MAKALAH PENGUKURAN LISTRIK
VOLTMETER
DISUSUN OLEH: NI NYOMAN WIRANTI
(D41112290)
ANDI MUH SYAFAAT
(D41112294)
DARY MOCHAMMAD RIFQIE (D41112265) TRYANA PUTRI JUMIANTI
(D41112274)
ANUGERAH RAMADHANI
(D41112306)
MUH FAKHRI
(D41112286)
AWI MANGALLA
(D41112268)
UNIVERSITAS HASANUDDIN GOWA 2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas berkat rahmat dan inayahNyalah kami dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini membahas tentang Voltmeter. Dimana penulisan makalah ini bertujuan untuk memberikan informasi kepada pembaca sehingga dapat menambah pengetahuan mengenai voltmeter. Tak lupa juga, kami mengucapkan terima kasih kepada teman-teman yang telah memberikan dukungan, serta ucapan terima kasih kepada Bapak Dosen yang telah memberikan arahan dalam pembuatan makalah ini. Dalam penulisan makalah ini mungkin terdapat kekurangan sehingga penulis mengharapkan saran atau kritik yang bersifat membangun untuk penyempurnaan makalah ini.
Gowa, 14 November 2013
Penulis
i
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ................................................................................................ i DAFTAR ISI ............................................................................................................... ii BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang ................................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................... 1 1.3 Tujuan ............................................................................................................. 1 BAB 2. PEMBAHASAN 2.1 Apa Itu Voltmeter ............................................................................................ 3 2.2 Bagian-bagian Voltmeter ................................................................................. 3 2.3 Prinsip Kerja Voltmeter ................................................................................... 5 2.4 Jenis-jenis Voltmeter ........................................................................................ 5 2.5 Cara Mengukur Menggunakan Voltmeter ....................................................... 6 2.6 Kesalahan dalam Penggunaan Voltmeter ......................................................... 10 2.7 Cara Mencegah Kerusakan Voltmeter ............................................................. 14 2.8 Cara Mengecek Kerusakan Voltmeter ............................................................. 14 BAB 3. PENUTUP 3.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 16 3.2 Saran ................................................................................................................. 16 DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................. 17
ii
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG Proses pengukuran dalam sistem tenaga listrik merupakan salah satu prosedur standar yang harus dilakukan. Karena melalui pengukuran akan diperoleh besaran-besaran yang diperlukan, baik untuk pengambilan keputusan dan instrumen kontrol maupun hasil yang diinginkan oleh seorang user. Kepentingan alat-alat ukur dalam kehidupan kita tidak dapat disangkal lagi. Hampir semua alat ukur berdasarkan energi elektrik, karena setiap kuantitas fisis mudah dapat diubah kedalam kuantitas elektrik, seperti tegangan, arus, frekuensi, perputaran dan lain-lainnya. Misalnya : temperatur yang dulu diukur dengan sebuah termometer air raksa sekarang dapat diukur dengan thermocople. Hal tersebut merupakan salah satu contoh dari kemajuan teknologi dibidang pengukuran. Pengukuran listrik sangatlah penting untuk kita ketahui, terkhusus untuk mahasiswa elektro. Karena tanpa pengukuran listrik maka kita akan sangat sulit untuk mengetahui besaran – besaran listrik yang sangat kita perlukan dalam membuat suatu perencanaan, pemasangan atau pembuatan barang – barang elektronika dan listrik. Mengingat begitu pentingnya pengukuran listrik, maka dalam makalah ini akan dibahas mengenai instrument alat ukur tegangan yaitu voltmeter
1.2 RUMUSAN MASALAH 1. Apa itu voltmeter? 2. Apa bagian dan fungsi voltmeter? 3. Bagaimana prinsip kerja voltmeter? 4. Bagaimana jenis-jenis voltmeter? 5. Bagaimana cara menggunakan voltmeter? 6. Apa saja kesalahan-kesalahan dalam menggunakan voltmeter? 7. Bagaimana cara mencegah kerusakan voltmeter? 8. Bagaimana cara mengecek kerusakan voltmeter?
1.3 TUJUAN 1.
Mengenal voltmeter
2.
Mengetahui bagian dan fungsi voltmeter
3.
Mengetahui prinsip kerja voltmeter 1
4.
Mengetahui jenis-jenis voltmeter
5.
Mengetahui cara menggunakan voltmeter
6.
Mengetahui kesalahan-kesalahan dalam menggunakan voltmeter
7.
Mengetahui cara mencegah kerusakan voltmeter
8.
Mengetahui cara mengecek kerusakan voltmeter
2
BAB 2. PEMBAHASAN
2.1 APA ITU VOLTMETER Voltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik. Voltmeter biasanya disusun secara paralel (sejajar) dengan sumber tegangan atau peralataan listrik. Biasanya voltmeter digunakan untuk mengukur sumber tegangan seperti baterai, elemen Volta, atau aki dan tegangan komponen listrik seperti resistor dan sebagainya.
2.2 BAGIAN-BAGIAN VOLTMETER Bagian-bagian voltmeter hanya terdiri dari skala penunjuk besarnya tegangan, kumparan putar, selektor, dan penjolok positif dan negatif.
Mengubah Batas Ukur Voltmeter Suatu voltmeter DC yang sederhana dapat dibuat dengan memasang hambatan seri dengan amperemeter. Bila tegangan pada ujung-ujung masukan adalah V, arus yang mengalir melalui amperemeter I, hambatan diseri adalah Rs, maka hubungannya dapat dituliskan : V= (Rs+Rm)I
3
Persamaan tersebut menunjukkan bahwa V merupakan fungsi dari I, artinya bahwa bila harga arusnya I, tegangan pada ujung-ujungnya V, maka V besarnya sama dengan (Rs+Rm) kali besarnya I. Sebagai contoh, bila Rs+Rm =10 Kohm dan I = 1mA, tegangannya 10 Volt. Langkah terakhir dalam perubahan amperemeter ke voltmter ialah menandai permukaan ke dalam satuan volt dari satuan ampere dengan berpedoman pada persamaan diatas. untuk suatu arus simpangan penuh, besarnya tegangan maksimum yang dapat diukur. untuk arus simpangan penuh dari persamaan diatas menjadi. Vfs =(Rs+Rm)Ifs dengan arti: Vfs adalah tegangan yang menghasilkan arus simpangan penuh. dari persamaan tersebut dapat diperoleh harga Rs sebagai berikut: Rs=Vfs/Ifs-Rm Persamaan tersebut merupakan bentuk yang tepat untuk menghitung harga Rs bila harga Ifs, Rm dan Vfs diketahui. biasanya harga Rm sangat kecil dibanding harga Vfs/Ifs, sehingga: Rs =Vfs/Ifs
Contoh Implementasi Suatu amperemeter dengan Ifs = 1 mA, Rm=50 ohm, diubah menjadi suatu Voltmter Permasalahan Berapakah besar hambatan seri yang diperlukan untuk mengkur tegangan skala penuh (Vfs) atau batas ukur = 15 V, 50 V dan 150 V?
Penyelesaian:
4
2.3 PRINSIP KERJA VOLTMETER
Prinsip Kerja Voltmeter hampir sama dengan Amperemeter karena desainnya juga terdiri dari galvanometer dan hambatan seri atau multiplier. Galvanometer menggunakan prinsip hukum Lorentz, dimana interaksi antara medan magnet dan kuat arus akan menimbulkan gaya magnetic. Gaya magnetik inilah yang menggerakan jarum penunjuk sehingga menyimpang saat dilewati oleh arus yang melewati kumparan. Makin besar kuat arus akan makin besar penyimpangannya.
2.4 JENIS-JENIS VOLTMETER a. Voltmeter Analog 5
Voltmeter analog adalah alat pengukur tegangan
listrik yang menggunakan
tampilan dengan jarum yang bergerak ke range-range yang kita ukur dengan probe. Analog tidak digunakan untuk mengukur secara detail suatu besaran nilai komponen, tetapi kebanyakan hanya digunakan mengetes baik atau jeleknya komponen pada waktu pengukuran atau juga digunakan untuk memeriksa suatu rangkaian apakah sudah tersambung dengan baik sesuai dengan rangkaian blok yang ada. b. Voltmeter digital Voltmeter digital sama fungsinya dengan voltmeter analog. Namun pembacaan dari voltmeter digital lebih akurat dibandingkan voltmeter analog. Voltmeter digital menggunakan tampilan angka digital.
2.5 CARA MENGUKUR MENGGUNAKAN VOLTMETER Yang perlu di siapkan dan perhatikan: 1. Pastikan alat ukur tidak rusak secara Fisik (tidak pecah). 2. Atur Sekrup pengatur Jarum agar jarum menunjukkan Angka NOL (0), bila menurut anda angka yang ditunjuk sudah NOL maka tidak perlu dilakukan Pengaturan Sekrup. 3. Lakukan Kalibrasi alat ukur. Posisikan Saklar Pemilih pada SKALA OHM pada x1 Ω, x10, x100, x1k, atau x10k selanjutnya tempelkan ujung kabel Terminal negatif (hitam) dan positif (merah). Nolkan jarum AVO tepat pada angka nol sebelah kanan dengan menggunakan Tombol pengatur Nol Ohm. 4. Setelah Kalibrasi Atur SAKLAR PEMILIH pada posisi Skala Tegangan yang anda ingin ukur, ACV untuk tegangan AC (bolak balik) dan DCV untuk tegangan DC (Searah). 5. Posisikan SKALA PENGUKURAN pada nilai yang paling besar terlebih dahulu seperti 1000 atau 750 jika anda TIDAK TAHU berapa nilai tegangan maksimal yang mengalir pada rangkaian. 6. Pasangkan alat ukur PARALEL terhadap beban/ sumber/komponen yang akan di ukur. 7. Baca Alat ukur.
Mengukur Tegangan Listrik (Volt / Voltage) DC Cara Membaca Nilai Tegangan yang terukur: 1. Misalkan Nilai tegangan yang akan diukur adalah 15 VOLT DC
6
2. Kemudian memposisikan saklar pemilih pada posisi DCV dan memilih skala paling besar yang tertera yaitu 1000. Nilai 1000 artinya Nilai tegangan yang akan diukur bisa mencapai 1000Volt. 3. Saat memperhatikan Alat ukur maka Dalam Layar penunjuk jarum tidak terdapat skala terbesar 1000 yang ada hanya 0-10, 0-50, dan 0-250. Maka Untuk memudahkan membaca perhatikan skala 0-10 saja. 4. Skala penunjukan 0-10 berarti saat jarum penunjuk tepat berada pada angka 10 artinya nilai tegangan yang terukur adalah 1000 Volt, jika yang di tunjuk jarum adalah angka 5 maka nilai tegangan sebenarnya yang terukur adalah 500 Volt, begitu seterusnya. 5. Kembali Pada Kasus no. 1 dimana nilai tegangan yang akan diukur adalah hanya 15 Volt sementara kita menempatkan saklar pemilih pada Posisi 1000, maka jarum pada alat ukur hanya akan bergerak sedikit sekali sehingga sulit bagi kita untuk memperkirakan berapa nilai tegangan sebenarnya yang terukur. Untuk itu Pindahkan Saklar Pemilih ke Nilai Skala yang dapat membuat Jarum bergerak lebih banyak agar nilai pengukuran lebih akurat. 6. Misalkan kita menggeser saklar pemilih ke Posisi 10 pada skala DCV. Yang terjadi adalah, jarum akan bergerak dengan cepat ke paling ujung kanan. Hal ini disebabkan nilai tegangan yang akan di ukur LEBIH BESAR dari nilai Skala maksimal yang dipilih. Jika Hal ini di biarkan terus menerus maka alat ukur DAPAT RUSAK, Jika jarum alat ukur bergerak sangat cepat ke kanan, segera pisahkan alat ukur dari rangkaian dan ganti Skala SAKLAR PEMILIH ke posisi yang lebih Besar. Saat saklar Pemilih diletakkan pada angka 10 maka yang di perhatikan dalam layar penunjukan jarum adalah range skala 0-10, dan BUKAN 0-50 atau 0-250.
7
7.
Telah saya jelaskan bahwa saat memilih skala 10 untuk mengukur nilai tegangan yang lebih besar dari 10 maka nilai tegangan sebenarnya tidak akan terukur / diketahui. Solusinya adalah Saklar Pemilih di posisikan pada skala yang lebih besar dari 10 yaitu 50. Saat memilih Skala 50 pada skala tegangan DC (tertera DCV), maka dalam Layar Penunjukan Jarum yang mesti di perhatikan adalah range skala 0-50 dan BUKAN lagi 0-10 ataupun 0-250.
8.
Saat Saklar pemilih berada pada posisi 50 maka Jarum Penunjuk akan bergerak Tepat di tengah antara Nilai 10 dan 20 pada range skala 0-50 yang artinya Nilai yang ditunjukkan
oleh
alat
ukur
bernilai
15
Volt.
Perhatikan gambar berikut:
9. Untuk mengetahui berapa nilai tegangan yang terukur dapat pula menggunakan RUMUS:
Berikut akan berikan contoh agar lebih mudah dalam memahaminya: Contoh I. Saat melakukan pengukuran ternyata Jarum Alat Ukur berada pada posisi seperti yang terlihat pada gambar:
8
Berapakah Nilai tegangan DCV yang terukur saat Saklar Pemilih berada pada Posisi: 1. 2.5 2. 10 3. 50 4. 1000 Jawab: 1. Skala saklar pemilih = 2.5 Skala terbesar yang dipilih = 250 Nilai yang ditunjuk jarum = 110 (perhatikan skala 0-250) Maka nilai Tegangan yang terukur adalah: Teg VDC = (2.5/250)x 110 = 1.1 Volt 2. Skala saklar pemilih = 10 Skala terbesar yang dipilih = 10 Nilai yang ditunjuk jarum = 4.4 (perhatikan skala 0-10) Maka nilai Tegangan yang terukur adalah: Teg VDC = (10/10)x 4.4 = 4.4 Volt 3. Skala saklar pemilih = 50 Skala terbesar yang dipilih = 50 Nilai yang ditunjuk jarum = 22 (perhatikan skala 0-50) Maka nilai Tegangan yang terukur adalah: Teg VDC = (50/50)x 22 = 22 Volt 4. Skala saklar pemilih = 1000 Skala terbesar yang dipilih = 10 Nilai yang ditunjuk jarum = 4.4 (perhatikan skala 0-10) Maka nilai Tegangan yang terukur adalah: Teg VDC = (1000/10)x 4.4 = 440 Volt
9
Mengukur Tegangan Listrik (Volt / Voltage) AC 1. Untuk mengukur Nilai tegangan AC anda hanya perlu memperhatikan Posisi Sakelar Pemilih berada pada SKALA TEGANGAN AC (Tertera ACV) dan kemudian memperhatikan Baris skala yang berwarna Merah pada Layar Penunjuk Jarum. 2. Selebihnya sama dengan melakukan pengukuran Tegangan DC di atas.
2.6 KESALAHAN DALAM PENGGUNAAN VOLTMETER Tidak ada pengukuran yang menghasilkan ketelitian yang sempurna, tetapi penting untuk mengetahui : ketelitian yang sebenarnya dan bagaimana kesalahan yang berbeda digunakan dalam pengukuran. Kesalahan-kesalahan pada pengukuran, umumnya dibagi dalam 3 jenis utama, yaitu : 1. Kesalahan-kesalahan umum ( gross errors ) : Kesalahan ini kebanyakan disebabkan kesalahan manusia, antara lain : a.
Kesalahan pembacaan alat ukur. Yaitu kesalahan sudut pandang pengamat ketika mengamati jarum penunjuk pada voltmeter. Sehingga pembacaan nilai pada voltmeter akan lebih kecil atau lebih besar.
b. Penyetelan yang tidak tepat. Pada rangkaian arus DC, kutub-kutub voltmeter harus sesuai. Kutub positif pada potensial tinggi, dan kutub negatif pada potensial rendah. Bila pemasangan terbalik maka terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri. Namun pada arus AC ini tidak menjadi masalah. Ketika melakukan pengukuran, voltmeter diatur pada skala yang paling besar. Agar penyimpangan jarum voltmeter tidak over jika nilai tegangan belum diketahui. c. Pemakaian instrumen yang tidak sesuai Dalam pengukuran tegangan, voltmeter harus dipasang paralel dengan beban yang diukur. Jika terpasang seri maka pengukuran akan salah. 10
Voltmeter juga akan berubah kondisi sampai batas waktu tertentu setelah digunakan mengukur sebuah rangkaian yang lengkap, dan akibatnya besaran yang diukur akan berubah. Sehingga jeda penggunaan alat harus diperhatikan. d. Kesalahan penaksiran 2.
Kesalahan-kesalahan sistematis ( systematic errors ) Kesalahan ini disebabkan kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Kesalahan sistematis umumnya dikelompokkan ke dalam dua bagian, yaitu :
3.
Kesalahan instrumental ( instrumental errors ), kesalahan-kesalahan yang tidak dapat dihindarkan dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Misalnya : -
berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen secara berlebihan. Biasanya karena kesalahan dalam mengatur skala pengukuran terlalu kecil, menyebabkan jarum menyimpang berlebihan.
-
Kalibrasi yang menyebabkan pembacaan instrumen yang terlalu tinggi atau terlalu rendah sepanjang seluruh skala.
-
Kegagalan mengembalikan jarum penunjuk ke angka nol sebelum melakukan pengukuran.
Suatu cara yang mudah dan cepat untuk pemeriksaan instrumen, dengan cara membandingkannya terhadap instrumen lainnya yang memiliki karakteristik yang sama atau instrumen/alat ukur yang lebih akurat.
4.
Kesalahan lingkungan ( environmental errors ), disebabkan oleh keadaan luar, dan termasuk keadaan di sekitar instrumen yang mempengaruhi alat ukur, seperti : -
pengaruh perubahan temperatur.
-
kelembaban.
-
tekanan udara luar atau medan maknetik atau medan elektrostatik.
Jadi, suatu perubahan pada temperatur sekeliling instrumen, mengakibatkan perubahan sifat-sifat kekenyalan pegas yang terdapat dalam mekanisme kumparan putar, yang akhirnya akan mempengaruhi pembacaan instrumen. 5.
Kesalahan-kesalahan yang tidak disengaja ( random errors ) Disebabkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat secara langsung diketahui, karena perubahan-perubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak. Kesalahan ini, disebabkan oleh penyebab-penyebab yang tidak diketahui dan terjadi walaupun seluruh kesalahan sistematis sudah diperhitungkan.
11
Pada pengukuran yang sudah direncanakan dengan baik kesalahan ini umumnya kecil, akan tetapi untuk pengukuran yang memerlukan ketelitian tinggi, kesalahan ini menjadi sangat penting. Misalnya : sebuah voltmeter akan mengukur suatu tegangan yang akan dibaca setiap setengah jam, meskipun instrumen dioperasikan pada kondisi lingkungan yang sempurna dan sudah dikalibrasi dengan tepat sebelum pengukuran, akan diperoleh hasil-hasil pembacaan yang sedikit berbeda selama periode pengamatan. Perubahan ini tidak dapat dikoreksi dengan cara kalibrasi apapun dan juga cara pengontrolan yang ada. Satu-satunya cara untuk memperbaiki kesalahan acak ini adalah : - Penambahan jumlah pembacaan. - Penggunaan cara-cara statistik, untuk memperoleh pendekatan yang paling baik terhadap nilai yang sebenarnya.
Kesalahan Pembebanan Voltmeter Seperti halnya pada amperemeter bila dipakai untuk mengukur arus yang mengalami penurunan arus akibat adanya hambatan dari amperemeter tersebut. besar kecilnya penurunan arus tersebut tergantung atas perbandingan terhadap hamabtan thevenin rangkaian. demikian halnya pemakaian voltmeter untuk mengukur tegangan juga akan mengalami penurunan tegangan. besar kecilnya penurunan tegangan tersebut tergantung atas perbandingan hambatan dalam. Gambar berikut merupakan ilustrasi suatu jenis pengukuran tegangan.
Tegangan yang akan diukur yaitu tegangan pada ujung-ujung hambatan R. Vtm adalah tegangan tanpa meter, yaitu tegangan sebelum voltmeter dihubungkan. Tegangan yang benar inilah yang dikehendaki dalam pengukuran. setelah voltmeter dihubungkan, ternyata antara ujung-ujung hambatan R terbaca harga tegangan yang baru, yang disebabkan oleh 12
hamabatan dalam voltmeter. Untuk menghitung hubungan antara Vdm dan Vtm, maka gambar berikut dapat digambar sebagai berikut:
Dengan menggunakan hukum Ohn: Vdm/Vtm = (Rin/(Rin+Ro)) Persamaan diatas menunjukkan ketelitian voltmeter, sepanjang efek pembebanan diperhatikan. seperti halnya pada amperemeter dapat dituliskan juga presentase kesalahan pembebanannya. Persamaan kesalahan pembebanan (1-ketelitian)x100% Contoh Aplikasi
Penyelesaian
Pada bada ukur 5 Vol :
13
2.7 CARA MENCEGAH KERUSAKAN VOLTMETER penggunaan dari alat voltmeter harus diperhatikan dengan baik agar alat tersebut dapat bekerja secara optimal. Adapun hal-hal tersebut adalah sebagai berikut : -
Alat ukur listrik sebelum digunakan untuk mengukur perlu diperhatikan penempatannya / peletakannya. Ini penting karena posisi pada bagian yang bergerak yang menunjukkan besarannya akan dipengaruhi oleh titik berat bagian yang bergerak dari suatu alat ukur tersebut.
-
Pemilihan alat ukur sesuai dengan tingkat presisinya.
-
Pemasangan voltmeter dalam pengukuran dipasang secara paralel
-
Kumparan dalam alat haruslah mempunyai tahanan tinggi, sehingga arus yang melalui sekecil mungkin.
-
Mengatur besar kecilnya hambatan masukan, agar diketahui kesalahan pembebanan
2.8 MENGECEK KERUSAKAN VOLTMETER Jika voltmeter gagal digunakan lakukan pengecekan berikut :
14
15
BAB 3. PENUTUP
3.1 KESIMPULAN
Voltmeter adalah peralatan listrik yang digunakan dalam mengukur tegangan dalam rangkaian. Pemahaman terhadap Prinsip kerja voltmeter sangat diperlukan sehingga dalam penggunaan alat tersebut didapatkan hasil kerja yang optimal.
Ada dua jenis voltmeter yaitu voltmeter analog dan digital
Bagian voltmeter yaitu penjolok, elektro, kumparan putar dan skala pengukuran
Untuk mengukur tegangan, voltmeter harus dihubungkan paralel dengan yang akan diukur
Dalam pengukuran menggunakan voltmeter harus menghidarkan dari kesalahankesalahan yang mungkin terjadi.
3.2 SARAN
Penggunaan voltmeter dalam mengukur tegangan harus diperhatikan cara pemasangan dan cara membaca yang tepat dari angka-angka penting yang muncul sehingga terhindar dari berapa kesalahan-kesalahan.
16
DAFTAR PUSTAKA
Cooper, William D, 1999. Instrumentasi Elektronik dan Teknik Pengukuran. ((Terjemahan Sahat Pakpahan). Jakarta : Penerbit Erlangga.(Buku asli diterbitkan tahun 1978) Masarrang, Efraim. 2013. Cara Membaca Multimeter/Avometer Jilid 2. http://efraimmasarrang.wordpress.com/2012/07/31/cara-membaca-multimeter-avometerjilid-2/. Diakses pada 11 November 2013 Muslimim ,M. 1984. Alat-alat Ukur Listrik dan Pengukuran Listrik. Bandung : CV.Armico. Soedjana, S., Nishino, O. 1976. Pengukuran dan Alat-alat Ukur Listrik. Jakarta : PT. Pradnya Paramita. Waluyanti, Sri. 2008. Alat Ukur dan Teknik Pengukuran Jilid 1. Jakarta :Departemen Pendidikan Nasional
17
