Penggunaan
Alat Ukur (E1)
|
Philin
Yolanda Dwi Sagita, Indah Ayu P
Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: atashinomeuzu@gmail.com |
Abstrak—Praktikum Penggunaan Alat Ukur (E1) yang bertujuan
untuk mempelajari karakteristik VOM, pada pengukuran tegangan, arus searah dan
bolak-balik, serta menggunakan VOM untuk mengukur Ω, V, dan I telah
dilakukan. Pada praktikum ini
didapatkan nilai tegangan, arus maksimum, arus minimum dan arus total yang
dihasilkan pada rangkaian baik pada rangkaian seri maupun paralel dengan
menggunakan 2 jenis resistor (hambatan) dengan nilai resistansi sebesar 470 ± 5
% Ω dan 1000 ± 5% Ω. Pada praktikum Penggunaan Alat Ukur (E1) ini
terdapat 3 jenis praktikum yang berbeda yakni pada praktikum pertama dengan sub
tema Pengukuran Tegangan Searah didapatkan nilai tegangan jepit Vab
makimal-minimal dan Vbc maksimal-minimal seperti yang telah ditampilkan pada
Tabel. Pada praktikum kedua dengan sub tema Pengukuran arus DC berhasil
didapatkan nilai data arus maksimal, arus minimal, dan arus total (arus
pengamatan = arus perhitungan) dengan memasukkan nilai Rin pada
perhitungan. Pada praktikum ketiga dengan sub tema Pengukuran Tegangan
Bolak-balik didapatkan data tegangan maksimal dan minimal pada tegangan jepit
Vab dan Vde. Selanjutnya dari ketiga praktikum tersebut dilanjutkan dengan
mencari nilai error untuk masing-masing data hasil pengamatan dan pengukuran.
Dan pada praktikum ke dua didapatkan nilai error 0% untuk setiap data arus
listrik yang didapatkan dari hasil pengamatan.
I. PENDAHULUAN
M
|
Ultimeter atau sering disebut AVOmeter
atau multitester, alat ini biasa dipakaei untuk mengukur harga resistansi
(tahanan), tegangan AC (Alternating Current), tegangan DC (Direct Current), dan
arus DC. Alat ini terdiri dari Amperemeter, Voltmeter, dan Ohmmeter. Amperemeter adalah alat
yang digunaka untuk mengukur kuat arus listrik. Amperemeter dapat dibuat atas
susunan mikroamperemeter dan shunt yang
berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan
untuk arus yang besar ditambahkan dengan hambatan shunt. Amperemeter bekerja
sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang
selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya Lorentz yang dapat menggerikka
jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula
simpangannya.[1]
Voltmeter adalah suatu
alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat
multiplier akan dapat meningkatkan kemampuan pengukuran alat voltmeter
berkali-kali lipat. Gaya magnetik akan timbul dari interaksi antar medan magnet
dan kuat arus. Gaya magnetik tersebut akan mampu membuat jarum alat pengukur
voltmeter bergerak saat ada arus listrik. Semakin besar arus listrik yang
mengalir maka semakin besar penyimpangan jarum yang terjadi.
Ohm-meter adalah alat
yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang merupakan suatu daya yang
mampu menahan aliran listrik pada konduktor. Alat tersebut menggunakan
galvanometer untuk melihat besarnya arus listrik yang kemudian dikalibrasi ke
satuan ohm.[2]
Kebanyakan meter DC yang di gunakan untuk pengukuran
menggunakan ( D’ Arsonval meter movement ) . Type ini memiliki magnit permanen
( tetap ) dan kumparan putar meter ini terdiri dari gulungan gulungan kawat
yang disokong dengan penguat batu permata dan berada diantara ujung-ujung magnit
tetap .
Arus yang mengalir melalui gulungan gerak akan
menyebabkan timbul medan magnit pada kawat gulungan ada magnit yang polaritas
kutubnya sama polaritasnya ujung-ujung magnit tetap maka akan terjadi tolak
menolak.
Peristiwa ini akan menyebabkan Coil ( gulungan ) akan
bergerak ( atau terjadi penyimpanagan jarum yang di pasang pada pucuk kumparan
putar pada papan skala )
D ’ Arsonval moving coil meter dapat di
lihat pada gambar berikut
Gambar 1.
D’Arsonval Moving Coil Meter
D‘Arsonval meter banyak dijual dipasaran mulai dari kemampuan arus 0 - 10
mA
sampai dengan 0 - 5 mA untuk penunjukkan skala penuh.
Untuk pengukuran arus yang lebih besar
dapat digunakan dengan cara memasang tahanan yang di paralel dengan Amper
meter. Tahanan paralel tersebut sering disebut R Shunt.[3]
Alat ukur analog dengan jarum penunjuk menggunakan prinsip kumparan putar;
jarum diikatkan pada suatu kumparan yang berada dalam medan magnet. Kumparan
tersebut jika dialiri listrik mendapat momen gaya sehingga jarum ikut berputar.
Alat ini disebut meter d’Arsonval. Meter kumparan putar digunakan pada
amperemeter, voltmeter, ohmmeter, dll.
Gambar 1.
Konstruksi VOM
Alat ukur analog
dengan jarum penunjuk menggunakan prinsip kumparan putar; jarum diikatkan pada
suatu kumparan yang berada dalam medan magnet. Kumparan tersebut jika dialiri
listrik mendapat momen gaya sehingga jarum ikut berputar. Alat ini disebut
meter d’Arsonval. Meter kumparan putar digunakan pada amperemeter, voltmeter,
ohmmeter, dll.
Pada praktikum ini
digunakan meter kumparan putar magnet permanen (PMCC= Permanent Magnet Moving
Coil Meter). Konstruksi PMCC ditunjukkan pada gambar 1. Jika ada N lilitan
dengan luas A dan induksi magnetik B, maka jika pada kumparan mengalir arus I,
akan bekerjalah momen gaya sebesar
τ = N B I A……………………………….(1)
karena ada pegas sebagai imbangan bekerjalah momen gaya pegas
τ
= k ϴ……………………………………(2)
dan kumparan akan menyimpang sebesar sudut ϴ yang diberikan oleh
k
ϴ = N B I A atau……………………….(3)
ϴ
= ( N B A/ k) I = s I…………………..(4)
Dengan s = N B A /I adalah kepekaan arus.
Induksi magnet B
biasanya mempunyai nilai antara 1 hingga 5 gauss. Simpangan penuh (sp),
biasanya dibuat untuk ϴsp= 900. Dilihat selama pegas
mengikuti hukum hooke, simpangan ϴ sebanding dengan arus listrik. Kelemahan
PMCC adalah untuk meter yang sangat peka, simpangan jarum dipengaruhi oleh besi
atau bahan magnetik lain yang mungkin berada didekatnya.[4]
II.METODE
Langkah awal dalam praktikum ini adalah menyiapkan
peralatan-peralatan yang diperlukan dalam melaksanakan praktikum ini, yaitu
sumber tegangan DC, multitester/VOM, resistor-resistor dan transformator
AC. Selanjutnya adalah menghitung besar resistor-resistor yang
digunakan dengan cara menghitung gelang yang terdapat pada resistor. Dengan menggunakan
buku sebagai referensi, didapatkan resistor 1 yang berukuran lebih kecil
memiliki gelang yang berwarna kuning, ungu, jingga, dan emas secara berurutan.
Artinya nilai resistor tersebut senilai 470 ± 5% ohm. Sedangkan resistor keduayaberukuran
lebih besar memiliki warna gelang coklat, hitam, merah dan emas. Artinya
resistor tersebut bernilai 1000 ± 5% ohm. Besar resistor ini akan digunakan untuk
menentukan nilai tegangan maksimum (Vmax) dan tegangan minimum (Vmin)
menggunakan persamaan
V1max = 
x V……………………….(4)
x V……………………….(4)
V1min = 
x V……………………….(5)
x V……………………….(5)
V2max = 
x V……………………….(6)
x V……………………….(6)
V2max = 
x V……………………….(7)
x V……………………….(7)
Praktikum pertama yaitu
pengukutan tegangan searah dilakukan dengan menyusun rangkaian seri antara R1
dan R2, dan disusun paralel dengan voltmeter. Digunakan dua variasi
tegangan yaitu 5V dan 12 V. Range VOM yang digunakan adalah 10-50 untuk
tegangan 5V dan 50-250 untuk tegangan 12V. Diukur tegangan antara titik A dan B
(Vab) serta antara titik b dan c (Vbc).
Gambar 1. Rangkaian alat untuk pengukuran tegangan
searah
Praktikum kedua yaitu praktikum
pengukuran arus DC dilakukan dengan menyusun seri resistor besar dengan VOM
untuk amperemeter serta disusun paralel
dengan voltmeter. Digunakan tegangan sebesar 5V dan 12V. Range VOM yang
digunakan adalah 25 – 500 miliampere. Diukur arusnya dengan VOM. Arus maksimum
dan arus minimum dapat ditentukan menggunakan persamaan
Imax = 
………………………...(8)
………………………...(8)
Imin
= 
………………………...(9)
………………………...(9)
Dengan,
=
……………………(10)
Rparalel
= 
………………………..(11)
………………………..(11)
Sehingga pada
praktikum kedua ini akan didapatkan nilai Imax, Imin, dan
Itotal dari keempay rumus diatas.
Gambar 2. Rangkaian alat untuk pengukuran arus searah
Praktikum ketiga yaitu
pengukuran tegangan bolak-balik. Pada praktikum ini menggunakan empat resistor
yang disusun seri dan paralel, yaitu dua resistor besar dan dua resistor kecil.
Digunakan tegangan 12V dan 15V, serta range VOM 50-250. Tegangan maksimum dan
tegangan minimum dapat dihitung dengan persamaan pada praktikum 1. Diukur besar
tegangan pada titik ab dan de.
Gambar 3. Rangkaian alat untuk pengukuran tegangan
bolak-balik
III. HASIL DAN
PEMBAHASAN
Praktikum Penggunaan
Alat Ukur (E1) ini bertujuan
untuk mempelajari karakteristik VOM, pada pengukuran tegangan, arus searah dan
bolak-balik, serta menggunakan VOM untuk mengukur Ω, V, dan I. Peralatan yang
digunakan adalah sumber tegangan DC, multitester/VOM, resistor-resistor, dan
transformator AC. Dilakukan tiga kali praktikum yaitu pengukuran tegangan
searah, pengukuran arus searah, dan pengukuran tegangan bolak-balik.
Praktikum pertama
dilakukan seperti pada metodologi, dengan menggunakan tegangan 5V dan 12V. Data
dan perhitungan dapat dilihat pada tabel dibawah ini:
Tabel 1. Data hasil perhitungan dan pengukuran
pada praktikum pertama dengan R1
= 1000Ω dan R2 = 470Ω serta masing-masing toleransi sebesar 5%.
No
|
ε (V)
|
Range VOM
|
Vab
|
Vbc
|
||||
Ukur
|
min
|
max
|
ukur
|
Min
|
max
|
|||
1
|
5
|
10
|
8
|
1.889547186
|
2.129909366
|
3,9
|
2.870090634
|
3.110452814
|
2
|
5
|
50
|
9
|
1.889547186
|
2.129909366
|
3,5
|
2.870090634
|
3.110452814
|
3
|
12
|
50
|
4
|
4.534913246
|
5.111782477
|
8,5
|
6.888217523
|
7.465086754
|
4
|
12
|
250
|
5
|
4.534913246
|
5.111782477
|
9
|
6.888217523
|
7.465086754
|
Berdasarkan data perhitungan dan pengukuran praktikum pertama
pada tabel diatas dapat diketahui bahwa terdapat perbedaan nilai tegangan
terukur untuk satu jenis tegangan sumber pada masing-masing jenis resistor yang
digunakan.
Tegangan jepit Vab yang menggunakan resistor 470 ± 5% Ω memiliki nilai
tegangan yang lebih kecil dibandingkan dengan nilai tegangan jepit Vbc, padahal
pada rangkaian tersebut digunakan tegangan sumber yang sama yaitu sebesar 5
volt dan 12 volt. Hal itu dikarena nilai resistor yang digunakan pada Vab yang
menghambat aliran arus listrik jauh lebih kecil dibandingkan dengan resistor
yang digunakan pada tegangan jepit Vbc yaitu sebesar 1000 ± 5 % Ω. Sehingga dapat disimpulkan bahwa pada praktikum pertama ini kita
dapat menarik kesimpulan bahwa nilai tegangan jepit berbanding terbalik dengan
nilai resistansi yang digunakan pada rangkaian tersebut. Semakin besar nilai
kapasitansi suatu rangkaian maka arus yang melewati rangkaian tersebut semakin
sedikit sehingga tegangan jepit yang dihasilkan pada rangkaian tersebut semakin
kecil dan sebaliknya.
Selanjutnya pada praktikum kedua yang telah dilakukan sesuai
metodologi percobaan dengan menggunakan resistor R2 dengan nilai
resistansinya sebesar 1000 ± 5 % Ω didapatkan data hasil pengukuran dan perhitungan sebagai berikut :
Tabel 2. Data hasil perhitungan dan pengukuran
pada praktikum kedua dengan R = 1000 ± 5 % Ω
No
|
ε (V)
|
Range VOM
|
I ukur
(A)
|
I min
|
I max
|
Rin hitung
|
1
|
5
|
25
|
0,005
|
0.000680272
|
0.00075188
|
1166.666667
|
2
|
5
|
500
|
0,01
|
0.000680272
|
0.00075188
|
1166.666667
|
3
|
12
|
25
|
0,012
|
0.001632653
|
0.001804511
|
1166.666667
|
4
|
12
|
500
|
0,02
|
0.001632653
|
0.001804511
|
1166.666667
|
Dari data diatas didapatkan bahwa pada nilai resistansi yang sama
dan dengan menggunakan variasi tegangan sumber 5 V dan 12 V didapatkan nilai
arus yang berbeda. Pada tegangan 5 volt didapatkan nilai arus maksimal maupun
minimal yang ynag lebih kecil dibandingkan dengan nilai arus maksimal dan arus
minimal pada tegangan sumber 12 volt. Perlu diperhatikan pada perhitungan kali
ini nilai resistansi yang digunakan pada rangkaian tidak hanya resistor pita
yang telah dihitung sebelumnya. Namun juga ada nilai resistansi pada alat
multitester yang telah disusun paralel terhadap kumparan didalam alat yang sering
disebut Rin. Hal itulah yang menyebabkan seringkali nilai arus yang
ditunjukkan pada multitester pada sejumlah percobaan jauh berbeda dengan nilai
arus yang dihitung dengan menggunakan Hukum Kirchoff maupun Hukum Ohm.
Pada praktikum kedua ini kita memperlajari cara mengukur nilai
resistansi internal pada alat mutitester sehingga akan didapatkan nilai arus
total yang hampir mendekati nilai arus yang tertera pada alat multitester.
Kemudian pada praktikum ketiga dan terakhir ini, akan disusun
sebuah rangkaian listrik yang hampir identik dengan rangkaian listrik pada
praktikum pertama namun dengan susunan resistor yang berbeda. Pada praktikum
ketiga ini, susunan rangkaian yang digunakan adalah rangkaian paralel. Adapun
nilai resistansi yang digunakan yaitu 2
resistor R1= 470 ± 5% Ω dan 2 resistor R2 = 1000 ± 5% Ω yang dsusun secara silang.
Berikut akan dipaparkan data hasil pengamatan dan perhitungan yang telah
dilakukan pada praktikum ketiga.
Tabel 3. Data hasil praktikum ketiga dengan R1= 470 Ω dan R2 = 1000 Ω serta
masing-masing toleransi sebesar 5%.
No
|
ε (V)
|
Range VOM
|
Vab
|
Vde
|
||||
ukur
|
min
|
max
|
ukur
|
min
|
max
|
|||
1
|
12
|
50
|
3,8
|
6.888217523
|
7.465086754
|
7,9
|
4.534913246
|
5.111782477
|
2
|
12
|
250
|
4,8
|
6.888217523
|
7.465086754
|
8
|
4.534913246
|
5.111782477
|
3
|
15
|
50
|
4,8
|
8.610271903
|
9.331358443
|
9,9
|
5.668641557
|
6.389728097
|
4
|
15
|
250
|
5,1
|
8.610271903
|
9.331358443
|
10
|
5.668641557
|
6.389728097
|
Berdasarkan data hasil pengamatan dan perhitungan diatas dapat
ditinjau dari 2 arah peninjauan. Pada peninjauan pertama dengan nilai tegangan
sumber yang sama yaitu 5 volt dan 12 volt didapatkan nilai Vde yang lebih besar
dibandingkan dengan nilai tegangan Vab. Sedangkan pada peninjauan kedua yaitu
dengan nilai tegangan jepit yang sama (yaitu Vab dan Vde) dan nilai tegangan
sumber yang berbeda, didapatkan nilai tegangan jepit (Vab atau Vde) pada sumber
tegangan 15 volt lebih besar dibandingkan dengan nilai tegangan jepit (Vab atau
Vde) pada tegangan sumber 12. Kedua venomena tersebut dikarenakan adanya
pembagi tegangan pada rangkaian. Dengan jumlah arus listrik yang sama (karena
rangkaian paralel) dan nilai resistansi yang diukur berbeda, maka terdapat
perbedaan nilai tegangan jepit antara tegangan Bab dan Vde. Vab yang
menggunakan resistor dengan nilai resistansi 470 ± 5% Ω memiliki
tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan nilai tegangan yang dimiliki oleh
tegangan jepit Vde yang menggunakan resistor dengan nilai resistansi 1000 ± 5% Ω. Hal itu dikarenakan pada
resistor 470 ± 5% Ω jumlah arus
listrik yang melewati rangkaian jauh lebih banyak dibandingkan dengan jumlah
arus listrik yang melewati rangkaian dengan resistor terukur 1000 ± 5% Ω. Sehingga dapat disimpulkan bahwa
nlai tegangan Vab lebih kecil dibandingkan dengan nilai tegangan jepit pada Vde
pada nilai sumber listrik yang sama
Pada peninjauan kedua telah jelas bahwa pada nilai resistansi
yang sama, semakin tinggi nilai tegangan sumber yang diberikan pada rangkaian
maka nilai tegangan jepitnya juga akan semakin besar.
Setelah dilakukan ketiga praktikum diatas selanjutnya akan
dilakukan pengukuran nilai eror pada setiap data pengamatan dan perhitungan
yang telah didapatkan. Berikut akan dipaparkan data error yang telah kami
dapatkan dari praktikum Penggunaan
Alat Ukur (E1) ini.
Tabel 4. Error
perhitungan pada praktikum pertama
No
|
Error Vab
|
Error Vbc
|
|
1
|
0.004255319
|
0.002857143
|
|
2
|
0.004255319
|
0.002857143
|
|
3
|
0.170212766
|
0.114285714
|
|
4
|
0.170212766
|
0.114285714
|
Tabel 5. Error
perhitungan pada praktikum kedua
No
|
I ukur (A)
|
I hitung (A)
|
Error
|
1
|
0,005
|
0,005
|
0
|
2
|
0,01
|
0,01
|
0
|
3
|
0,012
|
0,012
|
0
|
4
|
0,02
|
0,02
|
0
|
Tabel 6. Error perhitungan pada praktikum ketiga
No
|
Error Vab
|
Error Vde
|
|
1
|
0.044642857
|
0.377659574
|
|
2
|
0.114285714
|
0.170212766
|
|
3
|
0.058571429
|
0.253191489
|
|
4
|
0.114285714
|
0.170212766
|
Dari ketiga tabel error diatas didapatkan bahwa terdapat nilai
error 0 ≤ error ≤ 1 dan untuk data error arus listrik pada praktikum kedua
didapatkan nilai error sebesar 0%. Hal
itu menunjukkan bahwa nilai arus listrik yang diamati pada multitester memiliki
nilai yang persis sama dengan nilai arus listrik hasil perhitungan. Karena pada
praktikum kedua selain dilakukan perhitungan pada nilai hambatan pada resistor
yang disusun pada rangkaian, nilai Rin (hambatan internal) juga termasuk dalam
perhitungan sehingga hasil data pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan
pada praktikum kedua tepat sama walaupun mungkin ada beberapa miss pada bilangan dibelakang angka
pembulatan.
Adapun faktor-faktor yang menyebabkan timbulnya nilai error pada
praktikum pertama dan ketiga yaitu karena faktor alat dan praktikan. Pada
faktor alat terdapat faktor berkurangnya ketelitian dan keakuratan alat karena
faktor usia maupun karena ada kesalahan penggunaan alat pada praktikum
sebelumnya. Sedangkan pada faktor praktikan terdapat faktor kesalahan pengamatan
mata yang tidak tepat tegak lurus dengan skala pada alat dan faktor pembulatan
yang kurang tepat.
Oleh karena itu pada praktikum kali ini, dibutuhkan beberapa
perbaikan berupa kritik, saran maupun percobaan yang lebih akurat lagi mengenai
data-data yang telah didapatkan.
IV.KESIMPULAN
Pada praktikum
Penggunaan Alat Ukur (E1)
yang terdiri dari 3 jenis praktikum yang berbeda yakni pada praktikum pertama
dengan sub tema Pengukuran Tegangan Searah didapatkan nilai tegangan jepit Vab
makimal-minimal dan Vbc maksimal-minimal seperti yang telah ditampilkan pada
Tabel. Pada praktikum kedua dengan sub tema Pengukuran arus DC berhasil
didapatkan nilai data arus maksimal, arus minimal, dan arus total (arus
pengamatan = arus perhitungan) dengan memasukkan nilai Rin pada
perhitungan. Pada praktikum ketiga dengan sub tema Pengukuran Tegangan
Bolak-balik didapatkan data tegangan maksimal dan minimal pada tegangan jepit
Vab dan Vde. Selanjutnya dari ketiga praktikum tersebut dilanjutkan dengan
mencari nilai error untuk masing-masing data hasil pengamatan dan pengukuran.
Dan pada praktikum ke dua didapatkan nilai error 0% untuk setiap data arus
listrik yang didapatkan dari hasil pengamatan. Semua data hasil praktikum
pertama, kedua maupun ketiga telah ditampilkan dalam Tabel 1 hingga tabel 6
pada Bab Pembahasan.
UCAPAN TERIMA KASIH
Para penulis
mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Elektronika Dasar 1 yang telah membimbing kami dalam
melaksanakan praktikum ini, serta teman-teman yang telah membantu dalam
praktikum ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Sutrisno,1986,”Elektronika:
teori dasar dan penerapannya jilid 1”, penerbit ITB:Bandung
[2] Tipler, “FISIKA untuk
Sains dan Teknik Jilid 2”, Jakarta :
Erlangga,2001
[3]
Blocher,
Richard. 2003. Dasar Elektronika.
Penerbit Andi, Yogyakarta.
[4]
William,
Jack, Steven. Rangkaian Listrik Jilid 1.
Penerbit Erlangga, Jakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar