KATA PENGANTAR
BISMILLAHIRROHMANIRROHIM
Puji syukur kepada Allah
SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga makalah ini dapat diselesaikan pada waktunya. Makalah ini dibuat untuk
memenuhi tugas mata kuliah Alat Ukur dan Pengukuran dengan judul “ ALAT UKUR
DAN PENGUKURAN LISTRIK ”. Kami menyadari dalam pembuatan makalah ini tidak
lepas dari kesalahan-kesalahan maka dari itu kami mengharapkan saran yang
membangun dari bapak/ pembaca.
Dalam pembuatan makalah
ini tidak luput dari banyak motifasi dari teman-teman yang telah membantu.
Kami mengucapkan terima
kasih kepada teman-teman yang telah banyak memotifasi dalam pembuatan makalah
ini, semoga makalah ini bisa memberikan informasi kepada para pembaca mengenai
Tugas Alat Ukur dan Pengukuran ini.
Demikianlah sebagai
penghantar kata, dengan iringan serta harapan semoga tulisan sederhanan ini
dapatditerima dan bermanfaat bagi pembaca dan pendengar. Atas semua ini kami
mengucapkan ribuan terima kasihsih yang tidak terhingga. Semoga segala bantuan
dari semua motifasi mudah-mudahan mendapat amal baik yang diberikan oleh Allah
SWT. Amin-amin ya rabbal alamin.
Wassalam,
Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGHANTAR .............................
1
DAFTAR ISI .............................
2
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang .............................
3
B. Tujuan ..............................3
BAB II PEMBAHASAN
A. Alat
Ukur Kumparan Putar .............................
4 - 8
B. Alat Ukur Elektrostatis ..............................9
- 10
C. Alat Ukur Elektrodinamis .............................10- 14
D.
Alat Ukur Thermocouple .............................14
– 15
E.
Wattmeter .............................15
- 17
F. Multimeter .............................17
- 19
G. Osciloscope .............................19
- 36
PENUTUP .............................
37
DAFTAR PUSTAKA .............................
38
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar
Belakang
Proses pengukuran dalam system tenaga listrik merupakan salah
satu prosedur standar yang harus dilakukan. Karena melalui pengukuran akan
diperoleh besaran-besaran yang diperlukan, baik untuk pengambilan keputusan dan
instrumen kontrol maupun hasil yang diinginkan oleh seorang user.
Kepentingan alat-alat ukur dalam kehidupan kita tidak dapat
disangkal lagi. Hampir semua alat ukur berdasarkan energi elektrik, karena
setiap kuantitas fisis mudah dapat diubah kedalam kuantitas elektrik, seperti
tegangan, arus, frekuensi, perputaran dan lain-lainnya. Misalnya : temperatur
yang dulu diukur dengan sebuah termometer air raksa sekarang dapat diukur
dengan thermocople.
Hal tersebut merupakan salah satu contoh dari kemajuan
teknologi dibidang pengukuran. Pengukuran listrik sangatlah penting untuk kita
ketahui, terkhusus untuk mahasiswa elektro. Karena tanpa pengukuran listrik
maka kita akan sangat sulit untuk mengetahui besaran – besaran listrik yang
sangat kita perlukan dalam membuat suatu perencanaan, pemasangan atau pembuatan
barang – barang elektronika dan listrik.
Mengingat begitu pentingnya pengukuran listrik, maka dalam
makalah ini akan dibahas mengenai instrument alat ukur arus bolak balik atau
AC.
B. Tujuan
1.
Memahami
pengolongan alat ukur listrik dan prinsip kerjanya.
2.
Mengetahui
contoh – contoh alat ukur listrik sesuai penggolongannya.
3.
Memahami
prinsip kerja wattmeter dan multimeter.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Alat Ukur Kumparan
putar
1.
Struktur alat ukur kuparan putar
Alat ukur kumparan putar adalah alat pengukur, yang bekerja
atas dasar adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnet,
yang berasal dari suatu magnet pemanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan
akan menyebabakan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah
alat ukur yang penting yang dipakai untuk bermacam arus, yaitu arus searah,
arus bolak-balik.
Pada dasarnya Alat kumparan putar ini terdiri dari dua bagian
yaitu bagian yang bergerak dan bagian yang diam. Bagian yang bergerak terdiri
dari kumparan putar, jarum penunjuk dan beban penyeimbang. Sedangkan bagian
yang diam terdiri dari medan karena magnet permanen, pegas atau per serta
penyangga.
Gambar 1. Alat kumparan putar terdiri dari kumparan putar,
jarum penunjuk,beban penyeimbang, magnet permanent, pegas dan penyangga
Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu
inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak
lurus terhadapkumparan putar. Kumparan diletakkan di antara magnet permanent
pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu
tegak lurus terhadap kumparan putar. Beban penyeimbang diletakkan di belakang
jarum penunjuk yang berfungsi sebagai penyeimbang sehingga poros penyangga
jarum penunjuk berada tepat di titik beratnya. Tujuan diberikannya beban
penyeimbang ini adalah untuk mengurangi gesekan serta goncangan pada jarum
penunjuk ketika menyimpang atau berdefleksi. Magnet permanent yang diberikan
berguna untuk membangkitkan medan magnet di sekitar kumparan putar dan akan
menimbulkan momen gerak pada kumparan putar apabila dialiri arus. Penyangga
pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk menahan berat kumparan putar
beserta jarum penunjuknya. Gesekan yang terjadi antara penyangga (jewel) dengan
poros perputarannya (pivot) harus diusahakan sekecil mungkin. Pegas atau per
yang dipasang pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk memberikan
momen perlawanan terhadap momen gerak sehingga didapat suatu keseimbangan momen
atau gaya pada harga penunjuknya.
1.
Prinsip
Kerja
Prinsip kerja alat ukur kumparan ini adalah adanya gaya pada
penghantar berarus yang diletakkan pada medan magnet (berdasarkan percobaan
Lorentz). Pada alat ukur kumparan putar pada umumnya terdapat baterai yang
memungkinkan arus searah melalui alat ukur tersebut saat probe dihubungkan
sehingga kemudian jarumpenunjuknya bergerak. Simpangan atau defleksi jarum
penunjuk terjadi karena adanya interaksi antara arus dan medan magnet pada
kumparan putar. Arus pada kumparan putar mengakibatkan gaya elektromagnetis
yang memiliki arah tertentu sehingga jarum menyimpang sebesar q.
Simpangan dinyatakan dengan momen gerak
Td = BnabI
Dengan
B = medan magnet di celah udara
a= panjang kumparan
b= lebar kumparan
n= banyaknya lilitan
I= arus
Pegas yang dipasangkan pada jarum penunjuk akan memberikan
reaksi yang berbanding lurus dengan sudut rotasi sumbu dan berusaha untuk
menahan perputaran dengan momen control
Tc = τ θ
Apabila jarum penunjuk menyimpang dengan sudut akhir q maka
terjadi keadaan seimbang dimana Td = Tc.
2. Kelebihan dan Kelemahan
a. Kelebihan:
·
Memerlukan
daya rendah
·
Dapat
dimodifikasi dengan bantuan shunt dan tahanan seri untuk memperbesar batas ukur
arus dan tegangan
·
Peredaman
dengan arus sangat efektif
·
Karena
medan yang bekerja pada alat ukur sangat kuat, alat ukur tidak banyak
dipengaruhi oleh medan magnet luar.
b. Kelemahan:
· Karena kontruksi yang bagus dan perlunya kecermatan
permesinan dan perakitan dari berbagai suku cadang, alat ukur ini lebih mahal.
· Beberapa kesalahan (error) terjadi karena pegas control dan
magnet permanent yang sudah tua atau lama pemakaiannya
Alat ukur ini pada umumnya hanya digunakan rangkaian listrik
searah tetapi kadang-kadang juga digunakan dengan diberi penyearah atau
sambungan thermo untuk pengukuran listrik bolak-balik pada batas-batas
frekuensi tertentu. Alat ukur kumparan putar jenis magnet permanent ini dapat
dipakai sebagai ammeter dengan bantuan tahanan shunt atau sebagai voltmeter
dengan bantuan tahanan shunt atau dengan bantuan tahanan seri yang besar.
3.
Pengukur Arus (Ammeter) kumparan putar
Alat ukur kumparan putar pada dasarnya adalah alat pengukur
arus atau pengukur amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar
dibatasi lebih kurang di bawah 30 mA. Hal ini disebabkan alat-alat putarnya
tidak dapat terlalu berat sehingga kawat-kawat penghantar dari kumparan tidak
terlalu tebal. Harga maksimum yang dapat diukur oleh pengukur ampare ini lebih
kecil dari kira-kira 30 mA.
Gambar 2. Ammeter kumparan putar
Agar pengukur ampare ini dapat melakukan pengukuran arus yang
lebih besar dari 30 mA, maka dapat dilakukan dengan menambahkan suatu hambatan
yang dihubungkan parallel pada kumparan putar.
Gambar 3. (a) Ammeter dengan rangkaian shunt (b) Voltmeter
dengan rangkaian
Shunt
Jika tahanan total pada kumparan putar dan pegas-pegas
pengontrol disebutR1, sedangkan arus yang diukur adalah I,
kemudian arus yang masuk ke dalamkumparan disebut dengan I” maka akan berlaku
persamaan –persamaan berikut:
I = m I"
m adalah harga factor perkalian (multiplikasi) dari shunt.
Walaupun arus yang masuk sebenarnya ke dalam kumparan putar
adalahI’, tapi harga skala yang diberikan sesuai dengan arus I sehingga
memungkinkanuntuk pengukur ampere dengan tahanan shunt ini untuk mengukur arus
sebesar mkali lebih besar
Sebagai contoh, bila diberikan tahanan shunt sebesar 5,005 mW
dandipasang parallel dengan suatu kumparan putar pengukur arus yang
mempunyaiharga skala maksimum 100 mA dan tahanan dari alat putarnya
(pegas) sebesar 5 kW maka faktor perkalian yang diperoleh adalah sebesar
’
Sehingga arus yang diuukur adalah
I = m
I '= 1.000x100 = 100mA.
4.
Pengukur Tegangan (Voltmeter) kumparan putar
Konfigurasi dasarnya adalah dengan menghubungkan suatu
tahananan seridengan kumparan putar alat ukur arus dimana arus secara langsung
masuk kedalam kumparan putar.Jika tahanan dari kumparan putar adalah R1 dan
tahananseri yang dipasang adalah R2, maka jika tegangan yang akan diukur
diletakkan diujung dari alat ukur tegangan tersebut, maka arus I akan mengalir
melaluikumparan putar dan dipenuhi persamaan sebagai berikut:
V = (R1+R2) I
Jadi walaupun arus yang mengalir melalui kumparan putar
adalah I, namun jarumpenunjuk akan menunjukkan skala berupa tegangan V.
Sebagai contoh, jika terdapat suatu tahanan yang mempunyai
harga 7,5 kW dihubungkan secara seri dengan suatu kuparan putar yang mempunyai
hargaskala maksimal 4 mA dan tahanan dalam sebesar 3 W maka diperoleh
V = (3 + 37.500)0,004 = 150 V pada I = 4mA
Sehingga telah diperoleh pengukur tegangan dengan skala
maksimal 150 V.
A. Alat Ukur Elektrostatis
Alat ukur elektrostatis adalah alat ukur yang mempergunakan
gayaelektrostatis yaitu gaya tarik antara muatan listrik yang didapatkan dari
interaksiantara dua buah elektroda yang masing-masing mempunyai potensial
yangberbeda. Gaya elektrostatis ini dapat menimbulkan torsi penyimpangan. Biasanya
alat ukur ini digunakan sebagai alat ukur tegangan bolak-balik dantegangan
searah. Untuk beda potensial yang cukup besar, maka gaya elektrostatisyang
dihasilkan kecil, sehingga alat ukur ini biasanya dikhususkan untuk
teganganyang tingi.
1.
Prinsip
Kerja
Alat ukur ini terdiri dari dua buah elektroda yaitu elektroda
tetap danelektroda putar. Agar terhindar dari pengaruh pelepasan muatan listrik
padategangan tinggi, maka tepian plat taadi dibulatkan dengan permukaan yang
sangathalus. Kemudian terdapat cicin pelindung yang terpasang pada elektroda
putaryang bergerak. Cincin pelindung ini memungkinkan terjadinya medan yang
rataantara elektroda putar dan elektroda tetap serta dapat mengurangi pengaruh
medanelektrostatis sekelilingnya. Elektroda putar akan bergerak dan
mendapatkanmomen gaya ketika suatu tegangangan yang akan diukur ditempatkan
antara duaelektroda tersebut. Momen yang dihasilkan sebanding dengan kuadarat
tegangandan arahnya menuju bertambahnya kapasitas kondensator. Untuk
menunjukkanharga tegangan yang diukur, maka sebuuah jarum penunjuk dihubungkan
dengansumbu gerak elektroda putarnya. Perputaran jarum penunjuk
merupakanpergerakan yang linier dari elektroda putar.
Alat ukur elektrostatis ini merupakan alat ukur arus searah
dan arus bolakbalik. Dalam keadaan arus searah, simpangan atau sudut putar
jarum penunjuktergantung kepada kudaran dari tegangan yang diukur, sedangkan
pada keadaanbolak-balik, sudut putar jarum penunjuk tergantung pada harga
efektif daritegangan yang diukur. Pada arus searah, mula-mula arus pengisi
mengalir yangkemudian sesudahnya arus hmpir-hampir tidak mengalir. Pada arus
bolah-baliarus pengisi akan terus mengalir di antara elektroda-elektroda
 |
|||
 |
|||
Gambar 4. Prinsip
kerja alat ukur elektrostatis (a) diperrgunakan untuk teganganbeberapa kilovolt
(b) dipergunakan untuk tegangan tinggi
2.
Kelebihan
dan Kelemahan
a.
Kelebihan:
·
Alat
ukur ini sangat ideal untuk suatu alat ukur tegangan atau voltmeter.
·
Pada
penggunaan tegangan tinggi, momen geraknya bertambah besar dengan menaiknya
tegangan, dengan kerugian daya yang kecil
·
Dapat
dibuat dengan kecermatan yang tinggi
·
Bebas
dari kesalahan yang diakibatkan histerisis, arus eddy dan akibat pengaruh suhu
·
Hanya
menarik arus yang sangat kecil karena kapasitansi alat ukur pada rangkaian
listrik bolak balik.
·
Dapat
digunakan sampai dengan frekuensi 1000 kHz
b. Kelemahan:
·
Pada
tegangan rendah, momen geraknya sangat rendah sehingga batas tegangan yang
minimal dapat dipakai untuk alat ukur ini ada di sekitar 100 Volt.
·
Harganya
mahal dan tidak mudah membuatnya kuat.
A. Alat Ukur Elektrodinamis
Pada alat ukur yang bekerjaberdasarkan prinsip
elektrodinamis, maka magnet permanen seperti pada alat ukur kumparan putar
digantidengan kumparan yang tetap dan arus dimungkinkan dapat dialirkan
melaluikumparan tetap dan kumparan putar. Monen gerak yang dihasilkan dari system
tersebut merupakan interaksi antara medan magnet yang dibuat oleh kumparantetap
dan medan magnet yang dibuat oleh kumparan putar. Alat ukur elektrodinamis ini
dapat digunakan untuk mengukur besaran listrik pada arussearah maupun arus
bolak balik.
1.
Prinsip
Kerja
Kumparan putar (M) dari alat ukur elektrodinamis ini
ditempatkan di antarakumparan tetap (F1 dan F2). Ketika terdapatarus (i1)
yang melalui kumparan tetap dan juga terdapat arus (i2) yang
melaluikumparan putar, maka akan dihasilkan gaya elektromagnetis yang dikenakan
padakumparan putar. Apabila kumparan telah mengalami perputaran dengan
suduttertentu yaitu sebesar 𝜭 dari
posisi nolnya, maka momen gerak yang dihasilkanadalah
k1 i1i2 cos(α -𝜭 )
dengan k1
adalah tetapan. Pegas yang terpasang pada alat ukur akan memberikanmomen
kontrol dan terjadi keseimbangan antara momen gaya simpangan danmomen gaya
kontrol yang memenuhi persamaan
𝝉𝜭= k1 i1i2 cos(α-𝜭 )
Dengan k1 adalah tetapan pegas. Hasil
pengukuran akan ditunjukkan oleh jarum
penunjuk yang tergantung pada hasil kali dua arus yang
berbeda yaitu i1dan i2.
 |
|||
|
|||
Gambar 5. Prinsip kerja Alat ukur elektrodinamis
2.
Ammeter Elektrodinamis
Untuk membuat
Ammeter elektrodinamis, maka kumparan tetap dankumparan putar dihubungkan
secara seri. Besar sudut putaran pada Ammeter iniadalah
Karena kumparan putar dan kumparan tetap dihubungkan seri
maka i1= i dani2 = k2i
maka besar sudut putaran menjadi
Hasil pengukuran arus oleh alat ukur elektrodinamis ini
merupakan harga efektifdari arus yang diukur.
3.
Voltmeter Elektrodinamis
Untuk
membuat Voltmeter elektrodinamis, diperlukan tahanan seri yangdihubungkan pada
rangkaian dan mengalirkan arus sekitar100mA melalui kumparan putarnya.
Gambar 6. Prinsip voltmeter elektrodinamis
4.
Var
Meter
Var meter merupakan alat untuk mengukur daya reaktif (semu).
Q= E I
sin 𝜭
Untuk
mendapatkan harga sinus dari beda fasanya dilakukan dengan menambahkan
penggeser fasa sebesar 90º yaitu dengan menambahkan komponen reaktif seperti L
atau C.
Gambar
7. Var meter
Penggunaan
L atau C tergantung dari sifat beban. Bila beban bersifat induktif, maka
komponen yang dipakai adalah L. sedangkan beban kapasitif, komponen yang
dipakai adalah C.
5.
Frekuensi
Meter
Frekuensi
meter elektrodinamis mempunyai dua kumparan tetap. Masing – masing kumparan
tetapnya dibuat suatu rangkaian resonansi seri R, L, C. Rangkaian pertama mempunyai frekuensi
resonansi dibawah suatu harga frekuensi tertentu dan rangkaian lain beresonansi
pada frekuensi di atas frekuensi yang ditetapkan tersebut. Misalnya untuk
frekuensi 50 Hz, rankaian I beresonansi pada frekuensi 40 Hz dan rangkaian II
beresonansi pada 60 Hz. Pada frekuensi antara 40 -50 Hz, kumparan medan yang
pertama dengan rangkaiannya bekerja lebih dominan sehingga menghasilkan torsi
yang arahnya berlawanan dengan jarum jam. Pada frekuensi antara 50 – 60Hz,
kumparan medan kedua dengan rangkaiannya bekerja lebih dominan sehingga
menghasilkan torsi yang searah jarum jam.
6.
Kelebihan dan kelemahan
Kelebihan alat ukur elektrodinamis ini dapat digunakan untuk arus
searahmaupun arus bolak balik serta dapat dibuat dengan presisi yang baik,
sedangkankelemahannya adalah pemakaian dayanya yang tinggi sehingga kurang
dipakaisebagai alat ukur arus maupun tegangan.
B.
Alat
Ukur Thermocouple
Thermocouple adalah suatu rangkaian yang tersusun dari dua
buah logam yangmasing-masing mempunyai koefisien muai panjang berbeda yang
dihubungkansatu denngan yang lain pada ujung-ujungnya. Jika pada kedua titk
hubung kedualogam tersebut mempunyai perbedaan temperature, maka timbullah beda
potensialyang memungkinkan adanya arus listrik di dalamnya. Gaya gerak listrik
akibatadanya beda potensial tersebut disebut dengan GGL thermis.
Prinsip Kerja:
Gambar 8. Prinsip kerja alat ukur jenis thermocouple
Terdapat sebuah kawat pemanas lurus yang dibuat dari bahan
yangmempunyai nilai tahanan yang cukup tinggi. Pada tengah-tengah kawat
pemanastersebut dihubungkan dengan salah satu titik hubung dari thermocouple.
Keduaujung bebas thermocouple masing-masing dihubungkan dengan pengukur
milivoltyang akan mengukur beda tegangan yang dihasilkan oleh kedua
ujungthermocouple tersebut. Jika arus I dialirkan melalui kawat pemanas maka
kawat pemanas akan membangkitkan panas dengan besar daya berbanding dengan
aruskuadratnya. Panas yang dibangkitkan ini menaikkan panas pada tengah
kawatpemanas dari T1ke T2yang sebanding
dengan jumlah panas 
Tidak ada komentar:
Posting Komentar