GALVANOMETER
GALVANOMETER
Alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil.
Galvanometer didasarkan pada penemuan oleh Hans C. Oersted bahwa jarum magnetik dibelokkan oleh kehadiran arus listrik dalam konduktor terdekat.
GALVANOMETER SUSPENSI
Galvanometer suspensi ini merupakan pelopor
instrumen kumparan putar, dasar bagi
kebanyakan alat-alat penunjuk arus searah yang
dipakai secara umum. Gambar disamping
menunjukkan konstruksi sebuah galvanometer
DβARSONVAL METER MOVEMENT
Gerak dβArsonval yaitu gerakan dasar PMMC (permanent magnet moving coil) atau sering juga
dikenal dengan galvanometer PMMC.
Instrumen ini hanya memerlukan daya yang rendah dan arus yang kecil untuk penyimpangan skala penuh.
TORSI DAN DEFLEKSI GALVANOMETER
Sifat dinamik galvanometer dapat diamati dengan secara tiba-tiba
memutuskan arus yang dimasukkan, sehingga kumparan berayun kembali dari
posisi penyimpangan mnuju posisi nol. Akan terlihat bahwa sebagai akibat
kelembaman (inersia) dari sistem yang berputar, jarum berayun melewati titik
nol dalam arah yang berlawanan, dan kemudian berosilasi ke kiri ke kanan
sekitar titik nol.
Gerakan sebuah kumparan putar di dalam medan maknit dikenali dari tiga
kuantitas:
(a) Momen inersia (kelembaman) kumparan putar terhadap sumbu putarnya
(b) Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan kumparan
TORSI DAN DEFLEKSI GALVANOMETER
Ketiga faktor ini memberikan
tiga kemungkinan yang
masing-masing menjelaskan sifat
dinamik kumparan dalam sudut
defleksinya. Ketiga jenis sifat
tersebut ditunjukkan oleh
kurva-kurva pada Gambar disamping
disebut teredam lebih
(overdamped), kurang teredam
(underdamped) dan tere-dam
kritis (criticaally damped).
SENSITIVITAS GALVANOMETER
Untuk menyatakan sensitivitas sebuah galvanometer, umumnya digunakan tiga definisl, yaitu :
(a) sensitivitas arus (current sensitivity);
(b) sensitivitas tegangan (voltage sensitivity); (c) sensitivitas mega-ohm (megaohm sensitivity).
SENSITIVITAS GALVANOMETER
(a) Sensitivitas arus (current sensitivity)
Sensitivitas arus (current sensitivity) dideflnisikan sebagai perbandingan
penyimpangan (defleksi) galvanometer terhadap arus yang menghasilkan defleksi tersebut. Bia-sanya arus dinyatakan dalam mikroamper dan defleksi dalam
milimeter.
Bagi galvanometer yang skalanya tidak dikalibrasi dalam milimeter, defleksi dapat dinyatakan dalam bagian skala. Sensitivitas arus adalah :
di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm
i = arus galvanometer dalam Β΅A
SENSITIVITAS GALVANOMETER
(b) Sensitivitas tegangan (voltage sensitivity)
didefinisikan sebagai perbandingan defleksi galvanometer terhadap tegangan yang menghasilkannya. Oleh karena itu
di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm
SENSITIVITAS GALVANOMETER
(c) Sensitivitas mega-ohm (mega ohm sensitivity)
Didefinisikan sebagai tahanan (dalam mega-ohm) yang dihubungkan secara seri dengan galvanometer agar menghasilkan defleksi sebesar satu bagian skala bila tegangan 1 V dimasukkan ke rangkaian tersebut. Karena tahanan ekivalen
galvanometer jika dibandingkan dengan tahanan seriyang disusun seri dengan
galvanometer tersebut sangat kecil, arus yang masuk praktis sama dengan 1/R Β΅A dan menghasilkan defleksi sebesar satu bagian (divisi). Sensitivitas mega ohm sama dengan sensitivitas arus, sehingga
di mana d = defleksi galvanometer dalam bagian skala atau mm
I = arus galvanometer dalam Β΅A
SENSITIVITAS GALVANOMETER
Sensitivitas balistik (ballistic sensitivity) didefinisikan sebagai perbandingan
defleksi maksimal galvanometer, dm terhadap jumlah muatan listrik, Q di
dalam satu pulsa tung-gal yang menghasilkan defleksi tersebut. Maka
di mana dm = defleksi maksimal galvanometer dalam bagian skala
CONTOH
Sebuah galvanometer diuji dalam rangkaian Gambar dibawah ini, dimana E
= 1.5 V
R1 = 1,0 Ξ©
R2 = 2500 Ξ©
R3 = variable
Dengan membuat R3 pada 450 Ξ© , defleksi galvanometer adalah 150 mm,
dan untuk R3 = 950 Ξ©, defleksi berkurang menjadi 75 mm. Tentukan : (a)
tahanan galvanometer, (b) sensitivitas arus galvanometer tersebut.
CONTOH
Penyelesaian:
(a) Bagian dari arus total IT yang diambil oleh galvanometer adalah
Karena defleksi untuk R3 = 450 Ξ© adalah 150 mm dan untuk R3 = 950 Ξ© adalah 75 mm, arus galvanometer IG dalam hal kedua ini adalah separoh dari arus
galvanometer dalam kasus pertama. Karena itu dapat dituliskan, πΌπΊ1 = 2πΌπΊ2
dan dengan menyelesaikannya untuk π πΊ diperolehi π πΊ = 49 Ξ©.
πΌπΊ =
π 1
π 1 + π 3 + π πΊ
Γ πΌπ
1.0
1.0 + 450 + π πΊ
= 2 Γ
1.0
1.0 + 450 + π πΊ
CONTOH
Penyelesaian:
(b) Tahanan total rangkaian, RT adalah
sehingga
Untuk R3 = 450 Ξ© , arus galvanometer IG adalah
Dan
π π = π 2 +
π 1 π 3 + π πΊ
π 1 + π 3 + π πΊ
β 2500Ξ©
πΌπ =
1,5π
2500Ξ©
= 0,6ππ΄
πΌπΊ =
π 1
π 1 + π 3 + π πΊ
Γ πΌπ =
1.0
1.0 + 450 + π πΊ
Γ 0,6ππ΄ = 1,2ππ΄
ππΌ =
150ππ
1,2ππ΄
= 125ππ/ππ΄
AMPEREMETER ARUS SEARAH
Gerakan dasar dari ampermeter arus searah adalah Galvanometer PMMC.
Galvanometer PMMC sangat terbatas dalam penggunaan tanpa modifikasi.
Salah satu modif ikasi yang diperlukan sekali adalah dengan menaikkan
batas ukur arus yang diukur dengan pengeerak meter dasar.
Penempatan sebuah resistansi rendah yang diparalel dengan resistansi
penggerak meter, Rm, Resistansi rendah ini disebut dengan Shunt (Rsh) dan
fungsinya untuk memberi sebuah cara pengganti pada arus total meter , I,
disekitar meter penggerak.
AMPEREMETER ARUS SEARAH
Rangkaian ammeter DC dasar ditunjukkan oleh gambar dibawah ini. Dalam
banyak hal Ish lebih besar dari pada Im yang mengalir pada penggerak itu
sendiri. Resistansi shunt diperoleh dengan menggunakan hukum Ohm.
di mana Rm = tahanan dalam alat ukur; Rsh = tahanan shunt;
AMPEREMETER ARUS SEARAH
Tahanan shunt dihitung denggan menganalisa rangakaian dibawah.
π
π βπ’ππ‘= π
ππππ‘ π’ππ’ππΌ
π ββ π
π β= πΌ
πβ π
ππ
π β=
πΌ
πβ π
ππΌ
π βKarena πΌ
π β= πΌ β πΌ
πmaka
π
π β=
πΌ
πβ π
ππΌ β πΌ
πCONTOH
Sebuah Galvanometer memiliki batas ukur arus maksimal 1 mA dengan tahanan dalam 100Ξ©, akan digunakan sebagai amperemeter dengan range 0-10mA. Tentukanlah tahanan shunt yang harus diperlukan.
π
π= πΌ
πβ π
π= 1ππ΄ β 100Ξ©
= 0,1π
π
π β= π
π= 0,1π
πΌ
π β= πΌ β πΌ
π= 10ππ΄ β 1ππ΄
= 9ππ΄
π
π β=
π
π βπΌ
π β=
0,1π
9ππ΄
AMPEREMETER RANGKUMAN GANDA
Dalam pengukuran yang baik, batas ukur yang dipakai adalah yang paling dekat dengan yang diukur. Untuk itu diperlukan alat ukur yang memiliki batas ukur
bermacam-macam.
Resitansi shunt berfungsi cukup baik pada ammeter berbatas ukur tunggal, akan tetapi pada ammeter dengan banyak batas ukur terdapat saklar untuk pemilih beberapa tahanan shunt berbeda.
Saklar khusus untuk menghindari rusaknya galvanometer yaitu saklar posisi ganda. Saklar jenis ini menghindari terjadinya arus mengalir ke galvanometer tanpa
AMPEREMETER RANGKUMAN GANDA
Ammeter seperti pada gambar disebut shunt ayrton atau shunt universal.
Keuntungan yang diperoleh adalah kemungkinan tahanan total yang lebih besar.
A
B
C
A
B
C
CONTOH
Rancang sebuah shunt Ayrton pada ampermeter dengan tahanan dalam Rm
50Ξ© dan arus defleksi penuh 1mA, agar menghasilkan batas ukur rangkuman
ganda 1A, 5A, dan 10A.
Penyelesaian:
Batas ukur 1A: π
π+ π
π+ π
π=
1Γ501000β1
=
50999
βΉ 1
Batas ukur 5A: π
π+ π
π=
1Γ π π+505000β1
=
π π+50
4999
βΉ 2
Batas ukur 5A: π
π=
1Γ π π+π π+5010000β1
=
π π+π π+50
A
B
C
CONTOH
Penyelesaian:
Dengan menyelesaikan tiga persamaan dengan tiga variable tak diketahui,
maka
Subtitusi dua persamaan,
4999π
π+ 4999π
π+ 4999π
π= 250,2
4999π
π+ 4999π
πβ
π
π= 50
5000π
π= 200,2
π
π= 0,04004
9999π
π+ 9999π
π+ 9999π
π= 500,45
9999π
πβ
π
πβ
π
π= 50
10000π
π+ 10000π
π= 450,45
10000π
π= 450,45 β 10000 Γ 0,04004
π
π= 0,005005
π
π= 0,005005
AMPEREMETER RANGKUMAN GANDA
Perhitungan seperti sebelumnya dianggap terlalu rumit,
sehingga ada cara lain yang dianggap lebih sederhana.
Pada range pengukuran πΌ
1, tahanan shunt sama dengan π
π βDari persamaan diatas akan didapat nilai π
π β.
Pada range pengukuran πΌ
2, π
π+ π
π// π
π+ π
π, maka
I
1I
2I
3Rm
Im
Ra
Rb
Rc
I
+
-Rsh
π
π β= π
π+ π
π+ π
ππ
π β=
πΌ
ππ
ππΌ β πΌ
ππ
π+ π
ππΌ
2β πΌ
π= πΌ
ππ
π+ π
π(1)
AMPEREMETER RANGKUMAN GANDA
Penjabaran persamaan (1),
π
π+ π
πdan π
π βsudah diketahui, sehingga π
π, π
π, dan π
πI
1I
2I
3Rm
Im
Ra
Rb
Rc
I
+
-Rsh
π
π= π
π ββ π
π+ π
πΞ©
π
π+ π
ππΌ
2β πΌ
π= πΌ
ππ
π+ π
ππΌ
2π
π+ π
πβ πΌ
ππ
π+ π
π= πΌ
ππ
π ββ π
π+ π
π+ π
ππΌ
2π
π+ π
πβ πΌ
ππ
π+ π
π= πΌ
ππ
π ββ πΌ
ππ
π+ π
π+ πΌ
ππ
ππ
π+ π
π=
πΌ
ππ
π β+ π
ππΌ
2π
π= π
π+ π
πβ π
π βΞ©
π
π=
πΌ
ππ
π β+ π
ππΌ
3Ξ©
AMPEREMETER
Hal-hal yang perlu diperhatikan bila menggunakan ampermeter:
1. Jangan sekali-sekali menghubungkan amperemeter ke sumber tegangan.
2. Periksa polaritas yang tepat.
3. Bila menggunakan rangkuman ganda, mula-mula gunakan rangkuman
yang tertinggi, kemudian turunkan sampai diperoleh defleksi sesungguhnya.
VOLTMETER ARUS SEARAH
Penggerak meter dβArsonval dasar dapat diubah ke voltmeter Dc dengan
menghubungkan sebuah pengali Rs yang seri dengan penggerak meter seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Tujuan dari pengali adalah untuk memperluas batas ukur tegangan dari meter dan untuk membatasi arus yang melewati pengerak meter pada saat arus menyimpang skala penuh maksimum.
VOLTMETER ARUS SEARAH
Di mana :
Rm = tahanan dalam alat ukur Rs = tahanan pengali
Im(Idp) = arus defleksi penuh
V = tegangan rangkuman maksimum
π = πΌ
ππ
π+ π
ππ = πΌ
ππ
π+ πΌ
ππ
ππ
π=
π β πΌ
ππ
ππΌ
π=
π
πΌ
πβ π
πVOLTMETER ARUS SEARAH
Untuk mencari nilai tahanan pengali, diperlukan untuk mengetahui sensitivitas gerakan meter S,
Dengan ohm per volt didapat dari
Untuk menghitung tahanan pengali menggunakan,
ππππ ππ‘ππ£ππ‘ππ = π = π =
1
π
πΞ©/π
ππππ ππ‘ππ£ππ‘ππ = π =
1
ππππππ
=
1
π£πππ‘
πβπ
=
πβπ
π£πππ‘
Ξ©/π
π
π=
π
π
πβ π
π= π Γ π ππππ β π
ππΌ
ππ= πππ’π πππππππ π ππππ’β
VOLTMETER ARUS SEARAH
Contoh:
Hitung hambatan pengali sebuah voltmeter arus searah 0-50V, yang menggunakan sebuah gerak dβArsonval skala penuh 50Β΅A, tahanan dalam 1kβ¦.
π
π=
50π
50Β΅A
β 1πΞ© = π Γ π ππππ β π
ππ = πΌ
ππ
π+ π
ππ
π=
π β πΌ
ππ
ππΌ
π=
π
πΌ
πβ π
πV1 V2 V3
V4
VOLTMETER RANGKUMAN GANDA
Penambahan sejumlah pengali beserta sebuah
saklar rangkuman (range switch) membuat
instrumen mampu digunakan bagi sejumlah
rangkuman tegangan.
Nilai-nilai tahanan pengali dapat ditentuka
dengan metode sebelumnya atau dengan metode
sensitivitas.
Pada gambar di samping ditunjukkan
tahanan-tahanan pengali dihubungkan secara seri dan
saklar pemilih di setiap posisi menghasilkan
VOLTMETER RANGKUMAN GANDA
Jika arus maksimal yang melewati Rm adalah Ifs, maka masing-masing tahanan pengali π 1, π 2, π 3, dan π 4 di dapat dengan cara:
Pada range V4 Pada range V3 Pada range V2 Pada range V1
π
4= π Γ π ππππ β π
ππ
3= π Γ π ππππ β π
4+ π
ππ
2= π Γ π ππππ β π
4+ π
3+ π
ππ
1= π Γ π ππππ β π
4+ π
3+ π
2+ π
π V1 V2 V3 V4VOLTMETER RANGKUMAN GANDA
Contoh:
sebuah gerak dβArsonval dengan tahanan dalam Rm = 100Ξ© dan skala penuh Idp = 1 mA, akan diubah menjadi voltmeter DC rangkuman ganda dengan batas ukur 0 β 10V, 0 β 50V, 0 β 250V, 0 β 500V
π
π=
10π
1ππ΄
= 10πΞ©
π
π= π
πβ π
ππ
π= 10πΞ© β 100Ξ©
π
π= 9900Ξ©
π
π=
50π
1ππ΄
= 50πΞ©
π
π= π
πβ π
4+ π
ππ
π= 50πΞ© β 10πΞ©
π
π= 40πΞ©
π
π=
250π
1ππ΄
= 250πΞ©
π
π= π
πβ π
4+ π
3+ π
ππ
π= 250πΞ© β 50πΞ©
π
π= 200πΞ©
π
π=
500π
1ππ΄
= 500πΞ©
π
π= π
πβ π
4+ π
3+ π
2+ π
ππ
π= 500πΞ© β 250πΞ©
π
π= 250πΞ©
Rangkuman 10 VEFEK PEMBEBANAN
Saat sebuah voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan pada komponen rangkaian, rangkaian voltmeter itu sendiri dalam hubungan paralel dengan
komponen rangkaian. Sehingga kombinasi paralel dari dua resistor menjadi lebih kecil saat voltmeter terhubung jika dibandingkan dengan tanpa voltmeter. Dengan demikian tegangan pada komponen berkurang saat voltmeter dihubungkan.
Penurunan tegangan mungkin tidak berarti atau mungkin besar, tergantung dari sensitivitas dari voltmeter yang digunakan.
EFEK PEMBEBANAN
Tegangan sesungguhnya (Vhitung) Tegangan yang terukur
Tahanan dalam voltmeter
Tahanan paralel
π
β=
π
2π
1+ π
2Γ π
ππ
π= π Γ π
π = Rangkuman voltmeter
π
π=
π
2. π
ππ
2+ π
ππ
π’ππ’π=
π
ππ
1+ π
πΓ π
πProsentase kesalahan pembacaan
%πΎππ πππβππ πππππ’ππ’πππ = π
π’ππ’π=
π
ββ π
π’ππ’πV
+
-150V
100k
50k
EFEK PEMBEBANAN
Latihan:Diinginkan untuk mengukur tegangan antara ujung-ujung tahanan 50kβ¦. Pengukuran dilakukan dengan 2 voltmeter.
1. Sensitivitas 1000 β¦/V 2. Sensitivitas 20000 β¦/V
Kedua voltmeter dipakai dalam rangkuman 50V. a) Tentukan pembacaan tiap voltmeter
EFEK PEMBEBANAN
Latihan:
Sebuah voltmeter dengan sensitivitas 100β¦/V memiliki 3 skala: 50V, 150V, dan
300V. Voltmeter dihubungkan seperti gambar dibawah, dan membaca skala 4,65V pada skala 50V. Tentukan Rx V
+
-100V
100k
50k
R
sR
xE Ie X Y Rm
EFEK PEMBEBANAN
Pengukuran menggunaka ammeter dilakukan dengan memasangkan ammeter pada jalur yang akan diukur arusnya. Penambahan tahanan saat mengukur rangkaian menyebabkan penunjukan ammeter tidak sesuai dengan arus sebenarnya.
E R1 Ie X Y
πΌ
π=
πΈ
π
1πΌ
π=
πΈ
π
1+ π
πEFEK PEMBEBANAN
Jika kedua persamaan tersebut dibandingkan didapat:
Dan kesalahan yang timbul adalah,
πΌ
ππΌ
π=
π
1π
1+ π
π%πΎππ πππβππ = 1 β
πΌ
ππΌ
πΓ 100%
EFEK PEMBEBANAN
Contoh:
Sebuah Ammeter memiliki tahanan dalam 78 β¦ digunakan untuk mengukur arus yang melewati Rc seperti gambar disamping.
Berapa % kesalahan pembacaan?
E=3V Rq =1k Rb = 1k Rc = 1k