07. Pengukuran Besaran Listrik Potensiometer1

07. Pengukuran Besaran ListrikPOTENSIOMETER

7.1 Pendahuluan

Potensiometer merupakan sebuah instrumen penting dalam bidang pengukuran

listrik dan kalibrasi.

Potensiometer pada dasarnya digunakan untuk mengukur tegangan yang tidak

diketahui dengan cara membandingkannya terhadap tegangan yang diketahui,

dimana tegangan yang diketahui disuplai dari sebuah sel standar atau sumber

tegangan referensi yang diketahui.

Disamping itu, potensiometer juga dapat digunakan untuk :

1. menentukan arus, dengan hanya mengukur penurunan tegangan yang dihasilkan

arus tersebut melalui sebuah tahanan yang diketahui.

2. mengkalibrasi voltmeter dan ampermeter, dan melengkapi cara standar untuk

mengkalibrasi instrumen-instrumen tersebut.

Pengukuran yang didasarkan pada cara perbandingan akan menghasilkan tingkat

ketelitian yang sangat tinggi, karena hasil yang diperoleh hanya bergantung pada

ketelitian tegangan standar yang diketahui, dan bukan bergantung pada defleksi

aktual dari jarum penunjuk sebagaimana pada instrumen kumparan putar.

Prinsip dasar sebuah potensiometer adalah memanfaatkan keadaan setimbang atau

kondisi nol, maka jika kondisi setimbang dicapai, tidak ada daya yang diserap dari

rangkaian yang mengandung gaya gerak listrik ( ggl ) yang tidak diketahui, dan

sebagai akibatnya, penentuan tegangan tidak bergantung pada tahanan sumber.

7.2 Rangkaian-Rangkaian Potensiometer

7.2.1 Rangkaian Dasar

Prinsip kerja potensiometer didasarkan pada rangkaian gambar 1, yang memper-

lihatkan skema dasar dari potensiometer kawat geser ( slide wire ).

Adapun operasi rangkaian dasar pada gambar 1 adalah sebagai berikut :

1. Jika saklar S dipindah ke posisi “ operasi “ dan saklar kunci galvanometer dibuka,

maka baterai kerja akan mengalirkan arus ke tahanan dan kawat geser, dan arus

kerja yang melalui kawat geser dapat diubah dengan cara mengubah posisi dari

tahanan geser.

2. Untuk mengukur tegangan yang tidak diketahui ( E ), ditentukan dengan cara

bagaimana mendapatkan posisi kontak geser, sehingga galvanometer

menunjukkan defleksi nol jika saklar galvanometer ditutup.

Arus galvanometer nol, menunjukkan bahwa tegangan yang tidak diketahui ( E )

besarnya sama dengan penurunan tegangan E’ pada bagian xy dari kawat geser.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. S.O.D. Limbong PENGUKURAN BESARAN LISTRIK 1

( dengan perkataan lain penentuan nilai E adalah penentuan penurunan

tegangan E‘ sepanjang kawat geser ).

Catatan :

1. Kawat geser mempunyai tahanan yang sama sepanjang kawat.

2. Sebuah skala yang dikalibrasi, biasanya dalam centimeter atau millimeter yang

terdapat sepanjang kawat geser, sehingga kontak geser dapat dipindah-kan ke

posisi yang diinginkan.

3. Disebabkan tahanan kawat geser diketahui secara tepat, maka penurunan

tegangan sepanjang kawat atau sebagian kawat dapat dikontrol dengan

mengatur arus kerja.

Sebagai langkah awal dalam prosedur pengukuran, arus kerja perlu diatur atau

distandarkan ke sebuah tegangan referensi yang diketahui, seperti sel standar pada

gambar 1, dan caranya adalah sebagai berikut :

- kawat geser mempunyai panjang total 200 cm dan tahanan 200 Ω. Gaya gerak

listrik ( ggl ) tegangan referensi yang diperlihatkan sel standar 1,019 V.

- Sakalar S diletakkan pada posisi “ kalibrasi “ dan kontak geser ditempatkan pada

tanda 101,9 cm pada skala kawat geser.

- Selanjutnya tahanan geser diatur agar memberikan arus kerja, sehingga jika

saklar galvanometer ditutup, maka galvanometer tidak menghasilkan defleksi

( keadaan setimbang dicapai ).

- Pada kondisi setimbang ini, penurunan tegangan pada kawat sepanjang

101,9 cm sama dengan tegangan sel standar sebesar 1,019 V, dan karena

bagian kawat sepanjang 101,9 cm menyatakan tahanan sebesar :

(101,9 / 200 ) x 200 Ω = 101,9 Ω , maka arus kerja adalah: 1,019/101,9 = 10 mA

( sekali dikalibrasi, arus kerja tidak pernah berubah ).


Gambar 1

- Setelah potensiometer distandarkan, maka setiap tegangan dc yang kecil yang

tidak diketahui ( maksimum 1,6 V ) dapat diukur.

- Selanjutnya saklar S dipindahkan ke posisi “ operasi “ dan kontak geser

digerakkan sepanjang kawat sampai galvanometer tidak menunjukkan defleksi,

jika saklarnya ditutup ( kondisi setimbang dicapai ).

- Pada kondisi setimbang ini, besar tegangan E dapat ditentukan yaitu sama

dengan penurunan tegangan E’ sepanjang bagian xy.

Contoh 1 : Potensiometer yang ditunjukkan pada gambar 1, mempunyai baterai

kerja 3,0 V dan tahanan dalam diabaikan. Tahanan kawat geser

400 Ω dan panjang 200 cm. Sebuah skala 200 cm sepanjang kawat

geser mempunyai bagian skala 1 mm dan dapat diinterpolasi pada

nilai seperempat dari satu bagian skala.

Potensiometer distandarkan dengan sebuah tegangan referensi

1,0180 V dengan menyetel kontak geser ke posisi 101,8 cm pada

skala.

Tentukan : a. arus kerja

b. nilai tahanan geser

c. rangkuman pengukuran

d. resolusi instrumen dalam mV.

Penyelesaian :

a. Menghitung arus kerja :

instrumen distandarkan, tanda 101,8 cm pada skala sesuai dengan 1,0180 V ( E ’

pada gambar 1 ), maka 101,8 cm menyatakan tahanan sebesar = (101,8 / 200 )

x 400 Ω = 203,6 Ω. Jadi arus kerja = 1,0180 V / 203,6 Ω = 5 mA

b. Menghitung nilai tahanan geser

karena arus kerja = 5 mA, maka penurunan tegangan pada seluruh kawat geser

adalah : 5 mA x 400 Ω = 2,0 V, maka penurunan tegangan pada tahanan geser

adalah : 3,0 – 2,0 = 1 V, dan penyetelan tahanan geser menjadi = 1,0 V / 5 mA =

200 Ω.

c. Menghitung rangkuman pengukuran

rangkuman pengukuran ditentukan oleh tegangan total seluruh kawat geser,

yaitu : 5 mA x 400 Ω = 2,0 V

d. Menghitung resolusi instrumen

resolusi instrumen ditentukan dari tegangan yang dinyatakan oleh seperempat

dari satu bagian skala, yaitu : 0,25 mm. Karena panjang total200 cm menyata-

kan 2,0 V, maka resolusi :

( 0,25 mm / 200 cm ) x 2,0 V = 0,25 mV


7.2.2 Potensiometer Satu Rangkuman

Potensiometer tipe laboratorium modern menggunakan tahanan tingkat / dial resistor

yang telah dikalibrasi dan sebuah kawat geser berbentuk lingkaran kecil dengan satu

atau lebih gulungan, sehingga memperkecil ukuran instrumen.

Pada gambar 2, ditunjukkan diagram rangkaian sebuah potensiometer sederhana,

yang terdiri dari :

- gabungan 15 tahanan presisi dan kawat geser berbentuk lingkaran satu

gulungan ( pengganti kawat geser yang panjang ).

- Tahanan kawat geser 10 Ω dan tahanan-tahanan piringan masing-masing

mempunyai nilai 10 Ω, sehingga tahanan total saklar tingkat 150 Ω

- Kawat geser yang dilengkapi dengan 200 pembagian skala dan interpolasi

sebesar seperlima dari satu bagian skala dapat diperkirakan dengan baik.

- Arus kerja yang dipertahankan pada 10 mA, sehingga setiap langkah dari saklar

tingkat menyatakan tegangan 0,1 V, dan masing-masing bagian skala pada

kawat geser menyatakan tegangan 0,0005 V dan pembacaan dapat ditaksir

sampai sekitar 0,0001 V.

- Sebuah saklar fungsi dua posisi yang menghubungkan salah satu sel standar

atau ggl yang tidak diketahui ke rangkaian, dan saklar K dan tahanan seri

pengaman pada rangkaian galvanometer


Gambar 2

Untuk mengoperasikan galvanometer pada sensitivitas maksimal, tahanan penga-

man dihubung singkat dengan memasang kunci hubung singkat di dalam kontak

antara tahanan dan pengaman tersebut.

Contoh 2 : Potensiometer satu rangkuman seperti ditunjukkan pada gambar 2,

mempunyai saklar tingkat 20 langkah, dimana masing-masing langkah

menyatakan 0,1 V, dan tahanan masing-masing tingkat adalah 10 Ω.

Kawat geser 11 gulungan mempunyai tahanan 11 Ω, mengijinkan

saling menutupi sebagian antara penyetelan-penyete-lan saklar

tingkat. Skala kawat geser yang berbentuk lingkaran mempunyai 100

bagian skala, dan interpolasi dapat dilakukan pada seperlima dari satu

bagian skala. Baterai kerja mempunyai tegangan 6,0 V dan tahanan

dalamnya diabaikan.

Tentukan : a. rangkuman pengukuran

b. resolusi dalam μV

c. arus kerja

d. penyetelan tahanan geser

Penyelesaian :

a. Menghitung rangkuman pengukuran

Tahanan total rangkaian pengukuran Rm :

Rm = Rpiringan + Rkawat geser = ( 20 x 10 Ω ) + 11 Ω = 211 Ω

Karena setiap langkah 10 Ω menyatakan tegangan 0,1 V, maka rangkuman total

pengukuran = ( 211 / 10 Ω ) x 0,1 V = 2,11 V.

b. Menghitung resolusi

kawat geser 11 Ω menyatakan tegangan : ( 11 / 10 Ω ) x 0,1 V = 0, 11 V, jadi

tiap gulungan tahanan geser menyatakan = 0,11 V / 11 = 0,01 V = 10 mV.

Tiap bagian skala pada skala kawat geser = 1/100 x 10 mV = 0,1 mV atau

100 μV, jadi : resolusi instrumen = 1/5 x 100 μV = 20 μV.

c. Menghitung arus kerja

untuk mempertahankan tegangan 0,1 V pada setiap tahanan piringan 10 Ω,

maka besar arus kerja = 0,1 V / 10 Ω = 10 mA.

d. Menghitung penyetelan tahanan geser

karena tegangan pada keseluruhan tahanan pengukuran 2,11 V, maka

penurunan tegangan pada tahanan geser = 6,0 V – 2,11 V = 3,89 V.

Jadi penyetelan tahanan geser = 3,89 V / 10 mA = 389 Ω.


Langkah-Langkah Pengukuran Tegangan Potensiometrik

1. Kombinasi tahanan-tahanan piringan dan kawat geser, ditetapkan ke nilai

tegangan sel standar.

2. Saklar diset ke posisi “ kalibrasi “ dan saklar K dicabangkan ketika tahanan geser

diatur untuk memberikan defleksi nol pada galvanometer, dan untuk mencegah

kerusakan galvanometer selama pengaturan awal, rangkaian pengaman

dibiarkan di dalam rangkaian.

3. Pada waktu defleksi nol hampir dicapai, tahanan pengaman dihubung singkat

dan penyetelan akhir dilakukan dengan mengatur tahanan geser.

4. Pada waktu standardisasi selesai, saklar dipindah ke posisi “ operasi “, yang

berarti menghubungkan ggl yang tidak diketahui ke rangkaian ( instrumen dibuat

setimbang oleh piringan utama dan kawat geser, dengan tetap membiarkan

tahanan pengaman di dalam rangkaian ).

5. Pada saat kesetimbangan hampir dicapai, tahanan pengaman dihubung singkat

dan penyetelan akhir dilakukan untuk memperoleh suatu kondisi setimbang yang

sebenarnya.

6. Nilai tegangan yang tidak diketahui, dapat dibaca langsung dari penyetelan-

penyetelan piringan.

7. Arus kerja diperiksa dengan memindahkan saklar ke posisi “ kalibrasi “. Jika

penyetelan-penyetelan piringan persis sama dengan prosedur kalibrasi semula,

maka pengukuran yang dilakukan telah memenuhi, akan tetapi jika pembacaan

tidak sesuai, pengukuran kedua harus dilakukan dan kembali lagi ke pengujian

kalibrasi.

7.2.3 Potensiometer Dua Rangkuman

Pada gambar 3, ditunjukkan diagram rangkaian dari sebuah potensiometer dua

rangkuman, dimana R1 dan R2 adalah tahanan-tahanan rangkuman, dan saklar S

merupakan saklar rangkuman.

PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN AJAR-UMB Ir. S.O.D. Limbong PENGUKURAN BESARAN LISTRIK 6Gambar 3

Untuk lebih mudah dimengerti dan dianalisis tentang prinsip kerja dari potensiometer

ini, maka diagram rangkaian pada gambar 3 digambarkan dalam bentuk yang lebih

sederhana, dengan menghilangkan sebagian perincian rangkaian galvanometer dan

rangkaian kalibrasi, seperti ditunjukkan pada gambar 4.

Pada gambar 4 ditunjukkan bahwa : tahanan pengukuran total Rm terdiri dari kawat

geser yang dihubungkan seri dengan piringan utama. Piringan utama terdiri dari

15 tingkatan yang masing-masing mempunyai tahanan 10 Ω, sehingga tahanan

totalnya 150 Ω, dan tahanan kawat geser 10 Ω.

Arus pengukuran Im harus 10 mA, agar penurunan tegangan sebesar 1,6 V pada

piringan utama dan kawat geser ( pada tahanan pengukuran Rm ) dapat dicapai.

Jika saklar rangkuman diatur pada posisi : x 0,1, maka arus pengukuran Im harus

diturunkan menjadi sepersepuluh dari nilai semula, yaitu 1 mA, agar dihasilkan suatu

penurunan tegangan 0,16 V pada tahanan pengukuran Rm.

Hal penting dalam perencanaan rangkaian adalah membuat rangkaian mampu untuk

mengubah rangkuman pengukuran tanpa mengatur kembali tahanan geser atau

tanpa mengubah tegangan baterai kerja, dengan perkataan lain sekali instrumen-

instrumen telah dikalibrasi pada rangkuman ( x 1 ) yang mengikuti prosedur

standardisasi ( langkah-langkah pengukuran tegangan potensiometrik ) kalibrasi

rangkuman ( x 0,1 ) tidak diperlukan, dan kondisi ini memerlukan tegangan E ‘ harus

tetap sama pada kedua posisi saklar rangkuman.

Untuk memenuhi tegangan E ’ tetap sama untuk kedua rangkuman, maka arus total

baterai harus mempunyai nilai yang sama untuk setiap rangkuman pengukuran.

Pada gambar 5, ditunjukkan rangkaian dasar rangkuman ( x 1 ) dan ( x 0,1 ) yang

digunakan untuk menganalisis kerja potensiometer dua rangkuman pada gambar 4.


Gambar 4

Pada gambar 5a, ditunjukkan rangkaian dasar rangkuman ( x 1 ), dimana tahanan-

tahanan rangkuman R1 dan R2 dihubung paralel dengan tahanan total Rm,

sedangkan pada gambar 5b, ditunjukkan rangkaian dasar rangkuman ( x 0,1 ),

dimana tahanan rangkuman R1 dihubung paralel dengan kombinasi seri R2 dan Rm.

Rm ( R1 + R2 )

Tahanan total pada gambar 5a ; ------------------- …………………( * )

R1 + R2 + Rm

R1 ( R2 + Rm )

Tahanan total pada gambar 5b : -------------------- …..……………( ** )

R1 + R2 + Rm

Untuk membuat arus baterai konstan hanya mungkin dicapai, jika tahanan total dari

masing-masing rangkuman sama atau :

Rm ( R1 + R2 ) R1 ( R2 + Rm )

------------------- = ------------------- …………………( 7-1 )

R1 + R2 + Rm R1 + R2 + Rm

R1 Rm + R2 Rm = R1 R2 + R1 Rm

R2 Rm = R1 R2 atau R1 = Rm …………………( 7-2 )

Jadi, persamaan ( 7-2 ) menunjukkan bahwa baterai akan mengalirkan arus yang

sama pada kedua rangkuman, jika R1 = Rm.

Tegangan E ‘ harus sama pada kedua posisi saklar rangkuman, untuk mengubah

rangkuman-rankuman tanpa mengubah kalibrasi awal.

Untuk mengevaluasi E ‘, digunakan rangkaian pada gambar 5.

Pada posisi saklar pada x 1 ( gambar 5a ) :

E ‘ = Im Rm …………………( 7-3 )

Pada posisi saklar pada x 0,1 ( gambar 5b ) :

E ‘ = I2 R1 …………………( 7-4 )

Dari persamaan ( 7-3 ) dan ( 7-4 ), diperoleh :

E ‘ = Im Rm = I2 R1 …………………( 7-5 )

Subsitusikan persamaan ( 7-2 ) kedalam persamaan ( 7-5 ), diperoleh :

Im = I2 …………………( 7-6 )


Gambar 5

+

-

Im

E ‘

I1

Rm

R1

R2

It

a

+

-

0,1 Im

E ‘

I2

Rm

R1

R2

It

b

Persamaan ( 7-6 ), menunjukkan bahwa arus shunt I2 pada rangkuman x 0,1 harus

sama dengan arus Im pada rangkuman x 1.

Pada gambar 5a, arus baterai It :

It = I1 + Im …………………( 7-7 )

Pada gambar 5b, arus baterai It : It = I2 + 0,1 Im …………………( 7-8 )

Dari persamaan ( 7-7 ) dan ( 7-8 ) dan ( 7-6 ), diperoleh :

I1 + Im = I2 + 0,1 Im atau I1 = 0,1 Im …………………( 7-9 )

Akhirnya untuk menetapkan harga R2, perhatikan lagi gambar 5a. Penurunan

tegangan pada Rm harus sama dengan penurunan tegangan pada kombinasi R1 dan

R2, jadi :

I1 ( R1 + R2 ) = Im Rm …………………( 7-10 )

Subsitusikan persamaan ( 7-2 ) dan ( 7-9 ) kedalam persamaan ( 7-10 ), diperoleh :

0,1 Im ( R1 + R2 ) = Im R1 atau R2 = 9 R1 …………………( 7-11 )

Sebagai contoh : Pada gambar 4, jika tahanan pengukuran Rm = 160 Ω, maka R1 =

Rm = 160 Ω dan R2 = 9 R1 = 9 x 160 = 1440 Ω.

Karena arus pengukuran Im dianggap 10 mA pada rangkuman x 1, maka arus shunt

I1 = 0,1 x 10 mA = 1 mA, dan arus total baterai It = 1 + 10 = 11 mA.

Pada rangkuman x 0,1, arus pengukuran 0,1 Im = 1 mA dan arus shunt I2 = Im = 10

mA, dan juga memberikan arus total It = 10 + 1 = 11 mA, dan ini menunjukkan

bahwa persyaratan arus kerja yang konstan sudah dipenuhi.

7.2.4 Potensiometer Rangkuman Ganda

Potensiometer yang terdapat dilaboratorium umumnya adalah potensiometer presisi

yang mempunyai tiga rangkuman tegangan : rangkuman tinggi ( 1,6 V ), rangkuman

menengah ( 0,16 ), dan rangkuman rendah ( 0,016 V ).


Gambar 6

Pada gambar 6, ditunjukkan diagram rangkaian instrumen tiga rangkuman yang

disederhanakan, dimana dapat dilihat bahwa rangkaian saklar rangkuman sedikit

lebih rumit dibandingkan dengan potensiometer dua rangkuman.

Prinsip dari potensiometer tiga rangkuman sama seperti prinsip potensiometer

rangkuman lainnya, yaitu : pada saat memindahkan saklar dari satu rangkuman ke

rangkuman berikutnya, arus total baterai harus dijaga konstan agar kalibrasi dari

instrumen tidak berubah.

Standardisasi arus kerja dilengkapi dengan dua tahanan geser 10 gulungan yang

dihubung seri, yaitu : sebuah tahanan geser pengatur kasar dan sebuah tahanan

geser pengatur peka.

7.3 Kotak Volt

Potensiometer yang digunakan untuk pengukuran umumnya mempunyai rangkuman

tegangan 0 – 1,6 V. Jika tegangan yang diukur lebih tinggi, maka digunakan sebuah

pembagi tegangan presisi atau kotak volt untuk memperbesar batas ukur dari

potensiometer.

Pada gambar 7, ditunjukkan diagram rangkaian sebuah kotak volt rangkuman

3 V - 750 Vdc, dan dari gambar dapat dijelaskan :

- Tegangan yang diukur dihubungkan ke terminal antaran ( jala-jala ), dan

rangkuman tegangan yang diinginkan dipilih dengan mengatur saklar pilih

berputar.

- Nilai-nilai tahanan dipilih agar keluaran pembagi tegangan yang dihubungkan ke

potesiometer besarnya 150 V pada tegangan masukan maksimum di setiap

rangkuman.

- Pembagi tegangan tahanan tinggi digunakan, agar arus yang mengalir dari

sumber tegangan yang diukur dibuat menjadi sangat kecil, akan tetapi dalam

praktek , pemilihan nilai-nilai tahanan dapat disesuaikan, yaitu : tahanan tinggi


Gambar 7

untuk memperkecil arus yang mengalir dari sumber tegangan, walaupun

tahanan-tahanan rendah umumnya lebih stabil.

Tahanan-tahanan rendah akan menghasilkan sensitivitas galvanometer lebih

tinggi dan dapat memperkecil pengaruh kebocoran tahanan tinggi sekitar jepitan

kutub.

- Tahanan total relatif tinggi dan besarnya 750 Ω / V, sehingga arus yang mengalir

pada sumber tegangan yang tidak diketahui kecil, paling besar 1,33 mA.

7.4 Kotak Shunt

Dalam pengukuran presisi arus searah dan untuk kalibrasi ampermeter dc dan

wattmeter, digunakan kotak shunt bersama potensiometer.

Pada gambar 8, ditunjukkan diagram rangkaian dari sebuah kotak shunt , dan dari

gambar dapat dijelaskan :

- Arus yang diukur dialirkan melalui terminal antaran kotak, dan akan mengha-

silkan penurunan tegangan pada tahanan shunt.

Sebuah saklar putar yang memungkinkan pemilihan rangkuman arus yang diinginkan

dari 75 mA – 15 Adc.

- Tegangan keluaran di terminal potensiometer sama dengan 150 V, pada arus

maksimum di setiap rangkuman.

- Tahanan shunt total sebesar 2,0 Ω, disipasi daya maksimum 2,25 W, sehingga

kesalahan disebabkan pemanasan sendiri dari tahanan-tahanan dipertahankan

pada nilai minimumnya.

Sebagai contoh : dalam pengukuran tegangan yang dibangkitkan pada tahanan

shunt, diukur oleh sebuah potensiometer.

Jika saklar pemilih ditempatkan pada 0,75 A ( gambar 8 ), maka arus sebesar 600

mA akan membangkitkan tegangan keluar = ( 600 / 750 ) x 150 V = 120 mV.


Gambar 8

Sebaliknya, pembacaan potensiometer sebesar 120 mV menunjukkan bahwa shunt

mengalirkan arus sebesar = ( 120 / 150 ) x 750 m A = 600 mA.

7.5 Detektor Nol ( Galvanometer )

Di dalam sebuah potensiometer portabel biasanya terdapat sebuah detektor nol.

Detektor nol atau galvanometer ini merupakan sebuah bentuk lain dari gerak

d’Arsonval dan berfungsi untuk menunjukkan kondisi tidak setimbang ketika jarum

berdefleksi pada sebuah skala.

Pada dasarnya ada tiga jenis detektor nol atau galvanometer, yaitu :

1. Galvanometer jenis penunjuk dengan suspensi ban kencang ( taut-band ),

umumnya digunakan pada instrumen-instrumen portabel, dengan sensitivitas

1,0 μA – 0,1 μA pada setiap bagian skala.

2. Galvanometer refleksi yang dilengkapi dengan lampu dan skala, digunakan di

laboratorium, dan sensitivitasnya tinggi, umumnya dalam rangkuman

0,1 μA – 0,01 μA pada setiap bagian skala.

3. Detektor nol elektronik ( electronic null detector ) dengan rangkaian semi kon-

duktor dan mempunyai sensitivitas yang sangat baik pada impedansi masukan

yang tinggi, sangat kasar tetapi harganya cukup mahal.

Pemilihan sebuah detektor nol yang sesuai untuk suatu pemakaian tertentu,

dipengaruhi oleh beberapa faktor.

Pada galvanometer jarum penunjuk atau galvanometer refleksi : sensitivitas , taha-

nan kumparan galvanometer, perioda galvanometer, dan tahanan peredam kritis luar

dari rangkaian adalah merupakan faktor-faktor yang menentukan dalam pemilihan

sebuah detektor nol.

Pada umumnya dapat dikatakan bahwa sensitivitas galvanometer yang tinggi

berkaitan dengan perioda yang lama dan tahanan redaman luar yang besar, akan

tetapi sebuah galvanometer sensitivitas tinggi sulit di rangkai dan cenderung tidak

stabil pada titik defleksi nolnya, sehingga pemilihan galvano-meter sering

membutuhkan pertimbangan antara sensitivitas dan kemudahan operasi.

Pada gambar 9, ditunjukkan diagram rangkaian sebuah galvanometer refleksi

dengan lampu dan skala lengkap yang sudah terpasang di dalamnya, dan dari

gambar dapat dijelaskan :

- Lampu A diletakkan di bagian belakang instrumen, dan sinar cahaya dilewatkan

melalui sebuah tabung yang berisi sebuah lensa cembung B, dimana permukaan

lensa ini dilapisi perak dan dipasang menghadap ke lampu A, dan sebuah celah

persegi sempit yang sisi panjangnya vertikal. Sebuah garis rambut halus

menyilang celah paralel terhadap sisi panjangnya.


- Lensa-lensa akan menghasilkan sebuah bayangan dari filamen lampu dan garis

rambut melalui lensa akromatik C ke cermin galvanometer D yang terpasang

pada kumparan galvanometer.

- Cermin D ini akan berputar ketika merespons arus yang melalui kumparan, dan

memantulkan kembali berkas cahaya melalui lensa C menuju cermin silindris E,

dan disini bayangan tersebut diperbesar dan kemudian dipantulkan ke skala

penunjuk F.

Pengaruh gabungan dari lensa C dan cermin silindris E akan membentuk

bayangan utama garis rambut yang digunakan sebagai pedoman untuk

menunjukkan defleksi.

- Pada saat berkas cahaya dipantulkan oleh cermin D ke cermin silindris E, berkas

tersebut melewati gelas bening.

7.6 Potensiometer Menyetimbangkan Sendiri ( Self balancing Potensiometer )

Potensiometer jenis ini digunakan secara luas di industri, disebabkan tidak

memerlukan pengawasan dari operator.

Disamping dapat membuat kondisi setimbang secara otomatis, dan juga dapat

menggambarkan kurva dari besaran yang diukur.

Pada instrumen jenis ini, gaya gerak listrik ( ggl ) yang tidak setimbang dalam

potensiometer akan menghasilkan defleksi galvanometer, yang dimasukkan ke

sebuah penguat melalui sebuah konvertor, dan keluaran dari konventor ini akan

menggerakkan sebuah motor induksi dua fasa yang membuat kontak geser

potensiometer setimbang.


Gambar 9

Konventor dihubungkan antara keluaran potensiometer dan masukan penguat , yang

mengubah tegangan dc yang tidak setimbang menjadi tegangan ac yang tidak

setimbang dan dengan mudah dapat diperkuat oleh sebuah penguat ac ke nilai yang

diinginkan.

Pada gambar 10, ditunjukkan diagram rangkaian potensiometer yang

menyetimbangkan sendiri dan digunakan untuk pengukuran temperatur sebuah

termokopel , dan dari gambar dapat dijelaskan :

- Kovertor terdiri dari sebuah batang bergetar yang digerakkan secara sinkron dari

tegangan jala-jala, dimana batang tersebut berfungsi sebagai saklar yang akan

membalik arus melalui gulungan pemisah dari kumparan primer transformator

pada tiap batang getar.

- Pembalikan arus yang konstan pada masing-masing siklus vibrasi batang akan

mengubah tegangan dc yang tidak setimbang dari rangkaian potensiometer

menjadi tegangan ac pada kumparan sekunder transformator.

Keluaran ac dari konvertor sebanding dengan masukan dc ke konvertor dan

dimasukkan ke penguat.

- Gulungan lain dari motor disuplai oleh tegangan jala-jala, dan tegangan jala-jala

ac ini bergeser 900 terhadap tegangan output kapasitor di dalam rangkai-an

penggerak konvertor yang bergantung pada polaritas tegangan dc yang tidak

setimbang yang dimasukkan ke terminal konvertor.

Fasa tegangan penguat akan mendahului atau ketinggalan fasa sebesar 900 dari

tegangan jala-jala yang diberikan ke motor induksi.


Gambar 10

- Arah perputaran motor ditentukan oleh hubungan fasa antara kedua tega-ngan

pada kedua gulungan, dan secara berurutan ditentukan oleh polaritas tegangan

yang disuplai ke konvertor.

Jika ggl yang diukur lebih kecil dari tegangan kesetimbangan yang dihasilkan

potensiometer, maka keluaran penguat akan bergeser sebesar 1800 dan motor

akan berputar dalam arah yang berlawanan.

- Poros motor dihubungkan secara mekanis ke kontak kawat geser sedemikian

rupa, sehingga perputaran motor akan memperkecil ketidaksetimbangan dalam

rangkaian potensiometer, dan jika ggl yang diukur sama dengan tegangan

potensiometer, maka tegangan keluaran penguat adalah nol dan motor tidak

berputar. Jadi dalam setiap kondisi tidak setimbang, tegangan keluaran penguat

akan menyebabkan motor menggerakkan potensiometer ke kedudukan

setimbang.

- Motor yang menggerakkan kontak kawat geser yang berfungsi untuk

mempertahankan kesetimbangan potensiometer, secara mekanis dikopel ke

sebuah mekanisme pena, dan setiap gerakan kontak kawat geser diikuti oleh

suatu gerak simultan dari pena pada kart jalur.

Kart digerakkan oleh sebuah motor jam tersendiri dengan kelengkapan roda gigi

yang dapat diatur untuk mendapatkan kecepatan kart yang diinginkan.

- Ggl yang dihasilkan oleh termokopel adalah fungsi dari selisih temperatur antara

ujung panas dan ujung dingin dan variasi temperatur titik referensi dikompensir

oleh sebuah rangkaian kompensasi elektris

- Penurunan tegangan pada pada tahanan D, mengkompensir perubahan

temperatur titik referensi, sedangkan tahanan G berfungsi untuk menyetim-

bangkan penurunan tegangan pada D pada temperatur dasar yang diinginkan

Tahanan K dan S membentuk rangkaian pengukuran yang aktual, dan tahanan B

menghasilkan penurunan tegangan yang tepat untuk mengkali-brasi rangkaian

terhadap tegangan referensi, yang dalam hal ini adalah referensi dioda Zener.

7.7 Kalibrasi Voltmeter dan Ampermeter

Untuk mengkalibrasi voltmeter, ampermeter dan wattmeter umumnya digunakan

metoda potensiometer.

Potensiometer adalah sebuah alau ukur arus searah ( dc ), sehingga instrumen yang

akan dikalibrasi harus juga dari jenis arus searah atau eletrodinamometer.


Kalibrasi Voltmeter

Pada gambar 11, ditunjukkan diagram rangkaian pengukuran untuk kalibrasi sebuah

voltmeter arus searah.

Salah satu syarat yang harus dipenuhi dalam prosedur kalibrasi adalah tersedianya

sumber dc yang stabil, karena setiap perubahan pada tegangan sumber akan

menyebabkan perubahan pada tegangan kalibrasi voltmeter.

Gambar 11 menunjukkan :

Sebuah rangkaian pembagi tegangan terdiri dari dua tahanan geser yang berfungsi

untuk pengaturan tegangan kalibrasi secara kasar atau peka, dihubungkan ke

terminal sumber daya.

- Tegangan voltmeter diturunkan ke suatu harga yang sesuai untuk hubungan ke

potensiometer dengan menggunakan sebuah kotak volt.

- Tegangan yang disuplai ke kotak volt, diatur oleh dua tahanan geser sampai

jarum penunjuk berhenti pada suatu bagian skala utama.

Potensiometer dipakai untuk menentukan nilai sebenarnya dari tegangan ini.

- Jika pembacaan potensiometer tidak sesuai dengan penunjukkan voltmeter,

maka kesalahan positip atau negatip akan ditunjukkan.

Sejumlah bagian skala utama yang dipilih diperiksa melalui cara ini, pertama

pada pertambahan skala ( skala naik ), kemudian pada penurunan skala ( skala

turun ).

- Selanjutnya, dari hasil pembacaan yang dilakukan pada titik-titik skala yang

dipilih, kurva kalibrasi digambarkan.

Sebuah contoh mengenai data yang diperlukan untuk menggambarkan sebuah kurva

kalibrasi diberikan pada tabel 1.


Gambar 11

Tabel 1. Hasil kalibrasi sebuah voltmeter dc dengan metoda potensiometer

( dalam volt )

Pembacaan skala

Voltmeter dc

Pembacaan potensiometer

sebenarnya

Koreksi

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

0,00

0,95

2,00

3,05

4,10

5,10

6,15

7,10

8,15

9,20

10,25

0,00

-0,05

0,00

+0,05

+0,10

+0,10

+0,15

+0,10

+0,15

+0,20

+0,25

Dari tabel 1 diatas, kolom pertama menunjukkan bagian-bagian skala utama,

dimana pembacaan kalibrasi dilakukan, kolom kedua memberikan nilai sebenar-nya

dari tegangan kalibrasi yang diukur oleh potensiometer, dan kolom 3 menunjukkan

selisih antara nilai kedua tegangan, yang disebut dengan nilai koreksi. Nilai koreksi

didefinisikan sebagai pembacaan tegangan yang sebenar-nya dikurangi dengan

pembacaan skala.

Pada gambar 12, ditunjukkan kurva kalibrasi yang digambarkan berdasarkan data

yang diberikan pada tabel 1.

Karena proses kalibrasi ini memerlukan waktu yang banyak, maka metoda

potensiometer umumnya digunakan untuk mengkalibrasi voltmeter laboratorium

standar.


Gambar 12

Kalibrasi Ampermeter

Pada gambar 13, ditunjukkan diagram rangkaian yang digunakan untuk

mengkalibrasi sebuah ampermeter dengan metoda potensiometer.

Gambar 13, menunjukkan :

- Sebuah kotak shunt ( lihat gambar 8 ), dihubung seri dengan ampermeter yang

akan dikalibrasi.

- Tegangan pada kotak shunt diukur oleh potensiometer, dan arus melalui kotak

shunt juga akan melalui ampermeter.

- Karena tahanan shunt diketahui secara tepat, maka tegangan pada shunt diukur

oleh potensiometer.

Prosedur kalibrasi aktual di berbagai titik pada skala alat ukur mirip dengan kalibrasi

pada voltmeter.

Sebuah kurva kesalahan ( kalibrasi ) dapat digambarkan dengan cara yang sama

pada kalibrasi voltmeter.

Daftar Pustaka

1. Wiliam D. Cooper, “ Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran “

Jakarta, September 2008

Ir. S.O.D. Limbong


Gambar 13

07. Pengukuran Besaran Listrik Potensiometer1

Documents