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