ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR
1.
Stru Strukt ktur ur ala alatt ukur ukur kup kupar aran an put putar ar
Alat Alat ukur ukur kumpar kumparan an putar putar adalah adalah alat pengu pengukur kur,, yang yang bekerj bekerjaa atas atas dasar dasar adanya adanya suatu suatu kumpar kumparan an listrik listrik,, yang yang ditemp ditempatk atkan an pada pada medan medan magnet magnet,, yang yang berasal dari suatu magnet pemanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabakan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang penting yang dipakai untuk bermacam arus, yaitu arus searah, arus bolak-balik. Pada dasarnya Alat kumparan putar ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang bergerak dan bagian yang diam. Bagian yang bergerak terdiri dari kumparan putar, jarum penunjuk dan beban penyeimbang. Sedangkan bagian yang diam terdiri dari medan karena magnet permanen, pegas atau per serta penyangga.
Gambar 1. Alat kumparan putar terdiri dari kumparan putar, jarum penunjuk, beban penyeimbang, penyeimbang, magnet permanent, pegas dan penyangga.
Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus terhadap kumparan putar. Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus
terhad terhadap ap kumpar kumparan an putar. putar. Beban Beban penyei penyeimba mbang ng dileta diletakka kkan n di belaka belakang ng jarum jarum penunjuk yang berfungsi sebagai penyeimbang sehingga poros penyangga jarum penunjuk berada tepat di titik beratnya. Tujuan diberikannya beban penyeimbang ini adalah untuk mengurangi gesekan serta goncangan pada jarum penunjuk ketika menyimpang atau berdefleksi. Magnet permanent yang diberikan berguna untuk membangkitkan medan magnet di sekitar kumparan putar dan akan menimbulkan momen gerak pada kumparan putar apabila dialiri arus. Penyangga pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk menahan berat kumparan putar beserta jarum penunjuknya. Gesekan yang terjadi antara penyangga (jewel) dengan poros perputarannya (pivot) harus diusahakan sekecil mungkin. Pegas atau per yang dipasang pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk memberikan momen perlawanan terhadap momen gerak sehingga didapat suatu keseimbangan kes eimbangan momen atau gaya pada harga penunjuknya.
2.
Prinsip Ke Kerja
Alat Alat ukur ukur kump kumpar aran an puta putarr beke bekerj rjaa atas atas dasa dasarr prin prinsi sip p dari dari adan adanya ya suat suatu u kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnet, yang berasal dari suatu magnet magnet pemane pemanen. n. Arus Arus yang yang dialir dialirkan kan melalu melaluii kumpar kumparan an akan akan menyeb menyebabk abkan an kump kumpar aran an terse tersebu butt berp berput utar ar.. Alat Alat ukur ukur kump kumpara aran n putar putar tida tidak k hany hanyaa dapa dapatt digunakan untuk mengukur arus searah, akan tetapi juga dapat digunakan untuk arus bolak-balik. Magnet permanan yang memiliki kutub utara dan selatan dan diantara kutub-kutub tersebut ditempatkan suatu silinder inti besi. Hal tersebut akan menyebabkan terbentuknya medan magnet yang rata pada celah diantara kutub magnet dan silinder inti besi besi, yang masuk melalui kutub-kutub ke dalam silinder, secara radial sesuai dengan arah-arah panah. Dalam celah udara ini ditempatkan kumparan yang dapat melalui sumbu. Bila arus searah yang tidak diket iketah ahu ui
besa besarn rnya ya
men mengali galirr
mela melalu luii
kumpa umpara ran n
ters terseb ebu ut,
suat suatu u
gay gaya
elektromagnetik/yang mempunyai arah tertentu akan dikenakan pada kumparan putar, sebagai hasil antara arus dan medan magnet. Arah dari gaya dapat ditentukan menurut ketentuan dari teori fleming. Besarnya dari gaya ini dapat diturunkan dengan mudah. Pada setiap ujung dari sumbu, ditempatkan pegas yang
salah satu ujungnya melekat padanya sedangkan ujung yang lain pada dasar 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 membaerikan pada sumbu yang berlawanan arahnya. Prinsip kerja alat ukur kumparan ini adalah adanya gaya pada penghantar berarus yang diletakkan pada medan magnet (berdasarkan percobaan Lorentz). Pada ada alat alat ukur ukur kumpa umpara ran n putar utar pad pada umum umumny nyaa terd terdap apat at bate batera raii yang ang memungkinkan arus searah melalui alat ukur tersebut saat probe dihubungkan sehingga kemudian jarum penunjuknya bergerak. Simpangan atau defleksi jarum penunjuk terjadi karena adanya interaksi antara arus dan medan magnet pada kumparan putar. Arus pada kumparan putar mengakibatkan gaya elektromagnetis yang memiliki arah tertentu sehingga jarum menyimpang sebesar q. Simpangan dinyatakan dengan momen gerak Td = BnabI Dengan B = medan magnet di celah udara a= panjang kumparan b= lebar kumparan n= banyaknya lilitan I= arus 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 arahnya dengan arah Tp. Bila kionstanta pegas dinyatakan dinyatakan sebagai τ, maka besar Tc dapat dinyatakan sebagai : Tc = τ θ Bila sumbu dan kumparan berputar melalui sudut akhir sebesar Өo, maka dalam dalam keadaa keadaan n seimban seimbang g ini Tp = Tc, sehing sehingga ga terdapa terdapatt persam persamaan aan sebaga sebagaii berikut:
τӨo = Bnab I
dan dari sini Өo = (Bnab / τ ) I Dengan demikian sudut akhir Өo dari putaran sumbu yang menjadi tempat meleka melekatt penunj penunjuk, uk, di tentuk tentukan an oleh oleh persam persamaan aan di atas. atas. Kebesar Kebesaran-k an-kebe ebesara saran n (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 akhi akhirr dari dari penu penunj njuk uk,, pada pada alat alat peng penguk ukur ur kump kumpara aran n puta putar, r, di tent tentuk ukan an oleh oleh hubung hubungan an antara antara momen momen pengge penggerak rak dan momen momen pengon pengontro trol, l, dan dinyat dinyataka akan n dalam persamaan di atas.
Pergerakan Pergerakan dan redaman
Gambar 2 Osilasi dari suatu massa yang digantungkan pada suatu pegas cylindrical helical helical.. Pengar Pengaruh uh redama redaman n dan perhat perhatika ikan n gambar gambar (3). (3). Gamb Gambar ar terse tersebu butt memperlihatkan suatu pegas dimana salah satu ujungnya mati, sedangkan ujung yang lainnya bebas. Pada ujung ujung yang bebas ini ditempatkan ditempatkan suatu pemberat, dan dalam keadaan seimbang dimana gaya gravitasi dilawan oleh gaya pegas, terdapat keadaan stationer yang diperlihatkan pada gambar 3(a). Bila pemberat ditarik kebawah dan posisi dilepaskan gambar 3(b), maka pemberat akan berosilasi antara (b) dan (c) disekitar titik stationer (a). Dan bila tidak ada gaya yang meredamnya maka pemberat akan berosilasi selamanya.
Peredaman Pada Alat Ukur
Dalam Dalam alat alat ukur ukur kumpar kumparan an putar, putar, pada pada umumny umumnyaa kumpar kumparan an putarn putarnya ya dibuat dibuatkan kan dengan dengan kerang kerangka ka dari dari alumin aluminium ium.. Secara Secara listrik listrik kerang kerangka ka tersebu tersebutt merupakan merupakan jaringan hubungan hubungan pendek, dan memberikan memberikan pada kumparan. kumparan. Bila kumparan putar, yang disebabkan oleh arus I yang mengalir melaluinya, maka dalam dalam kerang kerangkan kanya ya akan akan timbul timbul arus arus induks induksi. i. Ini diseba disebabka bkan n karena karena putara putaran n 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 Id mengalir dalam kerangka kumparan. Sebaliknya arus Id 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. Demikianlah terjadi momen peredam, dan momen ini berusaha untuk melawan perputaran. Bila Bila sesuatu sesuatu keadaa keadaan n dihada dihadapi pi dimana dimana penamp penampang ang dari dari pada pada kerang kerangka ka adalah kecil sedangkan tahanannya (secara listrik) besar, maka Id yang terjadi akan kecil. Dalam hal ini maka momen redam yang dihasilkan akan lemah dan penumjuk akan berosilasi disekitar A dan secara gradual akan menunjukan titik akhir tersebut seperti dilihatkan pada gambar. Bila tahanan listrik pada kerangka kerangka kecil maka Id akan dapat besar, yang menghasilkan momen peredam yang kuat pula. Dalam hal ini maka perlawanan terhadap perputaran akan besar , dan pergerakan penunjuk tidak lagi bebas. Momen penggerak dan momen pengontrol pada alat ukur kumparan putar mempunyai kesamaan nya dengan gravitasi yang bekerja pada pada pemberat dan gaya tarik dari pegas. Jadi bagian yang berputar yaitu kumparan, sumbu dan alat penunjuk, akan berisolasi pada Өo, bila tidak ada momen lain yang meredamnya yang yang meny menyeb ebab abka kan n penu penunj njuk uk berh berhen enti ti pada pada Өo. Өo. Dala Dalam m kead keadaa aan n tida tidak k 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 dapat di gunaka gunakan n dengan dengan demiki demikian an diperl diperluka ukan n adanya adanya pereda peredam, m, disamp disamping ing momen-m momen-mome omen n pengge penggerak rak dan pengon pengontro trol, l, maka maka penunj penunjuk uk akan akan akan akan dapat dapat sampai pada harga akhirnya dengan cepat. Aksi peredaman yang mempergunakan prinsip-prinsip elektromaknetis ini di kenal sebagai redaman elektromagnetis. Kurve A(under damp) menyatakan peredaman kurang , sedangkan Kurve B(over damp) 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(critical damp), 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, diperlukan untuk untuk sampai sampai pada pada harga harga akhir akhir yang yang hendak hendak dibaca dibaca dalam dalam batas-b batas-batas atas yang yang secapat mungkin. Sehingga pengukuran yang benar dapat di peroleh dengan cepat.
3.
Kele Ke lebi biha han nd dan an Ke Kele lema maha han n
a. Kele Kelebi biha han: n: •
Memerlukan daya rendah
•
Dapa Dapatt dimo dimodi difi fika kasi si deng dengan an bant bantua uan n shun shuntt dan dan taha tahana nan n seri seri untu untuk k memperbesar batas ukur arus dan tegangan.
•
Peredaman dengan arus sangat efektif
•
Karena medan yang bekerja pada alat ukur sangat kuat, alat ukur tidak banyak dipengaruhi oleh medan magnet magnet luar.
b. Kelemahan: •
Karena kontruksi yang bagus dan perlunya kecermatan permesinan dan perakitan dari berbagai suku cadang, alat ukur ini lebih mahal.
•
Beberap Beberapaa kesala kesalahan han (error) (error) terjadi terjadi karena karena pegas pegas contro controll dan magnet magnet permanent yang sudah tua atau lama pemakaiannya
Alat ukur ini pada umumnya hanya digunakan rangkaian listrik searah tetapi kadang-kadang juga digunakan dengan diberi penyearah atau sambungan thermo untuk pengukuran listrik bolak-balik pada batas-batas frekuensi tertentu. Alat ukur kumpar kumparan an putar putar jenis jenis magnet magnet perman permanent ent ini dapat dapat dipaka dipakaii sebaga sebagaii ammeter ammeter dengan bantuan tahanan shunt atau sebagai voltmeter dengan bantuan tahanan shunt atau dengan bantuan tahanan seri yang besar.
4.
Penguk Pengukur ur Arus Arus (Amp (Amper ereme emeter ter)) kumpar kumparan an puta putarr
Alat Alat ukur ukur kumpar kumparan an putar putar pada pada dasarny dasarnyaa adalah adalah alat alat penguk pengukur ur arus arus atau atau pengukur amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar dibatasi lebih kurang di bawah 30 mA. Hal ini disebabkan alat-alat putarnya tidak dapat terlalu berat sehingga kawat-kawat penghantar dari kumparan tidak terlalu tebal. Harga maksimum yang dapat diukur oleh pengukur ampare ini lebih kecil dari kira-kira 30 mA.
Gambar 3. Ammeter kumparan putar
Agar pengukur ampare ini dapat melakukan pengukuran arus yang lebih besar dari 30 mA, maka dapat dilakukan dengan menambahkan suatu hambatan yang dihubungkan parallel pada kumparan putar.
Gambar 4. (a) Ammeter dengan rangkaian shunt (b) Voltmeter dengan rangkaian Shunt Jika tahanan total pada kumparan putar dan pegas-pegas pengontrol disebut R1 , , sedangkan arus yang diukur adalah I, kemudian arus yang masuk ke dalam kumparan disebut dengan I” maka akan berlaku persamaan –persamaan berikut: I = I = m I "
m adalah harga factor perkalian (multiplikasi) dari shunt. Walaupun arus yang masuk sebenarnya ke dalam kumparan putar adalah I’, tapi harga skala yang diberikan sesuai dengan arus I sehingga memungkinkan untuk pengukur ampere dengan tahanan shunt ini untuk mengukur arus sebesar m kali lebih besar. Sebagai contoh, bila diberikan tahanan shunt sebesar 5,005 mW dan dipasang parallel dengan suatu kumparan putar pengukur arus yang mempunyai harga skala maksimum 100 m A dan tahanan dari alat putarnya (pegas) sebesar 5 kW maka faktor perkalian yang diperoleh adalah sebesar ’ Sehingga arus yang diuukur adalah 100mA. I = I = m I '= I '= 1.000 x100 x100 = 100mA.
5.
Penguk Pengukur ur Tegan Tegangan gan (Vol (Voltme tmete ter) r) kumpa kumpara ran n putar putar
Konfigurasi dasarnya adalah dengan menghubungkan suatu tahananan seri dengan kumparan putar alat ukur arus dimana arus secara langsung masuk ke dalam kumparan putar.Jika tahanan dari kumparan putar adalah R1 dan tahanan seri yang dipasang adalah R2, maka jika tegangan yang akan diukur diletakkan di ujun ujung g dari dari alat alat ukur ukur tega tegang ngan an terseb tersebut ut,, maka maka arus arus I akan akan meng mengali alirr melal melalui ui kumparan putar dan dipenuhi persamaan sebagai berikut: V = (R1+R2 ) ) I Jadi walaupun arus yang mengalir melalui kumparan putar adalah I, namun jarum penunjuk akan menunjukkan menunjukkan skala berupa tegangan V. Sebagai contoh, jika terdapat suatu tahanan yang mempunyai harga 7,5 kW dihubungkan secara seri dengan suatu kuparan putar yang mempunyai harga skala maksimal 4 mA dan tahanan dalam sebesar 3 W maka diperoleh : V = (3 + 37.500)0,004 = 150 V pada I pada I = = 4mA 4mA.. Sehingga telah diperoleh pengukur tegangan dengan skala maksimal 150 V. Taha Tahana nan n seri seri yang yang dipe diperg rgun unak akan an dala dalam m alat alat peng penguk ukur ur volt volt dibu dibuat at dari dari material yang mempunyai tahanan yang tinggi, dan koefisien tahanan terhadap temper temperatur atur yang yang dapat dapat diabai diabaikan kan seperti seperti mangan manganin. in. Seperti Seperti pula pula dalam dalam alat alat pengukur amper, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi mengurangi perubahan dari pada arus yang mengalir didalam kumparan putar, sehingga dengan demikian mengurangi pula penunjukan alat dari pengukur pengukur volt dengan perubahan temperatur keliling.
6.
Manfaat
Alat Alat ukur ukur kumpar kumparan an putar putar adalah adalah alat alat ukur ukur pentin penting g yang yang dipaka dipakaii untuk 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 khusus untuk untuk penguk pengukura uran n AC. pembac pembacaan aan arus arus dengan dengan meter meter DC tidak tidak akan 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 list listrik rik,, yait yaitu u terg tergan antu tung ng pola polari rita tass volt voltas asee yang yang digu diguna naka kan. n. Jika Jika kita kita ingi ingin n 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 kanal satu arah tempat tempat elektr elektron on mengal mengalir, ir, sehing sehingga ga menjad menjadii penyea penyearah rah.. Yang Yang cukup cukup menghe mengheran rankan kan,, arah yang yang ditunj ditunjukk ukkan an pada pada simbol simbol dioda dioda berlaw berlawana anan n 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.
