PENGUKURAN KOMPONEN PASIF

PENGUKURAN KOMPONEN PASIF
MENGUKUR PERLAWANAN
Mengukur perlawanan dilakukan dengan menggunakan sumber arus
searah atau sumber tegangan searah. Dengan demikian kapasitas liar dan
induksidiri penghantar dan rangkaian tidak akan berpengaruh. Tegangan
bolak-balik dengan frekuensi sangat rendah (50 hz) masih juga boleh dipakai.
METODE ARUS TEGANGAN
Metode arus tegangan adalah penerapan metoda tuding. Kepada
perlawanan yang diukur, Rx, dikenakan tegangan searah. Kemudian, dari hasil
pengukuran arus dan tegangan yang ada pada Rx, besar Rx dapat diketemukan.
Arus dan tegangan diukur bersamaan, cara ini bertujuan guna
menghindari sumber yang terbeban oleh beban yang berlainan, yang akan
menimbulkan keliru ukur. Kalau pengukuran arus dan pengukuran tegangan
dilakukan dengan berganti-gantian, maka sumber mendapatkan beban yang
berlainan, ini menimbulkan keliru ukur. Keliru ukur ini disebut keliru metoda.
Kecermatan dalam cara pengukuran ini bergantung pada :
a. keliru dalam pengukuran tegangan
b. keliru dalam pengukruan arus
c. keliru dalam besar perlawanan-perlawanan yangdiperhitungkan
Pada umumnya, agar perlawanan alatukur boleh diabaikan, maka besar
keliru sama dengan jumlahan keliru-keliru dalam harga arus dan tegangan
yang diukur.
Metoda tuding, dimana yangdiukur
diterapkan dalam multimeter elektronik.
hanyalah
tegangan,
banyak
Dalam pekerjaan pengukuran perlawanan kecil-kecil (kurang dari 1 ohm)
perlulah
diperhatikan,
bahwa
perlawanan
kawat-ukur
dan
juga
perlawananjepitan turut terukur. Keliru ukur yang diadakan olehnya perlu
diperhitungkan. Penambahan keliru ukur itu akan dapat dicegah, kalau
diterapkan asas empat terminal (four terminal method). Dalam asas ini
digunakan jepitan-jepitan yang terpisah, yaitu bagi arus acuan tersedia
jepitan sendiri, dan bagi tegangan yang diukur ada jepitan sendiri.
Dengan cara ini rugi tegangan yang ada di dalam kalang arus tidak turut
terukur, sedangkan rugi tegangan yang ada di dalam kalang ukur dapat
diabaikan, sebab dalam kalang ini boleh dikata tidak ada arus.
Asas ini diterapkan dalam peranti ukur yang lebih mahal.
METODA SULIHAN
Metoda sulihan dilaksanakan dengan menggunakan :
a. sumber tegangan dan alatukur arus
b. sumber arus dengan alatukur tegangan
Dengan saklar pada posisi 1, kita mengukur arus yang ada pada Rx (Gb.
A) atau tegangan yang ada pada Rx, Gb. B.
Kemudian saklar dipindahkan ke posisi 2, dan pelawan variable Ry diatur agar
alatukur menunjukkan harga yang sama. Maka Rx adalah sebesar Ry.
IA
RA
+
S
E
1
2
Rx
Ry
A
Gambar A : Metoda sulihan untuk mengukur Rx yang berharga besar. E
adalah sumber tegangan . Yang diukur adalah arus yang lewat Rx + RA
S
1
+
-
2
E
Rv
Rx
Ry
Vu
B
Gambar B : Metoda sulihan untuk mengukur Rx yang berharga kecil.
adalah sumber arus. Yang diukur adalah tegangan yang ada pada Rx/Rv
E
Dalam Gambar A, kita mengukur arus yang lewat (Ra + Ry). Kalau Ry
diubah-ubah, variasi arus akan kian besar kalau harga RA kian kecil terhadap
Ry. Harga Ry dapat distel-stel dengan lebih cermat pada kuat arus tertentu.
Karena itu Gambar A kita terapkan kalau hendak mengukur Rx yang berharga
besar-besar. Untuk keperluan ini diperlukanlah sumber tegangan. Karena Rx
besar, maka sumber tegangan ini mudah dibangun.
Keterangan : Sumber tegangan adalah sumber tenaga yang impedansidalamnya sangat kecil terhadap impedansi beban. Dengan demikian sumber
akan menghasilkan tegangan jepit ( = tegangan beban ) yang boleh dikatakan
konstan, tidak berubah kalau beban ditukar-tukar.
Dalam Gambar B, kita mengukur tegangan yang ada pada jajaran Rv
(perlawanan-dalam alatukur-volt) dan Ry. Kalau Ry diatur-atur, maka variasi
tegangan akan kian besar kalau harga Rv kian besar terhadap Ry. Pada suatu
harga tegangan tertentu, Ry dapat distel-stel dengan lebih cermat. Karena
itu rangkaian ukur Gambar B kita terapkan kalau hendak mengukur Rx kecilkecil. Untuk keperluan ini diperlukan sumber arus. Sumber arus ini pun
mudah dibangun.
Keterangan : Sumber arus adalah sumber tenaga yang impedansidalamnya sangat besar terhadap impedansi beban. Dengan demikian sumber
akan mengeluarkan arus yang boleh dikatakan konstan, tidak tergantung
kepada varisai beban.
Metoda sulihan dapat diterapkan dengan alatukur yang tidak
terkalibrasi, sebab yang diutamakan adalah supaya jarum menyimpang ke titik
yang sama. Berapa besarkah harga yang ditunjukkan, tidak penting. Namun
sumber arus atau tegangan haruslah konstan selama pengukuran dilakukan.
Dengan demikian kecermatan pengukuran pada dasarnya ditentukan hanya
oleh kecermatan harga Ry. Pelawan presisi yang ada di pasaran ada yang
mempunyai kecermatan sampai 1 permil.
Penting adalah : rangkaian ukur harus cukup peka, artinya :
perubahan kecil dalam harga Rx harus sudah ditampilkan dengan nyata oleh
alatukur.
METODA PEMBAGI TEGANGAN
Kita bangun pembagi tegangan yang dibentuk oleh perlawanan yang
hendak diukur, Rx, dan perlawanan yangbesarnya diketahui, Ry, pada gambar
di bawah ini
Rx
Vu
Rv
+
-
E
Ry
Vy
Mengukur harga Rx dengan
menerapkan pembagi tegangan
Rv
Kemudian kita ukur tegangan yang ada pada Rx, dan pada Ry. Karena pada
kedua perlawanan itu mengalir arus yang sama, maka berlakulah :
Atau
Vx / Rx = Vy / Ry
Rx = Ry . Vx / Vy
Ketakcermatan dalam pengukuran adalah sama dengan jumlah ketakcermatan dalam harga-harga Vx, Vy dan Ry.
Pada dasarnya, yang kita ukur adalah tegangan yang ada pada jajaran Rx//Rv,
dan pada Ry//Rv. Kalau Rv sangat besar terhadap Rx maupun Ry, maka
pengaruh Rv dapat diabaikan. Dengan alatukur diferensial, pengukuran akan
cukup cermat.
Cara lebih baik adalah dengan menggunakan perlawanan variable Ry
yang terkalibrasi. Kalau diatur supaya Vu = Vy, maka Rx = Ry, dan tidak lagi
diperlukan alatukur-volt mahal, sebab yang diperlukan adalah pengukuran Vu =
Vy yang cermat, tidak mementingkan harga tegangan yang sebenarnya.
Dengan cara itu, Ry hanyalah berpengaruh kepada kepekaan rangkaian ukur.
Kepekaan akan kian besar, kalau Rx kian kecil.
Untuk mengukur perlawanan sangat tinggi (misalnya perlawanan
bocoran), pembagi tegangan akan dapat dibentuk oleh Rx dan Rv alatukur.
Diperlukanlah tegangan acuan yang cermat Vref. Alatukur pun mengukur
tegangan sebesar :
Vu = Rv / (Rv + Rx) x Vref
Dari persamaan itu kita ketemukan :
Rx = Rv ( Vref/Vu - 1 )
Kalau dipakai Vref yang kecil saja, Vu kita ukur dengan alatukur-mv atau
alatukur-v.
Contoh :
Kita gunakan Vref = 25 volt, dan diukur dengan alatukur-volt dengan jangkah
ditaruh pada 100 mv, dimana Rv = 10 Mohm.
Maka harga Rx tertinggi yang dapat diukur adalah :
Rx = 10 M ( 25/0,1 V – 1 ) = 2490 Mohm
Kita lihat bahwa dengan cara itu dapat diukur perlawanan sangat besar.
Catatan :
Cara pengukuran di atas tidak terpengaruh oleh kualitas alatukur, namun
mengandung juga kekurangan, yaitu :
1. kita perlu dua kali berusaha menghindari ketakcermatan dalam
membaca alatukur, dan
2. tegangan catu tidak boleh berubah selama dilakukan pengukuran.
Kekurangan-kekurangan itu diatasi dalam metoda jembatan yang akan kita
bicarakan dalam paragraph berikut.
METODA JEMBATAN
Jembatan Wheatstone adalah rangkaian guna mengukur perlawanan
yang menerapkan metoda nol. Pada gambar di bawah ini, Rx adalah perlawanan
yang hendak diukur, sedangkan Ry sebuah pelawan terkalibrasi. R1 dan R2
adalah pelawan presisi yang lazimnya sama besar, misalnya 1 kohm  0,1%.
R1
+
-
E
Rx
A
B
R2
Jembatan Wheatstone yang mengukur Rx.
Kepekaan adalah maksimum, kalau R1 = R2.
Ry
Sebagai detector nol dipakai alatukur volt yang peka (dengan atau
tanpa penguat), dengan titik nol di senter. Kini dipakai detector elektronik,
misalnya sebuah penanding (comparator) atau osiloskop.
Dengan Ry jembatan disetimbangkan, dan berlakulah :
VAB = 0 atau
Atau
R2 / (R2 + Ry) = Ry / (Rx + Ry)
Rx = R1/R2 . Ry
Harga Rx diketemukan dengan bacaan pada skala Ry, dikali dengan factor
R1/R2.
Kepekaan jembatan menjadi besar, kalau perubahan kecil pada Ry
membangkitkan perubahan besar pada tegangan yang ada pada Ry (yaitu Vy).
Kejadian ini dapat diperoleh dengan maksimal kalau dipilih R2 = R1.
Jembatan Wheatstone banyak digunakan untuk pengukuran cermat.
Keunggulannya adalah bahwa pengukuran tidak terpengaruh oleh perubahan
(yang kecil) dalam tegangan catu.
Dengan menggunakan pelawan-pelawan presisi (0,01%), ketakcermatan dapat
kurang dari 0,05%, untuk jangkauan ukur antara 10 – 10 Mohm.
Untuk mengukur perlawanan kecil dari 10 ohm, jembatan tidak praktis,
sebab diperlukan sumber yang mengeluarkan arus besar. Ketakcermatan pun
bertambah besar, disebabkan oleh perlawanan yang ada pada perkawatan dan
pada jepitan.
Untuk pengukuran perlawanan berharga besar dari 100 Mohm, arus
pada indicator nol jadi kecil, hingga sulit dalam bacaan minimumnya
(terkecuali kalau digunakan indicator nol elektronik).
Catatan :
Dalam praktek, prbandingan R2 : R1 dapat diubah-ubah dalam berlangkah. Ini
mengurangi kepekaan, namun memberikan jangkauan ukur lebih besar.