6. Ohmeter

Ohmmeter DC
• Cukup
banyak
meter-resistans
(Ohmmeter) saat ini yg digital, tetapi
prinsip dasar dr Ohmmeter mekanis amat
berharga untuk dipelajari.
• Ohmmeter berfungsi mengukur resistans.
• Pembacaan resistans terindikasi melalui
suatu mekanisme meter mekanis yg
beroperasi atas dasar arus-elektrik.
• Jadi, Ohmmeter harus memiliki sumber
teg. internal untuk menghasilkan arus yg
diperlukan
untuk
mengoperasikan
d’Arsonval.
• Juga mempunyai rentang resistans yg
tepat untuk mengatur besar arus sesuai yg
diinginkan.
• Ohmmeter sederhana terdiri atas sebuah
baterai dan mekanisme meter (d’Arsonval)
seperti gbr. berikut:
• Saat resistans takberhingga (∞ Ω), tdk
ada arus yg melalui meter, dan pointer
menunjuk ke ujung paling kiri dr skala.
• Dlm konteks ini, indikasi ohmmeter ad.
“terbalik" karena indikator maksimum
(takhingga) tdpt di kiri skala, sementara
teg. dan arus meter bernilai nol di sana.
• Sebaliknya, saat kabel terminal Ohmmeter
dihubung-singkat (mengukur nol Ω), meter
d’Arsonval akan dilalui oleh arus maksimum, hanya
dibatasi oleh teg. baterai serta resistans internal
meter:
• Dengan baterai 9 volt dan hanya
resistans d’Arsonval 500 Ω, arus
rangkaian kita akan berkisar xxmA, yg
mana adalah jauh dari arus dsp
d’Arsonval. Arus berlebih yg demikian
akan merusak meter.
• Kita perlu metode untuk mengondisikan
sedemikian hingga d’Arsonval hanya
‘menderita’ arus dsp ketika (terminal) ia
terhubung-singkat. Ini dpt diperoleh dg
menambahkan resistor seri dg meter
d’Arsonval:
• Untuk menentukan nilai R yg tepat, kita
menghitung resistans rangkaian total yg
dibutuhkan untuk membatasi arus hingga 1
mA (dsp d’Arsonval) dg 9 volt dr baterai, yg
kemudian dikurangi dg resistans internal:
Nilai R yg
diperlukan
a. Ohmmeter Tipe Seri
Rtot-int
Gbr. 2. Ohmmeter tipe seri
Ket.:
R1, resistor pembatas arus;
R2, resistor pengatur-nol;
E, baterai;
Rm, resistans d’Arsonval;
Rx, resistor-anu
• Secara esensial, Ohmmeter ini terdiri dari
meter d’Arsonval yg terhubung seri dg
suatu resistor serta baterai ke terminal
(Gbr. 2).
• Ketika resistor-anu (Rx) = 0 (terminal A-B
terhubung-singkat),
arus
maksimum
mengalir dlm rangkaian. Pd kondisi itu,
resistor-paralel (R2) diatur sedemikian
hingga meteran menunjukkan arus-skalapenuh (Idsp).
• Posisi jarum penunjuk di skala pd saat itu
ditandai ‘0’ Ω, menujukkan bahwa resistans yg
terukur bernilai nol.
• Identik dg itu, saat terminal A-B di buka, tdk ada
arus yg mengalir dlm rangkaian sehingga jarum
akan menunjuk ke titik di skala yg ditandai ‘∞’ Ω,
menunjukkan
resistans
terukur
adalah
takhingga.
• Dlm desain, diinginkan suatu besaran resistansanu yang mana akan membuat nilai arus-skalaparuh meter.
• Pd titik ini, resistans pd terminal A-B
didefinisikan sebagai posisi resistans skalaparuh, Rh.
• Desain dpt didekati dg menganggap bahwa, jika Rh
mengurangi arus meter menjadi ½ Idsp, resistansanu haruslah sama dg resistans internal total
Ohmeter.
Resistans total bagi baterai ad. 2Rh, dan arus baterai
yg diperlukan untuk simpanganskala-paruh adalah:
Simpangan skala-penuh
akan dicapai bila:
Arus shunt di R2 adalah:
Teg. shunt (Esh) sama
dengan teg. meter:
Sehingga diperoleh R2:
Subtitusi (1) ke (2)
Penyelesaian pers.(0)
untuk R1, menghasilkan:
Dlm bentuk lain,
subtitusi (3) ke (4):
Contoh:
• Ohmeter Gbr. 2 menggunakan meter 50Ω
yg membutuhkan arus skala-penuh 1mA.
Teg. baterai 3 V. Penandaan skala yg
diinginkan untuk simpangan skala-paruh
adalah 2000 Ω. Carilah:
– a) R1 dan R2;
– b) Nilai maks. R2 untuk mengompensasi jatuh
teg. 10% pd baterai.
– c) Galat akibat penyetelan seperti poin (b).
Peny.:
• Dik. Idsp =Im= 1mA; Rm = 50 Ω; Rh =2000 Ω
• Dit.:
(a) Arus total baterai pd saat simp.-skala-penuh:
Arus di R2:
Arus shunt, I2:
Resistor pengatur nol, R2:
(c) Galat bila R2 disetel seperti poin (b):
Resistans shunt yg baru:
Rh akan menjadi:
Pesentase galat:
Soal:
• Ohmeter Gbr. 2 menggunakan meter 50Ω
yg membutuhkan arus skala-penuh 1mA.
Teg.baterai 3 V. Penandaan skala yg
diinginkan untuk simpangan skala-paruh
adalah 3000 Ω. Carilah:
– 1) R1 dan R2;
– 2) Nilai maks. R2 untuk mengompensasi jatuh
teg. 10% pd baterai;
– 3) Galat akibat penyetelan seperti poin (2).
Ohmmeter DC
link
Ohmmeter DC
• Sekarang, kita betul-betul bermasalah dg
rentang meter.
• Di sisi kiri skala kita mempunyai
“takhingga" dan di sisi kana kita memiliki
“nol”.
• Skala ini agak ganjil karena berkebalikan
dg skala voltmeter dan ammeter.
• Pertanyaan bagus, “bagaimana
skala direpresentasikan?”
titik-tengah
• Angka berapa yg secara pasti berada di antara
nol dan takhingga?“.
• Takhingga adalah lebih dari sekedar jumlah yg
amat besar: kuantitas tdk terhitung, lebih besar
dari setiap bilangan tertentu yg pernah dan
dapat ada. Jika indikasi paruhskala pd setiap
tipe meter lain merepresentasikan 1/2 nilai
rentang skalapenuh, lalu apakah setengah dari
takhingga pd suatu skala ohmmeter?
• Jawaban dari paradoksi ini adalah suatu skala
logaritma!.
• Skala ohmmeter tdk bergerak maju dr nol ke
takhingga atau dari kanan ke kiri.
• Takhingga tdk dpt didekati dg modus
linear, karena skala tdk akan pernah bisa
menjangkaunya!
• Dengan skala logaritma, jumlah resistans
yg terjangkau untuk setiap jarak pd skala
bertambah
sebagaimana
pergerakan
skala
menuju
takhingga,
membuat
takhingga menjadi sesuatu yg terjangkau.
• Pertanyaan sekitar rentang ohmmeter kita.
Berapa nilai resistans antara terminal yg
akan secara pasti menyebabkan defleksi
1/2 skala dr jarum?
Jika kita mengetahui bahwa d’Arsonval mempunyai
nilai skala-penuh sebesar 1 mA, maka 0,5 mA (500
μA) haruslah menjadi nilai yg dibutuhkan untuk
defleksi separuh-skala. Mengikuti desain kita dg
baterai 9 volt sbg sumber, diperoleh:
Dg resistans d’Arsonval 500 Ω dan resistor rentang
seri 8,5 kΩ, ini menyisakan 9 kΩ untuk suatu
resistans-uji eksternal (terminal ke terminal) pd 1/2
skala.
Dg kata lain, resistans uji memberikan 1/2 defleksi
skala dlm suatu ohmmeter adl bernilai sama dg
resistans (internal) seri total dr rangkaian meter.
Dg Hk Ohm beberapa kali, kita dpt menentukan
nilai resiatans uji untuk 1/4 dan 3/4 defleksiskala.
• 1/4 defleksi skala (arus meter 0,25 mA):
• 3/4 defleksi skala (arus meter 0,75 mA):
Shg, skala untuk ohmmeter ini terlihat seperti:
• problem besar dg desain ini adl. Keyakinan atas
kestabilan tegangan baterai untuk akurasi
pembacaan resistans.
• Jika teg. Baterai menurun, skala ohmmeter akan
kehilangan akurasi.
• Dg resistor seri konstan 8,5 kΩ dan teg. Baterai
menurun, meter tdk akan lagi terdefleksi skalapenuh ke kanan ketika terminal uji di-short (0 Ω).
• Serupa dg itu, resistans uji 9 kΩ akan gagal
mendefleksi jarum ke 1/2 skala secara tepat.
TKM-3
• carilah nilai R, ¼ skala, ½ skala dan ¾ skala dr
Ohmmeter?
(b) Ohmmeter Tipe Shunt
• Ohmmeter ini dirancang khusus untuk
mengukur resistor-resitor bernilai rendah.
• Tidak lazim digunakan sebagai instrumen
uji, tetapi ia dapat ditemukan di dalam
laboratorium atau untuk aplikasi resistans–
rendah khusus.
Gambar 1. Ohmmeter tipe shunt
• Ia terdiri dari baterai, E, yang terpasang seri
dengan resistor dapat-atur R1 dan meter
d’Arsonval.
• Resistor-anu terpasang pada terminal A-B, yang
paralel dengan meter.
• Diperlukan
saklar
S
(off-on)
untuk
mendiskoneksi baterai dengan rangkaian ketika
instrumen tidak digunakan.
• Ketika resistor-anu Rx = 0 Ω (A dan B
terhubung-singkat), arus meter adalah nol.
• Saat resistor-anu Rx = ~ Ω (A dan B
terbuka), arus hanya melalui meter, dan
dengan pemilihan nilai R1 yang sesuai,
jarum penunjuk dapat dibuat menunjuk
skala penuh
• Analisis ohmmeter ini serupa dengan tipe
seri.
• Arus meter skala-penuh akan menjadi
E = tegangan baterai internal;
R1 = resistor-pembatas arus;
Rm = resistans internal meter.
RX >>
Penyelesaian untuk R1, akan menghasilkan
Untuk setiap nilai Rx yang terhubung di terminal,
arus meter akan berkurang dan diberikan oleh
Rx
atau
Arus meter untuk setiap nilai Rx, yang dinyatakan
sebagai bagian dari arus simpangan skala-penuh,
adalah
atau
Mendefinisikan
dan menyubtitusikan (4) ke (3), diperoleh
Jika pers. (5) digunakan, meter dapat dikalibrasi
dengan menghitung “s” dalam bentuk Rx dan Rp.
Pada pembacaan skala-paruh meter , pers. (2) akan
menjadi
Untuk menentukan nilai skala relatif bagi nilai R1
yang diketahui, pembacaan skala-paruh bisa
diperoleh dengan membagi pers. (0) dengan (6) dan
menyelesaikan Rh:
Analisis memperlihatkan bahwa resitans skalaparuh ditentukan oleh resistor pembatas R1 dan
resistans internal meter, Rm.
Resistor pembatas R1 pada gilirannya ditentukan
oleh resistans meter Rm, dan arus simpangan
skala-penuh, Idsp.
Contoh:
• Rangkaian Gambar 2 menggunakan meter
d’Arsonval 10-mA dengan resistans
internal 5 Ω. Tegangan baterai 3 V.
Dikehendaki
untuk
memodifikasi
rangkaian dengan menambahkan sebuah
resistor Rsh yang sesuai dg meter
d’Arsonval, sedemikian hingga instrumen
akan mengindikasikan 0,5 Ω pada titik
tengah-skala. Hitunglah
– (a) nilai resistor shunt, Rsh;
– (b) nilai resitor pembatas-arus, R1.
Peny.:
• Dik.:
–
–
–
–
Idsp = 10 mA;
Rm = 5 Ω;
E = 3 V;
Rh = 0,5 Ω;
• Dit.:
– Rsh;
– R1.
Gambar 2. Ohmmeter tipe shunt termodifikasi
Untuk simpangan skala-paruh meter,
Tegangan pada meter adalah
Karena tegangan tersebut “terlihat” juga pada
resistor-anu, Rx, arus yang melalui Rx adalah
Arus yang melalui meter (Im) ditambah yang melalui
resistor shunt (Ish) harus sama dengan arus yang
melalui resistor-anu (Ix). Karena itu,
Resistans shunt, kemudian adalah
Arus baterai (total) adalah
Jatuh tegangan pada R1 sama dengan 3V – 25 mV
= 2,975 V
Karena itu, R1
Pengatur arus
Pengukur
tegangan
akurat
obyek
Gambar 3. Metode potensiometer untuk mengalibrasi
amperemeter DC
• Kebanyakan dapat dilakukan secara mudah
dengan mengikuti Gambar 3.
• Nilai arus yang melalui ammeter dapat ditentukan
dengan mengukur beda potensial pada resistorstandar dengan metode voltmeter, kemudian
menghitung arus dengan hukum Ohm.
• Hasil kalkulasi ini dibandingkan dengan
pembacaan aktual ammeter saat kalibrasi.
• Sumber arus konstan yang bagus dibutuhkan dan
biasanya dapat diperoleh dari suatu baterai (aki)
atau penyuplai daya presisi.
• Rheostat ditempatkan dalam rangkaian untuk
mengontrol arus sesuai keperluan, sedemikian
hingga titik-titik berbeda pada skala dapat
dikalibrasi.
Voltmeter DC
Sumber DC
teregulasi
Pengatur arus
Pengukur
tegangan akurat
Potensio
meter
Obyek
Gambar 4. Metode potensiometer untuk
mengalibrasi voltmeter DC
• Metode sederhana untuk mengalibrasi voltmeter
DC terlihat di gambar 4.
• Tegangan pada resistor R terukur secara akurat
dengan sebuah potensiometer.
• Meteran yang akan dikalibrasi terhubung ke dua
titik yang sama dengan potensiometer dan
karena itu (mesti) mengindikasikan tegangan
yang sama.
• Sebuah rheostat ditempatkan dalam rangkaian
untuk mengontrol besar arus yang akan
menyebabkan jatuh tegangan pada resistor, R,
sedemikian hingga beberapa titik pada skala
voltmeter dapat dikalibrasi.
• Voltmeter yang terkalibrasi dengan metode ini
mempunyai akurasi ±0,01%, yang melebihi
akurasi meteran D’Arsonval yang biasa.
Ohmmeter DC
• Pada
umumnya
Ohmmeter
merupakan
instrumen berakurasi menengah dg presisi
rendah.
• Suatu kalibrasi kasar bisa dilakukan dengan
mengukur sebuah resistans standar dan
mencatat pembacaan Ohmmeter.
• Penerapan hal tersebut pada beberapa titik di
skala
dan
pada
beberapa
rentang
memungkinkan mendapatkan indikasi atas
operasi yang benar dari instrumen.