2.2. Batas Kesalahan dari Alat Ukur

Transkripsi

1 MODUL 2 KEBAIKAN KERJA DAN CARA PEMAKAIAN ALAT UKUR VOLT & AMPER 24/03/2008 1

2 2. Pada Modul ini Saudara akan Membahas tentang: Kesalahan-kesalahan 2.2. Batas Kesalahan dari Alat Ukur Sebab-sebab b b b kesalahan dari Alat Ukur 2.4. Pemakaian Daya sendiri Alat Pengukur 2.5. Cara- menghubungkan Alat Pengukur Amper dan Alat Pengukur Volt 2.6. Pengukuran dari Arus Besar 2.7. Pengukran Arus arus kecil 24/03/2008 2

3 2.1 Kesalahan-Kesalahan 3 Untuk Mengetahui kebaikan kerja dari salah satu alat ukur maka KESALAHAN dijadikan salah satu ukuran yang penting. Kesalahan alat ukur dinyatakan dengan rumus berikut: M T = ε (Kesalahan Alat Ukur) T = Hrg yg sbnrnya dr kebesaran alat ukur (Komponen yg di ukur) kaitannya ketelitian M = Hrg yang di dpt dr pengukuran menggunakan AU (pembacaan nilai/data pengukuran) kaitannya ketepatan % ; Kesalahan relatif/ratio kesalahan/kesalahan Persentuil/Kesalahan = ε / T 24/03/2008

4 T M = α (Koreksi) % ; Ratio koreksi/koreksi relatif/harga numerik/koreksi Persentuil/Koreksi = α / M Misal : T = 25,0 A M = 24,3 A % ε atau % α Adalah ± 0,7 atau 2,8% dan 2,9% Jadi apa yg dimaksud dengan Pengukuran yg Teliti? J: Pengukuran dengan kesalahan yang kecil 24/03/

5 5 24/03/2008 Ketelitian : Menyatakan tk kesesuaian / dekatnya hsl pengukuran thd hrg sebenarnya Ketepatan : Menyatakan tk kesamaan di dlm seklp pengukuran/sejumlah instrumen Suatu indikasi dari ketepatan pengukuran diperoleh dari banyaknya angka-angka yang berarti (significant figures) Angka-angka yang berarti ini memberikan informasi yang nyata (actual) mengenai kebesaran dan ketepatan pengukuran. Makin banyak angka angka yang berarti, ketepatan pengukuran menjadi lebih besar

6 Contoh: Jika; R = 68 Ω Artinya tahanan ini akan lebih mendekati 68 Ω, dari pada 67Ω atau 69 Ω Jika; R = 68,0 Ω Berarti Nilai Tahanan ini akan lebih mendekati 68,0 Ω, dari pada 67,9Ω atau 68,1 Ω Pada Tahanan 68 Ω terdapat 2 angka yang berarti, sedangkan pada Tahanan 68,0 Ω memiliki 3 angka yang berarti. Jadi... Tahanan 68,0 Ω memiliki angka berarti yang lebih banyak, artinya mempunyai ketepatan yang lebih tinggi daripada tahanan 68 Ω Alasannya...?? Sebaiknyanya untuk mencatat suatu hsl pengukuran dgn menggunakan semua angka yang kita yakini paling mendekati ke harga sebenarnya. Misal: Jika sebuah Voltmeter dibaca 117,1 Volt; maka ini menunjukan penaksiran pengamat...?? 24/03/

7 Cara lain menyatakan hsl pengukuran ini adalah menggunakan Rangkuman Kesalahan yang mungkin (range of possible error) Sehingga tegangan di atas dpt ditulis: 117,1 ± 0,05 Volt ; (117,05 Volt dan 117,15 Volt) Dan Untuk mendapatkan hasil yg paling baik paling dekat dengan harga yg sebenarnya Nyatakanlah dalam NILAI RATA-RATA dari semua pembacaan 24/03/ om 7

8 Penyelesaian: (a). E rata-rata E 1 + E 2 + E 3 + E 4 = N 117, , , ,03 = 4 = 117,06 (b). Rangkuman E maksimum E rata rata = 117,11 117,06 = 0,05 V Tetapi juga E rata rata E minimum = 117,06 117,02 = 0,04 V Maka Rangkuman Kesalahan Rata-rata Menjadi : 0,05+ 0,04 = =± 0, V = ± 0, 04V /03/2008 8

9 Standar IEC no. 13B-23 Menspesifikasikan bahwa Ketelitian-ketelitian dari AU kumparan putar harus diberikan menurut klasifikasi dalam -8 Class- yaitu: ±0,05% ±0,1% ±0,2% ±0,5% ±1% ±1,5% ±2,5% ±5% Hal ini maksudnya yaitu; Bahwa kesalahan dari alat ukur menurut klasifikasi k di atas, adalah dalam batas-batas ukur penting seharusnya ada dalam batas-batas masing-masing Klasifikasi-klasifikasi di atas digolongkan dalam 4 (empat) golongan dengan ketelian dan kepresisian i yang berbeda b (Baca halaman 19 s.d 20 Buku 1) m 24/03/2008 9

10 Medan Magnit Luar Temperatur Keliling Pemanasan Sendiri Pergeseran dari titik Nol Gesekan-gesekan Umur Letak dari Alat Ukur 24/03/

11 Kemungkinan-kemungkinan k pengukuran berikutnya adalah apabila suatu alat ukur yang memerlukan pemakaian daya sendiri yang cukup besar, dihubungkan pada jaringan-jaringan pengukuran yang mengintroduksikan kesalahan-kesalahan, sehingga apa yang diukur akan mungkin banyak berbeda dari pada kebesaran yang sebenarnya harus didapatkan dari pengukuran. Contoh: I' = 1,5V / (75Ω + 15Ω) = 0,017 A 24/03/

12 (Baca halaman 22 s.d 25 Buku 1) 24/03/

13 24/03/

14 Prinsip Hukum Ohm Alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya tahanan dinamakan ohmmeter. Prinsip kerja alat ini berdasarkan hukum Ohm. Ketika suatu ampermeter dihubungkan langsung dengan sumber tegangan maka rangkaian peralatannya adalah seperti pada gambar di atas 24/03/

15 Pengukuran Tahanan dengan Ohmmeter Pada rangkaian seperti pada gambar di atas dapat diketahui bahwa kuat arus yang mengalir menjadi kecil (I < I). Dari pengurangan g penunjukan skala kuat arus tersebut dikonversikan sebagai penambahan tahanan yang diukur. Oleh karena itu cara penunjukkan skala dalam Ohmmeter adalah dari kanan ke kiri.` 24/03/

16 Pengukuran Tegangan Voltmeter harus memiliki tahanan alat ukur yang besar, agar tidak menarik arus yang kuat, sebab akan mengakibatkan turunnya tegangan sumber arusnya. a Selain itu akan menyebabkan kehilangan tegangan tambahan pada hantaran penghubungnya. Tetapi pada kenyataannya voltmeter tidak memiliki tahanan yang besar, maka untuk memenuhi fungsinya sebagai voltmeter perlu ditambahkan tahanan depan yang dihubungkan seri dengan pesawatnya. 24/03/

17 Pengukuran dari Arus yang Besar 24/03/

18 Pengukuran dari Arus-arus Kecil 24/03/

19 + I 1 I 2 R 1 R 1 a b R 3 R x 24/03/

20 Dalam metode ini hambatan R1 dan R2 dibuat tetap sedangkan hambatan Rs dapat dikalibrasi. Hambatan Rs diatur besarnya sedemikian rupa sehingga galvanometer menunjukkan angka nol (tidak ada arus yang melaluinya), keadaan ini dikatakan jembatan seimbang. Pada kondisi seimbang, titik iikp dan Q mempunyai potensial yang sama, sehingga beda potensial untuk R1 sama dengan Rs dan beda potensial R2 sama dengan Rx. Rasio kedua persamaan tersebut adalah: Pada jembatan Wheatstone yang seimbang, jarum galvanometer menunjukkan angka nol, hasil kali hambatan yang saling bersilangan sama besar. 24/03/

21 Arus beban besar Arus beban Kecil Cara pengukuran menurut bagan (a) ternyata bahwa arus yang ditunjukkan oleh amperemeter yaitu Ia besar Ia = Iv + Ib. Berarti besar arus yang ditunjukkan oleh amperemeter menjadi terlampau besar yang seharusnya besarnya Ib. Oleh karena itu pada penunjukkan daya tersebut terdapat kesalahan. Apabila pengukuran dilaksanakan seperti gambar (b), maka tegangan g yang ditunjukkan voltmeter menjadi Ev = Ea + Eb, sehingga dayanya Wb = Ev Ib atau Wb = (Ea + Eb )Ib yang seharusnya besar daya Wb = Eb. Ib, jadi penunjukan daya tersebut tetap lebih besar dari yang seharusnya. 24/03/

22 DC Analog Ammeter DC Analog Voltmeter 24/03/

23 Two Types of Multimeters DMM (digital) VOM (analog)

24 Types of Meters Analog meter: Uses a moving pointer and a printed scale to indicate values of voltage, current, or resistance. Volt-Ohm-Milliammeter (VOM): Allows all three kinds of measurements on a single scale or readout. Digital multimeter: Uses a numerical readout to indicate the measured value of voltage, current or resistance.

25 Direct Current Meters Direct current in a moving-coil meter deflects the pointer in proportion to the amount of current. A current meter must be connected in series with the part of the circuit where the current is to be measured. A dc current meter must be connected with the correct polarity.

26 Analog instruments use a moving coil meter movement. Current flow in the coil moves the pointer up- scale.

27 Meter Shunts Meter shunts are low-value precision resistors that t are connected in parallel l with the meter movement. Meter shunts bypass a portion of the current around the meter movement. This process extends the range of currents that can be read with the same meter movement.

28 Using Shunts to Increase Ammeter Range Fig 8 4: Example of meter shunt R in bypassing current around the movement to extend Fig. 8-4: Example of meter shunt R S in bypassing current around the movement to extend range from 1 to 2 ma. (a) Wiring diagram.

29 V M = I M x r M I S = I T -I M R S = V M I S V M = 50mV I S = 1 ma R S = 50 Ω Fig. 8-4: (b) Schematic diagram showing effect of shunt. With R S = r M the current range is doubled. (c) Circuit with 2-mA meter to read the current.

30 V M = x 50 = 0.05V or 50 mv Fig. 8-5: Calculating the resistance of a meter shunt. R S is equal to V M /I S.

31 I S = = A or 4 ma Fig. 8-5: Calculating the resistance of a meter shunt. R S is equal to V M /I S.

32 Divide V M by I S to find R S. R S = 0.05/0.004 = 12.5 Ω This shunt enables the 1-mA movement to be used for an extended range from 0-5 ma.

33 A voltmeter is connected across two points to measure their difference in potential. A voltmeter uses a high-resistance multiplier in series with the meter movement. A dc voltmeter must be connected with the correct polarity.

34 A multiplier resistor is a large resistance in series with a moving-coil meter movement which allows the meter to measure voltages in a circuit.

35 Using Multipliers to Increase Voltmeter Range DCV 9.9 kω R mult V M = I M x r M = 0.1 V 10 V R mult = V FS I M -r M Sensitivity = r M V M = 1000 Ω per volt For a 25 V range, change R mult to 24.9 kω. Note: sensitivity is not affected by the multipliers.

36 Typical Multiple Voltmeter Circuit Fig. : A typical voltmeter circuit with multiplier resistors for different ranges.

37 Voltmeter Resistance The high resistance of a voltmeter with a multiplier is essentially the value of the multiplier resistance. Since the multiplier is changed for each range, the voltmeter resistance changes.

38 Ohms-per-Volt Rating Analog voltmeters are rated in terms of the ohms of resistance required for 1 V of deflection. This value is called the ohms-per-volt rating, or the sensitivity of the voltmeter. The ohms-per-volt rating is the same for all ranges. It is determined by the full-scale current I M of the meter movement. The voltmeter resistance R V can be calculated by multiplying the ohms-per-volt rating and the fullscale voltage of each range.

39 When voltmeter resistance is not high enough, connecting it across a circuit can reduce the measured voltage. This effect is called loading down the circuit, This effect is called loading down the circuit, because the measured voltage decreases due to the additional load current for the meter.

40 High resistance circuits are susceptible to Voltmeter loading. Fig. 8-8: How loading effect of the voltmeter can reduce the voltage reading. (a) Highresistance series circuit without voltmeter. (b) Connecting voltmeter across one of the series resistances. (c) Reduced R and V between points 1 and 2 caused by the voltmeter as a parallel branch across R 2. The R 2V is the equivalent of R 2 and R V in parallel.

41 Fig. 8-9: Negligible loading effect with a high-resistance voltmeter. (a) High-resistance series circuit without voltmeter. (b) Same voltages in circuit with voltmeter connected, because R V is so high.

42 The loading effect is minimized i i by using a voltmeter with a resistance much greater than the resistance across which the voltage is measured. The loading effect of a voltmeter causes too low a voltage reading because R V is too low as a parallel resistance. The digital multimeter (DMM) has practically no loading effect as a voltmeter because its input is usually 10 to 20 MΩ on all ranges. The following formula can be used to correct for loading: V = V M + [R 1 R 2 /R V (R 1 + R 2 )]V M

43 An ohmmeter consists of an internal battery in series with the meter movement, and a current limiting resistance. Power in the circuit being tested is shut off. Current from the internal battery flows through the resistance being measured, producing a deflection that is: Proportional to the current flow, and Displayed on a back-off scale, with ohm values increasing to the left as the current backs off from full-scale deflection.

44 Fig. 8-10: How meter movement M can be used as an ohmmeter with a 1.5-V battery. (a) Equivalent closed circuit with R 1 and the battery when ohmmeter leads are short-circuited for zero ohms of external R. (b) Internal ohmmeter circuit with test leads open, ready to measure an external resistance.

45 Fig Resistance R T is the total resistance of R X and the ohmmeter s internal resistance. NOTE: R X is the external resistance to be measured. The ohmmeter s internal resistance R i is constant at , or 1500 Ω here. If R X also equals 1500 Ω, R T equals 3000 Ω. The current then is 1.5 V/3000 Ω, or 0.5 ma, resulting in half- The current then is 1.5 V/3000 Ω, or 0.5 ma, resulting in half scale deflection for the 1-mA movement.