TUGAS RINGKASAN MATERI doc 1

(1)

TUGAS RINGKASAN MATERI

Alat Ukur dan Teknik Pengukuran

Prinsip-prinsip dan Pemakaian

Potensiometer

Jembatan Arus Searah

dan Pemakaiannya

Disusun Oleh :

Agus Dian P

040900101

Argo Satrio Wicaksono 020900242

Erviana Yohani .R

020900247

Miftakhul Jannah

020900253

Rico Putra Pratama

020900256

Wida Geby Krisanti

020900262

(2)

Prinsip-prinsip dan Pemakaian Potensiometer

1. Definisi

Potensiometer adalah sebuah instrument yang digunakan untuk mengukur tegangan yang tidak diketahui dengan cara membandingkannya terhadap tegangan yang diketahui yang biasa di supply dari sebuah sel standar. Pengukuran-pengukuran dengan cara ini mampu menghasilkan tingkat ketelitian yang sangat tinggi sebab hasil yang diperoleh tiak bergantung pada defleksi aktual jarum pennjuk, tetapi hanya bergantung pada ketelitian tegangan standar yang diketahui. Selain digunakan sebagai pengukur tegangan, potensiometer juga digunakan untuk menentukan arus dengan hanya mengukur penurunan tegangan yang dihasilkan oleh arus tersebut melalui sebuah tahanan yang diketahui.

2. Prinsip Kerja

Diagaram rangkaian potensiometer dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 1. Rangkaian potensiometer

(3)

kawat geser. Arus kerja melalui kawat geser dapat diubah dengan mengubah posisi tahanan geser. Metoda pengukuran tegangan yang tidak diketahui,E, bergantung pada cara mendapatkan suatu posisi kontak geser sedemikian rupa sehingga galvanometer menunujukkan defleksi nol bila saklar galvanometer K ditutup. Arus galvanometer nol berarti bahwa tegangan E yang tidak diketahui sama dengan penurunan tegangan E’ pada bagian xy dari kawat geser. Penentuan nilai tegangan yang tidak diketahui selanjutnya menjadi masalah penetuan penurunan tegangan E’ sepanjang kawat geser. Penurunan tegangan seluruh panjang kawat tersebut atau sepanjang sebagaian kawat dapat dikontrol dengan mengatur arus kerja (working current). Langkah awal dalam prosedur pengukuran adalah dengan mengatur atau menstandarkan ke sebuah sumber tegangan refeerensi yang diketahui seperti sel standar. Yang perlu di ingat adalah potensiometer hanya memerlukan satu kali kalibrasi, yang berarti sekali dikalibrasi, arus kerja tidak pernah berubah.

(4)

Gambar 2. Rangkaian potensiometer dengan tahanan tingkat dan kawat geser bentuk lingkaran

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa, kawat geser yang panjang diganti oleh gabungan 15 tahanan presisi beserta kawat geser berbentuk lingkaran satu gulungan. Dalam hal ini, tahanan kawat geser berbentuk lingkaran satu gulungan. Dalam hal ini, tahan kawat geser adalah 10 Ω dan tahanan-tahanan piringan (dial) mempunyai nilai masing-masing 10Ω sehingga tahanan total sakelar tingkat/piringan (dial switch) adalah 150Ω. Kawat geser dilengkapi dengan 200 pembagian skala dan interpolarisasi sebesar seperlima dari satu bagian skala dapat ditaksir dengan baik. Arus kerja potensiometer ini dipertahankan pada 10 mA sehingga setiap satu langkah dari sakelar tingkat menyakatakan tegangan 0,1 V. Masing-masing bagaian skala pada skala kawar geser menyatakan 0,0005 V dan pembacaan dapat ditaksir sampai sekitar 0,0001V.

3.2 Pengukuran Tegangan Potensiometrik

(5)

 Mengkombinasikan tahanan-tahanan piringan dan kawat geser diatur ke nilai tegangan sel standar (nilai ini biasanya dituliskan pada tubuh sel);

 Memindahkan sakelar ke posisi “kalibrasi” dan sakelar galvanometer K dicabangkan sewaktu tahanan geser diatur untuk memberikan defleksi nol pada galvanometer. Rangkaian pengaman dibiarkan di dalam rangkaian guna mencegah kerusakan galvanometer selama pengaturan tingkat awal.

 Setelah defleksi nol hampir tercapai, tahanan pengaman dihubung singkatkan dan penyetelan akhir dilakukan dengan mengontrol tahanan geser.

 Setelah standardisasi selesai, saklar dipindahkan keposisi “operasi”, berarti menghubungkan ggl yang tidak diketahui ke rangkaian. Instrumen dibuat setimbang oleh piringan utama (main dial) dan kawat geser, dengan tetap membiarkan tahanan pengaman didalam rangkaian.

 Begitu kesetimbangan hampir tercapai, tahanan pengaman dihubung singkatkan dan penyetelan akhir dilakukan guna mendapatkan suatu kondisi setimbang yang sebenarnya.

 Nilai tegangan yang tidak diuketahui dibaca langsung dari penyetelan-penyetelan piringan.

 Arus kerja diperiksa dengan mengembalikan keposisi “kalibrasi”. Jika penyetelan –penyetelan piringan persis sama dengan prosedur kalibrasi semula, pengukuran yang dilakukan telah memenuhi. Jika pembacaan tidak sesuai, pengukuran kedua harus dilakukan dan kembali lagi ke pengujian kalibrasi.

3.3 Potensiometer Dua Rangkuman

(6)

Gambar 3. Potensiometer dua rangkuman yang disederhanakan

Dari gambar diatas, R1 dan R2 adalah tahanan-tahanan rangkuman dan sakelar S adalah sakelar rangkuman. Tahanan pengukuran Rm terdiri dari kawat geser yang dihubungkan seri dengan pringan utama. Piringan utama terdiri 15 tingkatan dengan masing-masing 10 Ω sehinga tahanan total 150Ω. Tahanan kawat geser adalah 10Ω. Untuk mengahasilkan suatu penurunan tegangan sebesar 1,6 V pada piringan utama dan kawat geser, arus pengukuran Im harus 10 mA. Bila sakelar rangkuman dibuat pada posisi x 0,1 maka arus pengukuran Im harus diturunkan menjadi sepersepuluh dari nilai semula yakni 1 mA, agar diproleh suatu penurunan tegangan 0,16 V ada tahanan pengukuran Rm.

(7)

Dari skema gambar diatas, pada rangkuman x 1, tahanan-tahanan rangkuman R1 dan R2 pararel terhadap tahanan total Rm. Pada gambar selanjutnya (b), tahanan rangkuman R1 pararel terhadap kombinasi seri dari R2 dan Rm. Suatu arus batere yang konstan hanya mungkin bila tahanan rangkaian total pada masing-masing rangkuman adalah sama. Sehingga jika disamakan tahanan-tahanan pada gambar diatas diperoleh :

Rm(R1+R2) R1(R2+Rm) (1) R1+R2+Rm R1+R2+Rm

Setelah disederhanakan, akan menjadi :

R2Rm = R1R2 atau R1=Rm (2)

Dari persamaan diatas dapat dianalisa bahwa tahanan rangkuman R1 harus sama dengan tahanan pengukuran Rm agar batere menyalurkan arus yang sama pada kedua rangkuman. Tegangan E’ harus pada kedua posisi saklar rangkuman guna mengubah rangkuman-rangkuman tanpa mengacaukan kalibrasi permulaan.

Dengan sakelar pada posisi x 1 E’ = ImRm (3)

Dengan sakelar pada posisi x 0,1 E’ = I2R1 (4)

Gabungan persamaan (3) dan (4) menghasilkan: E’ = ImRm = I2R1 (5)

Dengan substitusi persamaan (2) ke (5) diperoleh Im = I2 (6)

Arus batere It dalam gambar 5.a sebelumnya It = I1+Im (7)

Arus batere It dalam gambar 5.b sebelumnya It = I2+0,1Im (8)

Gabungan persamaan (7) dan (8) menggubakan (6) ;

I1+Im = I2+0,1Im

Atau I1 = 0,1 Im (9)

Penurunan tegangan pada Rm harus sama dengan penurunan tegangan pada kombinasi seri R1 dan R2 jadi ;

(8)

Hasil substitusi persamaan (2) dan (9) kedalam (10) menjadi :

0,1 Im (R1+R2) = ImR1

Atau R2 = 9R1 (11)

Kalibrasi potensiometer dua rangkuman dilakukan dengan cara yang biasa yaitu pada posisi rangkuman x 1. Tahanan-tahanan rangkuman R1 dan R2 keduanya adalah tahanan presisi dan kalibrasi permulaaan harus berlaku untuk rangkuman yang lebih rendah. Potensiometer seperti pada gambar 3 dapat digunakan untuk mengukur tegangan-tegangan samai 0,16 V pada rangkuman yang lebih rendah. Pembacaan-pembacaan piringan (dial) hanya dikalikan dengan factor rangkuman sebesar 0,1.

3.4 Potensiometer rangkuman ganda

Potensiometer-potensiometer laboratorium presisi biasanya memiliki 3 rangkuman tegangan; rangkuman tinggi (1,6 V), rangkuman menengah (0,16 V) dan rangkuman rendah (0,016 V). Diagram rangkuman yang disederhanakan dari sebuah instrument 3 rangkuman dapat ditunjukkan pada gambar 5 dibawah.

Gambar 5 Potensiometer laboratorium tiga rangkuman

(9)

stabilitas tinggi dan sambngan-sambungan yang dirangkai secara cermat ; sebagai akibatnya beberapa elemen rangkaian harus dilindungi secara temal dan secara elektrostatik.

Gambar 6 Instrument poratabel yang dirancang untuk mengalibrasi instrument yang dioperasikan oleh termokopel pada rangkuman -1 sampai +15 mV dan 0 sampai 80 mV

Gambar 7 Diagram skema yang disederhanakan untuk potensiometer portable

(10)

Potensiometer untuk pemakaian umum biasanya manyangkut pengukuran dalam rangkuman 0 volt sampai 1.6 volt dc. Jika tegangan yang akan diukur lebih tinggi, digunakan sebuah pembagi tegangan yang presisi atau kotak volt yang memperbesar batas ukur potensiometer.

Gambar 8 Diagram skema sebuah kotak volt

Gambar diatas adalah diagram kotak volt. Tegangan yang diukur dihubungkan ke terminal-terminal hantaran dan rangkuman tegangan yang sesuai dipilih dengan menyetel saklar putar, sehingga keluarannya sama dengan 150mV. Arus yang disalurkan dari sumber tegangan yang diukur dapat dibuat sangat kecil dengan menggunakan pembagi tegangan tahanan tinggi. Namun dalam praktek pemilihan nilai-nilai tahanan mencakup kompromi: tahanan tinggi diinginkan untuk memperkecil arus. Tahanan-tahanan rendah menghasilkan sensitivitas galvanometer yang lebih tinggi dan memperkecil efek kebocoran tahanan tinggi sekitar apitan kutub.

Kestabilan yang sangat baik dan ketelitian tinggi dapat dicapai dengan menggunakan komponen-komponen bermutu tinggi.

(11)

Gambar 9 Diagram skema sebuah kotak shunt

Kotak shunt dimaksudkan digunakan bersama potensio meter dalam pengukuran presisi arus searah dan untuk kalibrasi ampere meter dc dan watt meter.Seperti yang terlihat pada diagaram, arus yang diukur dimasukan melalui terminal-terminal hantaran kotak dan menghasilkan penurunan tegangan pada tahanan shunt. Sebuah saklar putar memungkinkan pemilihan rangkuman arus yang didnginkan dari 75mA sampai dengan 15 A dc keluarannya sama dengan 150 mV. Dengan tahanan shunt total sebesar 2 ohm disipasi daya terbesar hanya 2.25 watt. dalam situasi pengukuran khas tegangan yang dibangkitkan pada tahanan shunt diukur oleh sebuah potensiometer. Pemakaian komponen-komponen bermutu tinggi seperti tahanan kawat manganin dan kontak-kontak paduan perak pada saklar rangkuman menghasilkan stabilitas listrik yang sangat baik, mengakibatkan suatu batas kesalahan hanya 0.02%.

6. Detektor Nol

Ada tiga jenis detektor nol, yaitu :

(a) Galvanometer jenis penunjuk dengan suspensi ban kencang (taut-band), umumnya ditemukan dalam instrumen-instrumen portabel. Ini merupakan detektor nol yang cukup kasar dengan sensitivitas 1,0 μA setiap bagian skala.

(12)

(c) Detektor nol elektronik (electronic null detector) dengan rangkaian semi konduktor memiliki sensitivitas yang sangat baik pada impedansi masukan yang tinggi dan sangat kasar tetapi cukup mahal.

Pada galvanometer jarum penunjuk atau galvanometer refleksi, untuk pemilihan tipe detektor nol yang baik bergantung pada beberapa faktor: sensitivitas, tahanan kumparan galvanometer, periode galvanometer, dan tahanan peredam kritis luar (ECDR) dari rangkaian.

Gambar. 10 Skema sebuah galvanometer refleksi bersama lampu dan skala

Gambar di atas menunjukkan skema galvanometer refleksi dengan lampu dan skala lengkap yang telah terpasang. Lampu A dipasang di dalam sebuah rumah dekat bagian belakang instrumen. Cahaya bersinar melalui sebuah tabung berisi sebuah lensa cembung datar B. Permukaan datar lensa ini dilapisi perak, dipasang menghadap lampu, kecuali sebuah celah persegi sempit yang sisi-sisi panjangnya vertikal. Sebuah garis rambut halus menyilang celah paralel terhadap sisi-sisi panjangnya.

(13)

di bagian depan. Efek gabungan dari lensa C dan cermin silindris membentuk bayangan utama garis rambut dan digunakan sebagai pedoman untuk menunjukkan defleksi.

Sewaktu berkas cahaya dipantulkan oleh cermin galvanometer ke cermin silindris, dia lewat melalui gelas bening G. Hampir semua cahaya lewat melalui gelas tersebut tetapi sebagian kecil dipantulkan ke skala untuk membentuk sebuah bayangan sekunder. Bayangan sekunder ini muncul sebagai bintik terang sempit yang terpusat pada bayangan primer. Dia bergerak sedikit sekali pada defleksi bayangan primer yang relatif besar (rasio 1/10) dan sangat berguna dalam menentukan arah defleksi sekiranya bayangan primer berada di luar skala.

7. Kalibrasi Voltmeter dan Amperemeter

Metoda potensiometer adalah dasar untuk mengalibrasi voltmeter, ampermeter, dan wattmeter. Karena potensiometer adalah alat ukur arus searah (dc), instrumen yang akan dikalibrasi harus dari jenis dc atau elektro-dinamometer.

Gambar 11. Kalibrasi sebuah voltmeter arus searah dengan metode potensiometer

(14)

utama yang dipilih diperiksa melalui cara ini, pertama-tama pada pertambahan tegangan dan kemudian pada penurunan tegangan. Setelah pembacaan ini dilakukan pada titik-titik skala yang dipilih, kurva kalibrasi digambarkan. Sebuah contoh data yang diperlukan untuk membuat sebuah kurva kalibrasi diberikan pada tabel 1 berikut.

Tabel 1 Hasil kalibrasi sebuah voltmeter dc dengan metoda potensiometer

(15)

Gambar 12 Kurva kalibrasi khas

Gambar 13 Kalibrasi sebuah amperemeter dengan metode potensiometer

(16)

sangat teliti. Prosedur kalibrasi aktual di berbagai titik pada skala alat ukur sangat mirip dengan kalibrasi pada voltmeter.

8. Potensiometer yang menyetimbangkan sendiri (self balacing potensiometer)

Dalam instrumen self- balancing, ggl yang tidak setimbang dalam sebuah potensiometer normal akan menghasilkan defleksi galvanometer, dimasukkan ke sebuah penguat melalui sebuah converter. Keluaran penguat tersebut menggerakkan sebuah motor induksi dua fasa yang membuat kontak geser potensiometer setimbang. Converter, yang dihubungkan antara keluaran potensiometer dan masukan penguat, mengubah tegangan dc yang tidak setimbang menjadi tegangan ac yang tidak setimbang yang dengan mudah dapat diperkuat oleh sebuah penguat ac ke nilai yang diinginkan.

(17)

Diagram rangkaian diatas menunjukkan perincian skematis dari potensiometer yang menyetimbangkan sendiri yang dalam hal ini digunakan untuk mengukur temperatur oleh sebuah termokopel. Converter terdiri dari sebuah batang bergetar, digerakkan secara sinkron dari tegangan jala-jala 60 Hz, yang bekerja sebagai saklar 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 potensiometer menjadi tegangan bolak-balik pada kumparan sekunder transformator. Keluaran ac dari converter yang sebanding dengan masukan dc ke converter, 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 tergeser sebesar 90° terhadap tegangan output kapasitor di dalam rangkaian penggerak converter. Bergantung pada tegangan dc, fasa tegangan keluaran penguat akan mendahului atau ketinggalan fasa sebesar 90° dari tegangan jala-jala yang dimasukkan ke motor induksi. 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.

Poros motor dihubungkan secara mekanis ke kontak kawat geser sehingga perputaran motor memperkecil ketidaksetimbangan dalam rangkaian potensiometer. Bila ggl yang akan diukur sama dengan tegangan potensiometer, tegangan output penguat adalah nol dan motor tidak berputar, jadi dalam setiap kondisi tidak setimbang tegangan output 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-jalur (strip-chart).

(18)

perubahan temperatur titik referensi. Tahanan G menyetimbangkan penurunan tegangan pada D pada temperatur dasar yang diinginkan. Tahanan K dan kawat geser S membentuk rangkaian pengukuran yang aktual, dan tahanan B menghasilkan penurunan tegangan yang tepat untuk mengalibrasi rangkaian terhadap tegangan referensi, yang dalam hal ini adalah referensi dioda zener.

(19)

Soal dan Pembahasan

Buku Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Hal 146-147

Pertanyaan:

1. GGL sebuah bsel standar diukur dengan sebuah potensiometer yang memberikan pembacaan 1,01892 V. Bila sebuah tahanan 1 MΩ dihubungkan keterminal-terminal sel standar, pembacaan potensiometer turujn menjadi 1,01874 V. Tentukan tahanan dalam Ri dari sel standar.

3. Potensiometer dalam gambar 1 mempunyai batere kerja dengan tegangan terminal 4,0 V dan tahanan-tahanan yang diabaikan . Kawat geser 200 Cm, mempunyai tahanan 100Ω dan tahanan dalam galvanometer 50Ω. Ggl sel standar adalah 1,0191 V dan tahanan dalam 200Ω. Tahanan geser diatur sehingga potensiometer distandarkan dengan menyetl 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 10µA pada kondisi (b). Tentukan nilai tahanan pengaman ini.

(20)

kesalahan (dalam V) dari kesetimbangan yang sebenarnya agar bintik galvanometer berdefleksi 1 mm.

9. Rencanakan sebuah kotak volt dengan tahanan 20 ohm/V dan rangkuman 3V,

10V, 30V, dan 100V. Kotak volt ini akan digunakan bersama sebuah potensiometer yang mempunyai rangkuman ukur 1,6 V

10. Rencanakan sebuah shunt dengan rangkuman 1A,5A,10A,dan 20 A. Shunt ini

akan digunakan bersama sebuah potensiometer yang mempunyai batas ukur 1,6V

Penyelesaian:

1. Pada kondisi awal

V = I x Ri

Pada kondisi kedua setelah dipasang tahanan

(21)

V = I x (Ri//1 MΩ) 1,0191 V (E’ dalam gambar 1). 101,91 Cm kawat geser menyatakan tahanan sebesar 101,91/200 x 100Ω = 50,955Ω. Karena galvanometer yang memiliki tahanan dalam 50Ω ttotaerpasang secara seri dengan kawat geser maka tahanan dalam total adalah 50,995Ω + 50Ω = 100,995Ω. Berarti arus kerja akan menjadi 1,0191 V / 100,995 Ω = 0,0100945 A ≈ 10,1 mA.

(22)

(c) Tahanan pegaman dipasang seri dengan galvanometer untuk membatasi arus yang mengalir pada galvanometer. Secara sederhana dapat digambarkan sebagai berikut :

R pengaman galvanometer

Dari gambar di atas di ketahui bahwa

i=E total/(Rpengaman+Rgalvanometer)

R pengaman = ( E total / i ) – R galvanometer

R pengaman = ( 5,0191 V / 0,04969 A) – 50 Ω

= 101,008 Ω - 50Ω

= 51,008 Ω

6. (a) Rm = RG + R piringan + R kawat

= (50+75+5,5)Ω

= 130,5Ω

Rmax = 1,6 V

Maka = satuan = (1,6 V/15 langkah ) = 0,1073

Setiap Ω = (0,107/ 5Ω) = 0,0214 A = 21,4 mA

V tot = V batere – Vr

= (2,40-1,61) V = 0,79 V

Maka, tahanan geser = (0,79 V/21,4mA)=37Ω.

(23)

11 gulungan,

100 bagian tiap gulungan → total = 11 x 100 = 1100 bagian.

Diinterpolarisasi pada 1/5 bagian, maka :

1/5 x 1100 bagian = 220 bagian / skala

= 2,2 gulungan / skala.

(c) V batere = 2,40 V

V diukur = 1,10 V

V tot = (2,40-1,10) V = 1,30 V

Berdefleksi sejauh 1 mm,

1mm = 0,05µA

Tahanan Rm = 130,5Ω

V = Rm x 0,05µA

V = 130,5 Ω x 0,05 µA

V = 0,000006525 volt

9.

(24)

Bab VII

Jembatan Arus Searah dan Pemakainnnya

1. Pendahuluan

(25)

jembatan, jadi ketelitian pengukuran adalah langsung sesuai dengan ketelitian komponen-komponen jembatan, bukan dengan indikator nolnya sendiri.

2. Jembatan Wheat Stone 2.1 Operasi Dasar

Gambar 1. Skema Rangkaian jembatan wheatstone yang disederhanakan

Rangkaian jembatan ini mempunyai 4 lengan resistif dan sebuah sumber ggl serta sebuah detektor nol (biasanya galvanometer). Pada dasarnya rangkaian jembatan wheatstone hanya membandingkan nilai komponen yang tidak diketahui dengan komponen yang besarnya diketahui secara tepat (sebuah standar) dan ketelitian pengukurannya tentu saja bisa tinggi sekali hal ini disebabkan pembacaan pengukuran dengan cara perbandingan yang didasarkan pada penunjukan nol dari kesetimbangan rangkaian jembatan (pada dasarnya tidak bergantung pada karakteristik detektor nol). Jadi ketelitian pengukuran adalah langsung sesuai dengan ketelitian komponen-komponen jembatan, bukan dengan indikator nolnya sendiri.

(26)

Kondisi ini terjadi jika Vca=Vda atau Vcb=Vdb

Jika R4 tidak diketahui, tahanannya Rx dapat dinyatakan oleh tahanan-tahanan yang lain:

Rx = (R3 R2 )/ R1 (6)

dimana :

R3 = lengan standar

R1 dan R2 = lengan-lengan pembanding

Jembatan Wheatstone dipakai secara luas pada pengukuran presisi tahanan dari sekitar 1Ω sampai rangkuman mega ohm rendah.

2.2 Kesalahan pengukuran

Kesalahan-kesalahan pengukuran dapat terjadi karena :

 Kesalahan batas dari ketiga tahanan yang diketahui.

 Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup

 Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui tahanan-tahanan tersebut

 Rangkaian galvanometer dapat juga mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah

 Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar

(27)

2.3 Rangkaian Pengganti Thvenin

Sensitivitas pada rangkaian ini dapat ditentukan dengan ”memecahkan persoalan” rangkaian jembatan pada ketidaksamaan yang kecil. Pemecahan ini didekati dengan mengubah jembatan Wheatstone ke penggantinya Thevenin. Rangkaian pengganti Thevenin ditentukan dengan memeriksa terminal galvanometer c dan d. Untuk memperoleh pengganti Thevenin dilakukan dua langkah :

 Menyangkut penentuan tegangan ekivalen (pengganti) yang muncul pada terminal c dan d bila galvanometer dipindahkan dari rangkaian.

 Menyangkut penentuan tahanan pengganti dengan memperhatikan terminal c

dan d dan mengganti batere dengan tahanan dalamnya.

Gambar 2 Pemakaian teorema thevenin terhadap jembatan wheatstone. (a) Konfigurasi Jembatan wheatstone; (b) Tahanan thevenin dengan memeriksa terminal c dan d; (c)

Rangkain lengkap Thevenin dengan galvanometer tersambung ke terminal c dan d.

(28)

Ecd = Eac – Ead = I1R1-I2R2

Rth = (R1R3 /R1+R3) + (R2R4 / R2+R4)

I1 = E / R1+R3 I2 = E / R2+R4

Dengan demikian Ecd = E ((R1/R1+R3)-(R2/R2+R4)) (7)

3. Jembatan Kelvin

Jembatan kelvin merupakan modifikasi dari jembatan Wheatstone dan menghasilkan ketelitian yang jauh lebih besar dalam pengukuran tahana-tahanan rendah ( low values resistances ), umumnya di bawah 1Ω.

Gambar 3 Rangkaian jembatan Wheatstone, menunjukkan tahanan Ry dari kawat titik m ke tiutik n

Persamaan setimbang untuk jembatan memberikan :

Rx + Rnp = R1/R2 (R3+Rmp) (8)

Dimana Ry = tahanan kawat penghubung dari R3 ke Rx

(29)

Rx + (R1/R1+R2)Ry = R1/R2 ( R3 + (R2/R1+R2)Ry)(9)

Rx = (R1/R2)R3 (10)

Persamaan setimbang ini umum yang dikembangkan terhadap jembatan wheatstone dan dia menunjukkan bahwa efek tahanan kawat penghubung dari titik m ke n telah dihilangkan dengan menghubungkan galvanometer ke posisi p yang umumnya dikenal sebagai jembatan kelvin

Jembatan ganda kelvin digunakan sebab rangkaian memiliki pembanding lengan kedua seperti dalam gambar ini,

Gambar 4 Rangkaian dasar jembatan ganda kelvin

Pasangan lengan kedua yang diberi nama a dan b menghubungkan galvanometer ke titik p pada potensial yang sesuai antara m dan n dan dia menghilangkan efek tahanan gandar (yoke) Ry.

Syarat jembatan ganda kelvin : a/b = R1/R2

Galvanometer akan nol bila potensial k = potensial

Ekl = Elmp

(30)

Menunjukkan bahwa tahanan gandar tidak mempunyai efek pengukuran asalkan kedua pasangan lengan-lengan pembanding mempunyai perbandingan tahanan yang sama.

Gambar 5. Rangakaian jembatan ganda kelvin yang disederhanaan, digunakan pada pengukuran tahanan yang sangat rendah

4. Uji Simpal Dengan Perangkat Uji Portabel 4.1 Uji Simpal Murray

Uji simpal murray digunakan untuk menemukan kerusakan pada pentanahan di dalam kabel terbungkus. Konduktor yang rusak dengan panjang l2 dibentuk oleh kedua konduktor ini dihubungkan ke susunan pengujian dengan seperti pada gambar dan jembatan disetimbangkan melalui lengan pembanding A yang dapat diatur.

atau (12)

RL adalah tahanan total simpal dan Rx adalah tahanan konduktor dari terminal

jembatan lokasi tanah yang rusak. Tahanan kawat sebanding dengan panjang dan luas penampang konduktor, maka:

(31)

Gambar 6 Menentukan kerusakan tanah (hubungan singkat) dengan uji simpal Murray

Konduktor balik l2 memiliki panjang dan penampang yang sama denga kawat yang rusak, l1=l2=l maka:

(14)

l adalah panjang kabel kawat banyak diukur dari terminal jembatan ke titik ujung.

(32)

Gambar .7 Uji simpal Varley, digunakan untuk menemukan tanah,persilangan atau hubungan tingkat di dalam kabel kawat banyak.

Metode ini merupakan modifikasi dari uji simpal murray dengan menggunakan jembatan Wheatstone, tetapi dengan dua lengan perbandingan yang tetap A dan B dan sebuah tahanan geser atau lengan standar.

Pada pengukuran perbandingan perkalian dari lengan A dan B dibuat tetap, dan jembatan dibuat setimbang ke defleksi nol galvanometer oleh tahanan geser dalam lengan standar. X1 dan X2 yang menyatakan tahanan bagian kabel pada tiap sisi kawat yang rusak.

dan (15)

Tahanan sebanding dengan panjang dan luas penampang, jarak ke kerusakan dapat segera ditentukan dengan menggunakan satu hasil sebagai pembanding terhadap yang lain.

Pengujian simpal varley yang sederhana namun kurang teliti seperti gambar b, perbandingan lengan A dan B sama dan rasio perkalian adalah satu, maka:

karena A/B=1, maka yang selanjutnya mengarah ke lokasi

kerusakan.

5. Jembatan Sheatstone Dengan Pengaman 5.1 Rangkaian Pengaman

(33)

It sepanjang permukaan apitan kutub yang terisolasi bergabung dengan arus Ix

melalui komponen yang diukur agar menghasilkan arus total rangkaian yang dapat jelas kelihatan lebih besar daripada arus peralatan aktual. Sebuah kawat pengaman yang secara sempurna mengelilingi permukaan kutub terisolasi, menahan arus kebocoran ini dan mengembalikannya ke batere. Pengaman apitan kutub Rx yang

ditunjukkan oleh lingkaran kecil sekitar terminal,tidak menyentuh satu bagianpun dari rangkaian jembatan dan dihubungkan langsung ke terminal batere.

Gambar 8 Kawat sederhana pada terminal Rx dari sebuah jembatan Wheatstone

berpengaman menghilangkan kebocoran pemukaan.

Gambar 9 Terminal yang dilindungi mengembalikan arus kebocoran ke batere.

(34)

Tahanan tinggi dihubungkan pada dua kutub isolasi yang terpasang pada sebyah pelat logam. Kedua terminal utama dari jembatan menurut cara yang biasa. Terminal ketiga dari tahanan adalah titik bersama dari tahanan R1 dan R2, yang

menyatakan lintasan kebocoran terminal utama sepanjang kutub-kutub isolasi ke pelat logam atau pengaman. Pengaman dihubungkan ke terminal pengaman pada panel depan jembatan. Sambungan ini membuat R1 paralel terhadap lengan

pembanding RA, tetapi karena R1 jauh lebih besar dari RA maka efek paralelnya

diabaikan. Dengan cara yang sama, tahanan kebocoran R2 paralel terhadap

galvanometer, tetapi tahanan R2lebih tinggi dri tahanan galvanometer sehingga efek

yang ada hanya penurunan yang kecil pada sensivitas galvanometer. Lintasan

pengalian perbandingan dalam beberapa kelipatan sepuluh. Sumber tegangan dari 10 V sampai 1000 V, sedangkan untuk menghubungkan sebuah generator luar dibuat ketentuan. Detektor nol adalah sebuah penguat arus searah pada sebuah alat pencatat keluaran mencakup sensivitas yang diperlukan untuk mendeteksi tegangan tidak setimbang yang kecil. Titik sambungan dari lengan pembanding RA dan RB

(35)

(36)

Soal dan Pembahasan

Buku Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran, Hal 165-167

Pertanyaaan :

1. Keempat lengan dari sebuah jembatan wheatstone mempunyai tahanan 100Ω, 1000Ω, 500Ω dan 50,5Ω ditempatkan berurutan di sekeliling jembatan. Sebuah galvanometer dengan tahanan dalam 75 Ω dihubungkan dari titik pertemuan tahanan 100Ω dan 50,5Ω ke titik pertemuan tahanan 1000Ω dan 500Ω. Sebuah baterai 4 volt dihubungkan kekedua pojok atau simpang jembatan lainnya. Gunakan teorema thevenin untuk memperoleh (a) Rangkaian pengganti jembatan di acu terhadap terminal-terminal galvanometer. (b) Arus melalui galvano

2. Lengan-lengan pembanding jembatan Wheatstone pada gambar 1 adalah

R1=1000Ω dan R2=100Ω, tahanan standar R3=400Ω, yang tidak diketahui

Rx=41Ω. Sebuah batere 1,5V dengan tahanan dalam diabaikan dihubungkan dari

a ke b. Tahanan dalam galvanometer adalah 50Ω dan sensivitas arus adalah 2mm/µA.

(a) Tentukan rangkaian pengganti jembatan yang di acu terhadap terminal-terminal galvanometer.

(b) Tentukan defleksi galvanometer yang disebabkan oleh ketidaksetimbangan rangkian.

3. Ulangi soal 2 dengan mempertukarkan tempat galvanometer dan batere dan tentukan konfigurasi mana yang lebih sensitive terhadap ketidaksetimbangan. 6. Pada rangkaian jembatan Gambar 1, R1=1000Ω, R2=4000Ω, R3=100Ω dan

R4=100Ω menunjukkan bahwa jembatan tersebut setimbang. Galvanometer

mempunyai tahanan dalam 100Ω dan snsivitas arus 100mm/µA. Tegangan batere adalah 3V. Tentukan defleksi galvano pada ketidaksetimbangan sebesar 1Ω dalam lengan tahanan R4.

(37)

tahanan geser . Tahanan gandar dapat diabaikan. Tentukan (a) Defleksi galvanometer dalam millimeter; (b) Ketidakseimbagan tahanan yang diperlukan agar mengahasilkan defleksi galvanometer sebesar 1mm (petunjuk : dalam perhitungan tegangan dan tahanan thevenin , perkirakan efek lengan-lengan pembanding dan tahanan geser, dan abaikan suku-suu yang sesuai).

Pembahasan :

1.

a) Eth = EAD – EAB = 4 x 100 1000

100+50,5 1000+500

= 4 x 150000-150500

225750

= -8,86 mV

Rangkaian Pengganti Thevenin

Rth = 100 x 50,5 + 1000 x 500

150,5 1500

(38)

b) Ig = Eth = -8,86 V = -8,86 V = -0,02 A