UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 1
OBJEKTIF
Objektif am
:
Mengetahui Mengetahui dan memahami memahami takrifan, takrifan, jenis ralat dan dan jenis jenis daya daya kila kilass yang yang terda terdapa patt dala dalam m alatan pengukuran.
Objektif khusus : Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat : Mentakrifkan alat dan meter serta ralat. Menentukan jenis ralat pengukuran dan cara mengurangkan ralat tersebut.
dalam untuk
Menerangkan jenis daya kilas di dalam alat pengukuran. Menerangkan lengkung redaman. Membandingkan sistem redaman yang biasa dalam alat penunjuk.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 2
INPUT
1.0
Pengenalan
Meter merupakan merupakan sesuatu sesuatu sambungan sambungan kepada kebolehan kebolehan manusia manusia untuk membolehkan membolehkan kita mengetahui mengetahui sesuatu sesuatu nilai yang tidak boleh diukur dengan secara kasar. Ia dapat menentukan nilai atau magnitud sesuatu kuantiti atau pemboleh ubah.
Berapa agaknya berat besi ini? Alat apakah yang sesuai digunakan untuk mengukur berat besi ini?
1.1
Takrifan me meter
Alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau magnitud sesuatu kuantiti atau pemboleh ubah. Takrifan ralat
Selisih atau lencongan dari nilai sebenar kuantiti yang diukur.
UKURAN DAN RALAT
1.2 1.2
E 3042 / UNIT 1/ 3
Jenis ralat dalam lam pengukur kuran 1.2. 1.2.1 1
Rala Ralatt Kasa Kasarr ( Gr Gros osss Er Erro ror) r)
Ralat ini disebabkan disebabkan oleh manusia manusia yang menggunakan menggunakan alatan alatan tersebut tersebut seperti seperti salah mengambil mengambil bacaan, bacaan, pelarasan pelarasan yang tidak betul, betul, cuai, tidak ada pengalaman dan sebagainya. Cara untuk mengurangkannya : - Ambi Ambill baca bacaan an deng dengan an bet betul. ul. - Elakkan kecuaian. - Pasti Pastikan kan anda anda tahu tahu menggun menggunaka akan n meter meter terseb tersebut ut dan lain-l lain-lain ain.. 1.2.2 1.2.2
Ralat Ralat Siste Sistema matik tik (Syste (Systema mati ticc Er Error ror))
Terbahagi kepada dua jenis a.
b.
Rala Ralatt Jang Jangka ka - Ia dise diseba babk bkan an oleh oleh cir ciri elek elektr triik dan dan meka mekani nika kall seperti geseran, histerisis, histerisis, tegangan spring dan sebagainya. sebagainya. Ralat Sek Sekitar Ia disebabkan kan ole oleh kea keadaan aan luar yan yang mengeliling mengelilingii jangka seperti seperti perubaha perubahan n suhu, kelembapan, kelembapan, tekanan udara dan sebagainya.
Cara untuk mengurangkannya : - Mene Menent ntuk ukur urka kan n jangk angka. a. - Pilih Pilih jangka jangka yang yang sesuai sesuai untuk kegunaan kegunaan ukuran ukuran terseb tersebut. ut. - Meng Mengur uran angk gkan an kesa kesann-ke kesa san n yang yang dise diseba babk bkan an peru peruba baha han n suhu suhu,, kele kelemb mbap apan, an, magn magnet etik ik dan elek elektr tros osta tati tik k denga dengan n meng menggun gunak akan an penghadang magnetik dan lain-lain. 1.2. 1.2.3 3
Rala Ralatt Rawa Rawak k (Ran (Rando dom m Er Erro ror) r)
Punca berlak berlakunya unya ralat ralat ini tidak diketahu diketahui. i. Ia muncul muncul walaupun walaupun semua semua ralat sistemati sistematik k telah diperhitung diperhitungkan. kan. Ia tidak boleh diperbetulkan diperbetulkan tanpa penyelidikan yang rapi. Cara untuk mengurangkannya: - Dengan Dengan menamb menambahka ahkan n bilang bilangan an bacaan bacaan dan dan menggun menggunakan akan kaed kaedah ah statistik untuk mendapatkan kiraan yang hampir sekali dengan nilai sebenar kuantiti yang diukur.
UKURAN DAN RALAT
1.2.4 1.2.4
E 3042 / UNIT 1/ 4
Ralat Ralat pen pengha ghad/m d/meng engha had d (Li (Limi mitin ting g Er Error ror))
Nilai Nilai yang yang tela telah h diten ditentuk tukan an oleh oleh pihak pihak pengel pengeluar uar ataupun ataupun pembuat pembuat komponen / alatan tersebut. Kebanyakan meter penunjuk telah dijamin ketepatannya hingga ke peratus tertentu bacaan skil penuh. Komponen sepert sepertii perint perintang, ang, kapasit kapasitor or dan lain-lai lain-lain n dijami dijamin n dalam dalam lingkun lingkungan gan peratus tertentu kadaran nilai komponen tersebut. Had lencongan dari nilai yang ditentukan dipanggil sebagai ralat penghad. Contoh : 600 Ω
± 10%
ralat penghad
Ini bermakna pembuat telah menjaminkan rintangan di dalam had 540Ω dan 660Ω .
% RALAT = NILAI SEBENAR − NILAI UKURAN X 100% NILAI SEBENAR
% KETEPATAN = 100 % − % RALAT
MAGNITUD RALAT PENGHAD = KETEPATAN X SKALA PENUH
PENTING!!! PENTING!!! FORMULA PENTING PENTING INI. MESTI HAFAL PUNYA.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 5
AKTIVITI 1a
Uji kefahaman kefahaman anda anda sebelum sebelum meneruskan meneruskan input input selanjutn selanjutnya. ya. anda pada maklum balas di halaman berikutnya. 1. 1
Senaraikan tiga jenis ralat utama.
1. 2
Berikan definisi ralat sistematik mengurangkankan ralat tersebut.
1.3 1.3
Empa Empatt per perintan ntang g disa disam mbung bung dal dalam kead keadaa aan n sesir esirii. seperti berikut : R1 = 36Ω ± 5% R3 = 100Ω ± 10%
dan
Sila semak semak jawapan jawapan
nyatakan
cara-cara
untuk
Nil Nilai-n ai-niilainy ainyaa adal adalah ah
R2 = 75Ω ± 5% R4 = 85Ω ± 20%
Kirakan peratus ralat maksima bagi jumlah perintang-perintang di atas. 1.4 Merujuk Merujuk kepada rajah rajah 1.1 di bawah, bawah, kirakan kirakan peratus peratus ralat dan peratus peratus ketepatan ketepatan sekiranya meter ampiar menunjukkan ke bacaan 12mA.
1K Ω mA
15V 500Ω Rajah 1.1
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 6
INPUT
1.3 1.3 Jeni Jeniss Daya Daya kila kilass 1.3.1 Daya kilas pesongan pesongan (Td) - Deflecting Deflecting Torque
Dikenali juga sebagai daya kilas kendalian. Ia terhasil daripada kesan magnetik elektrostatik. Daya kilas ini menyebabkan jarum penunjuk bergerak dari kedudukan sifar. Bila arus melalui gegelung, daya yang bertindak pada kedua-dua belah gegelung menghasilkan menghasilkan suatu daya kilas seperti yang ditunjukkan oleh rajah 1.1 di bawah. F
U
S
U
teras besi
S
F Rajah 1.2 : Daya kilas pesongan dimana B= l = N = A=
Ket Ketumpa umpattan urat uratda day ya dal dalam am Wb/m b/m2 atau Tesla (T) Panj Panjan ang g geg gegel elun ung g dala dalam m met meter er Bil Bilanga angan n li lilit litan gege gegellung ung Luas ke keratan ren rentas [ panjang(l) X garis pusat gegelung(d)] - m2 I = Arus Arus yang yang meng mengal alir ir mela melalui lui gege gegelu lung ng – Ampi Ampiar ar
Oleh itu, Daya kilas pesongan = BANI unit = Newton meter meter (Nm) (Nm)
Td = BANI (Nm)
UKURAN DAN RALAT
1.3.2 1.3.2
E 3042 / UNIT 1/ 7
Daya kilas kilas Kawal Kawalan an (Tc) (Tc) - Contro Controllin lling g Torqu Torquee
Menentang daya kilas pesongan. Ianya terhasil oleh spring spring kawalan. kawalan. Alat penunjuk penunjuk berhenti berhenti apabila apabila magnitu magnitud d daya daya kilas kilas pesongan pesongan bersama bersamaan an dengan magnitud daya kilas kawalan. Terbahagi kepada dua jenis : a.
Kawalan spring
Merujuk Merujuk kepada kepada Rajah Rajah 1.3 kawalan kawalan spring spring bagi meter gegelung gegelung bergerak, 2 spring telah digunakan. Spring A dan B dilengkarkan pada pada arah arah yang yang berten bertentan tangan gan supaya supaya apabil apabilaa alat alat penunj penunjuk uk dipe dipeso songk ngkan an satu satu spri spring ng menam menambah bah lingkar lingkaran an dan dan satu satu lagi lagi mengurangkan lingkaran. Daya kilas kawalan dihasilkan oleh gabungan kedua-dua kedua-dua spring. spring. Daya kilas kawalan suatu spring spring berkadaran dengan d engan sudut pesongan jarum penunjuk.
Jarum penunjuk Shaft A B
Rajah 1.3 : Daya kilas kawalan spring b.
Kawalan Graviti
Meru Meruju juk k kepa kepada da Raja Rajah h 1.3 kawal kawalan an Gravi Graviti ti,, jisi jisim m A & B dilekatkan dilekatkan pada S, fungsi A adalah untuk mengimbang mengimbang berat penunjuk P. Jisim B dengan itu itu memberikan memberikan daya kilas kawalan. Apabila Apabila penunjuk penunjuk berada berada di sifar, sifar, B tergantung tergantung secara secara tegak tegak ke bawah. Apabila Apabila P dipesongkan dipesongkan melalui melalui satu sudut, sudut, daya kilas kawalan kawalan adalah adalah bers bersama amaan an dengan dengan ( bera beratt B X jara jarak k d) d) dan dan berkadaran dengan pesongan tersebut.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 8
0
θ S B A
B
A
Rajah 1.4 : Daya kilas kawalan graviti 1.3.3 1.3.3
Daya Daya kilas kilas Redam Redaman an (Damp (Damping ing Torqu Torque) e)
Berfungsi Berfungsi untuk mempercepat mempercepatkan kan jarum berhenti. berhenti. Jarum mungkin mungkin ber beray ayun un sebe sebelu lum m menu menunj njuk ukkan kan bacaa bacaan n dan daya daya kila kilass reda redama man n diperlukan untuk mempercepatkan jarum berhenti.
Contoh pengiraan
Contoh Contoh 1.1 :
Sebuah Sebuah litar litar sepert sepertii rajah rajah 1.5 yang yang diberi diberikan kan di bawah bawah mempunyai voltan bekalan 20V disambung selari dengan dua perintang R 1 = 15k Ω dan R 2 = 7k Ω . Satu meter volt disambung melintangi perintang R 1 dan memberi bacaa bacaan n 19.5V. 19.5V. Kiraka Kirakan n peratu peratuss ralat ralat dan peratu peratuss ketepatan bagi meter tersebut.
Penyelesaian :
20V
V R 1
R 2
Rajah 1.5
Disebabkan R 1 dan R 2 selari dengan bekalan 20V, maka nilai VR 1 dan
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 9
VR 2 adalah =20 V. Nilai sebenar (NS) Nilai ukuran (NU) %R
= = =
% KETEPATAN = = =
= 20 V = 19.5V
NS − NU X 100 % NS 20 − 19.5 X 100 % 20 2.5 %
100% − % RALAT 100% − 2.5% 97.5 %
Contoh 1.2 : Sebuah voltmeter voltmeter dengan julat 0 - 150V mempunyai ketepatan ± 3% pada pada skala penuh member memberii bacaan 50V dan 95V semasa semasa membua membuatt pengu pengukur kuran. an. Kirakan Kirakan magnitud ralat dan peratus ralat bagi setiap bacaan.
Penyelesaian : Skala penuh = 150 V
ketepatan = ± 3% 100% = 0.03
Magnitud ralat penghad = ketepatan X skala penuh = ± 0.03 X 150 V 4.5 V = i.
50V % ralat = ± 4.5 V X 100% 50 V = 9%
ii.
95V % ralat = ± 4.5 V X 100% 95 V 4.74 % =
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 10
Contoh 1.3 : Sebuah meter dengan ketepatan ketepatan ± 2% mempunyai arus skal skalaa penu penuh h 100 100µ A. Kira Kirakan kan baca bacaan an mak maksi sima ma dan dan minima mungkin diperolehi apabila meter tersebut digunakan untuk mengukur arus : i. 70µ A ii. 45µ A Penyelesaian : Magnitud ralat penghad = ketepatan X skala penuh = ± 2% X 100µ A 100% 2 A =
i.
70µ A Nilai Nilai maksima maksima = 70µ A + 2 µ A = 72 A Nil Nilai ai mini minima ma = 70µ A − 2 µ A = 68 A
ii.
45µ A Nilai maksima = 45µ A +2 µ A = 47 A Nilai minima
Contoh Contoh 1.4 :
i. ii. iii.
= 45µ A − 2 µ A = 43 A
Kiraka Kirakan n nilai nilai maksim maksimaa dan minima minima bagi bagi kompone komponennkomponen yang mempunyai had terima seperti berikut : 200µ F + 10% 1000Hz − 5% + 10% 560 Ω + 10 Ω
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 11
Penyelesaian : i.
200µ F + 10% Magnitud ralat penghad p enghad = + 10% X 200µ F 100%
= + 20
F
Nilai maksima = 200µ F + 20 µ F = 220 F ii.
1000Hz −5% +10% Magnitud ralat penghad = + 10% X 1000Hz 100% = 100Hz Nilai maksima = 1000Hz + 100Hz = 1100 Hz
Magnitud ralat penghad = − 5% X 1000Hz 100% = 50 Hz Nilai minima = 1000Hz − 50 Hz = 950 Hz iii.
Contoh 1.5:
560 Ω + 10 Ω Magnitud ralat penghad = + 10 Ω Nilai maksima = 560 Ω + 10 Ω = 570
Satu meter GBM GBMK dengan gan 200 200 lil lilitan gegelung memp mempun unya yaii ketu ketump mpat atan an urat urat daya daya seba sebany nyak ak 0.5 0.5 T dicelahan udaranya. Garis pusat gegelung adalah 1mm dan panjangnya adalah 2.5cm. Kirakan daya kilas yang terhasil apabila arus melalui gegelung adalah 2mA.
Penyelesaian : B = 0.5 T A = (1 X 10-3m) X(2.5 X 10-2 ) = 2.5 X 10-5 m2 N = 200 lilitan
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 12
I = 2 X 10-3 A Td = = = =
BANI 0.5 (2.5 X 10-5)(200)(2 X 10-3 ) 5 X 10-6 Nm 5 Nm
Susahnya!!! Tetapi saya mesti mencuba sehingga berjaya.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 13
AKTIVITI 1b
Uji kefahaman k efahaman anda sebelum meneruskan input selanjutnya. Sila semak jawapan anda pada maklum balas di halaman berikutnya. 1.1 1.1
Sebu Sebuah ah amme ammete terr yang yang memp mempun unya yaii jula julatt 0 - 100A 100A deng dengan an kete ketepa pata tan n ± 3% pada skala penuh memberikan memberikan bacaan 10A, 15A dan 30A. Kirakan magnitud ralat penghad dan peratus ralat bagi setiap bacaan tersebut .
1.2 1.2
Hitu Hitung ngkan kan per perat atus us rala ralatt dan dan pera peratu tuss kete ketepa pata tan n mete meterr volt volt bagi bagi raja rajah h 1.6 di bawah sekiranya bacaan pada meter volt adalah 2.9 V. V
5Ω 5V 10Ω
5Ω
Rajah 1.6 1.3 1.3
Hitu Hitung ngkan kan pera peratu tuss ral ralat at mak maksi sima ma bag bagii jum jumla lah h tiga tiga per perin inta tang ng dala dalam m lita litar r bagi rajah 1.7 di bawah. R 1= 20Ω ± 5% E R 2= 450Ω ± 10%
R 3 = 150Ω ± 5% Rajah 1.7 1.4 1.4
Dime Dimens nsii gegel gegelung ung satu satu voltm voltmet eter er GBMK GBMK adal adalah ah 4cm 4cm X 2.5 2.5 cm. cm. Bilangan lilitan adalah 80 dan ketumpatan fluks dalam sela udaranya adalah 150mwb/m2. Rintangan meter adalah 15K Ω . Kirakan daya kilas pesongan yang dihasilkan oleh meter apabila voltan 300 V dibekalkan.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 14
MAKLUM BALAS 1a
1 .1
Rujuk in input 1.2
1 .2
Rujuk input 1.2.2
1.3 1.3 1 .4
% Rala Ralatt maks maksim imaa bagi bagi juml jumlah ah peri perint ntan ang g = 10.9 10.99% 9% = 11% % Ralat = 20% % Ketepatan = 80%
MAKLUM BALAS 1b
1 .1
Magnitud ralat penghad = ± 3 A % Ralat : i. 30% ii. 20%
1.2
% Ralat = 3.33% % Ketepatan = 96.67%
1 .3
% Ralat maksima = 620 Ω ± 8.63 %
1 .4
Td = 2. 2.4 X 10-4 Nm
iii. 10%
SEMOGA BERJAYA
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 15
PENILAIAN
SELAMAT MENCUBA Anda telah menghampiri kejayaan. Sila cuba semua soalan dalam penilaian kendiri ini dan semak jawapan anda pada maklum balas yang disediakan. 1.1 1.1
Kira Kirakan kan peratu peratuss rala ralatt dan dan perat peratus us kete ketepat patan an mete meterr jika jika mete meter r ampiar di Rajah 1.8 memberi bacaan 1.9 A manakala voltmeter di Rajah 1.9 menunjukkan bacaan 2.9 V. 4Ω
20V
A 6Ω
Rajah 1.8
6Ω
10 V
4Ω
V
Rajah 1.9
1.2 1.2
Sebu Sebuah ah mete meterr GBM GBMK K denga dengan n ketum ketumpa pata tan n flu fluks ks dice dicela lahan han udar udaraa
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 16
0.7T dan rintangan meter adalah 15k Ω serta diberi bekalan 15V. Dimensi bagi pengalir ialah 1.25 cm X 2 cm. Tentukan bilangan lilitan pengalir bila daya kilas yang dihasilkan ialah 57µ Nm. 1.3 1.3
Sebu Sebuah ah met meter er amp ampia iarr digu digunak nakan an unt untuk uk men mengu gukur kur arus arus di di caba cabang ng A pada rajah 1.3 di atas. Didapati ianya memberi bacaan 0.75A. Kirakan peratus ralat dan peratus ketepatan meter tersebut. A
10Ω 20 V
A 5Ω 5Ω
B Rajah 1.10
1.4 1.4
Dal Dalam sat satu ujik ujikaj ajii, dida didapa pati ti arus arus I1 = 10 A ± 0.1% dan I2 = 20A ± 1%. Kirakan peratus ralat maksima bagi jumlah kedua-dua arus tersebut.
UKURAN DAN RALAT
E 3042 / UNIT 1/ 17
MAKLUM BALAS PENILAIAN
1 .1
Rajah 1.8 :
% Ralat = 5% % Ketepatan K etepatan = 95 %
Rajah 1.9 : % Ralat = 27.5 % % Ketepatan = 72.5 %
1 .2
Jumlah lilitan = 326 326 lil lilitan
1 .3
% Ralat = 6. 6.25 % % Ketepatan = 93.75 %
1 .4
30 A ± 0.7 %
