Instrumen Pengukuran Tegangan dan Arus Searah

Alat Ukur dan Instrumentasi
Bab 4. Instrumen Pengukuran
Arus dan Tegangan Searah
Instrumen Pengukur Arus DC



Instrumen Pengukur arus listrik ampermeter memiliki
keterbatasan untuk dapat mengukur arus.
Tahanan dalam meter Rm membatasi kemampuan batas
ukur.
Untuk menaikkan batas ukur dilakukan dengan memasang
tahanan paralel Rp dengan ampermeter (Gambar 4.1).
Tahanan Rp akan dialiri arus sebesar Ip, arus yang melalui
meter Rm sebesar Im.
Gambar 4.1 Tahanan paralel ampermeter
Instrumen Pengukur Arus DC (Lanjutan)
Tahanan paralel Rp tetap dialiri arus Ip, sedangkan arus
yang melewati (Rm + Rv) sebesar Im.Tahanan paralel Rp
dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
dimana : Rp = Tahanan paralel
U = Tegangan
I = Arus yang diukur
Im = Arus melewati meter
Ip = Arus melewati tahanan paralel
Rm = Tahanan dalam meter
Instrumen Pengukur Arus DC (Lanjutan)
Contoh 1:
Ampermeter dengan tahanan dalam Rm = 100 𝜴, arus yang
diizinkan melewati meter Im = 0,6 mA. Ampermeter akan
mengukur arus I = 6 mA. Hitung tahanan paralel Rp.
Penyelesaian:

U = Im · Rm = 0,6 mA · 100 𝜴 =

Atau dengan cara yang lain, didapatkan harga Rp yang sama,
menggunakan rumus berikut:
Instrumen Pengukur Tegangan DC

Pengukur tegangan voltmeter memiliki tahanan meter
Rm (Gambar 4.2).

Tahanan dalam meter juga menunjukkan kepekaan
meter, disebut Ifsd (full scale deflection) arus yang
diperlukan untuk menggerakkan jarum meter pada
skala penuh.

Untuk menaikkan batas ukur voltmeter harus dipasang
tahanan seri sebesar RV
Instrumen Pengukur Tegangan DC (Lanjtn)
Gambar 4.2 Rangkaian Voltmeter untuk menentukan nilai tahanan pengali (multiplier)
Instrumen Pengukur Tegangan DC (lanjutan)
Dari rangkaian voltmeter pada Gambar 4.2 didapat persamaan:
dimana:
RV = Tahanan seri meter
Rm = Tahanan dalam meter
U = Tegangan
Um = Tegangan meter
Im = Arus meter
Instrumen Pengukur Tegangan DC (lanjutan)
Contoh 2 :
Pengukur tegangan voltmeter memiliki arus meter 0,6 mA
dan tegangan meter 0,3V. Voltmeter akan digunakan untuk
mengukur tegangan 1,5 V. Hitung besarnya tahanan seri
meter Rv.
Penyelesaian:
Voltmeter Rangkuman Ganda
Penambahan sejumlah pengali beserta sebuah saklar
rangkuman (range switch) membuat instrumen mampu
digunakan bagi sejumlah rangkuman tegangan.
Pada Gambar 4.3 ditunjukkan tahanan-tahanan
pengali dihubungkan secara seri dan saklar pemilih di
setiap posisi menghasilkan sejumlah tahanan tertentu
yang seri dengan Rm.
.
Contoh 3:
Sebuah gerak d’Arsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 Ω
dan skala penuh Idp = 1 mA akan diubah menjadi voltmeter DC
rangkuman ganda dengan batas ukur 0 - 10 V, 0 – 50 V, 0 – 250 V,
0 – 500 V,seperti Gambar 4.3
V2
V3
V1
V4
Gambar 4.3
Penyelesaian:
Contoh 3 (lanjutan)


Pada rangkuman 10 V (posisi V4) tahanan total
rangkaian adalah:
RT =
= 10 KΩ
R4 = RT - Rm
= 10 KΩ - 100 Ω
= 9.900 Ω
Pada Rangkuman 50 V (posisi V3)
RT =
= 50 KΩ
R3 = RT – (R4 + Rm)
= 50 KΩ - 10 KΩ
= 40 KΩ
Contoh 3 (lanjutan)

Pada Rangkuman 250 V (posisi V2)
RT =
= 250 KΩ
R2 = RT – (R3 + R4 + Rm)
= 250 KΩ - 50 KΩ
= 200 KΩ
Pada Rangkuman 500 V ((posisi V1)
RT =
= 500 KΩ
= RT – (R2 + R3 + R4 + Rm)
= 500 KΩ - 250 KΩ
= 250 KΩ
Dari contoh diatas dapat dinyatakan bahwa sistem ini memiliki
keuntungan yaitu semua pengali memiliki nilai tahanan standar dan
dapat diperoleh dipasaran dengan toleransi yang tepat Kecuali
pengali rangkuman pertama ( R4 ).
R1
Sensitivitas Voltmeter
Sesungguhnya sensitivitas S, adalah kebalikan dari defleksi skala
penuh alat ukur yaitu:
Sensitivitas S dapat digunakan pada metode sensitivitas untuk menentukan
tahanan pengali voltmeter DC.
Sensitivitas Voltmeter (lanjutan)
Dari rangkaian pada Gambar 4.3 diperoleh rumus untuk menentukan
tahanan-tahanan pengali sebagai berikut:
RT = S x V
RS = (S x V) – Rm
dimana:
S
= Sensitivitas voltmeter (Ω/V)
V
= Rangkuman tegangan yang ditentukan oleh posisi saklar
Rm = Tahanan dalam alat ukur (ditambah tahanan-tahanan seri)
Rs = Tahanan pengali
Contoh 4:
sebuah gerak d’Arsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 Ω dan skala
penuh Idp = 1 mA, akan diubah menjadi voltmeter DC rangkuman ganda
dengan batas ukur 0 – 10 V, 0 – 50 V, 0 – 250 V, 0 – 500 V.Gunakan
metode sensitivitas untuk menentukan tahanan-tahanan pengali tsb.
Contoh 4 (lanjutan)
Penyelesaian:
Rangkuman 10 V
Rangkuman 50 V
Rangkuman 250 V
Rangkuman 500 V
Efek Pembebanan
Saat sebuah voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan
pada komponen rangkaian, rangkaian voltmeter itu sendiri
dalam hubungan paralel dengan komponen rangkaian.
Sehingga kombinasi paralel dari dua resistor menjadi lebih
kecil saat voltmeter terhubung jika dibandingkan dengan
tanpa voltmeter. Dengan demikian tegangan pada komponen
berkurang saat voltmeter dihubungkan.
Penurunan tegangan mungkin tidak berarti atau mungkin
besar, tergantung dari sensitivitas dari voltmeter yang
digunakan. Efek ini disebut pembebanan voltmeter, yang
digambarkan pada Gambar 4.4
Efek Pembebanan (lanjutan)
Gambar 4.4 Efek Pembebanan Voltmeter
•Tegangan sesungguhnya (Vhitung)
•Tahanan dalam voltmeter
dimana : V = rangkuman voltmeter
Efek Pembebanan (lanjutan)
 Tahanan Pararel

Tegangan yang terukur

Persentase kesalahan pembacaan
Contoh 5 :
Dua buah tahanan R1 (100KΩ) dan R2 (50KΩ)
terhubung seri dengan sumber tegangan 150 Volt,
jika ingin mengukur tegangan pada R2 dengan
voltmeter 1 (sensitivitas = 1KΩ/v) dan Voltmeter 2
(sensitivitas = 20KΩ/v). Kedua Voltmeter dipakai
pada rangkuman 50 V.
Tentukanlah (a) pembacaan tiap voltmeter,
(b) persentase kesalahan tiap pembacaan