Meter DC Garis-besar Pengantar pmmc (permanent magnet moving-coil mechanism) = Mekanisme meter d’Arsonval Ayrton Shunt d’Arsonval dalam DC Voltmeter d’Arsonval dalam DC Ammeter Efek Pembebanan (Loading Effects) Voltmeter Efek sisip (Insertion Effects) Ammeter Ohmmeter Ohmmeter Multirentang (Multi-range)

meter Sebuah meter adalah suatu alat yang dibuat untuk mendeteksi dan menampilkan suatu besaran elektris secara akurat dalam sebuah bentuk “dapat-baca” (readable) oleh pengukur. Biasanya, bentuk “dapat-baca” adalah visual: gerakan sebuah penunjuk di atas skala, rentetan cahaya tersusun membentuk “grafik-batang”, atau tampilan sederetan angka-angka numeris. Nyaris semua meter modern adalah "digital" dlm desain, dalam arti bahwa tampilan “dapat-baca”nya dalam bentuk digit-digit numeris. Desain meter yg lebih awal adalah bersifat mekanis, menggunakan semacam divais penunjuk (pointer device) untuk menampilkan besaran terukur.

Mekanisme tampilan suatu meter sering disebut movement (gerakan), meminjam dari sifat mekanisnya yang menggerakkan sebuah pointer (penunjuk) sepanjang skala sedemikian hingga suatu nilai terukur bisa dibaca. Desain pergerakan meter mekanis adalah sangat mudah dimengerti (understandable). Hampir semua pergerakan mekanis adalah berdasarkan prinsip elektromagnetisme: bahwa arus elektrik melalui sebuah konduktor menghasilkan suatu medan magnet, yang tegak lurus terhadap sumbu aliran elektron. Makin besar arus elektrik, semakin kuat medan magnet yg dihasilkannya.

Jika medan magnet yg terbentuk oleh konduktor berinteraksi dg medan magnet lain, suatu gaya fisik akan dibangkitkan di antara kedua sumber medan. Jika salah satu dr sumber tsb. bebas bergerak thdp yg lain, ia akan bergerak seiring dg arus yg melalui kawat, gerakan (biasanya melawan resistans dr suatu pegas) menjadi proporsional dg kuat arus. Meter elektromagnet praktis, saat ini dpt dibuat dg memoroskan koil yg digantung dlm magnetkuat, terlindungi dr (seluruh) pengaruh luar. Desain instrumen demikian, secara umum dikenal sbgi PMMC (permanent-magnet moving coil).

pmmc=d’Arsonval Pada Gbr di atas, jarum pergerakan meter terlihat menunjuk ke titik sekitar 35 persen skala-penuh, titik nol di ujung kiri busur-skala dan skala-penuh di kanan busur skala. Suatu kenaikan arus-terukur akan menggerakkan jarum untuk menunjuk ke titik yg lebih ke kanan dan sebaliknya, penurunan arus akan mengembalikan jarum ke titik awal skala. Busur pada tampilan meter dilabeli dg angka-angka untuk menandai nilai besaran terukur, sesuai besarnya.

Dg kata lain, jika meter membutuhkan 50 μA arus untuk menggerakkan jarum ke titik skala-penuh (membuat “pergerakan skala-penuh 50 μA "), skala akan 0 μA di ujung paling kiri dan 50 μA di ujung paling kanan, serta 25 μA di tengah skala. Sangat mungkin, skala akan dibagi ke dlm tanda-gradual yang lebih kecil, mungkin tiap 5 atau 1 μA, agar pengguna melihat pergerakan untuk menduga pembacaan yg lebih presisi dr posisi jarum-penunjuk. Prinsip dasar dari alat ini adalah interaksi medan magnet sbh magnet permanen dg medan sekeliling konduktor (elektromagnet). Mekanisme PMMC ad. berdasarkan pd magnetpermanent tetap dan koil kawat (yg dpt) bergerak seperti gbr berikut.

Saat saklar ditutup: Koil membangkitkan medan magnet yg mana akan bereaksi thdp medan magnet dr magnet-permanen. Bagian bawah koil pd Gbr 2(a) akan jadi ktb utara elektromagnet. Karena kutub-kutub yg berlawanan tanda, saling menarik, koil akan bergerak ke posisi sebagaiman Gbr 2(b).

Dlm penggunaan pmmc sbg meter, ada 2 masalah yg dihadapi. pmmc=d’Arsonval Dlm penggunaan pmmc sbg meter, ada 2 masalah yg dihadapi. Pertama, cara mengembalikan koil posisi awalnya ketika tdk ada lagi arus yg melaluinya. Kedua, metode untuk menentukan jangkauan gerakan koil.

pmmc=d’Arsonval Dlm penggunaan pmmc sbg meter, ada 2 masalah yg dihadapi. Pertama, cara mengembalikan koil posisi awalnya ketika tdk ada lagi arus yg melaluinya. Kedua, metode tuk menentukan jangkauan gerakan koil.

pmmc=d’Arsonval Solusi I: penggunaan pegas (hairsprings) di tiap ujung koil. Pegas tsb dpt juga sekaligus sbg konektor elektris ke koil. Dg pegas tsb, koil akan kembali ke posisi awal ketika tdk ada lagi arus. Pegas jg cenderung akan menahan gerakan koil ketika arus melaluinya.

pmmc=d’Arsonval Seiring pertambahan arus yg via koil, medan magnet yg terbangkit(kan?) di sekitarnya akan bertambah pula. Semakin kuat medan magnet di sekeliling koil, semakin jauh pula gerakan koil. Inilah basis kerja (yg baik) sbh meter. Tapi, bagaimana kita mengetahui, seberapa jauh jarak gerakan koil? Jika sbh (jarum) pointer dipasang pd koil dan dibuat menjangkau skala, pointer akan bergerak mengikuti gerakan koil, dan skala dpt ditandai tuk mengindikasikan jumlah arus yg via koil.

pmmc=d’Arsonval 2 hal lain yg digunakan untuk menaikkan akurasi dan efisiensi meter. Pertama, sbh inti besi ditempatkan di dlm koil untuk mengonsentrasi medan magnet. Kedua, sepatu kutub untuk memasikan bahwa gaya putar pd koil bertambah sebanding dg kenaikan arus. Mekanisme meter selengkapnya terlihat pd Gbr.

pmmc=d’Arsonval Mekanisme meter d’Arsonval terpakai dalam aplikasi yg sangat luas. Arus dari rangkaian terukur yg melalui belitan dr koil bergerak menyebabkannya berfungsi sbg elektromagnet (EMT). Kutub-kutub EMT berinteraksi dg PM, menyebabkan koil berputar. Pointer terdefleksi di atas skala bilamana arus mengalir dlm arah yg benar pd koil.

pmmc=d’Arsonval Untuk tujuan itu, semua mekanisme meter DC mempunyai tanda polaritas. Mekanisme meter d’Arsonval ad. divais respons arus. Tanpa melihat satuannya (volt, ohm, dst.) dg mana skala dikalibrasi, koil-putar merespons thdp besar arus yg melalui belitannya.

Torsi dan Defleksi Galvanometer Defleksi keadaan mantap/ tunak Ada kumparan di dlm medan magnet berbentuk sepatu kuda; Kumparan tergantung sedemikian hingga ia dpt berputar bebas dlm medan magnet; Bila arus mengalir dlm koil, torsi EM yg dihasilkannya akan menyebabkan perputaran koil tsb. Torsi ini diimbangi oleh torsi mekanis pegas-pegas pengatur yg diikat pd koil. Keseimbangan torsi-torsi dan juga posisi sudut kumparan rotor yg dinyatakan o/ pointer thdp referensi tertentu, disebut skala.

Prinsip pembentukan torsi τ1 = F1 x b/2; τ2 = F2 x b/2 τ = τ1 + τ2 τ = (IaBb/2) + (IaBb/2) τ = IAB

Persamaan torsi yg diturunkan dr hk.dasar EM: T = B x A x I x N (N.m) Dengan T = Torsi (N-m); B = kuat medan magnet (Wb/m2); A = luas efektif kumparan (m2) I = Arus koil (A); N = Jumlah lilitan.

Gbr. 1: Amperemeter rentang rendah tunggal 0 – 1 mA.

Pers. di atas menunjukkan: Torsi yg dibangkitkan berbanding langsung dg kerapatan fluks/ kuat medan di mana koil berputar, arus dlm koil serta konstanta-konstanta koil (luas dan jumlah lilitan). Torsi tsb. menyebabkan defleksi pointer ke keadaan mantap yg diimbangi oleh torsi pegas pengontrol.

2. Sifat Dinamik Galvanometer Sifat dinamik meliputi: • Kecepatan tanggapan; • Redaman; • Overshoot. • Sifat dinamik dpt diamati dg: • Memutuskan arus yg masuk secara tiba-tiba, sehingga pointer berayun kembali dr simpangannya ke titik nol skala.

Dapat diamati bahwa sbg akibat inersia dr sistem yg berputar, jarum berayun melewati titik nol dlm arah yg berlawanan, dan kemudian berosilasi dr kiri ke kanan sekitar titik nol. Osilasi akan mengecil secara perlahan akibat redaman elemen yg berputar dan akhirnya pointer berhenti di titik nol. Gerakan koil berputar dlm medan magnet diketahui dr tiga hal/kuantitas: Momen inersia, J; Torsi lawan, S; Konstanta redaman, D.

Gambar 2. Sifat dinamik sebuah Galvanometer

Kurva I: Keadaan teredam lebih. Koil kembali ke titik nol secara perlahan ke posisi nol tanpa lonjakan (overshoot) atau osilasi. Pointer menuju keadaan mantap dg lambat. Kurang menarik. Kurva II: Keadaan kurang teredam . Gerakan koil dipengaruhi osilasi sinusoida teredam. Kurva III: Teredam kritis. Jarum kembali dg cepat ke keadaan mantap tanpa osilasi.

Redaman terjadi dlm dua cara: Redaman bagus: Ideal (teoritis), III. Tapi, dlm banyak pemakaian (praktek), II dan III. Idealnya: respons galvanometer harus teredam kritis; jarum bergerak ke posisi akhir tanpa lonjakan. Redaman terjadi dlm dua cara: Mekanis: terutama disebabkan o/ perputaran koil thdp udara sekelilingnya; tdk bergantung pd arus di koil. Yg lain: gesekan di dlm bantalan dan bengkokan pegas. Elektromagnetis: oleh efek induksi di dlm koil saat berputar di dalam MM.