03 alat ukur dc

33
POKOK BAHASAN 3 INSTRUMEN PENUNJUK ARUS SEARAH Pengerak meter D’Arsonval □ Amperemeter DC □ Voltmeter DC Ohmmeter Efek Pembebanan Voltmeter Metode Voltmeter- Amperemeter

Upload: agus-angga-wardani

Post on 04-Jul-2015

371 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: 03 alat ukur dc

POKOK BAHASAN 3INSTRUMEN PENUNJUK ARUS SEARAH

Pengerak meter D’Arsonval Amperemeter DC Voltmeter DC

Ohmmeter Efek Pembebanan Voltmeter

Metode Voltmeter- Amperemeter

Page 2: 03 alat ukur dc

TUJUAN BELAJAR

Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu menjelaskan tentang :Penggerak meter D’ArsonvalAmperemeter DCVoltmeter DCOhmmeter DCmetode voltampermeter

Page 3: 03 alat ukur dc

Penggerak Meter D’Arsonval

Page 4: 03 alat ukur dc

Penggerak Meter D’Arsonval

Magnet permanen berbentuk tapal kuda yang berdempetan dengan lembaran besi lunak kutubnya.

Diantara lembaran kutub utara dan 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.

Arus dari sebuah rangkaian yang diukur, di dalam meter akan melewati gulngan pada kumparan putar. Arus yang melewati koil menyebabkan koil tersebut menjadi elektromagnet berkutb utara dan selatan.

Kutub elektromagnet saling mempengaruhi dengan kutub magnet permanen yang menyebabkan koil berputar.

Page 5: 03 alat ukur dc

Ammeter DC

Rm

ImIsI

Rsh

Rm = tahanan dalam alat ukur

Rsh = tahanan shunt

Im(Idp) = arus defleksi penuh

Ish = arus shunt

I = arus skala penuh

m

mmsh

mshsh

mmsh

mmshsh

ukuralatshunt

II

RIR

IIIkarenaI

RIR

RIRI

VV

Page 6: 03 alat ukur dc

Ammeter DC

Faktor Kelipatan

Tujuan penempatan sebuah resistansi rendah yang diparalel dengan resistansi penggerak meter (Rm) adalah untuk menaikan batas ukur arus yang besarnya n kali besar Im

mm I

InInI

Contoh :Sebuah Milliamper memiliki batas ukur 1 mA dengan tahanan dalam 100Ω, tentukanlah tahanan shunt yang harus dipasang agar batas kurnya menjadi 100 mA

01,199

1001

991100

mA

xmA

I

RIR

mA

III

sh

mmsh

msh

Page 7: 03 alat ukur dc

Ammeter DCShunt Ayrton (Shunt Universal)

m

mcbma

m

mcmba

m

mmcba

IA

RRRIR

AUkurBatas

IA

RRIRR

AUkurBatas

IA

RIRRR

AUkurBatas

10

10

5

5

1

1

Rm

Rc

Rb

Ra

1A

5A

10 A

Im

Page 8: 03 alat ukur dc

Ammeter DCContoh : Rancang sebuah shunt Ayrton pada ampermeter dengan

tahanan dalam Rm 50Ω dan arus defleksi penuh 1mA, agar menghasilkan batas ukur rangkuman ganda 1A, 5A, dan 10A.

)3(...

999.9

50

1000.10

50

10

)2(...999.4

50

15000

501

5

)1(...05005,0999

50

11000

501

1

cbcbma

ccba

cba

RRRRIR

AUkurBatas

RRxRR

AUkurBatas

xRRR

AUkurBatas

Page 9: 03 alat ukur dc

Ammeter DC

Ω0,005005R

Ω0,005005R

Ω0,04004R

EliminasiMetode

a

b

c

4,40045,45010000

45,4501000010000

__50999.93

45,500999.9999.9999.9999.91

2,200000.5

__50999.4999.42

2,250999.4999.4999.4999.41

b

cb

cba

cba

c

cba

cba

R

RR

RRR

RRRx

R

RRR

RRRx

Page 10: 03 alat ukur dc

Ammeter DC

Latihan Soal

Sebuah rangkaian Shunt Ayrton memiliki arus defleksi penuh Idp = 1 mA dan tahanan dalam Rm = 50 , agar menghasilkan rangkuman-rangkuman arus sebesar 5 A, 10 A, dan 15 A. Tentukanlah nilai-nilai tahanan shunt yang diperlukan (gambar diagram perencanaan secara lengkap)

Page 11: 03 alat ukur dc

Voltmeter DC

Rm

ImRs

V

Rm = tahanan dalam alat ukur

Rs = tahanan pengali

Im(Idp) = arus defleksi penuh

V = tegangan rangkuman maksimum

mmm

mms

mmsm

msm

RI

V

I

RIVR

RIRIV

RRIV

Page 12: 03 alat ukur dc

Voltmeter DCVoltmeter Rangkuman ganda

Rm

Im

R4R3R2R1

10V

50V250V

500V

Ω.

ΩKΩmR

TR

sR

KΩmA

VTR

9009

10010

101

10

Rangkuman 10 V

Page 13: 03 alat ukur dc

Voltmeter DC

KKKRRRR

KmA

VR

mTs

T

401050

501

50

4

KKKRRRRR

KmA

VR

mTs

T

20050250

2501

250

43

KKKRRRRRR

KmA

VR

mTs

T

250250500

5001

500

432

Rangkuman 50 V

Rangkuman 250 V

Rangkuman 500 V

Page 14: 03 alat ukur dc

Rangkuman 10 V

Voltmeter DC

VIS

dp

1

SV

I

VR

mT

m

mm

s

RSV

RI

VR

VA,IdpS

1000

0010

11

90091001000014 .Vx

V.RVxSR m

Page 15: 03 alat ukur dc

Voltmeter DC

KKVx

V.RRVxSR m 401050000143

KKVx

V.RRRVxSR m 200502500001432

KKVx

V.RRRRVxSR m 25025050000014321

Rangkuman 50 V

Rangkuman 250 V

Rangkuman 500 V

Page 16: 03 alat ukur dc

Voltmeter DC (latihan Soal)

Latihan Soal

Sebuah meter gerak d’Arsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 dan skala penuh Idp = 1 mA, akan diubah menjadi voltmeter arus searah rangkuman ganda dengan batas ukur 0 – 5 volt, 0 – 10 volt, 0 - 15 volt, dan 0 – 30 volt. Tentukanlah nilai tahanan-tahanan pengali (gambar diagram perencanaan secara lengkap)

Page 17: 03 alat ukur dc

Ohmeter DC

x y

Rm

Idp

Rx

E

Rz

0,1 Rz 0,9 Rz

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.

Page 18: 03 alat ukur dc

Ohmeter DCSaat X & y dihubungsingkat Saat X & y dipasang Rx

mzdp RR

EI

xmz RRR

EI

xmz

mz

mz

xmz

dp RRR

RR

RRE

RRRE

I

I

Jika P menyatakan perbandingan I dan Idp

mzmz

xxmz

mz RRP

RRR

RRR

RRP

Page 19: 03 alat ukur dc

Ohmeter DCContoh :

Suatu penggerak meter dengan Idp = 1 mA dan Rm = 100 Ω digunakan sebagai ohmeter dengan baterai 3 V, buatlah skala pada permukaan meter untuk pembacaan resistansi !

Nilai Rz yang akan membatasi arus pada Idp

K.mA

VR

I

ER m

dpz 992100

1

3

x y

Rm=100Ω

Idp=1mA

RxE=3V

Rz

Page 20: 03 alat ukur dc

Ohmeter DC

Nilai Rx dengan penyimpangan 20% dari Idp

KK,

K

K,K,,

K,K,

RRP

RRR mz

mzx

12320

3

109220

1092

Nilai Rx dengan penyimpangan 40% dari Idp

K,K

,

K

RRP

RRR mz

mzx

54340

3

Page 21: 03 alat ukur dc

Ohmeter DC

Nilai Rx dengan penyimpangan 50% dari Idp

Nilai Rx dengan penyimpangan 75% dari Idp

KK

,

K

RRP

RRR mz

mzx

13750

3

KK

,

K

RRP

RRR mz

mzx

3350

3

Nilai Rx dengan penyimpangan 100 % dari Idp

KK

K

RRP

RRR mz

mzx

031

3

Page 22: 03 alat ukur dc

Ohmeter DC

0%

20%40% 50% 75%

100%∞

12 k4,5 k 3 k

1 k

0% Full Scale

Skala ohmmeter dapat digambarkan

P(%)

Rx(kΩ)

Rz+Rm(kΩ)

20 12 3

40 4,5 3

50 3 3

75 1 3

100 0 3

Skala tidak linier :

(a) Tingginya resistansi internal

(b) ½ Idp = resistensi internal

Page 23: 03 alat ukur dc

Ohmeter DC

Suatu penggerak meter dengan Idp = 1 mA dan Rm = 50 Ω digunakan sebagai ohmeter dengan baterai 3 V, buatlah skala pada permukaan meter untuk pembacaan resistansi !

Latihan Soal

Page 24: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan Voltmeter

sh VxRR

RV

21

2

tegangan sesungguhnya (Vhitung)

tahanan dalam voltmeter

S.VRV

tahanan paralel

V

VP RR

R.RR

2

2

tegangan yang terukur

SP

Pukur Vx

RR

RV

1

prosentase kesalahan pembacaan

%xV

VVPembacaanKesalahan%

h

ukurh 100

R1

R2Vs V

+

-

V= rangkuman voltmeter

Page 25: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan VoltmeterContoh Soal 1

tegangan sesungguhnya (Vhitung)

V

Vxkk

k

VxRR

RV sh

50

15050100

5021

2

R1

R2Vs V1

+

-

100kΩ

50kΩ150V

V2

S1 = 1k Ω/VS2 = 20 kΩ/VRangkuman voltmeter = 50 VPertanyaan :(a) berapa tegangan terukur ?(b) % Kesalahan pembacaan ?

Page 26: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan Voltmeter tahanan dalam voltmeter 1

tahanan paralel 1

k.x

S.VRV

50

00015011

tahanan dalam voltmeter 2

M.x

S.VRV

1

000205022

k

kk

kxk

RR

R.RR

V

VP

25

5050

5050

12

121

tahanan paralel 2

k,

k.k

k.xk

RR

R.RR

V

VP

647

000150

000150

22

222

Page 27: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan Voltmeter tegangan yang terukur 1

% kesalahan pembacaan 1

tegangan yang terukur 2

% kesalahan pembacaan 2

V

Vxx

VxRR

RV S

P

Pukur

30

15025100

2511

11

%

%V

VV

%xV

VV.Pemb.Kes

h

ukurh

40

10050

3050

1001 1

V,

Vx,x

,

VxRR

RV S

P

Pukur

3648

150647100

64721

22

%,

%V

V,V

%xV

VV.Pemb.Kes

h

ukurh

283

10050

364850

1002 2

Page 28: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan VoltmeterContoh Soal 2

R1

RxVs V

+

-

100kΩ

100V

S = 100 Ω/VRangkuman voltmeter = 50 VVoltmeter membaca = 4,65 VPertanyaan :(a) berapa nilai Rx

Tahanan ekuivalen pada skala 50 V

kx

S.VRV

5

100501

Page 29: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan Voltmeter tahanan paralel

k,

,

,

RxV

RR s

s

pP

8784

3595

654

1

PV

VPX

PVX

xPVXVP

VXVPXP

VXVXP

VX

VXP

RR

RxRR

RRR

RxRRxRRxR

RxRRxRRxR

R.RRRR

RR

R.RR

k

k,

kxk,

RR

RxRR

PV

VPX 200

1220

58784

Page 30: 03 alat ukur dc

Efek Pembebanan Voltmeter

Soal Latihan

Dua buah tahanan R1 (100K) dan R2 (200K) terhubung seri dengan sumber tegangan 300 Volt, jika ingin mengukur tegangan pada R1 dengan voltmeter 1 (sensitivitas = 4K/v) dan Voltmeter 2 (sensitivitas = 20K/v). Tentukanlah (a) pembacaan tiap voltmeter, (b) prosentase kesalahan tiap pembacaan.

Page 31: 03 alat ukur dc

METODE VOLTMETER-AMPERMETER

• jika nilai RL jauh lebih besar dibandingkan dengan tahanan Ampermeter, maka kesalahan akibat drop tegangan karena adanya tahanan pada Ampermeter dapat diabaikan dan penunjukkan Voltmeter sangat mendekati tegangan beban yang sebenarnya

• sehingga paling baik untuk pengukuran nilai-nilai tahanan yang tinggi (High-resistance Value)

RLV

Gambar a

A

IT IL

VLVs

-

+ •Ampermeter membaca arus beban (IL) yang sebenarnya

•Voltmeter mengukur tegangan sumber (VS).

Page 32: 03 alat ukur dc

METODE VOLTMETER-AMPERMETER

V

Gambar b

AIT IL

VL RLVs

-

+

• jika nilai RL jauh lebih kecil dibandingkan dengan tahanan Voltmeter, maka arus yang mengalir pada Ampermeter tidak berbeda dengan arus yang mengalir ke beban

• sehingga sangat baik untuk mengukur nilai tahanan yang rendah (Low-Resistence Value)

•Voltmeter membaca tegangan beban yang sebenarnya (VL)

•Ampermeter membaca arus total (IZ),

Page 33: 03 alat ukur dc

Tugas

Kerjakanlah soal dibawah ini•Sebuah rangkaian Shunt Ayrton memiliki arus defleksi penuh Idp = 1 mA dan tahanan dalam Rm = 50 , agar menghasilkan rangkuman-rangkuman arus sebesar 1 A, 5 A, dan 10 A. Tentukanlah nilai-nilai tahanan shunt yang diperlukan (gambar diagram perencanaan secara lengkap)

•Sebuah meter gerak d’Arsenal dengan tahanan dalam Rm = 100 dan skala penuh Idp = 1 mA, akan diubah menjadi voltmeter arus searah rangkuman ganda dengan batas ukur 0 – 5 volt, 0 – 15 volt, 0 - 30 volt, dan 0 – 60 volt. Tentukanlah nilai tahanan-tahanan pengali (gambar diagram perencanaan secara lengkap)

•Dua buah tahanan R1 (100) dan R2 (50) terhubung seri dengan sumber tegangan 150 Volt, jika ingin mengukur tegangan pada R1 dengan voltmeter 1 (sensitivitas = 0,5K/v) dan Voltmeter 2 (sensitivitas = 20K/v) pada rangkuman 100 volt. Tentukanlah (a) pembacaan tiap voltmeter, (b) prosentase kesalahan tiap pembacaan