Acara 2 ikb

• 1. LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL BIOSISTEM Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas Jember Oleh: Nama : M. Yuwan Kilmi NIM : 131710201007 Kelas : TEP A Acara : II (Pengukuran Tahanan Dalam Ampere Meter Dan Jembatan Wheatsone) Asisten : Ana Kanzul Fikri

2. LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI PERTANIAN JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN UNIVERSITAS JEMBER 2014 BAB 1. METODOLOGI PRAKTIKUM 1.1 Waktu dan Tempat Praktikum Hari : Sabtu Tanggal : 31 Mei 2014 Pukul : 08.30 WIB selesai Tempat : Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian FTP Unej 1.2 Alat dan Komponen yang Digunakan Alat dan komponen yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut. 1.2.1 Alat 1) Power supply DC 2) AVO meter digital 3) Project board 4) Tang potong 1.2.2 Komponen 1) Resistor fixed (22 K; 2K2 ) 2) Potensio (B10 K dan B500 K) 3) Jepit buaya, jumper 3. 1.3 Prosedur Kerja Percobaan 1 P1 R1 A P2 S1 S2 Mulai Membuat rangkaian seperti pada gambar diatas dengan menggunakan project board, mengamati rangkaian tersebut Pada keadaan S1 dan S2 terbuka, P1 diputar hingga mencapai nilai tahanan maksimum, dan P2 diatur hingga mencapai tahanan minimum Pada keadaan S1 tertutup dan S2 terbuka P1 diputar pada arah tahanan minimum sampai jarum penunjuk ampere mencapai nilai arus listrik maksimum tertentu yang masuk dalam rangkaian Pada keadaan S1 dan S2 tertutup arus listrik selalu mencari lokasi yang bebas hambatan, yaitu melewati cabang rangkaian P2, kemudian P2 diputar kearah nilai tahanan maksimum sampai jarum penunjuk kuat arus mencapai setengah skala maksimum. Dalam kondisi ini dapat dikatakan I1 = 0,5 X I dan P2 diukur dengan ohm meter melakukan prosedur diatas, dengan melakukan sumber tegangan 5, 7, 12 Volt 4. Percobaan 2 VBD Vs A D B C R1 R2 R4R3 Mulai Membuat rangkaian jembatan wheatsone dengan menggunakan project board dengan konfigurasi tahanan sesuai dengan tabel Mengamati dan mencatat keluaran tegangan pada VBD, VB, dan VD hdengan menggunakan AVO meter Mengaplikasikan prosedur diatas dengan menggunakan tegangan 5, 7, 12, Volt pada rangkaian tersebut Melengkapi tabel yang telah disediakan Selesai 5. BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN 2.1 Hambatan Dalam Alat ukur merupakan rangkaian elektronika yang terdiri dari komponen- komponen elektronika. Karena itu alat ukur juga akan memiliki tahanan dalam (hambatan dalam=Rd) yang terjadi karena rangkaian elektronika tersebut. Tahanan dalam pada suatu alat ukur harus memiliki nilai yang sesuai hingga tidak menimbulkan kesalahan pada proses pengukuran. 2.2 Jembatan Wheatsone Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian 6. jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. jembatan wheatsone adalah rangkaian empat buah resistor yang disusun sedemikian rupa dengan salah satu resistornya dapat diatur sedemikian rupa sehingga galvanometer menunjukkan angka nol. saat galvanometer menunjukkan angka nol, maka tidak ada arus yang mengalir dengan kata lain besar beda potensial antara titik B dengan titik D sama dengan nol. Berikut beberapa pengertian tentang jembatan wheatsone menurut para ahli. Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. (Suryatmo, 1974). Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 . Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R1, R2, R3, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993). 2.3 Tabel Hasil Praktikum 1. Pengukuran Tahanan Dalam OHM meter P1 (K) R1 (K) Imax (mA) 0,5 Imax E (Volt) R2 = Rd (K) 0 - 500 2,2 2,24 1,14 5 23,5 0 - 500 2,2 5,31 2,73 12 27,0 0 - 500 22 0,23 0,11 5 13,6 VBD Vs A D B C R1 R2 R4R3 7. 0 - 500 22 0,54 0,28 12 70,5 Grafik 1. Pengukuran Hambatan Dalam Pada grafik terlihat bahwa hasil pengukuran tahanan dalam (Rd) dari Amperemeter menunjukkan hasil yang tidak jauh berbeda berkisar pada 27,0 K dan 70,5 K hal ini sesuai dengan fakta bahwa tahanan dalam memiliki nilai konstan, walaupun tegangan maupun R1 yang diaplikasikan pada rangkaian dirubah. Penyimpangan yang terjadi ada pada saat tegangan menunjukkan nilai yang terlalu besar karena secara teori tegangan yang dihasilkan seharusnya bernilai kecil. Jika nilai R1 yang didapatkan dirata-rata akan menghasilkan nilai tahanan sebesar 12,1K sebagai tahanan Ohm Meter. Kesalahan yang dapat terjadi ketika pengukuran adalah sebagai berikut. 1. Potensio yang digunakan pada praktikum kemarin terbakar, sehingga mempengaruhi besar data yang terbaca oleh multimeter digital. 2. Selain terbakar, potensio yang digunakan juga banyak yang rusak karena sudah lama dan terlalu sering dipakai sehingga menyebabkan data yang didapat bisa salah. 3. Potensio yang digunakan tidak terlalu menancap pada wise board sehingga data yang diperoleh tidak valid. 4. Kesalahan praktikan ketika meletakkan kedua ujung multimeter digital yang salah sehingga mempengaruhi besar data yang diperoleh.enunjuk 0 20 40 60 80 5 12 Hambatan(K) Tegangan (Volt) 8. PROBLEMA 1 Persamaan matematis yang mendapatkan nilai Rd = P2 ! Berdasarkan gambar diatas dapat dijelaskan sebagai berikut; 1. Keadaan S1 tertutup dan S2 terbuka. Arus I mengalir pada Potensio 1 (P1), Resistor (R1), dan Amperemeter (I1). 2. Keadaan S1 dan S2 tertutup. Arus I mengalir pada Potensio 1 (P1) dan Resistor (R1), kemudian masuk percabangan menjadi i1 (mengalir pada Amperemeter) dan i2 (mengalir pada P2). Berdasarkan HK. Khirchoff maka I = I1 + I2 P2 diset sedemikian rupa sehingga pada amperemeter arus i1 mengalir sebesar 0,5 I. Maka persamaan menjadi I = 0,5 I + I2, sehingga I2 = I 0,5 I = 0,5 I. Dengan demikian I1 = I2. Berdasarkan V = I / R dan tegangan yang mengalir pada suatu cabang rangkaian paralel sama dengan cabang yang lain V1 = V2 = VC, maka : Pada amperemeter Rd = V /0,5 I Pada P2(RP2)= V /0,5 I Sehingga terbukti Rd = P2 PROBLEMA 2 P1 R1 A P2S2 S1 I i1 = 0.5 I i2 = 0.5 I 9. Jelaskan secara matematis Rd yang bagaimanakah yang diperlukan untuk pengukuran kuat arus seperti pada gambar dibawah ini; 1. Gambar 1 menunjukkan arus I mengalir pada Resistor 1 (R1). Besar I = E / R1 2. Gambar 2 menunjukkan arus I mengalir pada Resistor 1 (R1) dan Amperemeter (Rd). Besar I = E / (R1 + Rd) Pada Gambar 1 dan 2 jika pengukuran kuat arus benar-benar ingin didapatkan nilai kuat arus yang sesungguhnya melewati R1 maka I harus sama dengan I, sehingga untuk mendapatkan hal tersebut: E / R1 = E / (R1+Rd) karena nilai E sama, maka: R1 = R1 + Rd Jika Rd dibuat 0 R1 = R1 + 0 Sehingga didapatkan nilai Rd 0 atau diusahakan mendekati 0 (karena jika Rd = 0 maka arus tidak mengalir). Jadi pada pengukuran kuat arus diharapkan menggunakan amperemeter yang mempunyai tahanan dalam yang seminimal mungkin. I E R1 A I E R1 Rd Gambar 2 Gambar 1 10. PROBLEMA 3 Jelaskan secara matematis Rd yang bagaimanakah yang diperlukan untuk pengukuran tegangan seperti pada gambar dibawah ini; 1. Gambar 1 menunjukkan arus I mengalir pada R1 dan R2. Besar I = E / (R1+R2) sehingga besar tegangan; E pada R1 = I * (R1+R2)dan; E pada R2 = I *(R1+R2) 2. Gambar 2 menunjukkan arus I mengalir pada R1 dan Rd Besar kuat arus rangkaian 2 (I); I = E / (R1 +RC) RC = Tahanan total percabangan I = E / (R1+((R2*Rd)/(Rd+R2)) Pada percabangan ; I1 + I2 = I Pada Gambar 1 dan 2 jika pengukuran tegangan benar-benar ingin didapatkan nilai tegangan yang sesungguhnya melewati R2 maka I harus sama dengan I, sehingga tegangan pada R2 (ER2) gambar 1 sama dengan tegangan pada R2 (ER2) gambar 2 untuk mendapatkan hal tersebut: 1. I = E / (R1+R2) 2. I = E / (R1+((R2*Rd)/(Rd+R2))) Untuk mendapat I = I maka; E / (R1+R2 )= E / (R1+((R2*Rd)/(Rd+R2))) Karena E dan R1 sama maka; Gambar 1 Gambar 2 E R1 R2 V I V I E R1 R2 i1 i2 Rd 11. R2 = (R2*Rd)/(Rd+R2) R2 = (R2*Rd)/(Rd+R2) Jika Rd ~, maka; R2 = (R2*~)/(~+R2) R2 = ~/~ R2 = 1 Dengan demikian arus yang mengalir pada R2 Gambar 2 akan sama dengan arus yang mengalir pada gambar 1, sehingga nilai tegangan pada R2 Gambar 2 akan sama dengan E = I (R1(Rd+R2)+(R2*Rd)) / (R2+Rd) Untuk itu diperlukan pengukur tegangan dengan tahanan dalam yang besar. Sehingga didapatkan nilai Rd ~ atau diusahakan mendekati ~. Jadi pada pengukuran tegangan diharapkan menggunakan Voltmeter yang mempunyai tahanan dalam yang besar. 2. Pengukuran Tegangan Pada Jembatan Wheatsone No Scen E (Volt) Tahanan (K) Pengukuran (Volt) Teoritis (Volt) R1 R2 R3 R4 VBD VD VB VBD VD VB 1 R2 > R4 5 10 22 1 2,2 0,01 0,45 0,45 0,00 0,45 0,45 2 R1 < R3 1 2,2 10 22 0,01 0,44 4,50 0,00 4,54 4,54 3 R2 > R4 7 10 22 1 2,2 0,03 1,51 1,53 0,00 0,63 0,63 4 R1 < R3 1 2,2 10 22 0,03 15,03 15,16 0,00 6,36 6,36 5 R2 > R4 12 10 22 1 2,2 0,02 1,07 1,08 0,00 1,09 1,09 6 R1 < R3 1 2,2 10 22 0,02 10,69 10,69 0,00 10,90 10,90 Jika diperhatikan pada tabel terlihat bahwa hasil pengukuran tidak selalu sama dengan teori, akan tetapi perbedaan yang ditunjukkan relatif kecil sehingga tidak menimbulkan kesalahan yang besar. Kesalahan tersebut mungkin disebabkan oleh kurangnya tingkat ketelitian praktikan, sehingga data yang diperoleh relatif besar. Disamping itu juga, adanya pengaruh dari alat praktikum seperti terlepasnya rangkaian, kurang tepatnya meletakkan kedua ujung kabel multimeter terhadap resistor sehingga data yang terbaca oleh multimeter relatif besar, dan lain sebagainya. 12. Berdasarkan hasil pengamatan Nilai VBD diperoleh dari VB VD, artinya VBD (Vout) merupakan beda potensial antara VB dengan VD. Berdasarkan pengamatan pada skenario nomer 2, 6, 8, 12, 14, dan 18 didapatkan nilai VBD sebesar 0 Volt (teori). Pada saat tersebut ternyata VB = 22 Volt Keadaan inilah yang dikatakan sebagai keadaan setimbang. Keadaan setimbang Jembatan Wheatstone dimana terjadi Vout (VBD) = 0 didapatkan pada saat konfigurasi tahanan pada rangkaian Jembatan menunjukkan R1 * R4 = R2 * R3, yaitu pada scenario nomer 2, 6, 8, 12, 14, dan 18, secara teoritis. Jika diberikan contoh pada scenario 1 ; R1=10; R2=22; R3=1; R4=2,2. jika dimasukkan dalam persamaan 10 * 2,2 = 22 * 1, pada tegangan ukur tertulis = 0, sehingga sesuai dengan teori. Pada pengukuran, nilai tegangan VBD pada keadaan setimbang tidak menunjukkan nilai 0 tapi mendekati nilai nol dengan kesalahan terbesar 30 mV. Mengingat kondisi peralatan maka dapatlah dikatakan bahwa hasil pengukuran cukup memadai dengan teori. 13. BAB 3. KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengamatan dapat disimpulkan sebagai berikut ini: 1. Berdasarkan hasil pengukuran didapatkan nilai tahanan dalam amperemeter sangat kecil agar tidak mempengaruhi tegangan dan arus yang mengalir. 2. Untuk pengukuran kuat arus diperlukan alat ukur yang memiliki tahanan dalam yang kecil atau mendekati 0. 3. Untuk pengukuran tegangan diperlukan alat ukur yang memiliki tahanan dalam yang besar atau mendekati ~. 4. Tegangan Output pada Jembatan Wheatstone merupakan beda potensial antara masing-masing pembagi tegangan 5. Pada Jembatan Wheatstone keadaan setimbang tercapai pada Vout sebesar 0 volt 6. Pada keadaan setimbang konfigurasi tahanan pada Jembatan Wheatstone mengikuti persamaan R2*R3 = R1*R4. 14. DAFTAR PUSTAKA Bolton, W. 1996. Mechatronics. London: Longman. ITB. 2000. Modul Teori Dasar Jembatan Wheatsone. http://lfd.fmipa.itb.ac.id/artikel/modul_interaktif/modul_2_f/teori.html . [2 Juni 2014]. Lister, E. C. 1993. Mesin dan Rangkaian Listrik. Erlangga : Jakarta. Suryatmo, F. 1986. Teknik Listrik Pengukuran. Bina aksara : Jakarta. Universitas Gunadarma. Tanpa Tahun. Jembatan Wheatsone. http://ocw.gunadarma.ac.id/course/computer-science-and- information/computer -system-s1/listrik-magnet/jembatan-wheatstone. [2 Juni 2014]. 15. Woolard, B. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta: PT Pradnya Paramitha.