5. Meter_DC_3_Voltmeter_DC

Voltmeter DC
Meter DC 3
Voltmeter DC
Pengukuran tegangan dilakukan dg menempatkan
Voltmeter pada resistor ybs..
Voltmeter DC
• Kebanyakan meter d'Arsonval merupakan divais
sensitif – mempunyai nilai (rating) arus defleksiskala-penuh (dsp) serendah 50 μA, dg suatu
resistor (internal) beresistans sekitar 1000 Ω.
• Ini membuat voltmeter tsb memiliki skala-penuh
50 mV= (50 μA X 1000 Ω)!.
• Untuk membuat voltmeter dg skala praktis dari
d’Arsonval semacam itu, kita butuh mengurangi
jatuh-tegangan ke tingkat yg dpt ditangani o/
d’Arsonval.
• Meter d’Arsonval dpt dikonversi ke Voltmeter DC
dg menghubungkannya secara seri dg
Resistor-pengali (Multiplier (Rs)).
Fungsi dari Multiplier (Rs):
• Memperluas rentang-tegangan yg dpt diukur
oleh meter.
• Membatasi arus yg melalui d’Arsonval untuk
dsp.
Gbr 1: Meter d’Arsonval dlm voltmeter DC
Nilai multiplier yg diperlukan untuk memperbesar
rentang pengukuran dpt ditentukan (salah satunya)
dg:
Dengan:
Im
= arus dsp d’Arsonval;
Rm = resistor internal;
Rs
= resistor pengali
V
= teg. rentang maks.
• Biasanya untuk voltmeter berentang
rendah & sedang yakni sampai 500 V,
resistor pengali ditempatkan di dlm
voltmeter;
• Untuk tegangan yg lebih tinggi, pengali
tsb. dipasang pd sepasang apitan kutub
(binding post) di luar kotak untuk
mencegah kelebihan panas dlm kotak.
Voltmeter DC Multirentang
Gbr. 2. Voltmeter DC multirentang
• Menggunakan sejumlah resistor pengali beserta saklarrentang;
• Nilai dr resistor pengali dpt ditentukan dg metode
sebelumnya atau metode sensitivitas.
• Suatu varian voltmeter multirentang dpt diperoleh dg
menghubungkan resistor-pengali secara seri dan saklar
pemilih di setiap posisi yg akan menghasilkan resistans
tertentu, seri dg Rm.
• Sistem demikian memiliki kelebihan y.i. semua resistorpengali kecuali yg pertama, akan memiliki nilai standar
(tersedia di pasaran).
• Satu-satunya yg harus dibuat khusus untuk memenuhi
persyaratan rangk. adalah R4 (pengali rentang-rendah).
Gbr. 2. Voltmeter DC multirentang dengan susunan
multiplier yg lebih praktis
Contoh
• Sebuah meter d’Arsonval dg resistansinternal Rm = 100 Ω dan arus-dsp = 1 mA,
akan diubah menjadi menjadi voltmeter
DC multirentang dg rentang 0-10 V, 0-50
V, 0-250 V dan 0-500 V sebagaimana Gbr
di atas.
Diket.:
• D’Arsonval: Rm = 100 Ω = 0,1 kΩ;
Im = 1 mA.
• Akan diubah menjadi Voltmeter dengan:
- Rentang-1: V4 = 0-10 V;
- Rentang-2: V3 = 0-50 V;
- Rentang-3: V2 = 0-250 V;
- Rentang-4: V1 = 0-500 V;
Ditany.:
• Nilai R1 … R4.
Peny.
• Rentang-1, V4, 0-10 V:
RT = 10 V / 1 mA = 10kΩ;
R4 = RT –Rm =10kΩ0,1kΩ
= 9,9 kΩ.
• Rentang-2, V3, 0-50 V:
RT = 50 V / 1 mA = 50kΩ;
R3 = RT – (R4 +Rm)
= 50 kΩ - (9,9 + 0,1) kΩ
= 40 kΩ.
• Rentang-3, V2, 0-250 V:
RT = 250 V / 1 mA = 250 kΩ;
R2 = RT – (R3 + R4 + Rm)
= 250 kΩ - (40+9,9+0,1)kΩ
= 200 kΩ.
• Rentang-4, V3, 0-500 V:
RT = 500 V / 1 mA = 500 kΩ;
R1 = RT – (R2 + R3 + R4 +Rm)
= 500kΩ - (200+40+9,9+0,1)
kΩ
= 250 kΩ.
Hanya resistor pengali R4 yang memiliki nilai
yg tdk standar (tdk tersedia secara umum)!
• Metode lain untuk mencari nilai Rs yaitu
metode sensitivitas.
• Pertama-tama kita tentukan Sensitivitas,
S dari meter d’Arsonval.
• Sensitivitas, S adalah kebalikan dari arus
dsp, yaitu:
Gbr. 3. Voltmeter DC multirentang dengan
susunan multiplier yg lebih praktis
S
V
Rm
Rs
RT
= sensitivitas, Ω/V;
= rentang tegangan, V;
= resitans-internal d’Arsonval (atau
beserta resistans-seri);
= resistor-pengali;
= resistans total voltmeter.
Contoh-2:
Ulangi contoh sebelumnya dg menggunakan
metode sensitivitas.
- Diket.: Idsp = 1 mA = 0,001 A;
- Ditany.: R1 … R4.
Peny.:
S = 1 / Idsp = 1 / 0,001 = 1000 Ω/V;
R4 = (S x V) – Rm
= (1000 Ω/V x 10 V)- 0,1 kΩ;
= 10 kΩ – 0,1 kΩ = 9,9 kΩ.
R3 = (S x V) – (R4 + 0,1 kΩ)
= (1000 Ω/V x 50 V)- 10 kΩ;
= 50 k Ω – 10 k Ω = 40 k Ω.
Peny. (lanj.):
R2 = (S x V) – (R3 + R4 + 0,1 kΩ)
= (1000 x 250)-(40 + 9,9 +0,1);
= 250 – 50 = 200 kΩ.
R1 = (S x V) – (R2 + R3 + R4 + 0,1 kΩ)
= (1000 x 500)- (200+ 40 + 9,9 +0,1);
= 500 – 250 = 250 kΩ.
• Soal 1.
Hitunglah sensitivitas dr sbh meter
d’Arsonval100-μA yg dpt digunakan sbg
Voltmeter DC.
• Soal 2.
Hitunglah nilai multiplier Rs pd rentang 50
V dr sbh Voltmeter DC yg menggunakan
200-μA meter d’Arsonval dg resistans
internal 1,2 kΩ.
• Soal 3.
Hitunglah nilai Rs untuk
rangk. Voltmeter DC
multirentang seperti
gambar di samping:
• Soal 4.
Hitunglah nilai Rs
untuk rangk.
Voltmeter DC
multirentang sbg
gbr di samping:
Ifs = 50 µA
Efek Pembebanan Voltmeter (Voltmeter Loading Effects)
Gbr. 4. Efek pembebanan Voltmeter
• Sensitivitas voltmeter DC merupakan
faktor penting dlm pemilihan sbh alat ukur
untuk pengukuran teg. tertentu;
• Voltmeter
sensitivitas
rendah
memberikan pembacaan yg akurat saat
mengukur
tegangan
dlm
rangk.
beresistansi rendah; Hal yg sebaliknya
akan terjadi jika ia mengukur rangk.
beresistansi tinggi.
• Saat suatu voltmeter digunakan untuk mengukur
tegangan pd suatu komponen, rangk., voltmeter
sendiri ad. paralel dg komponen rangk.
• Kombinasi paralel dr dua resistor dpt menjadi lebih
kecil dr keduanya saat berdiri sendiri, sehingga
resistans yg terlihat o/ sumber bernilai lebih kecil
dibandingkan apabila tanpa voltmeter.
• Karena itu, tegangan pd komponen ad. berkurang
di saat voltmeter terhubung.
• Efek
ini
disebut
pembebanan
voltmeter
(voltmeter loading) dan menghasilkan galat yg
disebut galat-pembebanan (loading error).
Contoh:
• Diinginkan untuk mengukur tegangan
antara ujung-ujung resistor 50 kΩ dlm
rangk. di atas. Untuk pengukuran ini
tersedia 2 voltmeter: V1 dg sensitivitas
1000 Ω/V dan V2, 20000 Ω/V. Kedua
voltmeter dipakai pd rentang 50 V.
Tentukan:
- Pembacaan tiap voltmeter;
- Galat tiap pembacaan, dinyatakan dlm
persentase nilai aktual.
Diket.:
– Rangkaian seperti gambar;
– V1, S = 1000 Ω/V; V2, S = 20000 Ω/V
Ditany.:
- Pembacaan V1 & V2;
- Galat pembacaan.
Peny.:
Analisis rangkaian menunjukkan bahwa tegangan
pd resistor 50 kΩ, ad.:
V = (50 kΩ/150 kΩ)150 V
= 50 V
Ini adalah tegangan yg sebenarnya pd resistor
50 kΩ.
(a)
• V1 (S = 1000 Ω/V):
Resistans total V1,
– RT = S x V
= (1000 Ω/V x 50 V)
= 50 kΩ
Ketika V1 dipasang ke rangkaian, RT //
dg resistor terukur (50 kΩ).
Sehingga, resistans a-b menjadi: 25 kΩ
Gbr.5. Resistans a-b akibat efek pembebanan Voltmeter
• Tegangan yg terukur pd terminal a-b, dg
demikian adalah
Vab = (25/125) 150
= 30 V
V2 (S = 20000 Ω/V):
Resistans total V2,
RT = S x V
= (20000 Ω/V x 50 V)
= 1000 kΩ = 1 MΩ
Ketika V2 dipasang ke rangkaian, RT // dg
resistor terukur (50 kΩ).
Sehingga, resistans a-b menjadi: 47,6 kΩ
• Tegangan yg terukur oleh V2 pd terminal
a-b, dg demikian ad.
Vab = (47,6/147,6) 150
= 48,36 V
• Galat akibat pembacaan V1:
• Galat akibat pembacaan V2:
• Voltmeter “mengganggu” rangkaian, dan
idealnya, suatu instrumen - kapan dan di
manapun - seharusnya mengukur suatu
besaran tanpa “mengganggunya” dg cara
apapun;
Pada
contoh
di
atas,
“gangguan” terbesar telah diakibatkan
oleh Voltmeter-1 (V1);
• Manusia, bertanggung jawab memilih
memilih instrumen yg sesuai, sehingga
dihasilkan pengukuran yg dpt dipercaya.
Konklusi
• Meter d’Arsonval dpt dikonversi ke
Voltmeter DC dg menghubungkan suatu
Multiplier (Rs) ke meter d’Arsonval tsb.
• Sensitivitas, S ad. kebalikan dr arus dsp.
• Dikehendaki untuk membuat resistans
voltmeter jauh-jauh lebih tinggi drpd
resistans rangkaian.
Soal 5:
Dua voltmeter berbeda
digunakan untuk mengukur
tegangan pd RB dlm rangk.
di samping. Meter-meter
tsb. sbb:
– Meter A: S = 1kΩ/V; Rm=
0,2kΩ; Rentang = 10V
– Meter B: S = 20kΩ/V; Rm=
2,2kΩ; Rentang = 10V
Hitunglah:
– Tegangan RB tanpa meter.
– Tegangan RB saat meter A
digunakan.
– Tegangan RB saat meter B
digunakan.
– Galat-pembebanan pd kedua
pembacaan.
Soal 6:
• Carilah pembacaan
tegangan dan
prosentase galat
pembebanan dr
setiap pembacaan
yg diperoleh o/
suatu voltmeter:
– Rentang 5-V.
– Rentang 10-V.
– Rentang 50-V.
Meter memiliki
sensitivitas 20 kΩ/V
dan terhubung pd
RA.