Meter AC -1 Beberapa tipe meter d‘Arsonval bisa digunakan untuk mengukur arus/teg. AC. Lima macam mekanisme meter yg digunakan dlm instrumen ac disajikan pd Tabel berikut:

No. Mekanisme Meter DC AC Aplikasi 1. Elektro-dynamometer Ya Meter standar, wattmeter, dll.. 2. Iron-vane Indikator, etc. 3. Electro-static Pengukuran tegangan tinggi 4. Thermocouple Pengukur Radio frekuensi 5. D’Arsonval Ya, berpenyearah Tegangan, Arus, Resistans, dll.

Bentuk Gel. AC

d’Arsonval dg. Penyearah ½ gelombang Dlm bab sebelumnya, kita telah membicarakan detail d’Arsonval (PMMC) dan aplikasinya dlm Ammeter, Voltmeter dan Ohmmeter. Sekarang, mempelajari aplikasinya mengukur arus/ tegangan ac. Untuk mengukur besaran ac dg d’Arsonval, pertama-tama kita harus menyearahkan arus/tegangan ac dg menggunakan penyearah dioda. Proses ini akan menghasilkan aliran arus satu arah (Unidireksional). Beberapa tipe penyerah-dioda yg dpt digunakan: oksida-tembaga (copper oxide), dioda vakum, dioda semikonduktor dst.

Masih ingat Voltmeter DC, menggunakan meter d’Arsonval? Sensitivitas= 1/Ifs Gbr. 1: Meter d’Arsonval yg digunakan dalam voltmeter DC

Meter PMMC tdk akan bekerja dg benar jika dihubungkan langsung ke besaran AC, karena arah pointer akan berubah setiap setengah siklus besaran AC tsb. Meter PMMC, sebagaimana motor magnet permanen, ad. divais yg mana arah gerakannya bergantung pd polaritas dr tegangan yg diterapkan.

Jika kita memasang sbh dioda ke Voltmeter DC, maka kita mendapatkan rangkaian meter yg mampu mengukur tegangan AC. Dioda tdk akan merusak operasi rangkaian (dioda ideal) Sekarang, misalkan kita mengganti 10-Vdc dg 10Vrms, apa yg akan terjadi?

Tegangan pd MM ad. hanya ½ siklus positif dari gelombang sinus karena aksi penyearahan oleh dioda. Nilai puncak dari gelombang sinus ac ad: Ep= Erms X 1,414 MM akan merespon ke nilai rerata gel. sinus yg mana rerata atau nilai DC = 0,318 kali nilai puncak. Nilai rerata gel. sinus AC ad.: Eave= Ep/π = 0,45x Erms

Aksi dioda secara pendekatan menghasilkan separuh gel Aksi dioda secara pendekatan menghasilkan separuh gel. sinus pada resistor beban. Nilai rerata dr tegangan ini adalah dikenal sebagai tegangan DC, yg mana akan direspons oleh voltmeter DC . Karena itu, kita dpt melihat bahwa pointer yg terdefleksi-skala-penuh ketika sinyal 10-V DC diterapkan, akan terdefleksi ke hanya 4,5V ketika kita menerapkan 10-Vrms AC. Jadi, Voltmeter AC yg menggunakan penyearah gelombang-paruh (½ wave rectification) hanya mendekati 45% sensitivitas Voltmeter DC.

Untuk memperoleh meter yg terdefleksi skala-penuh ketika 10-Vrms diterapkan, kita harus mendesain meter dg Rs yg setara 45% Rs Voltmeter DC. Karena ekivalen tegangan DC ad. 45% nilai RMS, kita dpt menulis seperti ini: Rs= (Edc/Idc)-Rm = (0,45Erms/Idc) -Rm

Contoh 1 Pada penyearah ½ gelombang di bawah, D1 dan D2 mempunyai resistans-maju 400Ω dan resistans-balik takhingga. Carilah : (a) Rs (b) S Mis.: Ein = 10-Vrms, Rsh = 100Ω, Ifs = 1mA, Rm = 100Ω

(a) Karena Rm = Rsh =100Ω, arus total dari sumber untuk defleksi penuh ad. It = 2mA. Untuk penyearahan setengah gel., nilai DC ekivalen dr teg. AC yg disearahkan ad.: Maka resistans total instrumen: 2 mA

Tahanan total terdiri atas beberapa komponen Tahanan total terdiri atas beberapa komponen. Perhatian kita harus hanya tertuju pd tahanan rangkaian selama setengah perioda di mana d’Arsonval menerima arus (resistans-balik D2 ditiadakan). Sehingga,

(b) Sensitivitas voltmeter pd 10VAC,

Meter AC-2

d’Arsonval dg penyearah gel.-penuh Biasanya, lebih diinginkan menggunakan penyearah gelombang-penuh dlm voltmeter AC karena ia akan memberikan sensitivitas yg lebih tinggi dibanding dg yg menggunakan penyearah gelombang-paruh (½ gelombang). Tipe penyearah gelombang-penuh yg terbanyak digunakan adalah penyerah tipe jembatan (bridgetype rectifier), seperti terlihat pd gambar berikut.

Figure 1. Full wave rectifier circuit diagram

Vout Gbr. 2: Penyearah jembatan gel.-penuh yg digunakan dlm voltmeter AC

½ Siklus Positif Arus mengalir dari Vin melalui D2, melalui MM (d’Arsonval) dari positif ke negatif, lalu melalui D3. ½ Siklus Negatif Arus mengalir dari Vin melalui D4, melalui MM dari positif ke negatif, lalu melalui D1. Walaupun polaritas Vin berubah setiap ½ siklus, arah arus yg mengalir melalui MM tidak berubah. Karena arus mengalir melalui MM pd kedua ½ siklus, maka defleksi MM akan lebih besar dibanding dg penyearah gelombang paruh.

Meter movement needle will always be driven in the proper direction.

Contoh: RS Rm Sebuah voltmeter AC seperti gbr di atas dg resistans PMMC 50 Ω dan memerlukan arus 1 mA untuk dsp. Dg menganggap dioda-dioda ideal (resistans-maju 0 dan resistans-balik ~), tentukan nilai pengali Rs yg menghasilkan dsp jika diberi input tegangan 10 V rms.

Jwb. Untuk penyerah di atas, Edc = (2/π) Em = 2(√2)Erms/ π = 0,9 Erms Sehingga, Edc = 0,9 * 10 = 9 V Resistans total rangkaian adalah: RT = Edc / Idsp = 9 / 1mA = 9 k Ω RT = Rs + Rm Rs = RT – Rm = 9000-50 = 8950 Ω

Elektro-Dinamometer Elektro-Dinamometer ad. Meter dasar yg terbanyak digunakan dewasa ini. Ia, ad. divais sensitif-arus: serupa dg D’Arsonval MM, menggunakan prinsip kerja yg secara esensial sama. Ingat bahwa D’Arsonval ad. divais DC dan hanya dpt mengukur arus DC atau AC yg telah disearahkan.

Gambar 3. Komponen dasar meter elektrodinamometer Koil medan (posisi tetap) Gambar 3. Komponen dasar meter elektrodinamometer

Gambar 4. Komponen meter elektrodinamometer

Elektro-Dinamometer mempunyai prinsip dasar yg sama dg meter D’Arsonval, kecuali bahwa magnet permanen diganti dg koil/ elektromagnet (posisi tetap). Koil bergerak dan pointer (tertempel di koil), tergantung di antara dan terhubung seri dg dua koil medan. Kedua koil medan dan koil bergerak, terhubung seri sedemikian hingga arus yg sama, mengalir melalui setiap koil. Aliran arus yg melalui ketiga koil menghasilkan medan magnet di antara koil medan. Arus yg sama, mengalir melalui koil bergerak yg menyebkannya berfungsi sbg magnet yg akan melawan gaya pegas.

Jika arah arus berbalik, polaritas medan dan koil bergerak juga berbalik, sementara gaya berlanjut dg arah yg sama. Karena karakteristinya ini, ia dpt digunakan untuk mengukur arus baik dlm sistem AC maupun DC. Sejumlah voltmeter dan ammeter menggunakan elektrodinamometer. Akan tetapi, penggunaan terpentingnya ad. Dlm wattmeter.

Meter besi putar Ia dapat digunakan untuk mengukur, baik besaran AC maupun DC. Berbeda dengan meter D’Arsonval, yang menggunakan magnet permanen, ia beroperasi bergantung pada induksi magnet. Ia menggunakan prinsip repulsi/tolakan antara dua baling-baling besi yang konsentris, yang salah satunya berposisi tetap, sementara satu yang lain “dapatgerak” (movable), yang bertempat di dalam solenoid. Suatu “penunjuk” (pointer) berada pada baling-baling dapat-geraknya.

Saat arus mengalir melalui koil, kedua vane menjadi termagnetisasi dengan kutub utara pada ujung atas, sementara kutub selatan di ujung bawah untuk menyatuarahkan arus yang melalui koil. Karena sebagaimana tolakan kutub, komponen ketakseimbangan gaya, menyentuh elemen dapat-gerak sehingga menyebabkan ia berbalik melawan kelebihan gaya pegas.

Vane dapat-gerak berbentuk persegi empat, sementara vane tetap berbentuk lonjong/runcing. Saat tidak ada arus yang melalui koil, vane dapat-gerak berposisi sedemikian hingga berlawanan dengan porsii terbesar dari vane tetap, dan pembacaan skala adalah nol. Karena repulsi selalu dalam arah sama (menuju ujung kecil dari vane tetap), maka tanpa memandang arah aliran arus yang melalui koil, instrumen ini akan beroperasi baik pada rangkaian dc atau ac.

Ketika meter vane ini didesain untuk digunakan sebagai amperemeter, koilnya akan berupa belitan dengan relatif sedikit lilitan kawat besar agar membawa arus nominal. Sementara ketika meter ini didesain untuk digunakan sebagai voltmeter, maka koilnya akan berupa belitan yang terdiri dari banyak lilitan dari kawat kecil.