Potensiometer self-balancing dipakai secara luas dalam industri sebah I idak Im-111. I lukan perhatian yang tetap dari seorang operator. Di samping sifat membuat seimbang secara otomatis, dia menggambarkan kurva besaran yang diukur dan dapat dipasang pada sebuah papan hubung (switch-board) atau panel tujuan pemonitoran. Dlam instrumen self-balacing, ggl yang tidak seimbang yang dalam sebuah potensiometer normal akan menghasilkan defleksi galvanometer, dimasukkan ke sebuah penguat melalui sebuah konvertor. Keluaran penguat tersebut menggerakkan sebuah motor insuksi dua fasa yang membuat kontak geser potensiometer setimbang. Konvertor, yang dihubungkan antara keluaran potensiometer dan masukan penguat, mengubah tegangan tegangan dc yang tidak seimbang menjadi tegangan ac yang tidak setimbang yang dengan mudah dapat diperkuat oleh sebuah penguat ac ke nilai yang diinginkan. Skema ini menghindindari pemakaian penguat dc karena sifatnya yang tidak stabil dan masalah pergeseran
Diagram rangkaian Gambar 6-15 menunjukkan perincian skematis dari potensio-owtvi yang menyetimbangkan sendiri yang dalam hal ini digunakan untuk mengukur temperatur oleh sebuah termokopel. Konvertor terdiri dari sebuah batang bergetar, digerakkan secara sinkron dari tegangan jala-jala 60 Hz. Batang tersebut bekerja sebagai sakelar yang membalik arus melalui gulungan pemisah dari kumparan primer transformator pada tiap getaran batang. Pembalikan arus yang konstan pada masing-masing siklus vibrasi batang mengubah tegangan dc yang tidak setimbang dari rangkaian potensionmeter menjadi tegangan bolak-balik pada kumparan sekunder transformator. Keluar-aan ac dari konvertor yang sebanding dengan masukan dc ke konvertor, dimasukkan ke penguat.Output penguat terdapat pada gulungan pengontrol dari motor induksi dua fasa. Gulungan lain dari motor disuplai oleh tegangan jala-jala. Tegangan jala-jala ac
131 tergeser sebesar 90° terhadap tegangan output kapasitor di dalam rangkaian penggerak konvertor. Bergantung pada polaritas tegangan dc yang tidak setimbang yang dimasukkan ke terminal-terminal masukan konvertor, fasa tegangan keluaran penguat akan mendahului atau ketinggalan fasa sebesar 900 dari tegangan jala-jala yang dimasukkan ke motor induksi. Arah perputaran motor ditentukan oleh hubungan fasa antara kedua tegangan pada kedua gulungan, dan ini secara berturutan ditentukan oleh polaritas tegangan yang disuplai ke konvertor. Jadi jika ggl yang diukur lebih kecil dari tegangan kesetimbangan yang dihasilkan oleh potensiometer, maka keluaran penguat akan tergeser sebesar 180° dan motor akan berputar dalam arah yang berlawanan.
Gambar 6-15 Diagram rangkaian potensiometer Speed-O-Max yang menyetimbangkan sendiri (seijin Leeds & Northrup Company)
Poros motor dihubungkan secara mekanis ke kontak kawat geser dalam cara sedemikian sehingga perputaran motor memperkecil ketidaksetimbangan dalam rangkaian potensiometer. Bila ggl yang akan diukur sama dengan tegangan potensiometer, tegangan keluaran penguat adalah nol dan motor tidak berputar. Berarti dalam setiap kondisi tidak setimbang, tegangan keluaran penguat akan menyebabkan motor menggerakkan potensiometer ke kedudukan setimbang.
Motor yang menggerakkan kontak kawat-geser untuk mempertahankan kesetimbangan potensiometer secara mekanis di kopel ke sebuah mekanisme pena, dan setiap gerakan kontak kawat geser diikuti oleh suatu gerak simultan dari pena pada kart-jalui (strip-chart). Kart digerakkan oleh sebuah motor-jam tersendiri dengan kelengkapan roda gigi yang dapat diatur untuk mendapatkan kecepatan kart yang diinginkan.
Ggl yang dihasilkan oleh termokopel. pada Gambar 6-15 adalah fungsi dari selisih temperatur antara ujung panas dan ujung dingin (operasi termokopel dibahas dalam Bab 5). Variasi temperatur titik referensi dikompensir oleh sebuah rangkaian kompensasi elektris. Penurunan tegangan pada tahanan D, yang terbuat dari paduan nikel tembaga mengkompensir perubahan temperatur titik referensi. Tahanan G menyetimbangkan penurunan tegangan pada D pada temperatur dasar yang diinginkan. Tahanan A dan kawat geser S membentuk rangkaian pengukuran yang
132 aktual, dan tahanan B menghasilkan penurunan tegangan yang tepat guna mengalibrasi rangkaian terhadap tegangan referensi, yang dalam hal ini adalah referensi dioda Zener.
Gambar 6-16 Pandangan bagian dalam dari potensiometer pencatat yang menyetimbangkan sendiri : Speedomax W/L recorder (seijin Leeds & Northrup
Company)
Sinyal yang disuplai ke masukan rangkaian potensiometer dilewatkan melalui sebuah penapis (filter) yang melewatkan frekuensi rendah. Kapasitor-kapasitor filter tidak mempunyai efek terhadap tegangan searah yang disalurkan ke masukan, tetapi setiap perubahn sinyal masukan yang cepat dan setiap sinyal-sinyal ac terpencar yang mungkin dihasilkan pada sinyal masukan, diratakan oleh kapasitor-kapasitor tersebut.
133 Gambar 6-17 Penggerak kart dari Speedomax recorder
(seijin Leeds & Northrup Company)
Potret-potret pada Gambar 6-16 dan 6-17 menunjukkan perincian konstruksi dari sebuah potensiometer pencatat yang menyetimbangkan sendiri. Motor untuk membuat setimbang dan motor penggerak kart bersama dengan dua bejana penyalur tinta, ditun-jukkah pada Gambar 6-16. Penguat-penguat dari potensiometer dua pencatat ini ditem-patkan di pojok kanan kotak instrumen. Sumber tegangan dan sumber referensi zener hanya kelihatan sebagian di sebelah kiri penguat di bagian dalam kotak. Gambar 6-17 menunjukkan sebagian perincian konstruksi dari mekanisme penggerak kart. Sebagaimana dapat jelas dilihat dari gambar ini, instrumen mempunyai dua skala dan dua pena pencatat.
PUSTAKA
1. Bartholomew, Davis, Electrical Measurements and Instrumentation, bab 10. Boston : Allyn and Bacon, Inc. 1963.
2. Frank, Ernest, Electrical Measurement Analysis, bab 9. New York : Mc. Grave Hill Book Company., Inc. 1959.
3. Stout, Melville B., Basic Electrical Measurements, edisi kedua, bab 7. Englewood, Cliffs, N.J. Prentice-Hall, Inc. 1960.
4. Honeywell Catalog C-15 a, Elektronik 15 Potentiometers. Ft. Washington, Pa. : Honeywell, Inc. Industrial Division, 1966.
SOAL-SOAL
1. Ggl sebuah sel standar diukur den gan sebuah potensiometer yang memberikan pembacaan 1,01892 V. Bila sebuah tahanan I MΩ dihubungkan ke terminal-terminal sel standar, pembacaan potensiometer turun menjadi 1,01874 V. Tentukan tahanan dalam Ri dari sel standar.
2. Sebuah sel standar mempunyai ggl 1,0190 V dan tahanan-dalam 250 Ω. Sebuah voltmeter dc dengan rangkuman skala penuh 3 V dan tahanan -dalam 3000 Ω dihubungkan terhadap sel standar.
(a) Tentukan pembacaan Voltmeter.
(b) Tentukan arus yang dialirkan dari sel standar.
(c) Jika arus sel standar dalam (b) melebihi 10 μA, tentukan nilai tahanan-dalam yang harus dimiliki oleh voltmeter untuk membatasi arus ke 10 μA.
3. Potensiometer dalam Gambar 6-1 mempunyai batere kerja dengan tegangan terminal 4,0 V dan tahanan-dalam yang diabaikan. Kawat geser 200 cm. mempunyai tahanan 100 Ω dan tahanan-dalam-galvanometer 50Ω. Ggl sel standar adalah 1,0191 V dan tahanan-dalam 200 Ω. Tahanan geser diatur sehingga potensiometer distandarkan dengan menyetel kontak geser pada tanda 101,91 cm pada kawat geser.
(a) Tentukan arus kerja dan nilai tahanan-geser.
(b) Jika sambungan-sambungan ke sel standar dibalik secara kebetulan tentukan arus melalui sel standar.
(c) Sebuah tahanan pengaman dihubungkan seri dengan galvanometer untuk membatasi arus melalui galvanometer sampai 10 μA pada kondisi (b). Tentukan tahanan pengaman ini.
4. Tegangan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian arus searah diukur dengan buah potensiometer kawat-geser yang menghasilkan pembacaan 1 .0 V Sebuah voltmeter
134 dc 20 kΩ/V hanya mancatat 0,5 V pada skala 2,5 V bila dihubungkan antara kedua titik tersebut. Tentukan tahanan rangkaian antara kedua titik yang diukur.
5. Pada rangkaian Gambar 63, piringan utama berisi 15 langkah, masing masing 20 Ω, dan tahanan kawat geser adalah 30 Ω. Tegangan sel -standar adalah 1,019 0 V. Potensiometer direncanakan mempunyai rangkuman pengukuran 1,65 V dc pada batas ukur x 1. Tentukan (a) nilai arus pengukuran Im pada masing-masing rangkuman; (b) arus yang disalurkan oleh batere It pada tiap rangkuman; (c) nilai tahanan rang -kuman R1, dan R2; (d) nilai tahanan-geser yang diperlukan jika tegangan batere keda adalah 6,0 V.
6. Sebuah potensiometer yang memiliki 15 langkah masing-masing 5 Ω dan sebuah kawat geser 5,5 Ω dihubungkan seri dengan batere kerja 2,40 V dan sebuah tahanan geser. Rangkuman maksimal instrumen adalah 1,61 V. Sensitivitas voltmeter adalah 0,05 μA/mm dan tahanan-dalam 50 Ω.
(a) Tentukan nilai penyetelan tahanan geser.
(b) Tentukan resolusi instrumen jika kawat geser mempunyai 11 gulungan, 100 bagian setiap gulungan, dan dapat diinterpolasi pada seperlima dari satu bagian skala.
(c) Sebuah sumber 1,10 V dengan tahanan-dalam yang diabaikan diukur dengan potensiometer ini. Tentukan kesalahan (dalam V) dari kesetimbangan yang sebenarnya agar bintik galvanometer berdefleksi sejauh 1 mm.
7. Potensiometer pada soal 6 mula-mula distandarkan dan kemudian disetimbangkan secara tepat terhadap sebuah sumber tegangan dc 1,50 V dengan tahanan-dalam 20 Ω. Tentukan defleksi galvanometer bila kawat geser digerakkan sebanyak tiga bagian skala.
8. Potensiometer Gambar 6-2 direncanakan bersama piringan 15 langkah (step), masing-masing 10 V; 0,1 V; dan sebuah kawat -geser 10 Ω. Tetapi, tahanan dari langkah 0 - 0,1 V hanya 9,9 Ω, bukan 10 Ω seperti yang diinginkan. Potensiometer distandarkan terhadap sebuah referensi tegangan 1,0185 V dan kemudian digunakan untuk mengukur tegangan yang tidak diketahui. Pembacaan instrumen pada kosetimbangan adalah 0,6525 V. Tentukan (a) nilai sebenarnya dari tegangan yang tidak diketahui; (b) persentase kesalahan.
9. Rencanakan sebuah kotak Volt dengan tahanan 20 Ω/V dan rangkuman 3 V, 10 V, 40 V dan 100 V. Kotak volt ini akan digunakan bersama sebuah potensiometer yang mempunyai rangkuman ukur 1,6 V.
10.Rencanakan sebuah shunt dengan rangkuman 1 A, 5 A, 10 A dan 20 A. Shunt ini akan digunakan bersama sebuah potensiometer yang mempunyai batas ukur 1,6 V.
135 7. JEMBATAN ARUS SEARAH
DAN PEMAKAIANNYA