Amperemeter, voltmeter dan ohmmeter, semuanya menggunakan gerak d’Arsonval. Perbedaan antara instrumen-instrumen ini adalah rangkaian di dalam mana gerak dasar tersebut digunakan. Berarti adalah jelas bahwa sebuah instrumen tunggal dapat direncanakan untuk melakukan ketiga fungsi pengukuran tersebut. Instrumen ini dilengkapi dengan sebuah sakelar posisi (function-switch) untuk menghubungkan rangkaian-rangkaian yang sesuai ke gerak d’Arsonval, disebut multimeter atau volt-ohm miliamperemeter (VOM).
Sebuah contoh multimeter komersil ditunjukkan dalam Gambar 21. Alat ukur ini merupakan kombinasi dari sebuah miliamperemeter arus searah (dc), voltmeter arus searah, voltmeter arus bolak-balik (ac), ohmmeter rangkuman ganda, dan unit petunjuk.
Patch cord loss
Gambar 21 Multimeter Untuk Pengukuran Umum
Gambar 22 menunjukkan sebagian rangkaian yakni voltmeter dc, di mana terminal-terminal masukan (input) “common” digunakan untuk batas ukur 0 – 1,5 V sampai 0 – 1000 V. Sebuah terminal tambahan (“eksternal jack”) yang ditandai dengan DC 5000 V digunakan untuk pengukuran tegangan searah sampai 5000 V.
Gerakan dasar (d’Arsonval) multimeter pada Gambar 21 mempunyai arus skala penuh sebesar 50 µA dan tahanan dalam 2000 Ω. Nilai tahanan-tahanan pengali diberikan pada Gambar 22. Perhatikan bahwa pada rangkuman 5000 V sakelar rangkuman dipindahkan ke posisi 1000 V, tetapi kawat sambung untuk pengukuran (test lead) harus dihubungkan ke terminal DC 5000 V. Cara-cara pencegahan yang umum pada pengukuran tegangan tetap dilakukan. Karena sensitivitasnya yang cukup tinggi (20 kΩ/V), alat ini sesuai untuk keperluan servis (reparasi) dalam bidang elektronika.
Rangkaian pengukuran mA dan Ampere searah ditunjukkan pada Gambar 23.
terminal-terminal common (+) dan negatif (-) digunakan untuk pengukuran arus sampai 500 mA dan perancah (jack) +10 A dan -10 A untuk pengukuran dari 0 – 10 A.
Ohmmeter sebagai bagian dari VOM ini ditunjukkan pada gambar 24.
Rangkaian pada Gambar 24(a) menunjukkan rangkaian ohmmeter dengan pengalian skala sebesar satu. Sebelum melakukan suatu pengukuran, instrumen dihubungsingkatkan lebih dahulu dan kemudian pengatur nol (zero adjust) dubah-ubah sampai alat ukur menunjuk nol ohm (arus skala penuh).
Perhatikan bahwa rangkaian merupakan sebuah bentuk variasi ohmmeter tipe shunt. Pengalian skala 100 dan 10.000 ditunjukkan pada Gambar 24 (b) dan
(c). Voltmeter ac sebagai bagian dari multimeter diperoleh dengan membuat sakelar ac-dc ke posisi ac.
Gambar 22 Bagian Voltmeter Arus Searah Dari Multimeter
Gambar 23 Bagian Amperemeter Arus Searah Dari Multimeter
M
80 MΩ
15 MΩ 4 MΩ 800 kΩ 150 kΩ 48 kΩ
5000 Vdc
1000 V 250 V
50 V
10 V
2,5 V
50µA 2000 Ω
positif
negatif
M
22.5 Ω
3000 Ω 2 Ω 0.475 Ω 0.025 Ω
100 mA
10 mA 500 mA +10 A
- 10 A
positif negatif
Gambar 24 Bagian Ohmmeterr Arus Searah Dari Multimeter
3.1. Kalibrasi Instrumen-instrumen Arus Searah
Walaupun teknik-teknik kalibrasi yang lengkap adalah di luar lingkup bab ini, diberikan beberapa prosedur umum kalibrasi instrumen dasar untuk arus searah.
Kalibrasi sebuah amperemeter arus searah (dc) paling mudah dilakukan dengan rangkaian gambar 25. Nilai arus melalui amperemeter yang akan dikalibrasi ditentukan dengan mengukur beda potensial antara ujung-ujung tahanan standar berdasarkan metoda potensiometer dan kemudian menentukan arus menurut hukum ohm. Hasil perhitungan ini dibandingkan terhadap pembacaan nyata amperemeter yang akan dikalibrasi dan dihubungkan ke rangkaian. Sebuah sumber arus konstan dibutuhkan, dan biasanya ini dihasilkan oleh elemen akumulator, (storage cells) atau sumber daya presisi. Sebuah tahanan geser dihubungkan di dalam rangkaian untuk
M
mengontrol arus pada harga yang diinginkan sehingga titik-titik yang berbeda pada skala dapat dikalibrasi.
Gambar 25 Metoda Potensiometer Untuk Mengkalibrasi Sebuah Amperemeter DC
Suatu cara sederhana untuk mengalibrasi sebuah voltmeter arus searah (dc) ditunjukkan pada Gambar 20, di mana tegangan pada tahanan R (dropping resistor) diukur secara seksama dengan sebuah potensiometer. Voltmeter yang akan dikalibrasi dihubungkan ke titik-titik yang sama pada potensiometer dan berarti akan menunjukkan tegangan yang sama. Sebuah tahanan geser dihubungkan di dalam rangkaian untuk mengontrol banyaknya arus dan dengan demikian mengontrol penurunan tegangan pada tahanan R, sehingga beberapa titik pada skala dapat dikalibrasi. Voltmeter-voltmeter yang diuji berdasarkan metoda Gambar 26 dapat dikalibrasi dengan ketelitian 0,01% yang melebihi ketelitian sebuah gerak d’Arsonval yang biasa.
Gambar 26 Metoda Potensiometer Untuk Mengkalibrasi Sebuah Voltmeter Arus Searah
Ohmmeter umumnya dipandang sebagai instrumen berketelitian sedan (moderat) dan presisi yang rendah. Kalibrasi secara kasar dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah tahanan standar dan mencatat pembacaan ohmmeter tersebut. Dengan melakukan ini pada beberapa titik skala dan pada beberapa rangkuman memungkinkan untuk diperoleh penunjukkan instrumen dengan operasi yang benar. Pengukuran presisi untuk tahanan biasanya dilakukan oleh salah satu metoda rangkaian jembatan.
Voltmeter, amperemeter dan ohmmeter elektronik menggunakan penguat, penyearah, dan rangkaian lain untuk membangkitkan suatu arus yang sebanding dengan besaran yang diukur. Selanjutnya arus ini menggerakkan
A
sebuah mekanisme alat ukut konvensional. Adalah menarik untuk memperhatikan bahwa banyak voltmeter elektronik menggunakan gerak suspensi ban kencang (taut-band) sebagai pengganti mekanisme pivot dan jewel yang lebih konvensional. Instrumen-instrumen yang menggunakan mekanisme alat ukur untuk menunjukkan kebesaran dari kuantitas yang akan diukur pada sebuah skala yang kontinyu kadang-kadang disebut instrumen-instrumen analog.
Bila hasil pengukuran diperagakan dalam selang waktu yang diskrit atau dalam bentuk angka (sebagai pengganti defleksi jarum penunjuk pada sebuah skala kontinyu), dibicarakan sebuah penunjukkan digital. Pembacaan berdasarkan angka secara langsung mengurangi kesalahan manusia dan rasa jemu, menghilangkan paralaksis dan kesalahan pembacaan lainnya, mempertinggi kecepatan pembacaan. Ciri tambahan dalam instrumen digital modern seperti halnya fasilitas polaritas otomatis dan pengubahan rangkuman, selanjutnya mengurangi kesalahan pengukuran dan kemungkinan kerusakan instrumen karena pembebanan lebih yang tidak disengaja.
Instrumen digital tersedia untuk mengukur tegangan, arus searah (dc) dan bolak balik (AC), dan tahanan. Variabel fisis lainnya dapat diukur dengan menggunakan transducer yang sesuai. Banyak instrumen digital mempunyai ketentuan tambahan bagi keluara guna membuat pencatatan permanen dari hasil-hasil pengukuran yang menggunakan unit cetakan (printer), pelobang karut dan pita (card and tape punches) atau peralatan pita mekanik. Dengan data yang sudah dalam bentuk digital, maka dapat dilakukan diolah tanpa kehilangan ketelitian.
3.2. Voltmeter digital
Voltmeter digital (DVM) memperagakan pengukuran tegangan dc atau ac dalam bentuk angka diskrit sebagai pengganti defleksi jarum penunjuk pada sebuah skala kontinyu seperti dalam alat-alat analog. Dalam banyak pemakaian penunjukkan dengan angka adalah menguntungkan sebab mengurangi kesalahan pembacaan manusia dan kesalahan interpolasi, menghilangkan kesalahan paralaksis, memperbesar kecepatan pembacaan, dan kerapkali melengkapi keluaran dalam bentuk digital yang sesuai bagi pengolahan dan pencatatan selanjutnya.
DVM merupakan suatu instrumen yang terandalkan dan teliti yang dapat digunakan dalam banyak pemakaian pengukuran di laboratorium. Karena perkembangan dan penyempurnaan modul-modul rangkaian terpadu (integrated circuit IC), ukuran, kebutuhan daya dan harga DVM telah berkurang secara drastis sehingga DVM secara aktif dapat bersaing terhadap instrumen-instrumen analog konvensional, baik dalam portabilitas maupun harga.
Kualitas DVM yang menonjol dapat digambarkan dengan mengemukakan sebagian karakteristik operasi dan karakteristik prestasi yang khas. Voltmeter digital dapat dikelompokkan sesuai dengan kategori berikut:
• Voltmeter digital jenis tanjak (ramp type DVM)
• Voltmeter digital jenis penggabungan/integrasi (integrating DVM)
• Voltmeter digital setimbang kontinyu (continous balance DVM)
• Voltmeter digital dengan pendekatan berturut-turut (successive approximation DVM)
IV. DASAR PENYAMBUNGAN KABEL SERAT OPTIK