jarum penunjuk 6. Inti besi lunak

3. Magnet tetap 7. Pegas

4. Sepatu kutub 8. Poros

Gambar 1-10 Prinsip kerja alat ukur kumparan ( www.tpub.com )

Pegas yang berbentuk ulir pipih menimbulkan keseimbangan pada ada dua, satu terletak di atas kedudukan jarum dan membuat kumparan, yang lain berada di jarum selalu kembali ke titik nol bawah kumparan. Pegas-pegas bila tidak ada arus yang mengalir. tersebut arah putarnya saling Karena adanya arus yang berlawanan, yaitu satu ke arah kiri

mengalir melalui kumparan yang lain ke arah kanan. Dengan

sehingga akan timbul gaya pada demikian kalau yang satu kedua sisi dan menghasilkan mengencang, lainnya akan momen penyimpang, perhatikan mengendor. Hal ini akan gambar 1-11.

Gambar 1-11 Momen penyimpang

Jika arus yang mengalir pada besarnya gaya pada tiap sisi kumparan adalah I amper, maka

kumparan adalah :

F = B .I . l Newton ........................ (1 -1)

Dengan pengertian :

B = kerapatan fluks dalam Wb/m 2

l = panjang kumparan dalam meter

Apabila kumparan dengan N lilitan, dikalikan dengan lengan atau jarak maka gaya pada masing-masing

tegak lurus. Jika lengan adalah b, kumparan adalah : N . B. I . l

maka :

Newton. Besarnya momen penyimpang (Td) adalah gaya

Momen penyimpang (Td) = gaya x lengan

= N. B . I .l . b

Karena l X b merupakan luas penampang kumparan dan dinotasikan A, maka

Momen penyimpang (Td) = N . B . I . A N-m ............. (1 -2)

Dari persamaan I-2, jika B momen pengontrol (Tc) sebanding dinyatakan suatu konstanta, maka

2. Pada posisi momen penyimpang (Td) akan simpangan akhir Td = Tc , sebanding dengan arus yang sehingga simpangan 2 adalah mengalir pada kumparan. Karena

dengan simpangan

sebanding dengan arus I. alat ukur menggunakan pegas kontrol yang tidak bervariasi, maka

Dengan demikian alat ukur ini dipaparkan dengan grafik, yang dapat dikatakan mempunyai skala

menghubungkan persamaan sudut seragam. Untuk menentukan skala

2 dengan momen T. alat ukur kumparan putar

putar

TD5

Gambar 1-12. Penentuan penunjukan

Gamnbar 1-13. Skala alat ukur kumparan putar

Contoh, jika arus yang megalir kumparan berputar dengan sudut pada alat ukur kumparan putar sebesar 1,2 radial. Jika momen

sebesar 5 mA mengakibatkan penggerak yang disebabkan oleh

arus-arus sebesar 1, 2,3 ,4, dan 5 Jika gambar menunjukkan jarum

mA dinyatakan dengan T D1 ,T D2 ,

berhenti pada angka 3,5, maka

besarnya arus yang diukur adalah momen tersebut dapat 3,5 mA. digambarkan sebagai garis-garis datar dan berjarak sama satu Secara umum kumparan putar sama lain. Perlu diketahui bahwa

T D3 ,T D4 , , dan T D5 ,. Momen -

terbuat dari kerangka dari momen-momen penggerak aluminium, sedangkan dilihat sifat tersebut hanya ditentukan oleh kelistrikkannya kerangka tersebut

besarnya arus yang mengalir dan merupakan jaringan hubung tidak tergantung dari sudut putar 2 singkat dan memberikan pada

dari penunjuk. Besarnya momen kumparan momen peredam. pengontrol berbanding lurus Gambar 1-14 ditunjukan jika dengan sudut putar sehingga kumparan dialiri arus, maka dalam grafik dapat digambarkan sebagai garis lurus yang kumparan akan berputar dan menghubungkan titik mula dengan

dalam kerangka akan timbul arus

A (perhatikan gambar 1-12). induksi. Tegangan yang Apabila momen penggerak dan menyebabkan arus induksi momen pengontrol dalam keadaan

mengalir dalam kerangka seimbang, dan masing-masing kumparan. Sebaliknya arus momen penggerak dinyatakan induksi akan memotong fluksi

sebagai 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , dan 2 5 , maka

magnet dalam celah udara, jika didapat

kumparan berputar

4 2 1 , 2 5 =5 2 1 . Oleh karena itu yang membangkitkan momen yang

dibentuk dengan membagi busur berbanding lurus dengan lingkaran sebesar 1,2 rad ke dalam lima bagian yang sama, kecepatan putar. Arah momen ini

dan diberikan angka-angka pada berlawanan dengan arah lima bagian dari skala tersebut 0,

perputaran, maka akan

1, 2, 3, 4, dan 5 seperti pada menghambat arah perputaran, dan gambar 1-13 besarnya arus yang

momen ini disebut momen mengalir dapat dinyatakan pada peredam. waktu jarum penunjuk berhenti.

Gambar 1 – 14 Peredaman alat ukur kumparan putar

Proses penunjukan jarum alat ukur di sekitar 2 0 . Biasa disebut tidak secara langsung peredaman kurang (gambar 1-15 menunjukan harga yang kurva A). Sebaliknya jika tahanan dikehendaki tetapi masih terdapat

listrik kecil, arus induksi yang nilai perbedaan. Perbedaan terjadi besar sehingga disebabkan karena adanya mengakibatkan pergerakan jarum tahanan dalam dari alat ukur. akan lambat dan biasa disebut Proses demikian juga dapat dengan peredaman lebih (gambar disebabkan adanya peredaman. 1-15 kurva B). Yang terbaik Jika penampang kerangka kecil adalah diantara peredaman dan tahanan listriknya besar, kurang dan peredaman lebih maka arus induksi yang terjadi biasa disebut dengan peredaman

kecil sehingga mengakibatkan kritis (kurva C).

momen redam yang lemah dan penunjukan jarum akan berosilasi

a A Redaman kurang

g C a Redaman kritis

e n un j u

B Redaman lebih

Gambar 1 – 15. Gerakan jarum penunjuk dari suatu alat ukur

1.5.2. Alat Ukur Besi Putar

Alat ukur tipe besi putar adalah pada dasarnya ada dua buah sederhana dan kuat dalam bentuk yaitu tipe tarikan konstruksi. Alat ukur ini digunakan

(attraction) dan tipe tolakan sebagai alat ukur arus dan (repulsion). Cara kerja tipe tarikan

tegangan pada frekuensi – tergantung pada gerakan dari frekuensi yang dipakai pada sebuah besi lunak di dalam medan jaringan distribusi. Instrumen ini magnit, sedang tipe tolakan

tergantung pada gaya tolak antara

1.5.2.1. Tipe Tarikan (Attraction)

dua buah lembaran besi lunak Pada gambar 1-16. terlihat bahwa yang telah termagnetisasi oleh jika lempengan besi yang belum medan magnit yang sama.

termagnetisasi digerakkan Apabila digunakan sebagai mendekatai sisi kumparan yang ampermeter, kumparan dibuat dialiri arus, lempengan besi dari beberapa gulungan kawat akan tertarik di dalam kumparan. tebal sehingga ampermeter Hal ini merupakan dasar dalam mempunyai tahanan yang rendah

pembuatan suatu pelat dari besi terhubung seri dengan rangkaian.

lunak yang berbentuk bulat telur, Jika digunakan sebagai voltmeter,

bila dipasangkan pada batang maka kumparan harus yang berada diantara "bearings" mempunyai tahanan yang tinggi dan dekat pada kumparan, maka agar arus yang melewatinya pelat besi tersebut akan terayun sekecil mungkin, dihubungkan ke dalam kumparan yang dialiri paralel terhadap rangkaian. Kalau

arus. Kuat medan terbesar arus yang mengalir pada berada ditengah - tengah kumparan harus kecil, maka kumparan, maka pelat besi bulat jumlah kumparan harus banyak telur harus dipasang sedemikian agar mendapatkan amper rupa sehingga lebar gerakannya penggerak yang dibutuhkan.

yang terbesar berada di tengah kumparan.

Gambar 1 – 16 Prinsip kerja instrumen tipe tarikan

Bila sebuah jarum penunjuk akan mengakibatkan jarum dipasangkan pada batang yang penunjuk menyimpang. Untuk membawa pelat tadi, maka arus lebih jelasnya perhatikan gambar yang mengalir dalam kumparan 1-17.

Gambar 1 – 17. Beberapa bagian dari instrumen tipe tarikan

Besar simpangan akan lebih skala harus sudah dikalibrasi. besar, jika arus yang mengalir Besarnya momen gerak pada kumparan besar. Demikian

(deflecting torque) diperlihatkan pula simpangan penunjuk yang pada gambar 1 – 18 di bawah. bergerak diatas skala, sebelumnya

Pelat besi Arah gaya

kumparan

Gambar 1 – 18. Besarnya momen gerak

Apabila pelat besi ditempatkan kumparan. Dengan demikian pelat sedemikian rupa sehingga pada besi yang termagnetisasi itu posisi nol membentuk sudut Ø mempunyai kemagnitan dengan arah medan magnit H sebanding dengan besarnya H yang dihasilkan oleh kumparan.

yang bekerja sepanjang Simpangan yang dihasilkan sumbunya, yaitu sebanding adalah 2 akibat arus yang melalui

dengan H sin ( Ø +

2 ). Gaya F

yang menarik pelat ke dalam permeabilitas besi dianggap kumparan adalah sebanding konstan, maka H ~ I, dengan

terhadap H 2 sin ( Ø + 2 ). Jika demikian :

F~I 2 sin (.Ø +

2) . ( 1 - 3 )

Jika. gaya ini bekeria Pada jarak I besarnya momen (Momen) dari sumbu putar pelat, maka penyimpang adalah :

Td = F.I.cos ( Ø + 2 ) ...

(1-4)

Jika persamaan 1 - 3 dimasukkan dalam persamaan 1 - 4 dipatkan :

Td = I 2 sin ( Ø + 2). 1. cos ( Ø + 2)

Karena besarnya I adalah konstan, maka :

Td = K.I 2 .sin ( Ø + 2). cos ( Ø + 2)

Jika digunakan kontrol pegas (spring-control ) maka momen pegasnya :

Tc = K'. 2 …… ( 1 – 5 )

Pada keadaan mantap (steady), maka Td = Tc

K.I 2 sin (Ø + 2).cos (Ø + 2) = K'2

sehingga :

2-I 2 (1-6)

Dengan demikian skala alat ukur besi putar adalah skala kuadratis. Jadi bila digunakan pada arus bolak-balik, maka :

2-I 2 rms ( 1 - 7 )

1.5.2.2. Tipe Tolakan (Repolsion)

Bagian-bagian instrumen jenis dengan sumbu kumparan. Salah tolakan digambarkan pada satu dari besi tersebut A dipasang Gambar 1 – 19. Dalam gambar

tetap, sedang B dipasang mudah terdapat kumparan tetap bergerak dan membawa sebuah diletakkan didalamnya dua buah

penunjuk yang mudah bergerak batang besi lunak A dan B sejajar

diatas skala yang telah dikalibrasi.

Gambar 1 – 19 Beberapa bagian penampang jenis repulsion Apabila arus yang akan diukur pegas. Gaya tolak ini hampir

dilewatkan melalui kumparan, sebanding dengan kuadrat arus maka akan membangkitkan yang melalui kumparan; medan magnit memagnetisir kemanapun arah arus yang kedua batang besi. Pada titik yang

melalui kumparan, kedua batang berdekatan sepanjang batang besi

besi tersebut akan selalu sama - mempunyai polaritas magnit yang

sama termagnetisasi dan akan sama. Dengan demikian akan saling tolak-menolak. terjadi gaya tolak menolak Untuk mendapatkan skala uniform, sehingga penunjuk akan digunakan 2 buah lembaran besi menyimpang melawan momen yang berbentuk seperti lidah pengontrol yang diberikan oleh (Gambar 1 - 20).

Gambar 1 – 20. Dua. buah lembaran besi yang berbentuk seperti lidah

Pada Gambar 1-20 tampak besi rupa sehingga dapat bergerak tetap terdiri dari lempengan besi

sejajar terhadap besi tetap. berbentuk lidah dililitkan dalam Dengan adanya gaya. tolak- bentuk silinder, sedang besi yang

menolak antara dua batang besi bergerak terdiri dari lempengan yang sama-sama termagnetisasi besi dan dipasang sedemikian tersebut akan timbul momen.

Besar momen sebanding dengan instrumen ini digunakan untuk

H 2 . Karena H sendiri berbanding arus bolak-balik akan lurus terhadap arus yang melalui

menunjukkan nilai arus rms (I rms). kumparan (permeabilitas dianggap

Karena polaritas dari kedua konstan), maka momen tersebut batang besi tersebut berlawanan

secara serentak, maka instrumen Dengan demikian momen ini dapat digunakan untuk ac simpangan, sebagai momen maupun dc.

akan sebanding dengan I 2 .

utama sebanding dengan I 2 . Jika

1.5.3. Alat Ukur Elektrodinamis

Alat ukur elektrodinamis adalah diperlukan sumber yang sebuah alat ukur kumparan putar,

mengalirkan arus dan daya yang medan magnit yang dihasilkan besar pula. bukan dari magnit permanen, Prinsip kerja dari alat ukur tetapi oleh kumparan tetap/berupa

elektrodinamis diperlihatkan pada kumparan diam didalamnya. Alat

gambar 1-21, kumparan putar M ukur elektrodinamis dapat ditempatkan diantara kumparan- dipergunakan untuk arus bolak-

kumparan tetap (fixed coil) F 1 dan balik maupun arus searah, F 2 yang sama dan saling sejajar.

kelemahannya alat ukur tersebut Kedua kumparan tetap menggunakan daya yang cukup mempunyai inti udara untuk tinggi sebagai akibat langsung dari

menghindari efek histerisis, bila konstruksinya. Karena arus yang

instrumen tersebut digunakan diukur tidak hanya arus yang untuk sirkuit ac. Jika arus yang mengalir melalui kumparan putar,

melalui kumparan tetap I 1 dan tetapi juga menghasilkan fluksi arus yang melalui kumparan putar medan. Untuk menghasilkan suatu

I 2 . Karena tidak mengandung besi, medan magnit yang cukup kuat maka kuat medan dan rapat flux diperlukan gaya gerak magnit akan sebanding terhadap I 1 . yang tinggi, dengan demikian Jadi :

B=k.I 1 .......................…………………………… ( 1 - 8 )

Di mana : B : Rapat flux k : kontanta

Gambar 1 – 21. Prinsip alat ukur elektrodinamis

Misal kumparan putar yang banyaknya lilitan N. Besarnya dipergunakan berbentuk persegi gaya pada masing-masing sisi (dapat juga lingkaran) dengan kumparan adalah : ukuran paniang l dan lebar b, dan

N.B.I 2 . l Newton.

Momen penyimpang atau momen putarnya pada kumparan besarnya adalah :

T d =N.B.I 2 . l . b ------ > B = k . I 1

T d =N.k.I l .I 2 . l . b Nm ……………………….. ( 1 - 9 ) Keterangan :

T d : Momen Putar N : Banyaknya lilitan l : panjang kumparan

b : lebar kumparan

tersebut dinyatakan dengan K Besarnya N, k, 1, dan b adalah

maka :

konstan, bila besaran-besaran kumparan putar. Pada kumparan

T d =K l. I l .I 2 …………… ( 1 - 10 ) putar ini spring kontrol (pegas

Dari persamaan 1-10 terlihat pengatur), maka Momen bahwa besarriya momen putar pengontrol/pemulih akan adalah berbanding lurus terhadap

berbanding lurus terhadap hasil kali arus yang mengalir simpangan 2; maka : melalui kumparan tetap dan

K l .I 1 .I 2 =K 2 . 2

2~I 1 .I 2 ……………………………………………………. ( 1 - 11 ) yang melalui kumparan tetap

Apabila instrumen digunakan sebagai ammeter, maka arus

dan kumparan putar besarnya Jika I 1 =I 2 = I, maka : 2~I 2 sama.

I~ √ 2 ............................................................... ( 1 - 12 )

Gambar 1 – 22. Rangkaian ammeter elektrodinamis

Rangkaian Gambar 1-22a Besarnya I 1 =1 2 = I, adalah digunakan untuk mengukur arus

2 ~ V.V --- > 2 ~ V 2 yang kecil, sedangkan Gambar 1-

V~ √ 2…………(1 - 13) 22b digunakan untuk mengukur arus yang besar, Rsh dipasang

Alat ukur elektrodinamis bila guna membatasi besarnya arus digunakan untuk arus bolak-balik

yang melalui kumparan putar. biasanya skala dikalibrasi dalam akar kuadrat arus rata-rata, berarti alat ukur membaca nilai effektip. Dengan demikian jika alat ukur elektrodinamis dikalibrasi untuk arus searah 1 A pada skala diberi tanda yang menyatakan nilai 1 A, maka untuk arus bolak-balik akan menyebabkan jarum menyimpang ke tanda skala untuk I A dc dan memiliki nilai effektip sebesar 1 A. Jadi pembacaan yang dihasilkan

oleh arus searah dapat dialihkan

Gambar 1 - 23 ke nilai arus bolak-balik yang Rangkaian voltmeter

elektrodinamis sesuai, karena itu menetapkan hubungan antara AC dan DC.

Artinya alat ukur ini dapat

Apabila instrumen tersebut digunakan untuk membaca arus digunakan sebagai voltmeter, AC dan DC dengan skala yang maka kumparan tetap F dan

sama.

kumparan putar M dihubungkan seri dengan tahanan tinggi (R S ).

1.5.4. Alat Ukur Elektrostatis

Alat ukur elektrostatis banyak ini akan menimbulkan Momen dipergunakan sebagai alat ukur penyimpang, bila beda tegangan tegangan (volt meter) untuk arus

ini kecil, maka gaya ini akan kecil bolak-balik maupun arus searah, sekali. Mekanisme dari alat ukur khususnya dipergunakan pada elektrostatis ini mirip dengan alat ukur tegangan tinggi. Pada sebuah capasitor variabel; yang dasarnya kerja alat ukur ini adalah

mana tingkah lakunya bergantung gaya tarik antara muatan-muatan

pada reaksi antara dua benda listrik dari dua buah pelat dengan

bemuatan listrik (hukum coulomb). beda tegangan yang tetap. Gaya

Gambar 1 – 24 Skema voltmeter elektrostatis

Gaya yang merupakan hasil kapasitor semakin bertambah; interaksi tersebut, pada alat ukur

dengan bertambahnya muatan ini ini dimanfaatkan untuk penggerak

akan menyebabkan gaya tarik jarum penunjuk. Salah satu menarik menjadi besar pula, konfigurasi dasar alat ukur sehingga jarum akan bergerak ke elektrostatis diperlihatkan gambar

kanan. Momen putar yang 1-24. Pelat X dan Y membentuk

disebabkan oleh gaya tersebut sebuah kapasitor varibel. Jika X akan dilawan oleh gaya reaksi dari dan Y dihubungkan dengan titik-

pegas. Apabila Momen dari kedua titik yang potensialnya berlawanan

gaya ini sudah sama/seimbang, (Vab), maka antara X dan Y akan

maka jarum yang berada pada terjadi gaya tarik-menarik; karena

pelat X akan berhenti pada skala

X dan Y mempunyai muatan yang yang menunjukkan harga Vab. sama besarnya, tetapi berlawanan

Untuk menentukan Momen (hukum coulomb). Gaya yang (momen putar) yang dibangkitkan terjadi ini dibuat sedemikian rupa

oleh tegangan yang masuk adalah hingga bisa menimbulkan Momen

sebagai berikut : misal simpangan (momen putar) yang digunakan jarum adalah

2, jika C adalah untuk menggerakkan jarum pada

kapasitansi pada posisi pelat X ke kanan. Jika harga Vab

tersimpang, maka muatan semakin besar, maka muatan instrumen akan menjadi CV

coulomb. Dimisalkan tegangannya dan Q + dQ. Sekarang energi berubah dari V menjadi V + dV,

yang tersimpan dalam medan maka akibatnya

2, C, dan Q akan elektrostatis akan bertambah berubah menjadi 2 + d2; C + dC

dengan :

dE = d (1/2 CV 2 ) = 1/2 V 2 . dC + CV . dV joule ……. (1 - 14 )

Keterangan : dE : Energi yang tersimpan CV : Muatan instrumen

Jika T adalah besarnya Momen ini adalah : T x d 2 joule. pengontral terhadap simpangan 2,

Jadi energi total tambahannya maka besarnya tambahan energi

adalah :

yang tersimpan pada pengontrol

Txd 2 + 1/2 V 2 . dC + CV . dV joule ……………… ( 1 – 15)

Dari sini terlitlat bahwa selama mensupply muatan sebesar dQ teriadi perubahan, sumbernya pada potensial V.

Besar energi yang disupplykan = V x dQ

= V x d(CV) = V2 x dC + CV.dV joule . (1 -16)

Padahal energi supply harus sama pengontrol, maka persamaan 1 - dengan energi extra yang

15 dan 1 -16 akan didapatkan : tersimpan di dalam medan dan

Txd 2+½V 2 . dC + CV . dV = V 2 . dC + CV . dV Txd 2=½ V 2 . dC T = ½V 2 . dC/d 2 Newton meter ………………….. (1 – 17)

Ternyata Momen yang diperoleh maupun ac. Tetapi untuk ac, skala sebanding dengan kuadrat

pembacaannya adalah harga rms- tegangan yang diukur, baik dc

nya.

1.6. Peraga Hasil Pengukuran

1.6.1. Light Emiting Dioda (LED)

Light Emiting Dioda (LED) secara digunakan. Dioda PN junction atau konstruksi terbuat sebagaimana yang biasa disebut dioda saja dioda PN junction bahan tipe P terbuat dari bahan Silikon (Si) atau dan tipe N. Yang membedakan Germanium (Ge), aliran arusnya keduanya adalah bahanyang dapat melalui traping level yang biasa dinamakan tingkat Fermi. Sedangkan LED terbuat dari bahan GaAs, GaP atau GaAsP yang mempunyai sifat direct gap. Artinya untuk

dapat mengalirkan arus, elektron harus berpindah dari tingkat jalur konduksi langsung ke jalur valensi (perhatikan gambar jalur energi tanda panah biru). Keistimewaan bahan ini adalah energi ionisasi yaitu energi yang dibutuhkan elektron untuk lepas dari ikatan valensi, atau berpindah dari jalur konduksi ke jalur valensi, dilepaskan kembali dalam bentuk cahaya. Warna cahaya yang dihasilkan tergantung dari selisih energi jalur konduksi dan valensi. Daerah sambungan antara bahan tipe P dan N dibuat dari bahan bersifat reflektif dan diberi jendela tembus cahaya sehingga cahaya yang dihasilkan dapat dilihat. Energi untuk berpindah dari jalur konduksi ke valensi diperoleh dari tegangan bias.

Tipe p

Tipe n

hol e elektro n

Jalur konduksi cahaya Tingkat Fermi

Jalur terlarang

Jalur valensi

Gambar 1 – 25 Rekombinasi elektron

Anoda

katoda

Gambar 1 – 26 Polaritas dan simbol LED

Dioda Silikon mempunyai Spektrum emisi merupakan fungsi gelombang maksimum 900 mm intensitas relative (%) terhadap mendekati cahaya infra merah. fungsi panjang gelombang (µm) LED yang paling popular adalah

dalam range 0,62 sampai 0,76 µm gallium arsenide (GaAsP) dengan puncak (100%) pada mempunyai emisi cahaya merah.

panjang gelombang 0,66 µm. Juga

tersedia LED warna oranye, tegangan threshold sekitar 1,4 kuning dan hijau untuk ketiga sampai 1,8 volt. Dalam warna ini seringkali digunakan implementasi rangkaian LED bahan gallium phospide. dihubung seri dengan resistor Karakteristik fungsi arus dan yang berfungsi sebagai pembatas tegangan serupa dengan diode arus, agar arus yang mengalir bias maju kecuali bahwa arus dalam LED dalam batas yang tidak mengalir sampai tercapai aman.

LED

Gambar 1 – 27. LED Gambar 1 – 28. Rangkaian LED

1.6.2. LED Seven Segmen

Peraga tujuh segmen digunakan sebagai komon anoda jika semua sebagai penunjuk angka pada anoda dari LED seven segmen kebanyakan peralatan uji. Seven anoda di komen menjadi satu. segmen disusun terdiri dari LED

Segmen yang aktif adalah segmen yang diaktifkan secara individual,

yang katodanya terhubung dengan kebanyakan yang digunakan LED

sumber tegangan nol atau seven warna merah. LED disusun dan segemen aktif rendah. Sebaliknya diberi label seperti gambar untuk komon katoda semua diagram di bawah. Jika semua katode dari LED seven segmen segmen diaktifkan akan terhubung menjadi satu mendapat menunjukkan angka 8, sedangkan

tegangan bias nol. Segmen yang bila yang diaktifkan hanya segmen

aktif adalah segmen yang

a, b, g, c dan d memperagakan mendapat tegangan positip pada angka 3. Angka yang dapat anoda atau aktif tinggi. Sebuah diperagakan dari 0 sampai dengan

resistor ditempatkan seri dengan

9 sedangkan dp menunjukkan titik masing-masing diode untuk desimal.

pengaman terhadap arus lebih. Ada dua jenis seven segmen komon katoda dan komon anoda. Seven segmen dinyatakan

Gambar 1 – 30. Peraga seven

Gambar 1 – 29. Skematik seven

segmen segmen

Karena seven segmen merupakan peraga sinyal digital dimana

angka berbasis dua atau biner, maka seven segmen dapat digunakan sebagai penunjukan hitungan desimal diperlukan pengubah hitungan biner menjadi desimal yang disebut dengan rangkaian BCD (Binery Code Desimal). Hubungan keluaran hitungan biner, keluaran decoder BCD dan tabel kebenarannya ditunjukkan dibawah ini.

Vcc

ABC DE FG

Resistor pembatas