unit 1 ukuran dan ralat

UKURAN DAN RALAT E 3042 / UNIT 1/ 1

Objektif am :

Mengetahui dan memahami takrifan, jenis ralat dan jenis daya kilas yang terdapat dalam alatan pengukuran.

Objektif khusus :

Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat :

Mentakrifkan alat dan meter serta ralat.

Menentukan jenis ralat dalam pengukuran dan cara untuk mengurangkan ralat tersebut.

Menerangkan jenis daya kilas di dalam alat pengukuran.

Menerangkan lengkung redaman.

Membandingkan sistem redaman yang biasa dalam alat penunjuk.

OBJEKTIF


1.0 Pengenalan

Meter merupakan sesuatu sambungan kepada kebolehan manusia untuk membolehkan kita mengetahui sesuatu nilai yang tidak boleh diukur dengan secara kasar. Ia dapat menentukan nilai atau magnitud sesuatu kuantiti atau pemboleh ubah.

1.1 Takrifan meter

Alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau magnitud sesuatu kuantiti atau pemboleh ubah.

Takrifan ralat

Selisih atau lencongan dari nilai sebenar kuantiti yang diukur.

INPUT

Berapa agaknya berat besi ini? Alat apakah yang sesuai digunakan untuk mengukur berat besi ini?


1.2 Jenis ralat dalam pengukuran

1.2.1 Ralat Kasar ( Gross Error)

Ralat ini disebabkan oleh manusia yang menggunakan alatan tersebut seperti salah mengambil bacaan, pelarasan yang tidak betul, cuai, tidak ada pengalaman dan sebagainya.

Cara untuk mengurangkannya :- Ambil bacaan dengan betul.- Elakkan kecuaian.- Pastikan anda tahu menggunakan meter tersebut dan lain-lain.

1.2.2 Ralat Sistematik (Systematic Error)

Terbahagi kepada dua jenis

a. Ralat Jangka - Ia disebabkan oleh ciri elektrik dan mekanikal seperti geseran, histerisis, tegangan spring dan sebagainya.

b. Ralat Sekitar - Ia disebabkan oleh keadaan luar yang mengelilingi jangka seperti perubahan suhu, kelembapan, tekanan udara dan sebagainya.

Cara untuk mengurangkannya :- Menentukurkan jangka.- Pilih jangka yang sesuai untuk kegunaan ukuran tersebut.- Mengurangkan kesan-kesan yang disebabkan perubahan suhu,

kelembapan, magnetik dan elektrostatik dengan menggunakan penghadang magnetik dan lain-lain.

1.2.3 Ralat Rawak (Random Error)

Punca berlakunya ralat ini tidak diketahui. Ia muncul walaupun semua ralat sistematik telah diperhitungkan. Ia tidak boleh diperbetulkan tanpa penyelidikan yang rapi.

Cara untuk mengurangkannya:- Dengan menambahkan bilangan bacaan dan menggunakan kaedah

statistik untuk mendapatkan kiraan yang hampir sekali dengan nilai sebenar kuantiti yang diukur.

% KETEPATAN = 100 % % RALAT


1.2.4 Ralat penghad/menghad (Limiting Error)

Nilai yang telah ditentukan oleh pihak pengeluar ataupun pembuat komponen / alatan tersebut. Kebanyakan meter penunjuk telah dijamin ketepatannya hingga ke peratus tertentu bacaan skil penuh. Komponen seperti perintang, kapasitor dan lain-lain dijamin dalam lingkungan peratus tertentu kadaran nilai komponen tersebut. Had lencongan dari nilai yang ditentukan dipanggil sebagai ralat penghad.

Contoh : 600 10% ralat penghad

Ini bermakna pembuat telah menjaminkan rintangan di dalam had 540 dan 660.

% RALAT = NILAI SEBENAR NILAI UKURAN X 100%

NILAI SEBENAR

MAGNITUD RALAT PENGHAD = KETEPATAN X SKALA PENUH

PENTING!!! PENTING!!! FORMULA PENTING INI. MESTI HAFAL PUNYA.

FORMUL


Uji kefahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada maklum balas di halaman berikutnya.

1.1 Senaraikan tiga jenis ralat utama.

1.2 Berikan definisi ralat sistematik dan nyatakan cara-cara untuk mengurangkankan ralat tersebut.

1.3 Empat perintang disambung dalam keadaan sesiri. Nilai-nilainya adalah seperti berikut :

R1 = 36 5% R2 = 75 5%R3 = 100 10% R4 = 85 20%

Kirakan peratus ralat maksima bagi jumlah perintang-perintang di atas.

1.4 Merujuk kepada rajah 1.1 di bawah, kirakan peratus ralat dan peratus ketepatan sekiranya meter ampiar menunjukkan ke bacaan 12mA.

Rajah 1.1

AKTIVITI 1a

500

1K

15V

mA


1.3 Jenis Daya kilas

1.3.1 Daya kilas pesongan (Td) - Deflecting Torque

Dikenali juga sebagai daya kilas kendalian. Ia terhasil daripada kesan magnetik elektrostatik. Daya kilas ini menyebabkan jarum penunjuk bergerak dari kedudukan sifar. Bila arus melalui gegelung, daya yang bertindak pada kedua-dua belah gegelung menghasilkan suatu daya kilas seperti yang ditunjukkan oleh rajah 1.1 di bawah.

F

U S U teras S besi F

Rajah 1.2 : Daya kilas pesongan

dimana B = Ketumpatan uratdaya dalam Wb/m2 atau Tesla (T)l = Panjang gegelung dalam meterN = Bilangan lilitan gegelungA = Luas keratan rentas panjang(l) X garis pusat gegelung(d) - m2

I = Arus yang mengalir melalui gegelung – Ampiar

Oleh itu, Daya kilas pesongan = BANI unit = Newton meter (Nm)

Td = BANI (Nm)

1.3.2 Daya kilas Kawalan (Tc) - Controlling Torque

INPUT


Menentang daya kilas pesongan. Ianya terhasil oleh spring kawalan. Alat penunjuk berhenti apabila magnitud daya kilas pesongan bersamaan dengan magnitud daya kilas kawalan.Terbahagi kepada dua jenis :

a. Kawalan spring

Merujuk kepada Rajah 1.3 kawalan spring bagi meter gegelung bergerak, 2 spring telah digunakan. Spring A dan B dilengkarkan pada arah yang bertentangan supaya apabila alat penunjuk dipesongkan satu spring menambah lingkaran dan satu lagi mengurangkan lingkaran. Daya kilas kawalan dihasilkan oleh gabungan kedua-dua spring. Daya kilas kawalan suatu spring berkadaran dengan sudut pesongan jarum penunjuk.

Jarum penunjuk

Shaft A B

Rajah 1.3 : Daya kilas kawalan spring

b. Kawalan Graviti

Merujuk kepada Rajah 1.3 kawalan Graviti, jisim A & B dilekatkan pada S, fungsi A adalah untuk mengimbang berat penunjuk P. Jisim B dengan itu memberikan daya kilas kawalan. Apabila penunjuk berada di sifar, B tergantung secara tegak ke bawah. Apabila P dipesongkan melalui satu sudut, daya kilas kawalan adalah bersamaan dengan ( berat B X jarak d) dan berkadaran dengan pesongan tersebut.

0

Contoh pengiraan


S B

A B A

Rajah 1.4 : Daya kilas kawalan graviti

1.3.3 Daya kilas Redaman (Damping Torque)

Berfungsi untuk mempercepatkan jarum berhenti. Jarum mungkin berayun sebelum menunjukkan bacaan dan daya kilas redaman diperlukan untuk mempercepatkan jarum berhenti.

Contoh 1.1 : Sebuah litar seperti rajah 1.5 yang diberikan di bawah mempunyai voltan bekalan 20V disambung selari dengan dua perintang R1 = 15k dan R2 = 7k. Satu meter volt disambung melintangi perintang R1 dan memberi bacaan 19.5V. Kirakan peratus ralat dan peratus ketepatan bagi meter tersebut.

Penyelesaian :

20V V R1 R2

Rajah 1.5

Disebabkan R1 dan R2 selari dengan bekalan 20V, maka nilai VR1 dan VR2 adalah =20 V.

Nilai sebenar (NS) = 20 V


Nilai ukuran (NU) = 19.5V

% R = NS NU X 100 % NS

= 20 19.5 X 100 % 20

= 2.5 %

% KETEPATAN = 100% % RALAT = 100% 2.5% = 97.5 %

Contoh 1.2 : Sebuah voltmeter dengan julat 0 - 150V mempunyai ketepatan 3% pada skala penuh memberi bacaan 50V dan 95V semasa membuat pengukuran. Kirakan magnitud ralat dan peratus ralat bagi setiap bacaan.

Penyelesaian :

Skala penuh = 150 V ketepatan = 3% 100% = 0.03

Magnitud ralat penghad = ketepatan X skala penuh = 0.03 X 150 V = 4.5 V

i. 50V % ralat = 4.5 V X 100%

50 V = 9 %

ii. 95V% ralat = 4.5 V X 100%

95 V= 4.74 %

Contoh 1.3 : Sebuah meter dengan ketepatan 2% mempunyai arus skala penuh 100A. Kirakan bacaan maksima dan minima mungkin diperolehi apabila meter tersebut digunakan


untuk mengukur arus : i. 70A ii. 45A

Penyelesaian :

Magnitud ralat penghad = ketepatan X skala penuh = 2% X 100A

100% = 2 A

i. 70A

Nilai maksima = 70A + 2 A = 72 A

Nilai minima = 70A 2 A

= 68 A

ii. 45A

Nilai maksima = 45A +2 A = 47 A

Nilai minima = 45A 2 A = 43 A

Contoh 1.4 : Kirakan nilai maksima dan minima bagi komponen-komponen yang mempunyai had terima seperti berikut :

i. 200F + 10%ii. 1000Hz 5% + 10%iii. 560 + 10

Penyelesaian :

i. 200F + 10%Magnitud ralat penghad = + 10% X 200F


100%

= + 20 F

Nilai maksima = 200F + 20 F = 220 F

ii. 1000Hz 5% +10% Magnitud ralat penghad = + 10% X 1000Hz

100% = 100Hz

Nilai maksima = 1000Hz + 100Hz = 1100 Hz

Magnitud ralat penghad = 5% X 1000Hz 100%

= 50 Hz

Nilai minima = 1000Hz 50 Hz = 950 Hz

iii. 560 + 10 Magnitud ralat penghad = + 10 Nilai maksima = 560 + 10 = 570

Contoh 1.5: Satu meter GBMK dengan 200 lilitan gegelung mempunyai ketumpatan urat daya sebanyak 0.5 T dicelahan udaranya. Garis pusat gegelung adalah 1mm dan panjangnya adalah 2.5cm. Kirakan daya kilas yang terhasil apabila arus melalui gegelung adalah 2mA.

Penyelesaian :

B = 0.5 T A = (1 X 10-3m) X(2.5 X 10-2 ) = 2.5 X 10 -5 m 2

N = 200 lilitan I = 2 X 10-3 A

Td = BANI = 0.5 (2.5 X 10-5)(200)(2 X 10-3 ) = 5 X 10-6 Nm


= 5 Nm

Uji kefahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada maklum balas di halaman berikutnya.

AKTIVITI 1b

Susahnya!!! Tetapi saya mesti mencuba sehingga

berjaya.


1.1 Sebuah ammeter yang mempunyai julat 0 - 100A dengan ketepatan 3% pada skala penuh memberikan bacaan 10A, 15A dan 30A. Kirakan magnitud ralat penghad dan peratus ralat bagi setiap bacaan tersebut .

1.2 Hitungkan peratus ralat dan peratus ketepatan meter volt bagi rajah 1.6 di bawah sekiranya bacaan pada meter volt adalah 2.9 V.

V

55V 10 5

Rajah 1.6

1.3 Hitungkan peratus ralat maksima bagi jumlah tiga perintang dalam litar bagi rajah 1.7 di bawah.

R1= 20 5%

E R2= 450 10%

R3 = 150 5% Rajah 1.7

1.4 Dimensi gegelung satu voltmeter GBMK adalah 4cm X 2.5 cm. Bilangan lilitan adalah 80 dan ketumpatan fluks dalam sela

udaranya adalah 150mwb/m2. Rintangan meter adalah 15K. Kirakan daya kilas pesongan yang dihasilkan oleh meter apabila voltan 300 V dibekalkan.

1.1 Rujuk input 1.2

MAKLUM BALAS 1a

SELAMAT MENCUBA


1.2 Rujuk input 1.2.2

1.3 % Ralat maksima bagi jumlah perintang = 10.99% = 11%

1.4 % Ralat = 20%% Ketepatan = 80%

1.1 Magnitud ralat penghad = 3 A% Ralat : i. 30% ii. 20% iii. 10%

1.2 % Ralat = 3.33% % Ketepatan = 96.67%

1.3 % Ralat maksima = 620 8.63 %

1.4 Td = 2.4 X 10-4 Nm

SEMOGA BERJAYA

PENILAIAN

KENDIRI

MAKLUM BALAS 1b


Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklum balas yang disediakan.

1.1 Kirakan peratus ralat dan peratus ketepatan meter jika meter ampiar di Rajah 1.8 memberi bacaan 1.9 A manakala voltmeter di Rajah 1.9 menunjukkan bacaan 2.9 V.

4

20V A

6

Rajah 1.8

6

10 V 4 V

Rajah 1.9

1.2 Sebuah meter GBMK dengan ketumpatan fluks dicelahan udara 0.7T dan rintangan meter adalah 15k serta diberi bekalan 15V. Dimensi bagi pengalir ialah 1.25 cm X 2 cm. Tentukan bilangan lilitan pengalir bila daya kilas yang dihasilkan ialah 57Nm.

1.3 Sebuah meter ampiar digunakan untuk mengukur arus di cabang A pada rajah 1.3 di atas. Didapati ianya memberi bacaan 0.75A. Kirakan peratus ralat dan peratus ketepatan meter tersebut.


A

10 20 V A

5 5

B

Rajah 1.10

1.4 Dalam satu ujikaji, didapati arus I1 = 10 A 0.1% dan I2 = 20A 1%. Kirakan peratus ralat maksima bagi jumlah kedua-dua arus tersebut.

MAKLUM BALAS PENILAIAN

KENDIRI


1.1 Rajah 1.8 : % Ralat = 5%

% Ketepatan = 95 %

Rajah 1.9 : % Ralat = 27.5 %

% Ketepatan = 72.5 %

1.2 Jumlah lilitan = 326 lilitan

1.3 % Ralat = 6.25 %

% Ketepatan = 93.75 %

1.4 30 A 0.7 %

unit 1 ukuran dan ralat

Documents