ALAT –ALAT UKUR LISTRIK1. Alat ukur kumparan putar

Yang dimaksud dengan alat ukur kumparan putar ialah alat pengukur yang berkerja

atas dasar prinsip dasri adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan

magnit, yang berasal dari suatu magnet permanen. Arus yang di alirkan melalui

kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar

adalah alat ukur penting yang dipakai untuk bermacam arus. Tidak hanya untuk arus

searah tapi dengan pertolongan alat-alat lainnya dapat digunakan untuk mengukur

arus bolak-balik.

Gambar alat ukur kumparan

Didalam elektronika ada jenis piranti yang sering dipakai yaitu piranti kumparan

putar. Piranti ini terdiri dari komponen-komponen utama. Adapun komponen

utamanya sebagai berikut:

1. Besi permanent berbentuk tapal kuda

2. Sepatu kutub

3. Silinder dengan besi lunak

4. Kumparan yang terbuat dari kawat tembaga lembut yang terlilit pada kerangka

aluminium tipis

5. Jarum tunjuk

6. Pegas yang berbentukulir pipih tipis (ada dua)

7. Papan skala

Prinsip kerja

Pada gambar diperlihatkan adanya magnit yang permanent, yang mempunyai kutub-

kutub, dan di antara kutub-kutub tersebut di tempatkan suatu silinder inti besi tersebut

di atas ini, di celah udara antara kedua kutub magnet, dan silinder inti besi akan

terbentuk medan magnit yang rata, yang masuk melalui celah kutub udara ini di

tempatkan kumparan putar, yang dapat berputar melalui sumbu. Bila arus searah yang

tidak ketahui di ketahui besarnya mengalir melalui kumparan tersebut, suatu gaya

elektro magnetis f yang mempunyai arah tertentu akan di kenakan pada kumparan

kumparan putar, sebagai hasil interaksi atara arus dan medan magnit. Arah dari gaya f

dapat di tentukan menurut ketentuan tangan dari Fleming. Besar dari gaya ini akan

dapat di turunkan dengan mudah. Nyatakan besar medan magnit dalam celah udara

sebagai B, panjang kumparan sebagai a, dan lebar kumparan sebagai b, momen putar

Tp dapat dinyatakan sebagai:

T = B × A × I × N

T = Torsi (Nm)

B = kerapatan fluk magnet (Wb/m

A = luas efektif koil (m2)

I = arus ke kumparan putar (A)

1. N = jumlah belitan

Bila n di nyatakan banyaknya lilitan dari kumparan putar.

Pada setiap ujung dari pada sumbu, di tempatkan pegas yang salah satu ujungnya

melekat padanya, sedangkan ujung yang lain pada dasar yang tetap. Setiap pegas akan

memberikan gaya reaksinya yang berbanding lurus dengan besar sudut rotasi dari

sumbu, dan berusaha untuk menahan perputaran. Jadi dengan kata lain pegas

memberikan pada sumbu moment Tc yang berlawanan arahnya dengan arah Tp. Bila

kionstanta pegas dinyatakan sebagai τ, maka besar Tc dapat dinyataka sebagai :

Tc = τӨ

Bila sumbu dan kumparan kumpar, berputar melalui sudut akhit sebesar Өo, maka

dalam keadaan seimbang ini Tp = Tc, sehingga terdapat persamaan sebagai berikut:

τӨo = Bnab I

dan dari sini

Өo = (Bnab / τ ) I

Dengan demikian sudut akhir Өo dari putaran sumbu yang menjadi tempat melekat

penunjuk, di tentukan oleh persamaan di atas. Kebesaran-kebesaran (Bnab/ τ) di sebut

sebagai konstanta alat ukur.

Pada umumnya, momen seperti Tp, disebut momen penggerak, dan alat yang

menyebabkan dei kenal sebagai alat penggerak. Sedsangkan momen Tc di sebut

momen pengontrol.

Dengan berpegang kepada pengertian-pengertian ini, maka harga sudut rotasi akhir

dari penunjuk, pada alat pengukur kumparan putar, di tentukan oleh hubungan antara

momen penggerak dan momen pengontrol, dan dinyatakan dalam persamaan di atas.

Cara menentukan skala

Cara penentuan skala dari alat ukur kumparan putar akan di jelaskan melalui grafik,

yang menghubungkan persamaan antara sudut putar Ө. Dan momen penggerak T.

sumbu horizontal menyatakan sudut putar Ө, dan sumbu vertical momen.

Misalkan suatu alat pengukur kumparan putar berputar melalui sudut sebesar 1,2

radial bila arus searah yang melaluinya adalah sebesar 1,2,3,4 dan 5 mA dinyatakan

sebagai Tp1,Tp2,Tp3,Tp4 dan Tp5. maka momen-momen tersebut pada gbr1-5 dapat

di gambarkan sebagai garis-garis datar dan berjarak satu sama lainnya. Momen-

momen penggerak tersebut hanya di tentukan oleh besarnya arus, dan tidak tergantung

dari sudut putar Ө dari penunjuk. Momen pengontrol berbanding lurus dengan besar

sudut putar, dan di gambarkan dalam grafik sebagai garis lurus yang menhubungkan

titik mula dengan A. bila sudut perputaran dari penunjuk dalam keadaan

keseimbangan antara momenpenggerak dan pengontrol, pada masing-masing momen

momen penggerak dan pengontrol yang dinyatakan sebagai Ө1, Ө2, Ө3, Ө 4, Ө 5,

maka di dapat Ө2=2 Ө1, Ө3=3 Ө 1, Ө4 = 4 Ө1 dan Ө 5 = 5 Ө 1. dengan demikian

jika skala di bentuk dengan membagi busur lingkaran sebesar 1,2 rad ke dalam lima

bagian-bagian yang sama, dan memberikan angka-angka pada lima bagian dari skala

tersebut 0,1,2,3,4 dan 5 seperti gambar 1-6, maka arus yang melalui alat ukur ini

dapat segera dinyatakan pada harga skala dimana penunjuk berhenti.

Pergerakan dan redaman

Momen penggerak dan momen pengontrol pada alat ukur kumparean putar

mempunyai kesamaan nya dengan grafitasi yang bekerja pada pada pemberat dan

gaya tarik dari pegas seperti di nyatakan diatas. Jadi bagian yang berputar yaitu

kumparan, sumbu dan alat penunjuk, akan berisolasi pada Өo, bila tidak ada momen

lain yang meredamnya, yang menyebabkan penunjuk berhenti pada Өo. dalam

keadaan tidak diberikannya peredam khusus, maka momen redaman akan terdiri dari

tahanan-tahanan mekanis pada kedudukan kumparan, sedangkan besar redaman ini

akan kecil sehingga alat penunjuk akan berisolasi untuk waktu yang lama. Alat ukur

yang seperti ini akan sulit untuk di pakai, dan dalam banyak hal sama sekali tidak

dapat di gunakan dengan demikian diperlukan adanya peredam, disamping momen-

momen penggerak dan pengontrol, maka penunjuk akan akan dapat sampai pada

harga akhirnya dengan cepat.

Peredaman pada alat ukur

Dalam alat ukur kumparan putar, pada umumnya kumparan putarnya dibuatkan

dengan kerangka dari aluminium. Secara listrik kerangka tersebut merupakan jaringan

hubungan pendek, dan memberikan pada kumparan. Bila kumparan putar, yang

disebabkan oleh arus I yang mengalir melaluinya, maka dalam kerangkanya akan

timbul arus induksi. Ini disebabkan karena putaran kerangka aluminium ini terjadi

dalam medan magnit pada celah udara, sehingga tegangan yang berbanding lurus pada

kecepatan putaran akan di induksikan dalam kerangka tersebut. Arah dari tegangan

dapat di tentukan melalui hukum tangan kanan dari Fleming. Tegangan ini yang

menyebabkan arus induksi I4 mengalir dalam kerangka kumparan. Sebaliknya arus I4

ini, akan memotong fluksi magnit dalam celah udara bila kumparan berputar, dan

akan dibangkitkan momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar. Akan

tetapi arah dari momen ini adalah berlawanan dengan arah perputaran. Hingga

berakibat menghambat perputaran.

Hukum Tangan Kanan

Aksi peredaman yang mempergunakan prinsip-prinsip elektromaknetis ini di kenal

sebagai redaman elektromagnetis. Kurve A menyatakan peredaman kurang ,

sedangkan Kurve B menyatakan peredaman lebih,. Waktu untuk sampai pada harga

akhir untuk kedua keadaan tersebut adalah lama. Suatu keadaan khusus terdapat di

antara keduanya, seperti dinyatakan oleh kurve C, keadaan ini dinyatakan sebagai

peredam kritis.

Waktu yang diperlukan unutuk suatu prioda dalam keadaan peredaman kurang disebut

perioda dari osilasi. Untuk alat-alat ukur biasanya di pergunakan, diprlukan untuk

sampai pada harga akhir yang hendak dibaca dalam batas-batas yang secapat

mungkin. Sehingga pengukuran yang benar dapat di peroleh dengan cepat.

1.1.5 Kerja Pada Arus Bolak Balik

Bila arus bolak balik yang berbentuk gelombang sinus dengan frekwency f, dialiri ke

alat kumparan putar yang umum digunakan, maka momen pergerakanya merupakan

momen bolak balik dengan frekwency yang sama . Dengan frekwency f yang cukup

renah , maka jarum penunjuk dari alat ukur akan beroperasi dengan frekwency f

disekitar titik nolnya.

Tapi bila frekwensi cukup tinggi sekitar beberapa puluh Hz maka jarum penunjuk

tidak dapat lagi mengikuti frekwensi f dari moment tersebut, disebabkan inersia dari

bagian alat ukur yang berputar .

Frekwency kerja dari pada arus yang biasa nya akan diukur, jauh lebih besar dari pada

frekwency sendiri dari alat-alat ukur. Sehingga alat ukur kumparan putar tidak

memberikan gerak sama sekali. Inilah yang menyebab kan alat ukur kumparan putar

tidak dapat digunakan begitu saja pada pengukuran arus bolak-balik.

1.1.6 Konstruksi

Pada dasarnya alat ukur kumparan putar terdiri dari dari unit-unit penggerak,

pengontrol dan peredam . Akan tetapi untuk mudah dalam mempelajari kontruksi dan

untuk melihat cara-cara mengasemblikan bagianya, adalah lebih mudah untuk

membaginya kedalam sirkitmagnetis bagian-bagian berputar skala dan sisanya. Alat

ukur kumparan putar ini telah banyak mengalami berbagai perubahan disegala aspek.

Pada akhir –akhir tahun ini telah dilakukan usaha sehingga mengalam hasil ang

memuasakan.

1.1.6.1 Sirkit Magnetis

Sirkit magnetis dalam kumparan putar ini dibentuk oleh magnit permanent. Di masa

lalu magnit permanent ini dibuat dari baja, krom atau baja tungstram, tapi dimasa

sekarang lebih banyak menggunakan logam campuran dari alnico. Keuntungan dari

logam campuran ini adalah kemampuan kerja yang baik dengan bentuk yang kecil.

Jadi sirkit magnetisnya telah berubah dari bentuk konvensional yang mempergunkan

maknit permanent yang besar dan panjang.

1.1.6.3 Skala

Alat ukur kumparan putar berbentuk serasi dan skala demikian dibentuk dari

pada skala yang mempunyai jarak yang sama. Pada skala uniform maka terdapat

kemungkinan untuk membaca sebagian dari pada pembagian-pembagian yang

minimal dengan cara melihatnya dengan mata. Dengan demikian maka segera setelah

beberapa titik pada skala ditentukan maka titik-titik lainnya dengan mudah dapat

ditemukan dengan cara interpolasi.

1.1.6.4 Alat Ukur Sudut Lebar

Untuk alat ukur yang ditempatkan pada panil-panil maka ukuran-ukuran yang

kecil diharapkan sehingga dengan demikian tidak begitu memerlukan tempat. Akan

tetapi di dalam alat-alat ukur demikian ini maka skalanya akan menjadi lebih pendek,

dan akan menjadi lebih sulit untuk membaca indikasi-indikasi yang diberikan oleh

alat penunjuk. Untuk memungkinkan pembacaan yang lebih teliti maka skala perlu

diperpanjang dan hal ini dapat dicapai dengan teknik yang tertentu.

1.7 Pengukur Ampere Kumparan Putar

Ala ukur kumparan putar pada dasarnya adalah alat pengukur arus atau

pengukur amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar dibatasi lebih

kurang dibawah 30 mA, karena alat-alat putarnya tidak bisa terlalu berat dengan

demikian maka kawat-kawat pengantar dari kumparan putar tidak bisa terlalu tebal.

Dengan demikian maka hanya untuk alat-alat ukur Amper yang mempunyai harga

skala yang maksimum dapat diukur oleh pengukur amper, yang lebih kecil dari kira-

kira 30 mA, arus I yang akan diukur mungkin dialirkan secara langsung pada

kumparan putar. Pada alat ukur amper skala maksimal tersebut mungkin hanya

beberapa micro amper.

1.7.2 Alat Pengukur Amper untuk Pengukur Arus-arus Besar

Untuk membuat satu pengukur amper yang mempunyai harga skala

maksimum lebih besar dari kira-kira 30 mA, maka suatu tahanan R2 dihubungkan

paralel pada kumparan putar, untuk mengelakkan arus-arus diatas dari 300 mA masuk

kedalam kumparan putar. Tahanan yang demikian ini biasanya disebut “tahanan

shunt”. Bila tahanan keseluruhan dari pada kumparan putar dan pegas-pegas

pengontrol yaitu tahanan-tahanan dari alat-alat berputar disebut sebagai R1, dan arus

yang harus diukur sebagai I, sedangkan arus yang masuk ke dalam kumparan putar

sebagai I’, maka didapat persamaan

I = mI’

1.7.3 Cara-cara Memperbaiki Karakteristik Temperature yang Lebih Teliti

Untuk memperbaiki karakteristik temperatur dari penunjukkan pada alat

amper kumparan putar yang lebih teliti, maka metoda Swinburne yang dipakai secara

luas. Tahanan-tahanan R1 dan R2 dibuat dari tembaga sedangkan R2, R4, dan R5 dibuat

dari manganin. Bila temperatur keliling naik, arus I5 akan membesar sedangkan arus-

arus I1, dan I3 akan menurun. Akan tetapi karena I3 turun secara lebih cepat dari I1,

perubahan pada I1 dapat dikurangi dengan memilih konstanta-konstanta setepatnya.

1.7.4 Tahanan Shunt untuk Arus-arus Besar

Tahanan shunt untuk arus-

arus berukuran besar pula dan

membangkitkan panas. Dengan

demikian maka untuk tahanan shunt

bagi arus-arus 30 A atau lebih,

sebaiknya tidak ditempatkan

didalam kota pengukur amper

bersama dengan bagian-bagian

lainnya, akan tetapi dihubungkan

dari luar. Tahanan shunt yang ditempatkan di luar tersebut, mempunyai penghubung-

panghubung untuk arus dan tegangan. Arus yang diukur dialirkan melalui

penghubung-penghubung arus, dan peralatan yang terdiri dari jaringan-jaringan yang

ada di sebelah kanan dari garis yang dipatah-patahkan, dihubungkan kepada

penghubung-penghubung potensial. Dalam banyak hal tahanan shunt dibuat

sedemikian rupa sehingga bila arus yang diperuntukannya mengalir melalui

penghubung-penghubung arusnya, maka perbedaan potensial di antara penghubung-

penghubung potensial yaitu perbedaan potensial alat pengukur arus adalah 50 mV.

Dengan demikian maka alat pengukur yang dipergunakan secara demikian ini, dipilih

untuk menunjuk harga skala maksimum bila perbedaan tegangan adalah 50 mV.

1.8 Alat Pengukur Volt Kumparan Putar

1.8.1 Konfigurasi Dasar

Dengan menghubungkan suatu tahanan seri kapada kumparan putar dari alat

ukur amper, dimana arus secara langsung masuk ke dalam kumparan putar, maka

suatu alat pengukur Volt dari type kumparan putar telah dapat dijelmakan. Bila

tahanan dari kumparan putar adalah R1 dan tahanan dari pada tahanan seri yang

ditempatkan bersamanya adalah R2, dan misalkan bahwa suatu tegangan V yang

hendak diukur ditempatkan pada ujung-ujung dari alat pengukur Volt, maka arus I

akan mengalir melalui kumparan putar, dan didapat persamaan

V = (R1 + R2)I

Dengan demikian, penunjukan bila arus yang melalui kumparan putar adalah I,

maka pada skala harus dinyatakan sebagai V.

1.8.2 Cara-cara untuk Memperbaiki Karakteristik Temperatur Penunjukan dari

Alat Penunjuk Volt

Tahanan seri yang dipergunakan dalam alat pengukur volt dibuat dari material yang

mempunyai tahanan yang tinggi, dan koefisien tahanan terhadap temperatur yang

dapat diabaikan seperti manganin. Seperti pula dalam alat pengukur amper, hal ini

dimaksudkan untuk mengurangi perubahan dari pada arus yang mengalir didalam

kumparan putar, sehingga dengan demikian mengurangi pula penunjukan alat dari

pengukur volt dengan perubahan temperatur keliling.

Manfaat

Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur penting yang dipakai untuk

bermacam arus, tidak hanya untuk arus searah, akan tetapi dengan alat-alat

pertolongan lainnya, dapat pula dipakai untuk arus AC. Pengukuran arus AC dapat

dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan meter DC dan yang khusus

untuk pengukuran AC. pembacaan arus dengan meter DC tidak akan bekerja dengan

benar jika langsung digunakan untuk mengukur arus AC, sebab arah dari pergerakan

jarum akan berubah sesuai setengah siklus dari arus AC. Pada prinsipnya alat ukur

maknit tetap bergerak seperti kumparan pada motor listrik, yaitu tergantung polaritas

voltase yang digunakan.

Jika kita ingin menggunakan meter DC untuk mengukur arus AC, maka arus AC

harus diubah terlebih dahulu ke bentuk DC. Kita dapat mengubahnya dengan

menggunakan alat yang disebut dioda. Kita lihat dioda yang digunakan dalam suatu

sirkit dapat menyelaraskan suatu frekuensi, yang berasal dari penyimpangan

gelombang sinus. Mengapa dan bagaimana dioda dapat bekerja seperti itu? Ingat,

dioda memiliki kanal satu arah tempat elektron mengalir, sehingga menjadi

penyearah. Yang cukup mengherankan, arah yang ditunjukkan pada simbol dioda

berlawanan dengan arah aliran elektron pada kenyataannya. Dalam bentuk jembatan,

empat dioda akan melayani arah aliran arus AC yang melewati meter sehingga arah

aliran arus AC konstan.

http://iksanadityo.blogspot.com/2009/04/v-behaviorurldefaultvml-o.html 09/oktber/2010