1 Ampere
3. Spesifikasi Akurasi Meter Digital
2.5.3. Prinsip Dasar Pengukuran 1. Voltmeter
Digital voltmeter (DVM) menggunakan sebuah pengubah tegangan analog ke digital (ADC) kemudian tegangan masukan DC diolah menjadi bentuk biner yang dikodekan dalam decimal (BCD).
Kebanyakan voltmeter digital atau digital multimeter menerapkan integrator dual-slope sebagai rangkaian ADC, karena DVM dual- slope atau DMM relative lebih tahan terhadap nois tegangan masukan, juga kesalahan kecil.
Dalam sistem DMM dengan pengubah analog ke digital dual ramp (atau dual slope) yang banyak digunakan ditunjukkan pada gambar 2-94. Penguat Op Amp A1, R1 dan C1 merupakan
kombinasi rangkaian integrator.
Pada saat siklus pengukuran dimulai kapasitor C1 melakukan pengosongan muatan. Tegangan masukan integrator dihubungkan ke masukan tegangan negatip (- V1), sehingga kapasitor C1 mulai mengisi dengan arus – (V1/R1).
Sementara itu keluaran integrator V01 mulai naik meninggalkan nol dan pencacah mulai menghitung pulsa clock dari pembangkit sinyal clock 100 KHz. Pengisian muatan C1 berlangsung sampai perhitungan pencacah mencapai 2000 ( misal untuk 2K/100K atau 20ms). Pada akhir perioda ini beda tegangan kapasitor C1 akan menjadi sama dengan
Vc = (Vi T1) / (R1C1) ……….. (2 - 19 ) Jadi V1T1= Vref T2atau Vi = (T1/T2) Vref
Ref pos V+
saklar
Ein V-
Peraga
Store Pembacaan
Control logic
Penghitung Pembangkit
clock
Decoder
Intgtr
A1 Com p
A2
Pembagi :2 2
1
3
E A D
B R1
C1 a. Sistem Pengukuran tegangan
b. Bentuk bentuk tegangan
Gambar 2-96. Sistem pengukuran tegangan (Hai Hung Chiang : 1976)
Kondisi nol volt diindera oleh komparator, hingga menyebabkan control logic mensaklar masukan kapasitor ke tegangan nol (ground) hal ini dimaksudkan untuk mencegah terjadinya perubahan muatan pada kapasitor.
Pada saat yang sama control logic memberi komando pada pencacah untuk menyimpan hasil perhitungan. Tegangan referensi dapat dipilih untuk mendapatkan cakupan pengukuran yang tepat.
Misalnya tegangan referensi 2 V, cakupan pengukuran 2 V meskipun hanya memungkinkan untuk memperagakan nilai dari 0 sampai 1,999 V. Pencacah akan selalu menghitung sampai mencapai keadaan semua nol, kemudian siklus pengukuran diulang.
Istilah 3 ½ digit atau 4 ½ digit untuk produk DVM atau DMM, didasarkan pada fakta bahwa nilai digit tertinggi hanya 0 atau 1, sementara untuk semua digit yang lain dapat berada antara 0 dan 9.
Terminologi demikian menunjukkan bahwa meter dapat membaca 100% cakupan pengukuran dari cakupan dasar.
Misal voltmeter 3 ½ digit membaca 0 – 1,999 mV, sementara cakupan dasar hanya 0 – 999 mV. Jika cakupan ini dilampaui digit 1 (overflow) akan menyala, sebaliknya tetap gelap. Digital voltmeter biasanya memiliki resistansi masukan lebih dari 10 MO dengan ketelitian lebih baik dari ± 0,2% dari harga pembacaan.
pewaktuan
20 ms
0 T1 t1
Keluaran
Integrator Vy
t2 T2 B
Keluaran D Komparator
E
Store A
2.5.3.2. Ohmmeter
Sistem pengukuran resistansi ditunjukkan pada gambar 2-97.
Metode yang digunakan dengan melewatkan arus pada R yang tidak diketahui besarnya, kemudian diukur besarnya tegangan drop pada R tersebut.
Oleh karena itu sistem ini hanya dapat digunakan untuk mengukur R dalam cakupan 100? sampai 100K? dengan tingkat ketelitian yang cukup.
I tetap
R tak diketahui
Gambar 2-97. Pengukuran resistansi dengan voltmeter digital 2.5.3.3. Pengukuran Frekuensi
Sinyal yang akan diukur frekuensinya kita hubungkan ke rangkaian input wave shaper , dalam bagian ini sinyal diperkuat atau dibatasi tergantung besarnya amplitude sinyal masukan.
Kemudian sinyal diubah ke dalam bentuk (A) gelombang kotak dengan tegangan 5 Vp-p.
Frekuensi mater clock (B) mempunyai perioda yang sama dengan durasi perhitungan yang dipilih. Misalnya jika durasi penguuran dipilih 10 ms, dipilih frekuensi 100Hz. Gerbang penghitung akan terbuka untuk waktu benar, frekuensi clock dibagi dua (C) sebelum diterapkan ke gerbang penghitung dan juga untuk mengontrol rangkaian
pembangkit pulsa untuk membangkitkan komando store atau reset. Asumsikan bahwa pencacah telah diatur nol, urutan operasinya sebagai berikut.
Gerbang pencacah dilumpuhkan untuk satu perioda clock dengan keluaran dibagi dua. Shaped input waveform dihubungkan ke pencacah sehingga menghitung junlah siklus selama satu perioda clock. Pada akhir perioda sinyal pewaktu berada pada ujung menuju negatip ( C) menyebabkan generator pulsa membangkitkan dua pulsa berturut turut. Pulsa pertama mengkomando (E) pencacah untuk menyimpan dan memperagaan keadaan bagian penghitung. Pulsa kedua (F)
Voltmeter
mereset bagian penghitung sehingga keadaan nol untuk operasi pada siklus berikutnya.
Proses ini akan restart bila sinyal pewaktu ( C) kembali berayun ke
positip. Dengan demikian maka peraga hasil hitungan akan selalu diupdate sengan frekuensi masukan yang konstan dihasilkan pembacaan yang stabil.
Peraga
Vin
Gambar 2-98. Sistem dan bentuk gelombang pengukuran frekuensi
A
B
C D
E
Sinus kotak
Gerban g AND
Clock generator
Pembagi
frekuen Pembangkit pulsa Pencacah Decoder /
BCD
Reset
Store E F
Masukan
A
B
C
D
E
F
2.5.3.4. Pengukuran Perioda dan Interval Waktu Perbedaan besar antara
pengukuran perioda dan frekuensi adalah penempatan clock generator dan input wave shaper berlawanan seperti ditunjukkan pada gambar. Sebagai pengganti jumlah siklus selama satu perioda clock, jumlah pulsa clock selama satu siklus masukan yang diberikan. Sebagaimana pengukuran frekuensi , bentuk gelombang masukan diubah dalam bentuk gelombang kotak (A) oleh input wave shaper.
Deretan gelombang kotak ini dibagi dua ( B) dan diumpankan pada gerbang penghitung dan ke pulse generator. Keluaran clock generator juga diberikan ke gerbang penghitung sehingga pada saat terhalangi masukan, pulsa clock (C) diumpankan ke pencacah. Fungsi store, display
dan reset sama seperti pada pengukuran frekuensi. Perioda pengukuran difasilitasi untuk frekuensi rendah dimana penghitungan menjadi tidak akurat. Misal frekuensi 5Hz diukur dengan perioda perhitungan 1 s hanya dapat diukur dengan ketelitian ± 1 siklus atau ± 20%.
Dengan mengukur perioda 200 ms ketelitian dapat ditingkatkan.
Dalam kenyataannya keakuratan dapat diberikan lebih baik dari pada ± 0,1% tanpa noise pada bentuk gelombang yang diukur.
Perbedaan antara fungsi pengukuran perioda dan waktu adalah perioda diukur secara kontinyu pada sepanjang siklus, sedangkan waktu diukur sebagai interval antara dua impulse yang diberikan secara terpisah.
Peraga
C
A
Gambar 2-99. Sistem dan bentuk gelombang pengukuran perioda(Hai Hung Chiang : 1976)
B D E
Sinus
kotak
Gerbang Pencacah Clock
generator
Pembagi frekuensi
Pembangkit pulsa Pencacah Decoder /
BCD
save reset
Masukan
2.5.3.5. Kapasitansimeter
Jika arus I dan tegangan V konstan mempunyai hubungan C
= (I t /V), juga kapasitansi C = kt, k adalah konstanta dan t waktu.
Hubungan sederhana ini memberikan gambaran kemungkinan mengukur kapasitansi dengan membuat
katerkaitan antara waktu drop tegangan pada kapasitor, diberi muatan dengan sumber arus konstan, mencapai level tegangan yang telah ditentukan.
Implementasi metode ini diilustrasikan pada gambar.
Masukan
A
B
C D
E
Gambar 2-100. Sistem pengukuran interval waktu
Prime run
stop Timer control
Gerbang AND Pencacah Pembangkit
clock
Pembangkit pulsa Pencacah Decoder /
BCD
store reset
I
A
B
C
komparator
Pewaktuan
d/dt Pembangkit
Clock
Pembagi frekuensi Pencacah Decoder /
BCD
Tegangan acuan
Gambar 2-101. Sistem dan bentuk gelombang pengukuran kapasitansi(Hai Hung Chiang : 1976) Pewaktuan
20 ms
Tegangan acuan Keluaran komparator
store
A
B C
Gambar 2-102. Macam-macam m eter digital 1. Pengukuran Tegangan DC
‚ Selektor ditempatkan pada posisi tegangan DC
‚ Colok colok merah pada meter positip dan colok hitam pada polaritas negatip.
‚ Cakupan batas ukur dipilih tertinggi bila pembatas cakupan tidak otomatis.
‚ Setelah yakin semua benar power meter di onkan.