Dasar Teknik ElektroDasar Teknik Elektro

Dasar PengukuranNi’matul Ma’muriyah, M.Eng

Kompetensi :Kompetensi :Mampu menjelaskan prinsip dasar

pengukuran (instrumentasi).Mampu menjelaskan jenis-jenis

alat ukur dasar yang digunakan di elektronika

Mampu menjelaskan standart pengukuran

Mampu melakukan pengukuran dengan benar.

Pengertian PengukuranPengertian Pengukuran

Pengukuran pada hakekatnya adalah membandingkan besaran yang belum diketahui dengan besaran dengan besaran lain yang sudah diketahui besarnya.

Untuk itu diperlukan alat ukur yang baik, yang mengandung informasi besaran-besaran yang diukur sesuai dengan besaran sesungguhnya.

Alat Ukur Besaran PokokAlat Ukur Besaran PokokBesaran pokok

Alat ukur

Panjang Mistar, Jangka sorong, mikrometer sekrup

Massa Neraca (timbangan)

Waku Stop Watch

Suhu Termometer

Kuat arus listrik

Amperemete

Jumlah molekul

Tidak diukur secara langsung *

Intensitas cahaya

Light meter

MistarMistar

Mistar digunakan untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,5 mm.

Jangka SorongJangka Sorong

Jangka sorong digunakan untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,1 mm.

Mikrometer SekrupMikrometer Sekrup

Mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,01 mm.

NeracaNeraca

Neraca digunakan untuk mengukur massa suatu benda.

StopwatchStopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu mempunyai batas ketelitian 0,01 detik.

ThermometerThermometer

Termometer digunakan untuk mengukur suhu.

AmperemeterAmperemeter

Amperemeter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik (multimeter)

Alat Ukur Besaran Alat Ukur Besaran TurunanTurunan

SpeedometerDinamometerHigrometerOhmmeter dan VoltmeterHidrometerBarometerManometerKalorimeter

SpeedometerSpeedometer

Speedometer digunakan untuk mengukur kelajuan

DinamometerDinamometer

Dinamometer digunakan untuk mengukur besarnya gaya.

HigrometerHigrometer

Higrometer digunakan untuk mengukur kelembaban udara.

Ohmmeter dan VoltmeterOhmmeter dan Voltmeter

Ohm meter digunakan untuk mengukur tahanan ( hambatan ) listrik

Volt meter digunakan untuk mengukur tegangan listrik.

Ohm meter dan voltmeter dan amperemeter biasa menggunakan multimeter.

HidrometerHidrometer

Hidrometer digunakan untuk mengukur berat jenis larutan.

BarometerBarometer

Barometer digunakan untuk mengukur tekanan udara luar.

ManometerManometer

Manometer digunakan untuk mengukur tekanan udara tertutup.

KalorimeterKalorimeter

Kalorimeter digunakan untuk mengukur besarnya kalor jenis zat.

Kesalahan dalam Kesalahan dalam pengukuranpengukuran

Ada 2 kelompok kesalahan dalam pengukuran yaitu :a. Kekeliruan Sistematik, kekeliruan yang berkaitan dengan alat ukur, metode pengukuran, dan faktor manusia.b. Kekeliruan Acak, kekeliruan yang berkaitan dengan faktor non teknis / non sistematik.

Istilah dalam PengukuranIstilah dalam Pengukuran

Ketelitian adalah suatu ukuran yang menyatakan tingkat pendekatan dari nilai yang diukur terhadap nilai benar x0.

Kepekaan adalah ukuran minimal yang masih dapat dikenal oleh instrumen/alat ukur.

Ketepatan (akurasi) adalah suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sama. Dengan memberikan suatu nilai tertentu pada besaran fisis, ketepatan merupakan suatu ukuran yang menunjukkan perbedaan hasil-hasil pengukuran pada pengukuran berulang.

Ketidak Pastian Mutlak dan Ketidak Pastian Mutlak dan RelatifRelatif

Angka PentingAngka Penting

Angka penting adalah bilangan yang diperoleh dari hasil pengukuran yang terdiri dari angka-angka penting yang sudah pasti (terbaca pada alat ukur) dan satu angka terakhir yang ditafsir atau diragukan. Sedangkan angka eksak/pasti adalah angka yang sudah pasti (tidak diragukan nilainya), yang diperoleh dari kegiatan membilang (menghitung).

Ketentuan Angka PentingKetentuan Angka Penting

1. Semua angka yang bukan nol merupakan angka penting. Contoh : 6,89 ml memiliki 3 angka penting. 78,99 m memiliki empat angka penting. 7000,2003 ( 8 angka penting ).

2. Semua angka nol yang terletak diantara bukan nol merupakan angka penting. Contoh : 1208 m memiliki 4 angka penting. 2,0067 memiliki 5 angka penting.

3. Semua angka nol yang terletak di belakang angka bukan nol yang terakhir, tetapi terletak di depan tanda desimal adalah angka penting. Contoh : 70000, ( 5 angka penting).

4. Angka nol yang terletak di belakang angka bukan nol yang terakhir dan di belakang tanda desimal adalah angka penting. Contoh: 23,50000 (7 angka penting).

5. Angka nol yang terletak di belakang angka bukan nol yang terakhir dan tidak dengan tanda desimal adalah angka tidak penting. Contoh : 3500000 (2 angka penting).

6. Angka nol yang terletak di depan angka bukan nol yang pertama adalah angka tidak penting. Contoh : 0,0000352 (3 angka penting).

Meter Arus SearahMeter Arus SearahAlat Ukur Permanent Magnet

Moving Coil (PMMC) disebut juga gerak d’Arsonval.

Alat ukur ini terdiri dari magnet tetap dan kumparan yang bila dialiri arus listrik akan timbul gaya untuk menggerakkan pointer yang mengindikasikan level arus pada skala terkalibrasi.

Contoh : Amperemeter DC, Voltmeter DC dan Ohmmeter

Konstruksi PMMCKonstruksi PMMCTerdiri dari magnet tetap yang berbentuk

sepatu kuda dengan potongan besi lunak menempel padanya dan antara dua kutub magnet tsb ditempatkan silinder besi lunak, untuk menghasilkan medan magnet yang homogen dalam celah udara antara kutub-kutubnya.

METER ARUS SEARAH

2.1 Prinsip Dari AmMeterDasar sistem kumparan putar, pada umumnya diarahkan sebagai gerakan meter D`arsonval

atau disebut gerakan meter kumparan putar magnet permanen, seperti ditunjukkan pada gambar 2.1.- Mekanik kumparan dipasang dalam sistem suspensi jawel and pivot untuk mengurangi gesekan.- Atau dengan sistem suspensi taut-band yang hasilnya lebih sensitif.

Gambar 2.1.Meter kumparan putar magnet permanent

2.1.1 Pengerak Meter D`arsonval

Pengerak D`arsonval banyak digunakan saat ini. Jadi prinsip kerja dari meter tersebutberoperasi berdasar prinsip kerja motor DC.Seperti gambar 2.1 menunjukkan magnet permanen berbentuk tapal kuda yang berhimpitan denganbesi lunak pada masing-masing kutubnya.

- Diantara besi lunak kutub utara dan kutub selatan terdapat inti besi lunak berbentuk silinder yang dililiti dengan konduktor yang sangat ringan dan ditempelkan pada sebuah pasangan jewel sehinggadapat berputar bebas tanpa mendapat gesekan.- Jarum penunjuk dipasang pada kumparan dan akan menunjukkan skala pada saat kumparanberputar.- Arus dari sebuah rangkaian yang diukur, didalam meter akan melewati gulungan pada kumparanputar.- Arus tersebut menyebabkan kumparan menjadi elekro magnet yang berkutub utara dan selatan.- Kutub magnet elektromagnet saling mempengaruhi dengan magnet permanent sehigga putaranberputar.- Semua pengerak DC mempunyai tanda polaritas karena arah dari penunjuk sudah tertentu.- Pengerak meter D`arsonval dasar pengunaanya sangat terbatas karena itu perlu adanya modifikasi.- Salah satu cara modifikasi adalah menaikkan batas ukur.yang diukur.- Menaikkan batas ukur dilakukan dengan cara menempatkan resistansi rendah (Rsh) yang diparaleldengan resistansi pengerak (Rm)- Rsh berfungsi penganti arus total meter.- Ish lebih besar dari pada Im.

Rangkaian ammeter DC dasar ditunjukkan pada gambar dibawah.    Rangkaian ammeter DC dasar ditunjukkan pada gambar dibawah.  

 

Resistansi shunt, diperoleh dengan mengetahui tegangan dan arus yang melewati RshJadi resistansi shunt dapat ditentukan 

Dimana Vsh = Im.Rm Ish = I - ImJadi,

Tujuan perancangan resistansi shunt:Untuk memperoleh arus I ke-n kali lebih besar dari Im.Dimana :

n = factor kelipatan

Sehingga didapat hubungan arus meter adalah : 

I = n . Im 

  

Ish

VshRsh

Im

.Im

I

RmRsh

Subtitusi pers (2-2) dengan pers (2-1) didapat 

  

Contoh.Rancanglah ammeter dengan range 1A, 100mA, 10mA meter mempunyai spesifikasisebagai berikutIm 5mA ; Rm = 1kohmTentukan Rsh = ?100ma, 10mA, 1ma,In = 50A , Rm=19k,100A, 10A,100mA,Im=25A, Rm 3k 

Im.

.Im

I

RmRsh

ImIm

.

n

RmI

)1.(Im

.Im

n

Rm

)1(

n

Rm

Selanjutnya dalam hubungan arus dengan resistansi dapat kita tuliskan :

( Rb + Rc ) ( I – Im ) = Im ( Ra + Rb ) atau, I ( Rb + Rc ) – Im ( Rb + Rc ) = Im ( Rsh – ( Rb + Rc ) + Rm )

I ( Rb + Rc ) – Im ( Rb + Rc ) = Im Rsh – Im ( Rb + Rc ) + Im Rm

I ( Rb + Rc ) = Im Rsh + Im Rm

( Rb + Rc ) = ……………………….. ( 2 – 4 )

dimana Rsh adalah tahanan Shunt total maka Ra dapat ditentukan dengan rumus:

Ra = Rsh – ( Rb + Rc ) () …………………………………..……….. ( 2 – 5 )

Arus I adalah arus maksimum untuk batas ukur range tertentu yang dipasang pada Am meter maka Rc dapat ditentukan dengan rumus :

………………………….……….. ( 2 – 6 ) )()Im(

I

RmRshRc

).()Im(

I

RmRsh

Resistansi Shunt Rsh = Ra + Rb + Rc, dimana Rsh dapat dihitung dengan pers( 2 – 3 )

Dari gambar 2.5 maka kita dapat mencari nilai nilai Ra, Rb dan Rc

   

Gambar 2.5 Pada saat resistansi Rb + Rc paralel dengan Rm + Ra, tegangan tiap

cabang pasti / harus sama, sehingga dapat kita tuliskan :V ( Rb + Rc ) = V ( Ra + Rm )

Rm

Rc Rb Ra

I-Im

Im

10 A

1A

5 A

Rsh

+ -

I

1n

RmRsh

Untuk mendapatkan Ra,         Ra = Rsh – ( Rb + Rc )

= ( 1 – 0,2 ) K = 0,8 K

Untuk mendapatkan Rc,,

·        = 0,1 K

Untuk menentukan Rb, Rb = ( Rb + Rc ) – Rc = ( 0,,2 – 0,1 ) K = 0,1 K

       

K10

)91(10.100 3

I

RmRshRc

)Im(

Rs diperoleh dari :          

2.2.1 Voltmeter Range Ganda Voltmeter range ganda (multirange) dengan menggunakan sebuah

skakelar empat posisi (V1,V2,V3 dan V4) dan empat tahanan pengali (R1,R2,R3,R4). Nilai daripada tekanan ditentukan dengan metoda sebelumnya atau dengan sensitivitas.

Gambar 2.7 Voltemeter range ganda.

Im

VRmRs

RmV

Rs Im

+

-

Im

Rm

V1

V2

V3

V4

R1

R2

R3

R4

Contoh : 2.4 Sebuah gerak D”Arsonval dengan tahanan dalam Rm = 100 dan skala

penuh Im = 1mA akan diubah menjadi Voltmeter arus searah range ganda dengan batas ukur 10V, 50V, 250V dan 500V. Dengan menggunakan gambar dibawah.

Gambar 2.9 Susunan R Pengali yang praktis Cari nilai masing-masing R pengali ? Penyelesaian : Pada range 10V ( posisi V4 ) tahanan total rangkaian adalah :

Rt = R4 + Rm sehingga

+

_

V1

V2 V3

V4

Im

Rm

R1 R2 R3 R4

Im44V

R 10010.1

104

3

VR

RmV

R Im

44

2.2Metoda Sensitivitas

•Nilai Ohm per Volt •Pada keterangan sebelumnya disebutkan bahwa arus defleksi penuh Im ( Idp ) dicapai pada semua range bila sakelar pada posisi range tegangan yang sesuai seperti ditunjukkan contoh 2.1, arus terbesar 1 mA diperoleh pada tegangan 10V, 50V, 250V dan 500V dan pada masing-masing range tersebut, perbandingan tahanan total Rt terhadap tegangan max range V selalu 1000 /V, Bentuk seperti ini disebut sensitivitas Voltmeter atau nilai ohm per Volt ( ohm-per Volt rating). Perhatikan sensitivitas adalah kebalikan dari defleksi skala penuh alat ukur yaitu :   Dimana sensitivitas S dapat digunakan pada metoda sensitivitas untuk menentukan tahanan pengali Voltmeter DC.   Dari rangkaian gambar 2.8

Rt = S x V

Rs = ( S x V ) - Rm

)V

(Im

1 S

Penggunaan meter penggerak Penggunaan meter penggerak D’arsonval pada OhmmeterD’arsonval pada Ohmmeter

• A.Pertama akan dibahas untuk rangkaian Ohmmeter yang sederhana. Seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

RZ

E

Rm

X Y

mzfs RR

EI

xmz RRR

EI

xmz

mz

fs

xmz

mz

mz

xmz

fs

RRR

RRP

I

I

RRR

RR

RRE

RRRE

I

I

kmA

V

RI

ER m

fsz

9,21001

3

kkk

kkkk

RRP

RRR mz

mzx

1232,0

3

1,09,22,0

1,09,2

Harga Rx dengan penyimpangan skala penuh 20 %

kkk

kkkk

RRP

RRR mz

mzx

5,434,0

3

1,09,22,0

1,09,2

Harga Rx dengan penyimpangan skala penuh 40 %

Harga Rx dengan penyimpangan skala penuh 50 %

kkk

kkkk

RRP

RRR mz

mzx

335,0

3

1,09,25,0

1,09,2

Jika Jika hasil-hasilhasil-hasil perhitungan di perhitungan di

tabelkan maka menjaditabelkan maka menjadi

P [%] Rx [k Rz + Rm [k]

20 12 3

40 4,5 3

50 20 3

75 1 3

100 0 3

OscilloscopeOscilloscope

Oscilloscope is analogous to a camera that captures signal images that we can measure and interpret◦Is it an accurate picture of what

actually happened?◦Is the picture clear or fuzzy?◦How many pictures can we take per

second?

Characteristics of oscilloscope- Number of Channels- Bandwidth- Digital vs Analog- Rise Time- Sample Rate

Characteristics Characteristics Most scopes have either 2 or 4 channels

(inputs)◦Can use 2nd channel as trigger for 1st

channel◦View one or more waveforms at once

Bandwidth◦Typical range 100 – 400 MHz

affordable scopes (~ 50 GHz max)◦Determines fundamental ability to

measure a signal and resolve high-frequency changes

◦Note that limiting the bandwidth reduces noise and provides a cleaner signal

Sample rate◦ How frequently a digital oscilloscope takes

a snapshot or sample of the signal.

Oscilloscope Oscilloscope FundamentalsFundamentals

Front panel of scope divided into four main sections◦ Vertical (volts/div)◦ Horizontal (sec/div)◦ Trigger◦ Display

Three basic adjustments◦ Attenuation or amplification of the signal.

Use the volts/div control to adjust the amplitude of the signal

◦ Time base. Use the sec/div control to set the amount of time per division.

◦ Use the trigger level to stabilize a repeating signal, or to trigger on a single event.

Vertical System Controls◦Termination (1M or 50 ohm)◦Position

Allows you to move waveform up and down on screen

◦Volts/Division Scale factor. The maximum voltage you can display on

the screen is the volts/div setting multiplied by the number of vertical divisions.

◦Coupling (AC, DC, Ground) DC coupling shows all of an input signal AC coupling blocks the DC component of a signal so

waveform is centered around zero Ground disconnects the input signal from the vertical,

which lets you see where zero volts is located on the screen. Switching from DC to ground is a handy way of measuring signal voltage with respect to ground.

AC and DC Input Coupling

Horizontal System Controls◦Trigger Position

Allows you to move waveform left and right on screen

◦Seconds/Division Scale factor. Selects the rate at which the waveform is

drawn across the screen

◦XY mode lets you display an input signal, rather than the time base, on the horizontal axis This mode of operation allows for phase shift

measurement techniques

Trigger Controls◦ Crucial for clear signal characterization because it

synchronizes the horizontal sweep at the correct point of the signal, thus

◦Trigger Sources Any input channel The power source signal An external source other than the signal applied to an

input channel A signal internally defined by the oscilloscope, from one

or more input channels

Trigger Modes◦ In normal mode the oscilloscope only

sweeps if the input signal reaches the set trigger point; otherwise (on an analog oscilloscope) the screen is blank or (on a digital oscilloscope) frozen on the last acquired waveform. Can be disorienting since you may not see the signal at first if the level control is not adjusted correctly.

◦ In auto mode the oscilloscope will sweep, even without a trigger. If no signal is present, a timer in the oscilloscope triggers the sweep. Ensures that the display will not disappear if the signal does not cause a trigger.

Trigger Level and Slope◦The slope control

determines whether the trigger point is on the rising or the falling edge of a signal. A rising edge is a positive slope and a falling edge is a negative slope

◦The level control determines where on the edge the trigger point occurs