JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEK (1)

(1)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

UNIVERSITAS HASANUDDIN 2013

TUGAS PENGUKURAN LISTRIK

GALVANOMETER

OLEH :

(2)

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.

Pada alat kumparan putar jenis magnet permanen ,jarum penunjuk meter akan berhenti apabila torsi penyimpang dan torsi kontrol sama besarnya, sehingga torsi penympang sebanding dengan arus yang mengalir.Karena alat ukur kumparan putar jenis magnet permanent bekerja berdasarkan gaya Lorentz maka torsi penyimpang yang terjadi apabila arus yang melewati kumparan menimbulkan gaya dikedua sisinya .hal ini sebanding apabila arus yang malalui kumparan 1 ampere maka magnitude gaya akan ditimbulkan pada tiap sisi kumparan.

Apabila kumparan dipasang pegas-pegas pengatur ,maka torsi elektromagnetik akan membangkitkan torsi mekanik pegas yang arahnya berlawanan sehingga kumparan tersebut dapat berputar. Pada saat terjadi kesetimbangan torsi ,kumparan defleksi dengan sudut tertentu .bresarnya sudut defleksi ditunjukan oleh jarum penunjuk sehingga dapat ditera antara arus listrik dan sudut defleksinya.

(3)

B. TUJUAN

1. Mempelajari tentang teori dasar dan jenis – jenis dari Galvanometer. 2. Mempelajari tentang sensitivitas dan prinsip kerja dari galvanometer. 3. Mengetahui tentang Defleksi Galvanometer dalam Keadaan Mantap

(Steady State deflection ).

4. Mengetahui tentang sifat dinamik galvanometer.

C. Batasan Masalah

(4)

BAB II

PEMBAHASAN

1. TEORI DASAR

Istilah galvanometer diambil dari seorang yang bernama Luivi Galvani. Penggunaan galvanometer yang pertama kali dilaporkan oleh Johann Schweigger dari Universitas Halle di Nurremberg pada 18 september 1820. Andre-Marie Ampere adalah seorang yang memberi kontribusi dalam mengembangkan galvanometer. Galvanometer pada umumnya dipakai untuk penunjuk analog arus searah, dimana arus yang diukur merupakan arus-arus kecil misalnya yang diperoleh pada pengukuran fluks magnet. Oleh karena itu galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil. Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang relatif besar, karena komponen-komponen internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer bisa digunakan untuk mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang besar, jika pada galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada voltmeter disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut hambatan shunt).

Pada mulanya bentuk galvanometer seperti alat yang dipakai Oersted

(5)

tingkat kepekaanya jarang sekali dilampaui oleh alat-alat yang ada pada saat ini.

Gambar 1. Galvanometer analog

A. MACAM - MACAM GALVANOMETER

1. Galvanometer Suspensi

Cikal bakal dari alat-alat ukur arus searah yang menggunakan kumparan gerak (moving coil) bagi sebagian besar alat-alat ukur arus searah adalah Galvanometer suspensi. Galvanometer suspensi masih digunakan untuk pengukuran-pengukuran laboratorium sensitivitas tinggi tertentu, jika keindahan instrumen bukan merupkan masalah dan probabilitas bukan menjadi prioritas. Prinsip kerja galvanometer ini yaitu mekanisme kumparan putar magnet permanen (PMMC).

Gambar 2. Galvanometer Suspensi 2. Galvanometer Balistik

Untuk mengukur fluksi maknit digunakan galvanometer balistik,

(6)

dan dirancang khusus untuk pemakaian selama 20 – 30 sekon dengan kepekaan tinggi. Pada pengukuran balistik ini, kumparan menerima suatu impuls arus sesaat, mengakibatkan kumparan berayun ke satu sisi dan kemudian kembali berhenti dalam gerakan berosilasi. Jika impuls arus berlangsung singkat, maka defleksi mula-mula dari posisi berhenti berbanding lurus dengan kuantitas pengosongan muatan listrik melalui kumparan. Nilai relatif impuls arus yang diukur dalam defleksi sudut mula-mula dari kumparan adalah :

Q = K θ

Dimana, Q = muatan listrik (coulomb)

K = kepekaan galvanometer (coulomb / radian defleksi) θ = defleksi sudut kumparan (radian)

Harga kepekaan galvanometer ( K ), dipengaruhi oleh redaman dan besarnya diperoleh secara eksperimental, melalui pemeriksaan kalibrasi pada kondisi pemakaian yang nyata.

Gambar 3. Galvanometer Balistik

3. Galvanometer tangen

(7)

dari prinsip operasi, hukum tangen magnetisme, yang menyatakan bahwa persoalan dari sudut jarum kompas membuat sebanding dengan rasio kekuatan dari dua bidang tegak lurus magnet. Ini pertama kali dijelaskan oleh Claude Pouillet pada tahun 1837.

Gambar 4. Galvanometer tangent

4. Galvanometer Astatic

Galvanometer ini dikembangkan oleh Leopoldo Nobili. Tidak seperti galvanometer kompas jarum, glvanometer astatic ini memiliki dua jarum magnetik sejajar satu sama lain, tetapi dengan kutub magnet terbalik. Perakitan jarum ditangguhkan oleh benang sutra dan tidak memiliki momen dipol magnetik. Hal ini tidak dipengaruhi oleh medan magnet bumi. Jarun yang lebih rendah di dalam kumparan akan dibelokkan oleh medan magnet yang diciptakan oleh arus yang lewat.

(8)

5. Galvanometer Refleksi Cermin

Galvanometer refleksi cermin adalah gavanometer yang sangat sensitif. Galvanometer yang digunakan pada kepekaan tinggi seperti ini menggunakan sistem refleksi cahaya. Alat penunjuk (pointer) yang digunakan berupa cermin pemantul yang dipasang pada bagian yang berputar. Berkas cahaya dipantulkan dari cermin tersebut kemudian diproyeksikan pada sebuah kaca buram yang mempunyai garis-garis skala pembagi.

Gambar 6. Galvanometer Refleksi Cermin

B. TORSI DAN DEFLEKSI PADA GALVANOMETER

Torsi merupakan kemampuan gaya yang dapat menghasilkan suatu perputaran terhadap suatu poros sumbu putarnya. Pada galvanometer, torsi ini dipengaruhi oleh kerapatan fluks (garis gaya medan magnet), luas efektif kumparan, arus yang mengalir pada kumparan, jumlah lilitan pada kumparan. Persamaan untuk torsi pada galvanometer dapat ditulis sebagai berikut :

(9)

dimana : T = torsi (Nm)

B = kerapatan fluks (Wb/m2) A = luas efektif kumparan (m2) I = arus di dalam kumparan (A) N = jumlah lilitan kumparan

Defleksi merupakan besarnya simpangan jarum pada galvanometer. Besarnya sudut defleksi pada galvanometer biasanya diukur dalam radian dan milimeter. Untuk menghitung kuantitas pengosongan muatan, defleksi diukur dalam radian. Sedangkan untuk menghitung besarnya sensitivitas, defleksi diukur dalam milimeter (mm).

1. Defleksi Galvanometer dalam Keadaan Mantap (Steady State deflection).

Pada defleksi galvanometer dalam keadaan mantap diterapkan di galvanometer suspensi dimana ini terhadap jenis instrumen yang lebih baru, yaitu mekanisme kumparan putar maknet permanen ( PMMC : permanent magnet moving coil ). Dimana konstruksi PMMC dan bagian-bagiannya ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 7. Konstruksi PMMC

(10)

pegas-pegas pengatur yang diikat pada kumparan. Kesetimbangan torsi-torsi dan posisi sudut kumparan putar, dinyatakan oleh jarum penunjuk terhadap referensi tertentu, yang disebut skala. Karena kerapatan fluksi dan luas kumparan merupakan parameter-parameter konstan untuk sebuah instrumen, maka persamaan torsi harus berbanding lurus dengan arus I (T~I). Dimana torsi menyebabkan defleksi jarum ke keadaan mantap, serta torsi diimbangi oleh torsi pegas pengontrol. Perencana hanya dapat mengubah nilai torsi pengatur dan jumlah lilitan kumparan untuk mengukur arus skala penuh. Umumnya luas kumparan praktis 0,5 – 2,5 cm, kerapatan fluksi untuk instrumen modern 1500 – 5000 gauss ( 0,15 – 0,5 Wb/m2).

2. Sifat Dinamik Galvanometer.

(11)

Gerakan sebuah kumparan didalam medan maknet, diketahui dari tiga kuantitas, yaitu :

1. Momen inersia kumparan putar terhadap sumbunya ( J ). 2. Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan kumparan ( S ). 3. Konstanta redaman ( D ).

Penyelesaian persamaan diferensial yang menghubungkan ketiga faktor diatas, menghasilkan tiga kemungkinan yang masing-masing

e jelaska sifat di a ik ku para da sudut defleksi ya θ .

Gambar 8. Sifat dinamik galvanometer. Dari gambar 8 diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kurva I : Keadaan terlalu redam, dimana kumparan kembali secara perlahan ke posisi diam tanpa lonjakan atau osilasi.

Kurva II : Keadaan kurang redam, dimana gerakan kumparan dipengaruhi oleh osilasi sinusoida teredam. Laju dimana osilasi berhenti ditentukan konstanta redaman ( D ), momen inersia ( J ) dan torsi lawan ( S ) yang dihasilkan gantungan kumparan.

Kuva III : Keadaan redaman kritis, dimana jarum kembali dengan cepat ke keadaan mantap tanpa osilasi.

(12)

sehingga jarum sedikit melonjak sebelum berhenti, dan lebih lambat dari redaman kritis.

C. Sensitivitas Galvanometer

Ada empat konsep yang dapat digunakan untuk menyatakan sensitivitas galvanometer (Galvanometer Sensitivity), yaitu :

1. Sensitivitas Arus

Sensitivitas arus (Current Sensitivity) ialah perbandingan diantara simpangan jarum penunjuk galvanometer terhadap arus listrik yang menghasilkan simpangan tersebut. Besarnya arus listrik biasanya dalam orde mikroampere (µA). Sedangkan besarnya simpangan dalam orde milimeter (mm). Jadi untuk galvanometer yang tidak memiliki skala yang dikalibrasi dalam orde milimeter, harus dikonfersi dulu ke dalam skala mili meter. Secara matematis, sensitivitas arus dinyatakan dengan :

S1 =�_�_µ��_� S1 = Sensitivitas arus dalam mm/µA

d = Simpangan Galvanometer dalam mm I = Arus pada Galvanometer dalam µA

2. Sensitivitas Tegangan

Sensitivitas tegangan (Voltage Sensitivity), ialah perbandingan antara simpangan jarum penunjuk galvanometer terhadap tegangan yang menghasilkan simpangan tersebut. Sensitivitas tegangan dinyatakan dengan notasi matematis sebagai berikut :

Sv = �_��_�� SV = Sensitivitas tegangan dalam mm/ mV

(13)

3. Sensitivitas Mega ohm

Sensitivitas mega ohm (Megaohm Sensitivity), ialah besarnya resistansi mega ohm yang terhubung seri dengan galvanometer (termasuk CDRX – Shunt-nya) untuk menghasilkan simpangan jarum menunjuk galvanometer sebesar 1 bagian skala jika tegangannya yang disatukan sebesar 1 Volt. Karena besarnya hambatan ekivalen dari galvanome ter yang terhubung paralel dapat diabaikan bila dibandingkan dengan besarnya tahanan mega ohm yang terhubung seri dengannya, maka arus yang masuk praktis sama dengan 1/R µA dan menghasilkan simpangan satu bagian skala. Secara numeric sensitivitas mega ohm sama dengan sensitivitas arus dan dinyatakan sebagai berikut :

SR = S1�_��_µ_A SR = Sensitivitas mega ohm dalam mm/ µA

D = Simpangan Galvanometer dalam mm I = Arus pada Galvanometer dalam µA

4. Sensitivitas Balistik

Konsep lain sebagai tambahan adalah konsep Sensitivitas Balistik (Ballistic Sensitivity) yang biasa digunakan pada Galvanometer Balistirk. Sensitivitas Balistik adalah perbandingan antara simpangan maksimum dari jarum penunjuk Galvanometer terhadap jumlah muatan listrik Q dari sebuah pulsa tunggal yang menghasilkan simpangan tersebut. Sensitivitas Balistik dinyatakan dengan formula berikut :

SQ =�_��_µ_C SQ = Sensitivitas Balistik dalam mm/µC

(14)

2. PRINSIP KERJA GALVANOMETER

(15)

Gambar 9. konstruksi kumparan putar pada Galvanometer

(16)

BAB III

KESIMPULAN

1. Galvanometer dipakai untuk penunjuk analog arus searah.

2. Jenis – jenis galvanometer ada beberapa yaitu, galvanometer suspensi, balistik, tangen, astatic, serta galvanometer refleksi cermin.

3. Pada galvanometer kita ketahui torsi dipengaruhi oleh kerapatan fluks (garis gaya medan magnet), luas efektif kumparan, arus yang mengalir pada kumparan,dan juga jumlah lilitan pada kumparan.

4. Kesetimbangan torsi-torsi dan posisi sudut kumparan putar, dinyatakan oleh jarum penunjuk terhadap referensi tertentu, yang disebut skala. 5. Sifat dinamik galvanometer adalah : kecepatan respons, redaman dan

over-shoot.

6. Sensitivitas pada galvanometer terdiri dari : Sensitivitas Arus, teangan, mega ohm dan balistik.

(17)