Pengukuran Elektrik. Referensi DEFINISI PENGERTIAN EL 2222

Referensi

Pengukuran Elektrik EL 2222

1. William D. Cooper: " Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran ", Erlanga Jakarta ,1994 2. Ernest O. Dobelin, Measurement System;Aplication and Design, McGraw Hill, Singapore, 1990 3. Soejana Sapiie:" Pengkuran dan Alat Ukur Listrik", PT Pradnya Paramita, Jakarta 4. Kamilo Feher:' Telecomunication Measurement, Analysis and Instrumentation", Prentice Hall, New Jersey,1987 5. A.J Bouwens, Digital Instrumentation, McGrawHill ,Singapore, 1986 6. ………………….., Handbook of Measurement

EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom


Urutan

Materi

Urutan

Materi

1. 2. 3. 4.

Pendahuluan Alat Ukur Analog Pengukuran R, L, C, M, permitivitas Prinsip kerja dan penggunaan multimeter digital Pengukuran Daya ( Analog dan Digital) Prinsip kerja dan penggunaan Oscilloscope

7. 8.

Spectrum analyzer Pengenalan komponen komponen sistem instrument Aplikasi untuk sistem instrumentasi Berbagai pemakaian instrument untuk besaran elektronika dan telekomunikasi

5. 6.

9. 10. 11.

Lanjutan


PENGERTIAN z

Pengukuran Membandingkan suatu besaran yang tidak diketahui harganya dengan besaran lain yang telah diketahui harganya. Alat ukur digunakan untuk keperluan pengukuran.

z

Alat ukur Instrumen untuk mengetahui harga suatu besaran atau suatu variabel. Prinsip kerja alat ukur harus dipahami agar alat ukur dapat digunakan dengan cermat dan sesuai dengan pemakaian yang telah direncanakan.



DEFINISI z

Ketelitian (accuracy) Harga terdekat suatu pembacaan instrumen dari variabel yang diukur terhadap harga sebenarnya sehingga tingkat kesalahan pengukuran menjadi lebih kecil. Ketelitian berkaitan dengan alat ukur yang digunakan pada saat pengukuran.

z

Ketepatan (precision) Tingkat kesamaan nilai pada sekelompok pengukuran atau sejumlah nilai dimana pengukuran dilakukan secara berulang-ulang dengan instrumen yang sama. Dalam hal ini yang harus diperhatikan adalah cara melakukan pengukuran. EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

1

CONT…… z

Contoh- contoh masalah dalam presisi dan ketelitian : - kesalahan paralax - kesesuaian (conformity) - jumlah angka berarti Æ jumlah angka dibelakang koma untuk menyatakan hasil pengukuran

z

Sensitivitas (sensitivity) Perbandingan antara sinyal keluaran/respon instrumen terhadap perubahan variabel masukan yang diukur.

z

Resolusi (resolution) Perubahan terkecil pada nilai yang diukur dari respon suatu instrumen.

z

Errors Penyimpangan variabel yang diukur dari nilai sebenarnya.


SUMBER KESALAHAN Secara umum dapat dibagi atas 3 bagian : z Gross errors (Kesalahan umum) Penyebabnya adalah kesalahan manusia misalnya salah menafsirkan harga pembagian skala. Kesalahan ini dapat dikurangi dengan cara melakukan pengukuran oleh beberapa orang kemudian ditentukan harga rata-rata dari hasil pengukuran. Cara seperti ini perlu waktu yang lama maka dilakukan apabila benar-benar perlu.


CONT…… Kesalahan Sistematis Kesalahan ini terjadi karena sistem pengukuran (alat ukur, metoda, manusia).

contoh Æ loading effect, setting yang tidak tepat, ketidaktepatan penggunaan alat ukur z

Kesalahan Sistematis Kesalahan ini terjadi karena sistem pengukuran (alat ukur, metoda, manusia). EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

z

Cara mengatasi kesalahan instrumental - pemilihan instrument yang tepat untuk pemakaian tertentu - menggunakan faktor koreksi untuk kondisi tertentu - kalibrasi terhadap instrument standart


A.

Instrumental errors Penyebabnya adalah struktur mekanis alat ukur (usia alat ukur, gesekan pada tumpuan alat penunjuk, suhu, peneraan).

B.

Enviromental errors Penyebabnya adalah keadaan disekitar alat ukur seperti pengaruh medan magnet dan medan listrik, suhu, kelembaban serta tahanan bocor. Kesalahan seperti ini dapat dikurangi dengan memilih alat ukur yang tepat dan menerapkan metode yang benar. EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

z

Kesalahan sistematis : - kesalahan statis Æ batasan sifat fisika alat ukur - kesalahan dinamis Æ respon pada perubahan measuran


2

CONT…… z

Kesalahan acak Kesalahan seperti ini tidak diketahui penyebabnya dan tetap selalu terjadi meskipun telah diantisipasi semua sumber kesalahan. Pada pelaksanaan pengukuran harus dipilih alat ukur, cara, kondisi dan prosedur pengukuran yang benar agar sumber-sumber kesalahan yang akan terjadi dapat dihindari sehingga hasil pengukuran memiliki tingkat akurasi tinggi.


Metoda Pengamatan Pengukuran z z

z

z

z

Metoda langsung Pengamatan secara langsung dengan melihat skala alat ukur. Metoda tidak langsung Suatu metoda untuk mendapatkan besaran pengukuran dengan mengukur besaran lainnya dimana pengamatan dilakukan secara langsung. Defleksi Pengamatan dengan mengkonversi penyimpangan jarum penunjuk instrumen pengukuran. Metoda Nol Upaya untuk memperoleh suatu besaran dengan mengkalibrasi dimana besaran hasil pengukuran disamakan dengan suatu referensi standar. Metoda substitusi Merupakan cara semacam metoda nol dimana besaran yang akan diukur disubstitusikan dengan besaran referensi dan hasilnya adalah perbandingan kedua pembacaan. Keuntungannya adalahEL untuk mengurangi kesalahan yang 2222 Pengukuran Elektrik sama pada kedua alatFakultal ukur.Elektro & Komunikasi

Kesalahan alat ukur biasanya sering dinyatakan dalam spesifikasi alat yang dikeluarkan oleh pabrik berupa rekomendasi besar kesalahan yang mungkin terjadi, contoh : z

z

Osiloskop memiliki spesifikasi kesalahan alat ukur 3%. Hasil suatu pengukuran menunjukkan amplitudo sebesar 10 volt. Maka harga sebenarnya dari hasil pengukuran adalah : 10 volt ± 3%. Range alat ukur penunjuk 10 volt sedangkan jarum penunjuknya pada angka 10 volt skala penuh. Harga tegangan sebenarnya adalah 10,2 volt. Maka prosentase kesalahan alat ukur jarum penunjuk :

Harga sebenarnya - Harga pengukuran 10,2 −10 ×100% = ×100% = 2% EL 2222 Pengukuran Elektrik Harga sebenarnya 10,2 Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

ANALISA STATISTIK Manfaat analisa statistik terhadap data pengukuran adalah untuk menentukan ketidakpastian hasil pengujian. Metode analisa statistik yang dilakukan akan bermanfaat jika pengukurannya dilakukan dengan baik dan benar.


Institut Teknologi Telkom

NILAI RATA-RATA Merupakan nilai termungkin dari suatu variabel yang diukur atas seluruh pembacaan yang dilakukan.

x + x + ... + xn = 1 2 x= n n

∑x

Semakin banyak data pengamatan maka akan diperoleh hasil pendekatan yang sangat baik. Pembacaan data pada kenyataannya hanya dapat dilakukan secara terbatas.


DEVIASI Merupakan penyimpangan pembacaan data dari rata-rata sekelompok pembacaan (asumsi jumlah pembacaan ∞).

τ =

d 12 + d

d im a n a

d 12

+ . . . + d n2 n 2 = (x 1 − x )

2 2

Fungsi penggunaan deviasi : • Sebagai indikator ketepatan instrumen yang digunakan. Bilamana deviasinya rendah berarti menunjukkan ketepatan tinggi. • Menganalisa kesalahan acak yang terjadi. EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

3

DISTRIBUSI NORMAL z

Merupakan distribusi yang diaktualisasikan dalam bentuk kurva Gaussian dimana semakin tajam dan sempit kurva berarti nilai pembacaan termungkin adalah nilai tengah atau pembacaan rata-rata.

Standart deviasi (untuk data terbatas)

σ =

d + d + d + ... + d n −1 2

1

2

2

2

3

2 n

Asumsi : -Semua kesalahan tergolong acak -Kesalahan bisa positif atau negatif x -Kemungkinan kesalahan acak positif atau negatif sama

d = x− x z

Variansi : standart deviasi kuadrat

Kemungkinan bentuk kurva distribusi kesalahan : -Kemungkinan kesalahan kecil lebih besar dari kemungkinan kesalahan besar -Kesalahan-kesalahan besar sangat mustahil -Kemungkinan kesalahan positif & negatif sama, akan simetris thd nilai rata-rata Probable error : ±0.6745σ



BESARAN DAN SATUAN Pengetahuan dasar yang harus diketahui dalam matakuliah ini adalah :

Batas Kesalahan/limiting errors : batasan kesalahan yang dijamin oleh pabrikan. misal :tahanan 500Ώ ±10% Contoh kasus : Voltmeter 0-150V, dijamin sampai 1% kesalahan pada skala penuh. Berapa kesalahan bila penunjukan skala di 80V?

1.

z

B. Fisika Listrik Pemahaman tentang sifat-sifat komponen listrik seperti resistor, induktansi, kapasitansi, transistor, serta hukum-hukumnya yang dapat dilakukan oleh fisika listrik. C. Fisika Non Listrik Digunakan untuk memahami koefisien temperatur suatu bahan, konstanta pegas, keseimbangan gaya, momen. Inersia (kelembaman) dan energi. 2.


Besaran Pokok

Panjang Massa Waktu Arus Listrik Temperatur Intensitas Cahaya Substansi

→ meter [ m ] → kilogram [ kg ] → second [ s ] → ampere [ A ] → kelvin [ k ] → candela [ cd ] → mole [ mol ]

Ilmu Matematika


BESARAN-BESARAN YANG DITURUNKAN

JENIS-JENIS BESARAN z z z z z z z

Ilmu Fisika

Dalam ilmu fisika dipelajari : A. Sistem Satuan Sistem satuan yang lazim adalah sistem satuan internasional yang diputuskan pada sidang umum untuk berat dan ukuran tahun 1960. Fungsinya adalah untuk mempermudah perhitungan-perhitungan fisis yang terdapat pada alat Ukur.

z z z z z z z

Frekwensi Gaya Tekanan Energi Daya Muatan listrik GGL (beda potensial)

→ hertz [ Hz ] ; → newton [ N ] ; → pascal [ Pa ] ; → joule [ J ] ; → watt [ W ] ; → coulomb [ C ] ; → volt [V] ;

1 Hz = 1s-1 1 N = 1kg.m/s2 1Pa = 1 N/m2 1J = 1 Nm 1W = 1J/s 1C = 1As 1V = 1 W/A

Adapun besaran-besaran tambahan adalah : z Sudut bidang datar z Sudut bidang bola

→ radian [ rad ] → steradian [ sr ] EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom


4

Standar Satuan Nama

z

Perkalian tambahan desimal

Simbol

Ekivalen

tera

T

1012

giga

G

109

mega

M

106

kilo

k

103

hecto

h

102

deka

da

10

deci

d

10-1

z

centi

c

10-2

z

Mili

M

10-3

micro

μ

10-6

nano

n

10-9

pico

p

10-12

femto

f

10-15

atto

a

10-18

z

z

Sistem Inggris 1 pon = 0,45359 Kg 1 feet = 30,48 cm 1 inch = 1/12 feet EL 2222 Pengukuran Daya Æ watt, Æ daya kuda= hp=pk Æ Elektrik 745,7 watt


Standar-standar pengukuran Dikelompokkan berdasarkan fungsi dan pemakaiannya: z Standar Internasional : Standar yang dinyatakan dalam perjanjian Internasional. z Standar Primer : Standar Nasional dari berbagai negara di dunia. z Standar Sekunder : Standar yang digunakan untuk keperluan di bidang industri tertentu. z Standar Kerja : Yang menjadi standar utama bagi suatu ruang kerja/lab. EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

Standard Internasional MKS Æ CGS Newton = kgm/s2 Æ dyne = g.cm/s2 Standard Inggris Æ ft, pon, s, inch, yard Sistem MTS Æ Meter-ton-second Æ Perancis Sistem Indonesia? : tumbak, bata, ons(?), hasta

Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR Secara garis besar AU kumparan putar terdiri atas : 1. Bagian yang bergerak : Pada bagian ini dikelompokkan atas : z Kumparan putar z Jarum penunjuk z Beban penyeimbang (Balancing weight) 2. Bagian yang diam Pengelompokan bagian yang diam adalah : z Medan karena magnet permanen z Pegas atau per z Penyangga


BAGIAN KUMPARAN PUTAR z

z


Pada bagian ini dibuat dari kerangka alumunium yang dililitkan oleh kawat-kawat penghantar halus dan berisolasi. Kumparan diletakkan diantara magnet permanen pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus terhadap kumparan putar EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

5

JARUM PENUNJUK Merupakan bagian yang menunjukkan besaran dari suatu hasil pengukuran Ada 2 jenis jarum penunjuk :

z

z 1.

2.

Tipis → Untuk alat ukur dengan ketelitian yang tinggi Tebal → Untuk memudahkan pembacaan dari kejauhan dan biasanya diletakkan pada panel listrik

BEBAN PENYEIMBANG z

z

Beban ini diletakkan dibelakang jarum penunjuk yang berfungsi sebagai penyeimbang sehingga poros penyangga jarum penunjuk berada tepat dititik beratnya Tujuan diberikan beban penyeimbang ini adalah untuk mengurangi gesekan serta goncangan pada jarum penunjuk ketika berdepleksi



MAGNET PERMANEN

PENYANGGA

Berguna untuk membangkitkan medan magnet disekitar kumparan putar dan akan menimbulkan momen gerak pada kumparan putar apabila dialiri arus

z

z

Fungsinya adalah untuk menahan berat kumparan putar beserta jarum penunjuknya. Harus diusahakan sekecil mungkin gesekan antara penyangga (Jewel) dengan poros perputaran (Pivot).


PEGAS ATAU PER Bagian ini adalah untuk memberikan momen perlawanan terhadap momen gerak sehingga didapat suatu keseimbangan momen/gaya pada harga penunjukkannya.


PRINSIP KERJA ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR z Pada AU kumparan putar umumnya terdapat batere yang memungkinkan arus searah melalui AU tersebut saat probe dihubungkan sehingga jarum penunjuk bergerak. z Depleksi jarum penunjuk terjadi karena interaksi antara arus dan medan magnet pada kumparan putar. z Arus pada kumparan putar mengakibatkan munculnya gaya elektromagnetis yang memiliki arah tertentu sehingga jarum berdepleksi/menyimpang sebesar θ. z Depleksi dinyatakan dengan momen gerak :

TD = B nabI z Dimana :


B adalah medan magnet di celah udara a adalah panjang kumparan b adalah lebar kumparan n adalah banyaknya lilitan EL 2222 Pengukuran Elektrik I adalah arusFakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

6

PEREDAMAN AU KUMPARAN PUTAR

CONT…. z Pada jarum penunjuk diberikan per atau pegas yang diletakkan pada poros jarum. z Pegas memberikan gaya reaksi yang berbading lurus dengan sudut rotasi sumbu dan berusaha untuk menahan perputaran dengan momen kontrol :

z z

TC = τθ

z

z

z Apabila jarum penunjuk berdepleksi dengan sudut akhir θ maka dalam keadaan setimbang TD = TC



ALAT UKUR ARUS KUMPARAN PUTAR z

z z

z z

z

PENGARUH SUHU PADA AU KUMPARAN PUTAR I

Arus yang mengalir melalui kumparan putar pada alat ukur ini dibatasi sekitar 30 mA karena kawat yang digunakan oleh kumparan putarnya sangat kecil. Arus yang akan diukur dialirkan secara langsung pada kumparan putar. Pengukuran arus yang lebih kecil dari 30 mA maka digunakan tahanan R dihubungkan secara paralel dengan kumparan putar. Tahanan seperti ini disebut dengan tahanan Shunt. R1 adalah tahanan keseluruhan dari kumparan putar dan pegas pengontrol. Arus yang akan diukur diberi notasi I dan arus yang masuk ke kumparan putar I` maka persamaannya : I = mI` dan

I`

z

R1

R2

z

z z

m=

R1 + R 2 R2

z

Walaupun harga yang masuk ke kumparan I` tapi jarum akan menunjukkan harga skala sesuai dengan arus I sehingga memungkinkan AU dengan tahanan Shunt untuk mengukur arus sebesar m kali lebih besar EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

z

z

Tahanan shunt terbuat dari bahan manganin dan tahanan R3 sehingga koefisiennya adalah nol. Sedangkan koefisien tahanan dalam R1 dinyatakan dengan α dan to ke t sebagai perubahan temperatur. Oleh karena itu dapat dinyatakan persamaan pengaruh perubahan temperatur pada arus yang masuk ke kumparan putar : I

`

`

=

z

I I`

R3

R2

R 2 .I R 1 {1 + α (t − t o )} + R 2 + R 3

=


Tahanan dalam AU biasanya terbuat dari tembaga yang memiliki perubahan sekitar 0,4 % per derajat C Tahanan shuntnya dibuat dari bahan manganin yang memiliki koefisien temperatur relatif kecil Jadi setiap AU kumparan putar untuk arus dengan kombinasi tahanan shunt akan memberikan depleksi jarum penunjuk sesuai dengan perubahan temperatur walaupun arus yang diukurnya tidak berubah.

ALAT UKUR TEGANGAN KUMPARAN PUTAR

α .R 1 R 2 .I ⎧ (t − t o )⎫⎬ ⎨1 − R1 + R 2 + R 3 ⎩ R1 + R 2 + R 3 ⎭ R 2 .I ⇒ A r u s y a n g m a s u k k e k u m p a r a n p u ta r R1 + R 2 + R 3 α .R 1 ⎧ (t − t o )⎫⎬ ⇒ P e r u b a h a n s u h u y a n g b e r a k i b a t p a d a a r u s ⎨1 − R1 + R 2 + R 3 ⎩ ⎭ I

Perubahan temperatur ruangan yang terjadi akan m empengaruhi juga temperatur AU Pada AU arus kumparan putar biasanya memiliki koefisien-koefisien temperatur negatif yang kecil pada konstanta pegas pengontrol τ dan kerapatan fluksi maknetik B di celah udara sehingga pengaruh karena tem peratur juga kecil


PENGARUH SUHU TERHADAP ARUS YANG MASUK KE AU z

Kerangka alumunium kumparan putar secara prinsip listrik merupakan rangkaian hubungan singkat (short circuit) Jika arus mengalir pada kawat kumparan putar maka pada kerangka akan timbul arus induksi. Hal ini terjadi karena tegangan yang berbanding lurus dengan kecepatan perputaran kerangka di celah udara bermedan magnet diinduksikan kedalam kerangka kumparan putar. Arus induksi selanjutnya memotong fluksi magnet pada saat kumparan berputar dan akan timbul momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar kumparan dan arahnya berlawanan sehingga terjadi redaman perputaran. Luas penampang kerangka kumparan putar mempengaruhi momen redaman. Apabila luas penampangnya kecil berarti tahanannya besar dan arus induksi kecil sehingga momen redamannya menjadi kurang.

R1

z

z

Konfigurasi dasarnya adalah dengan menghubungkan suatu tahanan seri dengan kumparan putar alat ukur arus dimana arus secara langsung masuk kedalam kumparan putar. Apabila tegangan yang akan diukur diletakkan diujung dari alat ukur volt maka arus I akan mengalir melalui kumparan putar dan persamaan untuk ini adalah : V = (R1+R2)I Jadi walaupun arus yang mengalir melalui kumparan putar adalah I namun jarum akan menunjukkan pada skala berupa tegangan V

I R2

R1


7

PENGARUH SUHU PADA ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR

Kuis 1 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9. 10.


Apakah yang dimaksud dengan pengukuran? Jelaskan apakah yang dimaksud dengan ketelitian, ketepatan, kesalahan dan sensitifitas? Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis kesalahan dalam pengukuran! Hitunglah porsentase kesalahan dari suatu AU jarum penunjuk yang berdepleksi menunujukkan 25 V pada skala penuh. Range AU berada pada posisi 50 V dengan harga tegangan sebenarnya sebesar 25,5 V! Sebutkan dan jelaskan fungsi penggunaan analisa statistik Deviasi! Sebutkan dan jelaskan metoda-metoda pengamatan pengukuran! Sebutkan dan gambarkan bagian-bagian serta fungsi masing-masing alat ukur kumparan putar. Jelaskan cara kerja alat ukur kumparan putar. Jelaskan bagaimana peredaman dari alat ukur kumparan putar. AU kumparan putar berdepleksi dengan penunjukan pada skala 100 mV dimana tahanan dalamnya sebesar 20 ohm. Jumlah lilitan pada kumparan sebanyak 120 lilitan. Induksi magnetik yang terjadi sebesar 0,15 Wb/m sedangkan dimensi kumparan adalah 31x26 mm2 .Tentukan momen gerak dan besarnya sudut depleksi jika σ = 2 pada keadaan setimbang. EL 2222 Pengukuran Elektrik Fakultal Elektro & Komunikasi Institut Teknologi Telkom

8

Pengukuran Elektrik. Referensi DEFINISI PENGERTIAN EL 2222

Recommend Documents