POTENSIOMETER. Metode potensiometer adalah suatu metode yang membandingkan dalam keadaan setimbang dari suatu rangkaian jembatan. Pengukuran tahanan

POTENSIOMETER Metode potensiometer adalah suatu metode yang membandingkan dalam keadaan setimbang dari suatu rangkaian jembatan Pengukuran tahanan Langkah kerja : E1

1. Atur Rheostat R1 sehingga arus I tetap, sehingga jatuh tegangan pada Rx = Vx dan pada Rst = Vst.

R1

G S 2

3. Hubungkan sklar S pada posisi 2, dan atur potensiometer agar galvanometer tetap nol, maka Vx = I R2.

1 Rst

Rx Vx R2

2. Hubungkan saklar S pada posisi 1, dan atur potensiometer R2 agar Galvanometer menunjuk Nol, maka Vst = I R2

Vst E2

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

4. Jadi dapat dicari :

Vx I R x R x   Vst I R st R st Rx 

Vx R st Vst 27

Pengukuran Tegangan

Langkah Kerja: Hubungkan kontak K dan atur potensio R dalam keadaan setimbang (Nol) sehingga didapat r, maka :

I.R K Ex

R

G

r

E st  I. r Est

Ew a

c

b

1 K

Est

R E st r

Rh d

Ex

E x I.R  E st I . r Ex 

Contoh :

; E x  I.R

2

G R

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

Ew I Rh a-b Ex Est R G

= baterai = arus kerja = rheostad = potensiometer = 200 Ω = tegangan yang diukur = tegangan standard 1,018 Volt = tahanan pengaman = Galvanometer

28

Arus kerja diatur oleh Rh, baterai Ew dan standard cell Est. Kontak K ditutup, saklar s pada posisi 1, potensiometer pada kedudkan c, misal pada 101,8 cm = 101,8 Ω dan reostad Rh diatur sehingga galvanometer G meninjukkan Nol, maka

E st  E ac 1,108 V I . 101,8 1,018 I

1,018 10 m A 10.10 3 mA 101,8

Kemudian saklar s pada kedudukan 2, dengan Rh tetap sehingga I tetap 10 mA dan potensiometer diatur sehingga galvanometer menunjukkan Nol, misalnya potensiometer terletak pada titik d, maka :

E x 10 .10 3 x R a  d volt

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

29

APLIKASI AMPERE-METER, VOLT-METER DAN OHM-METER Ampere-meter

Digunakan untuk mengukur arus.

r L

AM (Ampere-meter)

Cara menghubungkannya adalah diseri dengan beban yang diukur. RL (Beban/ Tahanan)

Dalam alat ukur ampere-meter terdapat tahanan (r) dan induktansi (L) karena ada kumparan, sehingga terjadi kesalahan/penyimpangan dalam hasil pengukuran.

Memperbesar Batas Ukur/Range Ampere-meter Memperbesar batas ukur Ampere-meter dilakukan bila arus yang diukur melebihi dari besarnya arus batas ukur. Cara memperbesar batas ukur AM dengan memeasang tahahan/impedansi secara pararel/shunt seperi gambar berikut ini Zsh VAB  I Z AM  I (r  jL) I Ish V  I Z  I Z  I Z  Z  Z AM r AB sh sh AM sh sh sh L I Ish B A ZAM = Impedansi Ampere-meter RL AM (Ampere-meter) (Beban/ Jadi nilai tahanan shunt tsb lebih kecil dari impedansi Tahanan) dalam ampere-meter Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

30

Contoh : Suatu ampere-meter untuk mengukur arus dc dengan batas ukur 1 mili-ampere. Tahanan dalamnya 60Ω dan induktansinya 0,75 H. Hitunglah tahanan shunt jika ampere-meter tersebut diperbesar sampai batas ukur maksimum 1 Ampere. Jawab : Dalam pengukuran arus dc, impedansi dalam tidak berpengaruh, hanya tahanan dalam saja yang berpengaruh. maka : Zsh Ish I A

Zsh 

r L

Zsh  B

AM (Ampere-meter)

RL (Beban/ Tahanan)

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

R sh 

I Ish I Ish

Z AM , dimana

Z AM  (r  jL)  r

r  R sh

1 60  0,06  999

31

Volt-Meter Pemasangan Volt-Meter untuk mengukur tegangan terminal dipasang pararel seperti gambar dibawah ini : R

E

VM

RL

E R RL VM

= = = =

Tegangan sumber Tahanan rangkaian Tahanan beban Volt-meter

Dalam alat ukur Volt-meter terdapat tahanan (r) dan induktansi (L) karena ada kumparan, sehingga terjadi kesalahan/penyimpangan dalam hasil pengukuran.

Memperbesar batas ukur dari Volt-meter Dapat dilakukan dengan cara memberikan tahanan seri dengan volt-meter R

VAB  i R s  VM RS

E

RL VM

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

i R s  VAB  VM V  VM VAB  i . r R s  AB  i i V R s  AB  r i

32

Untuk mengukur tegangan ac, dengan menambahkan kapasitor (C) yang dipararel dengan R seri yang berguna untuk mengkompensasi induktansi dari volt-meter sehingga didapat : R

A

c RS

C E

RL VM

L (1  2 ) R s2

c  0,414

L R s2

B Contoh : Volt-meter besi putar dengan simpangan maksimum untuk arus 0,1 A dc, tahanan dalam 500 ohm dan induktansi dalam 1 henry dan bekerja pada frekuesi 50 Hz. Jika diinginkan batas volt-meter menjadi 250 volt dc dan ac, maka hitunglah besarnya tahanan dan capasitansi yang akan digunakan memperbesar volt-meter tersebut Jawab :

V  i .r  0,1 x 500  50 Volt dc V R s  AB i 250 Rs  500  2000  2 k 0,1 Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

33

Arus yang melalui kumparan tanpa capasitor :

V I ac  AB Z Z  ( r  R s ) 2  ( 2 f L) 2 Z  (500  2000) 2  (2 x 3,14 x 50 x 1) 2  250  I ac 

250  0,099 Ampere 2520

Jadi penunjukkan volt-meter :

I ac 250 x 250   250  248 Volt 0,1 0,1 x 2520 Karena penunjukkan volt-meter lebih rendah dari 150 volt, maka diperbaiki dengan penambahan capasitor sebesar :

L 1 c  0,414 2  0,41 Rs (2000) 2 10 8 F  0,01F

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

34

Ohm-meter Digunakan untuk mengukur tahanan secara langsung dengan bantuan sumber tegangan (baterai) seperti gambar dibawah ini. Cara Kerja : 1. Saklar S dibuka, titik a dan b dihubung singkat. Rp Potensiometer RP diatur sehingga didapat simpangan yang maksimum (Nol Ohm), Jadi arus Rs maksimu (Io) yang melalui RS adalah : r L a Is  I 0 (r  R p ) / R p

(Rs+r)/p

Rx

s E

b

Nyatakan persamaan tahanan pararel dari r dan RP sebagai Rpr, maka dengan notasi K=(r+RP)/RP, kita mendapatkan persamaan sbb E Is   K I0 R s  R pr

2. Sekarang hubungkan tahanan RX yang akan diukur. Bila arus yang melalui sebesar I, maka

Is  K I KI

E R s  R pr  R x

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

35

Dengan menggunakan hasil bagi maka didapat :

E /(R s  R pr ) K I0  K I E /(R s  R pr  R x ) I 0 (R s  R pr  R x )  I (R s  R pr ) I  R x  (R s  R p ) 0  1  I  Suatu kebiasaan dalam praktek untuk membuat RP jauh lebih besar dari r sehingga RP hampir mendekati r, maka I  R x  (R s  R p ) 0  1  I  Dari persamaan di atas diketahui bahwa tahanan sebesar nol ohm akan menyebabkan arus sebesar I0 melalui alat pengukur. Sedangkan jika arus yang mengalir adalah I0/2 maka didapat:

R x  (R s  r ) Jadi dengan persamaan tsb, maka skala dapat dibuatkan tidak terhadap arus akan tetapi terhadap tahanan, sehingga besar tahanan RX langsung didapat dari bacaan pada penunjukkan. Dengan memasang tahanan sebesar (RS+r)/p dengan menutup saklar S, maka daerah pengukuran dapat diperluas/dirubah sesuai dengan tahan luar RX/p. Jadi perubahan pada batas pengukuran dapat dilakukan dgn perkalian sbb : R x 1; R x 10 ; R x 1K; dst. Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

36

PENGUKURAN KAPASITOR DAN INDUKTOR KAPASITOR (Farad) Menyimpan energi jika tegangan, arus yang mengalir sebanding dengan perubahan tegangan terhadap waktu (dv/dt) i(t) dv 1 + iC , v( t )   i dt v(t) C dt C Kapasitor tak ideal RP RP adalah tahanan yang menunjukkan kerugian dielektrik dari kapasitor CP.

CP

Pengukuran kapasitor a. Jembatan arus bolak-balik a D = detektor

Vab  Vac ; Vbd  Vcd b

D

c

Jadi jembatan tersebut dalam keadaan setimbang jika detektor menunjukkan nol dan memenuhi persyaratan : Z1 Z 4  Z 2 Z3 dan Q1  Q 4  Q 2  Q3

d Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

37

b. Jembatan Schering a

C1

Dengan mengatur R2 dan C1 maka jembatan dapat dibuat seimbang, sehingga diperoleh :

R2 R1 D

b

c

RX  R2

CX C3

C X  C3

RX

C1 C3

R1 R3

d c. Jembatan Wein a

CX 

R2

R1 b

c

D Rx

R4 C4 d

R 4 C4 R 2 (1  2 R 24 C 24 )

R 2 (1  2 R 24 C 24 ) C4  2 R 4 R1 C 24   2f  frekuensi sangat berpengaruh

Cx

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

38

d. Metode Volt-Ampere A V

C

i  C V

INDUKTOR (Henry) Menyimpan energi bila dilalui arus i(t)

+

v(t)

-

L

v( t )  L

di 1 dan i( t )   v dt dt L

Induktor tak ideal : R1

L1

Rugi-rugi tembaga = I2 R

C Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

39

Dalam pengukuran biasanya digunakan skema ekuivalen seperti di bawah ini :

RS

Sehingga didapat : R1 L1 RS  dan L  s (1  2 L1C) 2 1  2 L1C

LS

Pengukuran Induktor a. Jembatan Maxwell a

R1

R2

RX 

C1 D

b

c

R2 R3 R4

L X  R 2 R 3 C1

LX

R3 RX d

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

40

b. Jembatan Hey a C1

R1

b

R2

2 C12 R1 R 2 R 3 RX  1  2 C12 R12 c

D

LX 

LX

R3

R1 R 2 C1 1  2 C12 R12

RX d c. Metode Volt-ampere

I

A V

L

Jadi , L

Ir. Antonius Ibi Weking, MT / FT. E. UNUD

V ;   2f L

V I

41