Prinsip Kerja Alat Ukur

PRINSIP KERJA ALAT UKUR

Permanent Magnet Moving Coil (PMMC) Alat ukur tipe ini memanfaatkan hubungan hubungan antara medan medan magnet dan medan listrik. Sebagai Sebagai cont contoh oh jaru jarum m penu penunj njuk uk komp kompas as akan akan meng mengal alam amii simp simpan anga gan n yang yang arah arah dan dan besa besar r simpangannya simpangannya dipengaruhi oleh arah dan besar arus yang lewat di sekitar kompas tersebut. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Pergerakan jarum kompas atas pengaruh medan listrik

Gambar 1A adalah keadaan saat tahanan 6 ohm dihubungkan kesumber tegangan 6 volt, arus sebesar sebesar 1 ampere ampere akan mengakibatka mengakibatkan n jarum jarum kompas kompas menyimpa menyimpang ng 90o. 90o. Gambar 1B menunjukkan posisi jarum kompas yang hanya menyimpang 45o karena tahanan tahanan dinaikka dinaikkan n menjadi menjadi 12 Ohm, yang mana berarti arus yang yang lewat lewat berkuran berkurang g menjadi 0,5 ampere. Gambar 1C menunjukkan arah simpangan berubah karena arah arus yang ikut berubah.

Dengan prinsip kerja di atas maka dapat dimodifikasi dengan mempermanenkan mempermanenkan magnet sehin sehingga gga yang yang menyi menyimpa mpang ng adalah adalah kumpa kumparan ranny nya. a. Bila Bila penyi penyimpa mpanga ngan n kumpa kumparan ran dikon dikonver versi si menja menjadi di suatu suatu besara besaran n ukur ukur maka maka didap didapatk atkan an lata lata ukur ukur denga dengan n prinsi prinsip p magnet permanen dan kumparan yang menyimpang atau permanent permanent magnet moving coil (PMMC). coil (PMMC).

Dicky Arinanda Arifin ST,MT

Universitas Mercu Buana

PMMC setelah dialiri listrik PMMC sebelum dialiri listrik Gambar 2. Ilustrasi prinsip kerja PMMC

Selain itu ada pula bagian lain yang harus ditambahkan pada suatu rangkaian PMMC, yaitu: 1. Pegas Sebelum dihubungkan dengan jarum pengukur harus dipasang pegas agar jarum kembali ke posisi awal bila arus sudah tidak ada

Gambar 4. Ilustrasi pemasangan pegas

2. Display skala yang telah terkalibrasi Jarum ukur disambungkan dengan display skala lalu dikalibrasi



Gambar 5. Ilustrasi pemasangan skala

3. Iron core dan pole •

Iron core untuk mengkonsentrasikan medan magnetik

•

Pole pieces agar gaya putaran coil bertambah dengan stabil saat arus bertambah

Gambar 6. Ilustrasi pemasangan Iron core dan pole

Prinsip Kerja PMMC dapat dituliskan sebagai: M = Bzdl . I , dengan : M

= Torsi

B

= Flux Magnetik

d

= Diameter Koil

l

= Panjang Koil

I

= Arus yang diukur



Electrodynamic Meters Alat ukur elektrodinamis adalah sebuah alat ukur kumparan putar, medan magnit yang dihasilkan bukan dari magnit permanen, tetapi oleh kumparan tetap/berupa kumparan diam didalamnya. Alat ukur elektrodinamis dapat dipergunakan untuk arus bolak balik maupun arus searah, kelemahan alat ukur tersebut adalah menggunakan daya yang cukup tinggi sebagai akibat langsung dari konstruksinya. Karena arus yang diukur tidak hanya arus yang mengalir melalui kumparan putar, tetapi juga menghasilkan fluksi medan. Untuk menghasilkan suatu medan magnit yang cukup kuat diperlukan gaya gerak magnit yang tinggi, dengan demikian diperlukan sumber yang mengalirkan arus dan daya yang besar pula.

Prinsip kerja dari alat ukur elektrodinamis diperlihatkan pada gambar 7, kumparan putar M ditempatkan diantara kumparan tetap (fixed coil ) F1 dan F2 yang sama dan saling sejajar. Kedua kumparan tetap mempunyai inti udara untuk menghindari efek histerisis, bila instrumen tersebut digunakan untuk sirkuit AC. Jika arus yang melalui kumparan tetap I 1 dan arus yang melalui kumparan putar I 2. Karena tidak mengandung besi, maka kuat medan dan rapat flux akan sebanding terhadap I 1.

Jadi : B = k . I1 .......................…………………………… ( 1 ) Di mana :

B : Rapat flux k : kontanta

Gambar 7. Prinsip alat ukur elektrodinamis

Misal kumparan putar yang dipergunakan berbentuk persegi (dapat juga lingkaran) dengan ukuran paniang l dan lebar b, dan banyaknya lilitan N.



Besarnya gaya pada masing-masing sisi kumparan adalah :

N . B . I2 . l Newton ..............……………………… ( 2 )

Momen penyimpang atau momen putarnya pada kumparan besarnya adalah :

Td = N . B . I 2. l . b ------ > B = k . I 1........................( 3 ) Td = N . k . I1 . I2 . l . b Nm Dimana :

Td : Momen Putar N : Banyaknya lilitan l

: panjang kumparan

b

: lebar kumparan

Besarnya N, k, 1, dan b adalah konstan, bila besaran-besaran tersebut dinyatakan dengan K1, maka :

Td = K1 . I1 . I2 ..............……………………..……… ( 4 )

Dari persamaan di atas terlihat bahwa besarriya momen putar adalah berbanding lurus terhadap hasil kali arus yang mengalir melalui kumparan tetap dan kumparan putar. Pada kumparan putar ini spring kontrol (pegas pengatur), maka Momen pengontrol/pemulih akan berbanding lurus terhadap simpangan ; maka :

K1 . I1 . I2 = K2 .  

~ I1 . I2 ……………………………………………… ( 5 )

Apabila instrumen digunakan sebagai ammeter, maka arus yang melalui kumparan tetap dan kumparan putar besarnya sama. Jika:

I1 = I2 = I;

Maka :  ~ I2 I ~ v ...................................... ( 6 )

a


b


a

b

Gambar 8. Rangkaian ammeter elektrodinamis

Rangkaian Gambar 8a digunakan untuk mengukur arus yang kecil, sedangkan Gambar 8b digunakan untuk mengukur arus yang besar, Rsh dipasang guna membatasi besarnya arus yang melalui kumparan putar.

Gambar 9. Rangkaian voltmeter elektrodinamis Apabila instrumen tersebut digunakan sebagai voltmeter, maka kumparan tetap F dan kumparan putar M dihubungkan seri dengan tahanan tinggi (RS).

Besarnya I1 = 12 = I, adalah:



~ V.V --- >  ~ V2

V ~ v …………(1 - 13)

Alat ukur elektrodinamis bila digunakan untuk arus bolak-balik biasanya skala dikalibrasi dalam akar kuadrat arus rata-rata, berarti alat ukur membaca nilai efektif. Dengan demikian jika alat ukur elektrodinamis dikalibrasi untuk arus searah 1 A pada skala diberi tanda yang menyatakan nilai 1 A, maka untuk arus bolak-balik akan menyebabkan jarum menyimpang ke tanda skala untuk I A dc dan memiliki nilai efektif sebesar 1 A. Jadi pembacaan yang dihasilkan oleh arus searah dapat dialihkan ke nilai arus bolak-balik yang sesuai, karena itu menetapkan hubungan antara AC dan DC. Artinya alat ukur ini dapat digunakan untuk membaca arus AC dan DC dengan skala yang sama.



Moving-vane Meters Moving vane meter banyak juga yang menyebut dengan “moving-iron movements”. Movingvane ini merupakan salah satu teknik yang paling umum, sering dipakai untuk pengukuran ac, baik untuk mengukur arus maupun tegangan ac. Dengan mengubah skala kalibrasi pengukuran, Instrumen ini dapat juga digunakan untuk mengukur arus dan tegangan DC.

Gambar 9. Ilustrasi Moving-vane meter Moving-vane meter bergerak berdasarkan pada prinsip gaya tolak electromagnetic antara masing-masing kutub (kutub yang sama). Arus akan mengalir melalui koil, sehingga menghasilkan medan magnet yang sebanding dengan kekuatan arus. Dalam prinsip ini terdiri atas dua buah vane yang terbuat dari besi lunak (iron vane) yang dihubungkan ke sebuah jarum penunjuk (pointer). Kedua susunan ring besi ini terdiri atas ring besi yang tetap (fixed) dan yang bergerak (moveable vane), iron vane yang bergerak inilah yang melekat ke jarum penunjuk (pointer). Medan magnetic kemudian tercipta oleh arus listrik yang mengalir melewati kedua vane, merubahnya menjadi dua buah magnet dengan kutub (polaritas) yang sama tanpa menghiraukan arah arus yang menuju ke kumparan (koil). Saat koil telah teraliri listrik dan menjadikan kedua vane tersebut menjadi magnet dengan polaritas yang sama sehingga akan saling tolak-menolak dan menggerakan jarum penunjuk (pointer) yang terintegrasi dengan vane yang dapat bergerak. Gerakan ini memberikan gaya yang berlawanan dengan spring. Spring ini berfungsi untuk mengembalikan posisi jarum penunjuk (pointer ) kearah semula sebelum diberi aliran listrik. Jauhnya jarum penunjuk bergerak melawan kekuatan spring tergantung dari besarnya kekuatan medan magnet. Selanjutnya kekuatan medan magnet itu tergantung pada



besarnya aliran arus listrik. Jadi makin besar aliran arus listrik yang mengalir makin jauh pula “vane” /pointer bergerak. Seperti telah dijelaskan sebelumnya moving vane ini dapat digunakan untuk mengukur tegangan (volt meters) dengan sedikit perubahan padan medan kumparan (koil). Ammeter jenis ini memerlukan sedikit perubahan yaitu: lilitan kabel yang lebih banyak dan membutuhkan aliran arus yang lebih besar untuk menaikan kekuatan medan. Biasa digunakan pada frekuensi 60 Hz ac akan tetapi dapat juga digunakan pada frekuensi ac yang lain.

HOT-WIRE AND THERMOCOUPLE METERS

Hot-wire meter memanfaatkan efek pemuaian benda padat untuk menghasilkan defleksi. Dalam hal ini digunakan seberkas kawat yang sensitive terhadap perubahan suhu. Perubahan suhu terjadi akibat kawat tersebut dialiri listrik, karena kawat tersebut akan bersifat resistif maka temperature kawat akan naik dan kahirna memuai. Semakin besar arus semakin panas kawat sehingga semakin besar defleksi.

Gambar 10. Hot wire meter

Dengan memanfaatkan panas yang terkumpul pada kawat, thermocouple dihubungkan agar panas dapat dikonfersikan ke besaran listrik. Thermocouple kemudian dihubungkan ke PMMC sehingga terjadi defleksi.



Gambar 11. Thermocouple meter

Penggunaan thermocouple dapat merubah PMMC yang tadinya hanya bisa mendeteksi perubahan arus DC menjadi sensitif terhadap arus AC. Thermocouple sendiri adalah dua logam yang didekatkan yang apabila terpapar oleh kalor dengan suhu tertentu akan menghasilkan beda potensial or mV yang sebanding dengan perubahan temperature (Seebeck

Effect ) . RTD adalah resistance temperature detector,

sensor ini

akan

menghasilkan perubahan resistance seiring dengan perubahan temperature. Kedua hal di atas adalah sensor-sensor yang umum digunakan di industri oil and gas untuk mengukur temperature.

Gambar 12. Thermocouple



Prinsip Kerja Alat Ukur

Recommend Documents