Voltmeter DC Meter DC 3

Voltmeter DC Pengukuran tegangan dilakukan dg menempatkan Voltmeter pada resistor ybs..

Voltmeter DC Kebanyakan meter d'Arsonval merupakan divais sensitif – mempunyai nilai (rating) arus defleksi-skala-penuh (dsp) serendah 50 μA, dg suatu resistor (internal) beresistans sekitar 1000 Ω. Ini membuat voltmeter tsb memiliki skala-penuh 50 mV= (50 μA X 1000 Ω)!. Untuk membuat voltmeter dg skala praktis dari d’Arsonval semacam itu, kita butuh mengurangi jatuh-tegangan ke tingkat yg dpt ditangani o/ d’Arsonval. Meter d’Arsonval dpt dikonversi ke Voltmeter DC dg menghubungkannya secara seri dg Resistor-pengali (Multiplier (Rs)).

Fungsi dari Multiplier (Rs): Memperluas rentang-tegangan yg dpt diukur oleh meter. Membatasi arus yg melalui d’Arsonval untuk dsp. Gbr 1: Meter d’Arsonval dlm voltmeter DC

Nilai multiplier yg diperlukan untuk memperbesar rentang pengukuran dpt ditentukan (salah satunya) dg: Dengan: Im = arus dsp d’Arsonval; Rm = resistor internal; Rs = resistor pengali V = teg. rentang maks.

Biasanya untuk voltmeter berentang rendah & sedang yakni sampai 500 V, resistor pengali ditempatkan di dlm voltmeter; Untuk tegangan yg lebih tinggi, pengali tsb. dipasang pd sepasang apitan kutub (binding post) di luar kotak untuk mencegah kelebihan panas dlm kotak.

Voltmeter DC Multirentang Gbr. 2. Voltmeter DC multirentang

Menggunakan sejumlah resistor pengali beserta saklar-rentang; Nilai dr resistor pengali dpt ditentukan dg metode sebelumnya atau metode sensitivitas. Suatu varian voltmeter multirentang dpt diperoleh dg menghubungkan resistor-pengali secara seri dan saklar pemilih di setiap posisi yg akan menghasilkan resistans tertentu, seri dg Rm. Sistem demikian memiliki kelebihan y.i. semua resistor-pengali kecuali yg pertama, akan memiliki nilai standar (tersedia di pasaran). Satu-satunya yg harus dibuat khusus untuk memenuhi persyaratan rangk. adalah R4 (pengali rentang-rendah).

Gbr. 2. Voltmeter DC multirentang dengan susunan multiplier yg lebih praktis

Contoh

Sebuah meter d’Arsonval dg resistans-internal Rm = 100 Ω dan arus-dsp = 1 mA, akan diubah menjadi menjadi voltmeter DC multirentang dg rentang 0-10 V, 0-50 V, 0-250 V dan 0-500 V sebagaimana Gbr di atas.

Diket.: D’Arsonval: Rm = 100 Ω = 0,1 kΩ; Im = 1 mA. Akan diubah menjadi Voltmeter dengan: - Rentang-1: V4 = 0-10 V; - Rentang-2: V3 = 0-50 V; - Rentang-3: V2 = 0-250 V; - Rentang-4: V1 = 0-500 V; Ditany.: Nilai R1 … R4.

Peny. Rentang-3, V2, 0-250 V: Rentang-1, V4, 0-10 V: RT = 250 V / 1 mA = 250 kΩ; R2 = RT – (R3 + R4 + Rm) = 250 kΩ - (40+9,9+0,1)kΩ = 200 kΩ. Rentang-4, V3, 0-500 V: RT = 500 V / 1 mA = 500 kΩ; R1 = RT – (R2 + R3 + R4 +Rm) = 500kΩ - (200+40+9,9+0,1) kΩ = 250 kΩ. Rentang-1, V4, 0-10 V: RT = 10 V / 1 mA = 10kΩ; R4 = RT –Rm =10kΩ-0,1kΩ = 9,9 kΩ. Rentang-2, V3, 0-50 V: RT = 50 V / 1 mA = 50kΩ; R3 = RT – (R4 +Rm) = 50 kΩ - (9,9 + 0,1) kΩ = 40 kΩ.

Hanya resistor pengali R4 yang memiliki nilai yg tdk standar (tdk tersedia secara umum)!

Metode lain untuk mencari nilai Rs yaitu metode sensitivitas. Pertama-tama kita tentukan Sensitivitas, S dari meter d’Arsonval. Sensitivitas, S adalah kebalikan dari arus dsp, yaitu:

Gbr. 3. Voltmeter DC multirentang dengan susunan multiplier yg lebih praktis

S = sensitivitas, Ω/V; V = rentang tegangan, V; Rm = resitans-internal d’Arsonval (atau beserta resistans-seri); Rs = resistor-pengali; RT = resistans total voltmeter.

Ulangi contoh sebelumnya dg menggunakan metode sensitivitas. - Diket.: Idsp = 1 mA = 0,001 A; - Ditany.: R1 … R4. Peny.: S = 1 / Idsp = 1 / 0,001 = 1000 Ω/V; R4 = (S x V) – Rm = (1000 Ω/V x 10 V)- 0,1 kΩ; = 10 kΩ – 0,1 kΩ = 9,9 kΩ. R3 = (S x V) – (R4 + 0,1 kΩ) = (1000 Ω/V x 50 V)- 10 kΩ; = 50 k Ω – 10 k Ω = 40 k Ω.

Peny. (lanj.): R2 = (S x V) – (R3 + R4 + 0,1 kΩ) = (1000 x 250)-(40 + 9,9 +0,1); = 250 – 50 = 200 kΩ. R1 = (S x V) – (R2 + R3 + R4 + 0,1 kΩ) = (1000 x 500)- (200+ 40 + 9,9 +0,1); = 500 – 250 = 250 kΩ.

Soal 1. Hitunglah sensitivitas dr sbh meter d’Arsonval100-μA yg dpt digunakan sbg Voltmeter DC. Soal 2. Hitunglah nilai multiplier Rs pd rentang 50 V dr sbh Voltmeter DC yg menggunakan 200-μA meter d’Arsonval dg resistans internal 1,2 kΩ.

Soal 3. Hitunglah nilai Rs untuk rangk. Voltmeter DC multirentang seperti gambar di samping: Soal 4. Hitunglah nilai Rs untuk rangk. Voltmeter DC multirentang sbg gbr di samping: Ifs = 50 µA

Efek Pembebanan Voltmeter (Voltmeter Loading Effects) Gbr. 4. Efek pembebanan Voltmeter

Sensitivitas voltmeter DC merupakan faktor penting dlm pemilihan sbh alat ukur untuk pengukuran teg. tertentu; Voltmeter sensitivitas rendah memberikan pembacaan yg akurat saat mengukur tegangan dlm rangk. beresistansi rendah; Hal yg sebaliknya akan terjadi jika ia mengukur rangk. beresistansi tinggi.

Saat suatu voltmeter digunakan untuk mengukur tegangan pd suatu komponen, rangk., voltmeter sendiri ad. paralel dg komponen rangk. Kombinasi paralel dr dua resistor dpt menjadi lebih kecil dr keduanya saat berdiri sendiri, sehingga resistans yg terlihat o/ sumber bernilai lebih kecil dibandingkan apabila tanpa voltmeter. Karena itu, tegangan pd komponen ad. berkurang di saat voltmeter terhubung. Efek ini disebut pembebanan voltmeter (voltmeter loading) dan menghasilkan galat yg disebut galat-pembebanan (loading error).

Contoh: Diinginkan untuk mengukur tegangan antara ujung-ujung resistor 50 kΩ dlm rangk. di atas. Untuk pengukuran ini tersedia 2 voltmeter: V1 dg sensitivitas 1000 Ω/V dan V2, 20000 Ω/V. Kedua voltmeter dipakai pd rentang 50 V. Tentukan: - Pembacaan tiap voltmeter; - Galat tiap pembacaan, dinyatakan dlm persentase nilai aktual.

Diket.: Ditany.: Peny.: Rangkaian seperti gambar; V1, S = 1000 Ω/V; V2, S = 20000 Ω/V Ditany.: Pembacaan V1 & V2; Galat pembacaan. Peny.: Analisis rangkaian menunjukkan bahwa tegangan pd resistor 50 kΩ, ad.: V = (50 kΩ/150 kΩ)150 V = 50 V Ini adalah tegangan yg sebenarnya pd resistor 50 kΩ.

Ketika V1 dipasang ke rangkaian, RT // dg resistor terukur (50 kΩ). V1 (S = 1000 Ω/V): Resistans total V1, RT = S x V = (1000 Ω/V x 50 V) = 50 kΩ Ketika V1 dipasang ke rangkaian, RT // dg resistor terukur (50 kΩ). Sehingga, resistans a-b menjadi: 25 kΩ

Gbr.5. Resistans a-b akibat efek pembebanan Voltmeter

Tegangan yg terukur pd terminal a-b, dg demikian adalah Vab = (25/125) 150 = 30 V V2 (S = 20000 Ω/V): Resistans total V2, RT = S x V = (20000 Ω/V x 50 V) = 1000 kΩ = 1 MΩ Ketika V2 dipasang ke rangkaian, RT // dg resistor terukur (50 kΩ). Sehingga, resistans a-b menjadi: 47,6 kΩ

Tegangan yg terukur oleh V2 pd terminal a-b, dg demikian ad. Vab = (47,6/147,6) 150 = 48,36 V

Galat akibat pembacaan V1:

Voltmeter “mengganggu” rangkaian, dan idealnya, suatu instrumen - kapan dan di manapun - seharusnya mengukur suatu besaran tanpa “mengganggunya” dg cara apapun; Pada contoh di atas, “gangguan” terbesar telah diakibatkan oleh Voltmeter-1 (V1); Manusia, bertanggung jawab memilih memilih instrumen yg sesuai, sehingga dihasilkan pengukuran yg dpt dipercaya.

Konklusi Meter d’Arsonval dpt dikonversi ke Voltmeter DC dg menghubungkan suatu Multiplier (Rs) ke meter d’Arsonval tsb. Sensitivitas, S ad. kebalikan dr arus dsp. Dikehendaki untuk membuat resistans voltmeter jauh-jauh lebih tinggi drpd resistans rangkaian.

Soal 5: Dua voltmeter berbeda digunakan untuk mengukur tegangan pd RB dlm rangk. di samping. Meter-meter tsb. sbb: Meter A: S = 1kΩ/V; Rm= 0,2kΩ; Rentang = 10V Meter B: S = 20kΩ/V; Rm= 2,2kΩ; Rentang = 10V Hitunglah: Tegangan RB tanpa meter. Tegangan RB saat meter A digunakan. Tegangan RB saat meter B digunakan. Galat-pembebanan pd kedua pembacaan.

Meter memiliki sensitivitas 20 kΩ/V dan terhubung pd RA. Soal 6: Carilah pembacaan tegangan dan prosentase galat pembebanan dr setiap pembacaan yg diperoleh o/ suatu voltmeter: Rentang 5-V. Rentang 10-V. Rentang 50-V. Meter memiliki sensitivitas 20 kΩ/V dan terhubung pd RA.