Pembebanan Voltmeter

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Wednesday, 15 April 2015 Published Date Written by Drs. Hendro Hermanto, MT.

PEMBEBANAN VOLTMETER

Oleh Drs.Hendro Hermanto,M.T. Widyaiswara PPPPTK BOE Malang

email : hendro@vedcmalang.or.id

Abstrak :

Pengukuran akan selalu mendapati kesalahan, selain memperkirakan seberapa hasil yang didapat, juga seberapa kemungkinan kesalahan. Dalam melakukan pengukuran harus dipilih kemungkinan kesalahan yang paling kecil. Karena tahanan dalam voltmeter yang besarnya tergantung batas ukur, akan mengubah rangkaian. Dan akan membebani rangkaian.

Kata kunci : kesalahan ukur, tahanan dalam, batas ukur, membani.

Tahanan dalam Voltmeter

Voltmeter untuk menunjukkan nilai yang diukur melakukan pengubahan (convertion/konversi) dari tegangan/arus menjadi gerakan mekanis jarum penunjuk. Maka voltmeter memerlukan lililtan yang mengubah arus listrik menjadi medan magnet yang kemudian menjadi gerakan.

Gambar 1. Konversi listrik ke gerakan jarum

Besar kecilnya kumparan akan mempunyai nilai resistansi yang berbeda. Supaya tidak menarik arus yang besar,maka dibuatlah kumparan yang mempunyai nilai resistansi yang besar. Tatapi kalau terlalu besar maka arus yang dibangkitkan kurang untuk menggerakkan jarum. Secara ideal, Voltmeter harus memiliki tahanan dalam tak hingga, sehingga tidak mengambil arus dalam rangkaian. Tetapi tahanan kumparan sangat jauh dari tak hingga, dan besarnya juga tergantung dari batas ukur tertentu yang dipilih. Sebagai contoh, sebuah Voltmeter memiliki sensitivitas 20kW/V untuk tegangan DC seperti terlihat dalam Gambar 2 kiri.

Gambar 2. Sensitivitas Voltmeter

Sebagai contoh, dengan batas ukur 10V, maka resistansi Voltmeter besarnya :

RV=20kΩ/V∙10V=200kΩ 

Untuk batas ukur 250V, maka resistansi Voltmeter besarnya :

Pengaturan atau pemilihan batas ukur harus dipilih lebih tinggi sedikit dari harga yang diukur, sebagai contoh tegangan suatu titik diperkirakan 8V maka batas ukur yang dipilih 10V bukan 50V. Hal ini untuk menghidari besanya kesalahan ukur.

Gambar 3. Nilai Kesalahan

Nilai kesalahan yang dapat terjadi, dengan kesalah 1 strip pada batas ukur 10V akan berbeda pada batas ukur 50V, walau kesalahannya sama-sama 1 strip

Nilai 1 strip pada BU=10V ;

10V dan 8V diambil karena itu yang diambil samplenya dan yang terlihat dalam Gambar 3

Nilai 1 strip pada BU=50V ;

 

Jadi demikian cara pemilihan batas ukur supaya jika terjadi kesalahan, maka kesalah dapat sekecil mungkin.

Efek Pembebanan

Efek pembebanan terburuk dapat terjadi pada rangkaian yang bertahanan tinggi dan pada tegangan rangkaian yang rendah. Sebagai contoh, sebuah rangkaian seri tahanan yang masing-masing bertahanan sama seperti pada Gambar 4. Secara teori, nilai yang mestinya didapat adalah:

Gambar 4. Rangkaian pengukuran

Gambar 5. Pembebanan alat ukur

Berapakah nilai tegangan di titik A-B setelah terpasangnya Voltmeter? Karena perkiraan tegangan yang akan diukur adalah 6V, maka dipilihlah BU=10V ini memiliki tahanan dalam RV sebesar 200kW. Maka secara teroritis nilai tegangan dititik A-B bisa dihitung setelah terpasang Voltmeter.

 

Maka tegangan pada titik A-B :

Terlihat ada kesalahan, dari yang seharusnya 6V hanya terbaca/diperkirakan hanya 4,79V atau sekitar 20,1%

Bisa dicoba membuat percobaan dengan rangkaian seperti Gambar 5 dan alat ukur yang mirip, apakah hasil pengukurannya sama dengan perkiraan hasil ukur diatas. Atau bisa juga dilakukan simulasi dengan EWB (Electronics Workbench)`

Gambar 6. Simulasi EWB rangkaian seri dua resistor

Dalam Gambar 6 setelah rangkaian pengukuran selesai dibuat, voltmeter di set dahulu supaya menyerupai alat ukur / voltmeter yang akan digunakan. Dengan membuka properties voltmeter, resistance-nya diubah menjadi 200kΩ, ini sama dengan tahanan RV voltmeter pada bahasan pada Gambar 5 pada batas ukur 10V. Setelah itu klik  dan jalankan simulasi dengan men-klik tombol daya  di kanan atas.

Gambar 7. Hasil simulasi EWB

Gambar 7 memperlihatkan hasil simulasi, ternyata tegangan UA-K besarnya 4,8V hal ini cocok dengan perhitungan. Dalam perhitungan hasil UA-K = 4,79V kalau dibulatkan akan sama dengan 4,8V.

Berikutnya jika resistor R1 dan R2 diganti nilainya menjadi 100Ω, lakukan perhitungan dan percobaan dengan rangkaian nyata dan juga dengan simulasi. Bandingkan hasilnya.

Hasil teoritis pasti 6V saat tanpa voltmeter

    *)  // = paralel

Maka tegangan pada titik A-B :

Terlihat ada kesalahan, dari yang seharusnya 6V hanya terbaca/diperkirakan sebesar 5,99V atau sekitar 0,16%

Gambar 8. Simulasi EWB dengan nilai R rendah

Gambar 9. Hasil simulasi EWB dengan tahanan yang rendah

Hasil simulasi dengan voltmeter terpasang UA-K = 5,994V nilai yang sesuai dengan perhitungan dengan Voltmeter terpasang

Hasil pengukuran dengan voltmeter terpasang UA-K = ........V

 

Kesimpulan

Dengan adanya Voltmeter saat pengukuran membuat rangkaian pengukuran berubah,sehingga tahanan dalam voltmeter akan membebani dan membuat hasil ukur tidak sama dengan hasil perhitungan. Dengan demikian walau salah, dapat difahami seberapa kesalahannya, dan saat pengukuran bisa diupayakan kesalahan sekecil mungkin.

Daftar Pustaka

Veley F Victor,AC/DC Electricity and Electronics Made Easy, TAB BOOKS Inc., Blue Ridge Summit,PA, 1981

 

Heinz Haeberle, Fachkunde Informationselektronik , Wuppertal; Verlag Europa Lehrmittel,1984