190 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis Modul 9 ALAT UKUR ELEKTRONIK PENDAHULUAN Pengukuran besaran listrik yang telah dibahas dalarn Modul 4, 5, dan 6 pada umumnya menggunakan proses analogi yang merujuk pada nilai arus, tegangan serta hambatan suatu rangkaian. Kelemahan dari alat ukur analog adalah tingkat ketelitian dalam proses pembacaannya, atau yang dikenai dengan istilah paralaks. Di samping ita juga banyak faktor mekanik dari peralatan analog tersebut yang menjad: kendala dalam hal ketelitian proses analoginya. Di antaranya adalah piranti alat ukur analog dapat dikelompokkan kepada suatu alat ukur pasif dikarenakan dalam proses pengukurannya selalu bergantung pada sumber energi dari besaran listrik yang diukur (tegangan dan arus), artinya alat ukur analog tersebut tidak memiliki sumber energi sendiri untuk memproses besaran listrik yang akan diukur. Dengan kata lain, proses pengukuran dengan menggunakan sistem analog akan menghasilkan pengukuran yang mengalami rugi-rugi daya sehingga hasil pengukurannya kurang teliti. Setiap besaran listrik yang diukur secara alamiah adalah merupakan besaran analog, sebagai contoh adalah besaran listrik bolak-balik (ac: alternating current). Oieh karena proses dari penghasil listrik (generator dari PLTA atau PLTD atau PLTU) bermu1a dari perubahan energi mekanik, kemudian menghasilkan, tegangan listr:k yang mernpunyai nilai amplitudo sesuai dengan perubahan. waktu. Nilai besaran analog ini tidak dapat secara langsung diterjemahkan oleh alat ukur listrik elektronik. Untuk menjembatani agar besaran analog tersebut dapat diproses oleh rangkaian alat ukur listrik maka diperlukan suatu pengubah besaran listrik dari analog menjadi besaran digital, biasa dikenal dengan istilah proses ADC (analog to digital converter). Dengan cara demikianlah maka besaran listrik analog dapat diproses oleh alat ukur elektronik. Di samping penggunaan mekanisme analog to digital ini, mekanisme kerja dari alat ukur elektronik menggunakan aktivitas kerja suatu saklar. Proses pensaklaran ini sering disebut scbagai proses penyaluran atau pemilihan data, dan dalam teknologi elekronika disebut dengan proses multiplexing. Kompetensi yang ingin dicapai setelah mempelajari Modu1 9: Alat Ukur Elektronik ini adalah:
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
190 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
Modul 9
ALAT UKUR ELEKTRONIK
PENDAHULUAN
Pengukuran besaran listrik yang telah dibahas dalarn Modul 4, 5, dan 6 pada
umumnya menggunakan proses analogi yang merujuk pada nilai arus, tegangan serta
hambatan suatu rangkaian. Kelemahan dari alat ukur analog adalah tingkat ketelitian
dalam proses pembacaannya, atau yang dikenai dengan istilah paralaks. Di samping
ita juga banyak faktor mekanik dari peralatan analog tersebut yang menjad: kendala
dalam hal ketelitian proses analoginya. Di antaranya adalah piranti alat ukur analog
dapat dikelompokkan kepada suatu alat ukur pasif dikarenakan dalam proses
pengukurannya selalu bergantung pada sumber energi dari besaran listrik yang diukur
(tegangan dan arus), artinya alat ukur analog tersebut tidak memiliki sumber energi
sendiri untuk memproses besaran listrik yang akan diukur. Dengan kata lain, proses
pengukuran dengan menggunakan sistem analog akan menghasilkan pengukuran
yang mengalami rugi-rugi daya sehingga hasil pengukurannya kurang teliti.
Setiap besaran listrik yang diukur secara alamiah adalah merupakan besaran
analog, sebagai contoh adalah besaran listrik bolak-balik (ac: alternating current).
Oieh karena proses dari penghasil listrik (generator dari PLTA atau PLTD atau
PLTU) bermu1a dari perubahan energi mekanik, kemudian menghasilkan, tegangan
listr:k yang mernpunyai nilai amplitudo sesuai dengan perubahan. waktu. Nilai
besaran analog ini tidak dapat secara langsung diterjemahkan oleh alat ukur listrik
elektronik. Untuk menjembatani agar besaran analog tersebut dapat diproses oleh
rangkaian alat ukur listrik maka diperlukan suatu pengubah besaran listrik dari analog
menjadi besaran digital, biasa dikenal dengan istilah proses ADC (analog to digital
converter). Dengan cara demikianlah maka besaran listrik analog dapat diproses oleh
alat ukur elektronik. Di samping penggunaan mekanisme analog to digital ini,
mekanisme kerja dari alat ukur elektronik menggunakan aktivitas kerja suatu saklar.
Proses pensaklaran ini sering disebut scbagai proses penyaluran atau pemilihan data,
dan dalam teknologi elekronika disebut dengan proses multiplexing.
Kompetensi yang ingin dicapai setelah mempelajari Modu1 9: Alat Ukur
Elektronik ini adalah:
191 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
1 . menjelaskan rangkaian dasar suatu multimeter elektronik;
2. menjelaskan penggunaan multimeter;
3. menjelaskan proses pemilihan data;
4. membedakan proses analog ke digital dengan digital ke analog.
Selanjutnya untuk meningkatkan pemahaman Anda dalam mempelajari
modul ini, untuk setiap kegiatan belajar akan diberikan contoh soal/latihan,ringkasan
kuliah, serta test formatif yang diberikan jawabannya pada akhir . Setiap test formatif
bertipe pilihan ganda sehingga Anda dapat mengukur sendiri kemampuan Anda
berdasakan rumus nilai.
Selamat belajar!
9.1 MULTIMETER ELEKTRONIK
Interaksi medan magnet dengan kumparan yang dilalui arus listrik
memungkinkan dikonstruksi aiat-alat ukur besaran-besaran listrik, rnisalnya arus
listrik, beda potensial, muatan listrik yang dipindahkan dari dan ke kapasitor, daya
dan tenaga listrik. Di samping alat-alat ukur listrik, interaksi antara medan magnet
dan arus listrik juga digunakan dalam rnotor arus searah. Dalam sesi ini Anda akan
mempelajari prinsip dari galvanometer, ampermeter, dan voltmeter.
A. Galvanometer
Prinsip dari suatu galvanometer adalah adanya simpangan kumparan yang
dilalui arus listrik dalam medan magnet, seperti yang terlihat dalam gambar 9.1
Gambar 9.1. Prinsip Galvanometer
192 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
Induksi magnet ditimbulkan oleh medan permanen, arah induksi magnet dari
kutub U ke kutub S. Semua kawat kumparan dalam daerah cd akan mengalami gaya
ke arah meninggalkan penggambar, sedang semua kawat dalam daerah ab akan
mengalami gaya ke arah penggambar. Kedua gaya ini sama besarnya dan arahnya
berlawanan dan tidak dalam satu garis kerja sehingga membentuk suatu kopel yang
akan memutar kumparan besarnya momen kopel adalah;
= B i A N cos
di mana :
= Momen kopel (weber.ampere)
B = Induksi Magnet (weber/m2)
i = Arus Listrik (ampere)
A = Luas Penampang Kumparan Kawat (m)
N = Jumlah Lilitan
= Sudut antara induksi magnet dengan kumparan kawat
Gerak kumparan ini akan ditentang oleh torsi yang ditimbulkan oleh
konduktor F yang berupa pita tipis sehingga simpangan kumparan akan dibatasi oleh
torsi yang ditimbulkan oleh F. Simpangan kumparan akan sebanding dengan kuat
arus I, sedang besarnya simpangan dapat diamati dengan mengukur sudut simpangan
cahaya yang dipantulkan oleh cermin C, atau dapat juga diamati dengan mengamati
gerak jarum jarum yang dipasangkan pada kumparan.
Untuk membandingkan kepekaan suatu galvanometer dengan galvanometer
yang lain, perlu didefinisikan kepekaan galvanometer (Current sensitivity of
galvanometer), yaitu besar arus dalam kumparan galvanometer yang dapat
menimbulkan 1 cahaya yang dipantulkan cermin sebesar 1 mm pada jarak 1 meter
dari galvanometer.
Untuk suatu galvanometer yang telah diberi skala, harga tersebut telah ditera
lebih dahulu, yaitu dengan mengalirkan arus yang diketahui misalnya 1µA
(mikroampere), 2 µA, 3µA, 4 µA, 5 µA dan seterusnya, simpangan diberi tanda
berturut-turut 1, 2, 3, 4, 5 dan seterusnya. Jika dengan galvanometer tersebut kita
193 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
mengukur arus yang tidak diketahui besarnya dan simpangan menunjukkan tanda 5
maka artinya arus yang lewat galvanometer tersebut 5 mikroampere.
B. Amperemeter
Galvanometer hanya untuk mengukur arus dalam orde mikroampere, sedang
sehari-hari kita memerlukan arus dalam orde ampere karena itu perlu alat ukur arus
yang mampu mengukur arus dalam orde ampere, alat ukur ini disebut amperemeter.
Suatu amperemeter adalah suatu galvanometer yang diberi tahanan luar
paralel dengan tahanan galvanometer (disebut tahanan shunt). Fungsi dari
tahanan shunt adalah untuk mengalirkan arus sedernikian hingga arus maksimum
yang lewat galvanometer tetap dalam orde mikroampere. Misalkan, suatu
galvanometer dengan tahanan 25 ohm hanya mampu dialiri arus 100 A pada
simpangan maksimum, galvanometer ini akan dijadikan amperemeter yang mampu
mengukur arus sebesar 100 ampere pada simpangan maksimum.
Pada Gambar 9.2, Anda dapat rnelihat bahwa arus sebesar 100 A - 100 µA
harus dilewatkan pada tahanan shunt. Besarnya tahanan shunt yang harus dipasang
pada galvanometer agar mampu menjadi amperemeter dengan batas ukur 100 A
(sirnpangan maksimum bila dilalui arus 100 A) dapat dihitung sebagai berikut :
0,0001 A x 25 = (100 -,0001)Rsh
௦ = ଶହ×,ଵଵ,ଵ
= 2,5 × 10ହ
Gambar 9.2. Amperemeter dengan Batas ukur 100 A
C. VOLTMETER
Prinsip suatu voltmeter adalah galvanometer yang diberi tahanan muka
(tahanan luar yang diseri dengan tahanan galvanometer). Misalkan, tahanan
galvanometer 25 ohm, simpangan maksimum galvanometer terjadi bila dilalui arus
0,1 µA. Galvanometer akan dijadikan voltmeter dengan batas ukur 100 volt, tahanan
muka yang dipasang adalah Rs harus sedemikian rupa sehingga bila dipasang antara
titik a dan b yang beda potensialnya 100 volt, arus yang lewat galvanometer 100 µA.
194 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
Pada Gambar 9,3 Anda dapat melihat voltmeter dengan batas ukur 100 volt. Tahanan
seri pada galvanometer agar dapat dipakai sebagai voltmeter dengan batas ukur 100
volt dapat dihitung sebagai berikut :
(Rs + 25 ) 10-4 = 100
Rs = (100 x 104) - 25
Rs = 999975 ohm.
Gambar 9.3 Voltmeter dengan Batas Ukur 100 Volt
D. Penggunaan Alat Ukur elektronik
1. Penggunaan Amperemeter
Pada Gambar 9.4, Anda dapat melihat amperemeter dengan 3 batas ukur,
yaitu 1 A, 10 A, dan 100 A. Tahanan galvanometer sebesar 20 ohm dan arus yang
melewati galvanometer adalah 1 mA. Pertanyaan sederhana yang muncul adalah
berapa besar R1, R2, dan R3 yang cocok agar terpenuhi syarat dari batas ukur tersebut
? Dengan menggunakan prinsip dasar dari amperemeter maka dapat dihitung sebagai
berikut:
(10-3 A)(20 ohm) = [(1-10-3) A ][(R1 + R 2 + R3) ohm] (9.2)
(10-3 A)(20 + R 3 )ohm) = [(10-10-3) A ][(R1 + R 2) ohm] (9.3)
(10-3 A)(20 + R 3 + R 2)ohm) = [(100-10-3) A ][(R1 ohm] (9.4)
Dari ketiga persamaan diatas maka besarnya R1, R2, dan R3 dapat dicari.
Gambar 9.4 Amperemeter dengan 3 batas ukur : 1 A, 10 A dan 100 A
195 | Modul 9_Alat Ukur Elektronik ~alifis
Dari pernyataan di atas, rnungkin Anda bertanya-tanya dari manak.ah ketiga
persamaan tersebut? Ilustrasi dibawah ini, mencoba rnemberikan gambaran tentang
bagairnana ketika persamaan tersebut didapat.
Perhatikan: gambar 9.5a, 9.5b, dan: 9.5c., ketiga gambar tersebut merupakan
modifikasi dari Gambar 9.4, dimana disesuaikan dengan batas ukur yang diminta
pada saat amperemeter digunakan untuk mengukur, yaitu 1 A, 10 A, dan 100 A. Dari
Gambar 9.5a, 9.5b, dan 9.5c. serta dengan menggunakan hukum Ohm Anda akan