BAB II PEMBAHASAN A. Galvanometer suspense Pengukuran-pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer de-ngan sistem gantungan (suspension galvanometer). Instrumen ini merupakan pelopor instrumen kumparan putar, dasar bagi kebanyakan alat-alat penunjuk arus searah yang dipakai secara umum. Gambar 1 menunjukkan konstruksi sebuah galvanometer suspense. Sebuah kumparan (coil) kawat halus digantung di dalam medan maknit yang diha-silkan oleh sebuah maknit permanen. Menurut hukum dasar gaya elektro maknetik kumparan tersebut akan berputar di dalam medan maknit bila dialiri oleh arus listrik. Gantungan kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan ke kumparan, dan keelastisan serabut tersebut membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. Kumparan akan terus berdefleksi sampai gaya elektro-maknetiknya mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Dengan demikian pe-nyimpangan kumparan merupakan ukuran bagi arus yang dibawa oleh kumparan tersebut. Sebuah cermin yang dipasang pada kumparan menyimpangkan seberkas cahaya dan menyebabkan sebuah bintik cahaya yang telah diperkuat bergerak di atas skala pada suatu jarak dari instrumen. Efek optiknya adalah sebuah jarum penunjuk yang panjang tetapi massanya nol. Dengan penyempurnaan baru galvanometer suspensi ini masih digunakan dalam pengukuran-pengukuran laboratorium sensitivitas tinggi tertentu bila keindahan instru- men bukan merupakan masalah dan bila portabilitas (sifat dapat dipindahkan) tidak di- pentingkan. Gambar 1. Galvanometer Suspensi B. Torsi dan defleksi di galvanometer Sifat dinamik galvanometer dapat diamati dengan secara tiba-tiba memutuskan arus yang dimasukkan, sehingga kumparan berayun kembali dari posisi penyimpangan mnuju posisi nol. Akan terlihat bahwa sebagai akibat kelembaman (inersia) dari sistem yang berputar, jarum berayun melewati titik nol dalam arah yang berlawanan, dan kemudian berosilasi ke kiri ke kanan sekitar titik nol. Osilasi ini perlahan-lahan mengecil sebagai akibat dari redaman elemen yang berputar dan akhirnya jarum akan berhenti Gerakan sebuah kumparan putar di dalam medan maknit dikenali dari tiga kuantitas: a. Momen inersia (kelembaman) kumparan putar terhadap sumbu putarnya b. Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan kumparan c. Konstanta redaman (D) C. Sentitivitas galvanometer Untuk menyatakan sensitivitas sebuah galvanometer, umumnya digunakan tiga definisl, yaitu : a. ensitivitas arus (current sensitivity); b. sensitivitas tegangan (voltage sensitivity); c. sensitivitas mega-ohm (megohm sensitivity). Sensitivitas arus (current sensitivity) dideflnisikan sebagai perbandingan penyim-pangan (defleksi) galvanometer terhadap arus yang menghasilkan defleksi tersebut. Bia-sanya arus dinyatakan dalam mikroamper dan defleksi dalam milimeter. Bagi galvanometer yang skalanya tidak dikalibrasi dalam milimeter, defleksi dapat dinyatakan dalam bagian skala. Sensitivitas arus adalah : SI = π ππ πΌ µπ΄ di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm i = arus galvanometer dalam fiA Sensitivitas tegangan (voltage sensitivity) didefinisikan sebagai perbandingan defleksi galvanometer terhadap tegangan yang menghasilkannya. Oleh karena itu π ππ SV = π µπ di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm V = tegangan yang diberikan ke galvanometer dalam mV Sensitivitas megaohm (megohm sensitivity) didefinisikan sebagai tahanan (dalam mega-ohm) yang dihubungkan secara seri dengan galvanometer agar menghasilkaffr defleksi sebesar satu bagian skala bila tegangan 1 V dimasukkan ke rangkaian tersebut. Karena tahanan ekivalen dari galvanometer yang diparalelkan diabaikan terhadap tahanan (dalam mega-ohm) yang seri dengannya, arus yang dimasukkan praktis sama dengan 1/R JJLA dan menghasilkan defleksi sebesar satu bagian (divisi). Secara numerik, sensitivitas mega ohm sama dengan sensitivitas arus, sehingga SR = π ππ πΌ µπ΄ di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm I = arus galvanometer dalam fxA Sensitivitas balistik (ballistic sensitivity) didefinisikan sebagai perbandingan defleksi maksimal galvanometer, dm terhadap jumlah muatan listrik, Q di dalam satu pulsa tung-gal yang menghasilkan defleksi tersebut. Maka SQ = ππ ππ π µπΆ di mana dm = defleksi maksimal galvanometer dalam bagian skala Q = kuantitas listrik dalam C D. Mekanisme kumparan maknik permanent Gerakan dasar kumparan putar maknet permanent (permanent magnet moving coil PMMC) yang ditunjukkan pada gambar 2 sering disebut sebagai pengggerak d’Arsonval. Penggerak meter d'Arsonval banyak digunakan pada saat ini. Dengan pemakaian yang luas pada peralatan elektronik, maka perlu sekali untuk mendiskusikan mengenai konstruksi dan prinsip pengoperasiannya. Gambar 2. Konstruksi penggerak d’Arsonva Penggerak meter komersial yang tipikal, ditunjukkan pada gambar 2 yang beroperasi pada prinsip dasar motor DC. Gambar 3 menunjukkan magnet permanen berbentuk tapal kuda yang berdempetan dengan lembaranlembaran besi lunak kutubnya, Di antara lembaran kutub utara dan kutub selatan terdapat inti besi lunak berbentuk silinder yang dililit dengan kumparan kawat halus. Kawat halus ini dililitkan pada sebuah bingkai logam yang sangat ringan dan ditempelkan pada sebuah pasangan jewel sehingga dapat berputar dengan bebas. Tangkai penunjuk dipasangkan pada kumparan putar yang akan menunjuk skala saat kumparan putarnya berputar Arus dari sebuah rangkaian yang diukur, di dalam meter akan melewati gulungan pada kumparan putar. Arus yang melewati koil menyebabkan koil tersebut menjadi elektromagnet yang berkutub utara dan selatan. Kutub elektromagnet saling mempengaruhi dengan kutub magnet permanen yang menyebabkan koli berputar.Tangkai akan menunjuk skala sewaktu arus mengalir di dalam arah yang tepat pada koil. Dengan alasan ini, semua penggerak meter DC ada penunjukkan tanda polaritas. Gambar 3. Bagian-bagian penggerak d’Arsonval E. Amperemeter Arus Searah Selama gulungan kumparan putar yang ditunjukkan pada gambar 3 adalah kawat yang sangat halus, penggerak meter d'Arsonval dasar sangat terbatas dalam penggunaan tanpa modifikasi. Salah satu modif ikasi yang diperlukan sekali adalah dengan menaikkan batas ukur arus yang diukur dengan pengeerak meter dasar. Hal ini dilakukan dengan menempatkan sebuah resistansi rendah yang diparalel dengan resistansi penggerak meter, Rm Resistansi rendah ini disebut dengan Shunt (Rsh) dan fungsinya untuk memberi sebuah cara pengganti pada arus total meter , I, disekitar meter penggerak. Rangkaian ammeter DC dasar ditunjukkan oleh gambar 4 Dalam banyak hal Ish lebih besar dari pada Im yang mengalir pada penggerak itu sendiri. Resistansi shunt diperoleh dengan menggunakan hukum Ohm Gambar 4. Rangkaian dasar ampermeter DC Di mana : Rm = tahanan dalam alat ukur Rsh = tahanan shunt Im(Idp) = arus defleksi penuh Ish = arus shunt I = arus skala penuh F. Voltmeter Arus Searah Penggerak meter d’Arsonval dasar dapat diubah ke voltmeter Dc dengan menghubungkan sebuah pengali Rs yang seri dengan penggerak meter sepeti ditunjukkan pada gambar 5. Tujuan dari pengali adalah untuk memperluas batas ukur tegangan dari meter dan untuk membatasi arus yang melewati pengerak meter pada sat arus menyimpang skala penuh maksimum. Gambar 5. Rangkaian dasar voltmeter DC Di mana : Rm = tahanan dalam alat ukur Rs = tahanan pengali Im(Idp) = arus defleksi penuh V = tegangan rangkuman maksimum G. Sensitivitas voltmeter Sensitivitas voltmeter atau nilai ohm per volt adalah perbandingan tahanan total RT terhadap tegangan rangkuman V yang nilainya selalu 1000 Ω/V. S= 1 β¦ πΌππ π Sensivitas S dapat digunakan pada metode sentivitas untuk ementukan tahanan pengali voltmeter DC. Rt = π πΌπ Rs = π πΌπ - Rm =VS = V S - Rm Di mana : S = Sentivitas Voltmeter (β¦/V) V = Rangkuman tegangan posisi saklar Rm = tahanan dalam alat ukur Rs = tahanan pengali yang ditentukan oleh H. 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 6 di bawah. Gambar 6 . Efek pembebanan voltmeter I. Metode Voltmeter- Amperemeter Suatu cara populer untuk pengukuran tahanan menggunakan metoda voltmeter ampermeter (voltmeter ammeter method), karena instrumen-instrumen ini biasanya ter-sedia di laboratorium. Jika tegangan V antara ujung-ujung tahanan dan arus / melalui tahanan tersebut diukur, tahanan Rx yang tidak diketabui dapat ditentukan berdasar-kan hukum ohm : Rx = π πΌ Dengan asumsi berarti bahwa tahanan ampermeter adalah nol dan tahanan voltmeter tak berhingga, sehingga kondisi rangkaian tidak terganggu. Gambar 7. penempatan voltmeter dan amper meter pada pengukura tahanan Dalam Gambar 7 (a) arus sebenarnya (true current) yang disalurkan ke beban diukur oleh ampermeter, tetapi voltmeter lebih tepat mengukur tegangan sumber dari pada tegangan beban nyata (aktual). Untuk mendapatkan tegangan yang sebenarnya pada beban, penurunan tegangan di dalam ampermeter hams dikurangkan dari penun-jukan voltmeter. Jika voltmeter dihubungkan langsung di antara ujungujung tahanan seperti dalam Gambar 7(b), dia mengukur tegangan beban yang sebenarnya, tetapi ampermeter menghasilkan kesalahan (error) sebesar arus melalui voltmeter. Dalam kedua cara pengukuran Rx ini kesalahan tetap dihasilkan. Cara yang betul untuk meng-hubungkan voltmeter bergantung pada nilai Rx beserta tahanan voltmeter dan ampermeter. Umumnya tahanan ampermeter adalah rendah sedang tahanan voltmeter adalah tinggi. Dalam Gambar 7(a) ampermeter membaca arus beban (Ix) yang sebenarnya, dan voltmeter mengukur tegangan sumber (Vt). JikaRx besar dibandingkan terhadap tahanan dalam ampermeter, kesalahan yang diakibatkan olerTpenurunan tegangan di dalam ampermeter dapat diabaikan dan Vt sangat mendekati tegangan beban yang sebenarnya (Vx). Dengan demikian rangkaian Gambar 4-20(a) adalah yang paling baik untuk pengukuran nilai-nilai tahanan yang tinggi (high-resistance values). Dalam Gambar 7(b) voltmeter membaca tegangan beban yang sebenarnya (Vx) dan ampermeter membaca arus sumber (It). Jika Rx kecil dibandingkan terhadap tahanan dalam voltmeter, arus yang dialirkan ke voltmeter tidak begitu mempengaruhi arus sumber dan It sangat mendekati arus beban sebenarnya (Ix). Berarti rangkaian Gambar 7(b) paling baik untuk pengukuran nilai-nilai tahanan rendah (low-resistance values). J. Ohmmeter Gambar 8. Rangkaian dasar ohmmeter Dimana : Rm = tahanan dalam Idp = arus defleksi penuh E = baterai dlam alat ukur Rz = tahanan pembatas arus dan pengatur nol Rx = tahanan yg tidak diketahui Jika titik x dan y dihubungsingkat ekuivalen dengan menghubungsingkat kedua probe dari ohmeter pada “zero” sebelum alat digunakan, kemudian resistor variabel Rz diatur untuk memperoleh penyipangan skala penuh.
