Top Banner
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
15

Acara 2 ikb

Jul 03, 2015

Download

Engineering

Yuwan Kilmi

instrumentasi dan kontrol biosistem 8
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Acara 2 ikb

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

Page 2: Acara 2 ikb

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 KΩ; 2K2 Ω)

2) Potensio (B10 KΩ dan B500 KΩ)

3) Jepit buaya, jumper

Page 3: Acara 2 ikb

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

Page 4: Acara 2 ikb

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

Page 5: Acara 2 ikb

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

Page 6: Acara 2 ikb

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 Ω. 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 (KΩ) R1 (KΩ) Imax (mA) 0,5 Imax E (Volt) R2 = Rd (KΩ)

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

Page 7: Acara 2 ikb

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 KΩ

dan 70,5 KΩ 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 12,1KΩ 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

Ham

bat

an (

)

Tegangan (Volt)

Page 8: Acara 2 ikb

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

Page 9: Acara 2 ikb

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

RdGambar 2

Gambar 1

Page 10: Acara 2 ikb

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

Page 11: Acara 2 ikb

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 (KΩ) 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.

Page 12: Acara 2 ikb

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.

Page 13: Acara 2 ikb

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.

Page 14: Acara 2 ikb

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].

Page 15: Acara 2 ikb

Woolard, B. 1999. Elektronika Praktis. Jakarta: PT Pradnya Paramitha.