From Me To You

ALAT –ALAT UKUR LISTRIK

1. 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.