Alat Ukur dan Pengukuran
Oleh Kelompok X
Prabarisma Dewantara
Yulinar AstariA 241 12 067
A241 12 050
Program Studi Pendidikan Fisika
Jurusan Pendidikan MIPA
Fakultas Keguruan Dan Ilmu Pendidikan
Universitas Tadulako
20141. Pengertian dan Kegunaan
Rangkaian jembatan terutama digunakan sebagai sebuah alat
pengukur perubahan tahanan yang akurat. Rangkaian seperti ini
terutama berguna bila perubahan fraksional dalam impedansi sangat
kecil. Rangkaian jembatan adalah rangkaian pasif yang digunakan
untuk mengukur impedansi dengan teknik penyesuaian potensial. Dalam
rangkaian ini, seperangkat impedansi yang telah diketahui secara
akurat diatur nilaianya dalam hubungannya terhadap satu yang belum
diketahui sampai suatu kondisi yang ada dimana perbedaan potensial
antara dua titik dalam rangkaian adalah nol, yaitu setimbang.
Kondisi ini menetapkan sebuah persamaan yang digunakan untuk
menemukan impedansi yang tidak diketahui berkenaan dengan
nilai-nilai yang diketahui.
Bila kita ingin mengukur harga induktansi dan kapasitansi, maka
metode yang mudah dan baik menggunakan jembatan arus bolak balik.
Jembatan AC ini hampir sama dengan jembatan DC, tetapi menggunakan
sumber AC dengan frekuensi tertentu. Konsep jembatan yang
dijelaskan dalam bagian ini dapat dipakai untuk penyesuaian
impedansi secara umum seperti tahanan-tahanan. Dalam keadaan ini,
jembatan direpresentasikan seperti dalam Gambar 2.8 dan memakai
sebuah eksitasi a-c, biasanya sebuah sinyal tegangan gelombang
sinus. Analisa tingkah laku jembatan pada dasarnya sama seperti
pada cara sebelumnya tetapi tahanan diganti impedansi. Kemudian
tegangan offset jembatan direpresentasikan sebagai
(2-21)
Dimana
E = tegangan eksitasi gelombang
Z1, Z2, Z3,Z4 = impedansi jembatanKondisi setimbang ditetapkan
seperti sebelumnya dengan sebuah tegangan offset zero V = 0. Dari
Persamaan (2-21) kondisi ini dijumpai jika impedansi memenuhi
hubungan
Z3Z2 = Z1Z4 (2-22)
Perhatikan bahwa kondisi ini sama seperti Persamaan (2-9) untuk
jembatan resistif.
Gambar 2.8 Sebuah jembatan a-c yang umum
Catatan khusus adalah perlu berkenaan dengan pencapaian kondisi
setimbang dalam jembatan a-c. Dalam beberapa kasus, sistem deteksi
setimbang adalah phase sensitive mengenai sinyal eksitasi jembatan.
Dalam hal ini, perlu untuk memberikan sebuah kondisi setimbang dari
kedua sinyal inphase dan quadrature (keluaran fase 900) sebelum
Persamaan (2-22) dipakai.Jembatan pembanding kapasitansi
Dalam bentuk dasarnya jembatan arus bolak-balik dapat digunakan
untuk pengukuran induktansi atau kapasitansi yang tidak diketahui
dengan membandingkannya terhadap sebuah induktansi atau kapasitansi
yang diketahui. Sebuah jembatan pembanding kapasitansi dasar
ditunjukkan pada gambar 7.2.
Gambar 7.2 Jembatan pembanding kapasitansi
Kedua lengan perbandingan adalah resistif dan dinyatakan oleh R1
dan R2. lengan standar terdiri dari kapasotor Cs seri dengan
tahanan Rs, di mana Cs adalah kapasitor standar kualitas tinggi dan
Rs adalah tahanan variabel. Cx menyatakan kapasitansi yang tidak
diketahui dan Rx adalah tahanan kebocoran kapasitor.
Dua bilangan komplek adalah sama bila bagian-bagian nyata dan
bagian-bagian khayalnya adalah sama. Dengan menyamakan
bagian-bagian nyata diperoleh
atau
. (7.6)
samakan bagian-bagian khayal diperoleh
atau
. (7.7)
Agar memenuhi kedua syarat setimbang dalam konfigurasinya,
jembatan harus mengandung dua elemen variable. Setiap dua dari
empat elemen yang tersedia dapat dipilih walaupun dalam praktek
kapasitor Cs merupakan kapasitor standar presisi tinggi dengan
nilai yang tetap dan tidak dapat diatur. Pemeriksaan terhadap
persamaan-persamaan setimbang menunjukkan bahwa Rs tidak muncul
dalam bentuk Cx. jadi untuk menghilangkan setiap interaksi antara
kedua pengontrol kesetimbanga, Rs merupakan pilihan yang tepat
sevagai elemen variabel kedua seperti ditunjukkan pada gambar
7.2.
Karena kita mengukur kapasitor yang tidak diketahui yang efek
tahanannya bisa kecil sekali, pengaturan pertama sebaiknya
dilakukan pada bagian kapasitif yang berarti mengatur R1 agar
menghasilkan suara paling kecil dalam telepon kepala. Dalam
kebanyakan hal suara tersebut tidak akan hilang seluruhnya, sebab
syarat setimbang kedua belum dipenuhi. Maka Rs diatur untuk
kesetimbangan bagian resistif dan suara dibuat agar semakin
mengecil. Ternyata bahwa pengaturan kedua tahanan secara bergantian
adalah perlu untuk menghasilkan keluaran nol dalam telepon kepala
dan untuk mencapai kondisi setimbang yang sebenarnya. Perlunya
pengaturan secara bergantian menjadi jelas bila kita sadari bahwa
setiap perubahan dalam R1 bukan hanya mempengaruhi persamaan
setimbang kapasitif, tetapi juga mempengaruhi persamaan setimbang
resistif, sebab R1 muncul dalam kedua bentuk persamaan
tersebut.Jembatan pembanding induktansi
Konfigurasi umum jembatan pembanding induktansi mirip dengan
jembatan pembanding kapasitansi. Induktansi yang tidak diketahui
ditentukan dengan membandingkan terhadap sebuah induktor standar
yang diketahui seperti ditunjukkan pada diagram gambar 7.3.
Gambar 7.3 Jembatan pembanding induktansi
Penurunan persamaan setimbang pada dasarnya mengikuti
langkah-langkah yang sama seperti pada jembatan pembanding
kapasistansi dan tidak akan dikemukakan secara lengkap.
Dapat ditunjukkan bahwa persamaan setimbang induktansi
memberikan
.(7.8)
dan persamaaan setimbang resistif memberikan :
.(7.9)
Dalam jembatan ini, R2 dipilih sebagai pengontrol kesetimbangan
induktif, dan Rs adalah pengontrol kesetimbangan resistif.
Jembatan Maxwell
Jembatan Maxwell, yang diagram skemanya ditunjukkan pada gambar
7.4, mengukur sebuah induktansi yang tidak diketahui dinyatakan
dalam kapasistansi yang diketahui.
Gambar 7.4 Jembatan Maxwell
Salah satu lengan perbandingan mempunyai sebuah tahanan dan
sebuah kapasistansi dalam hubungan pararel, dan untuk hal ini
adalah lebih mudah untuk menuliskan persamaan kesetimbangan dengan
menggunakan admitansi lengan 1 sebagai pengganti impedansi.
Dengan menyusun kembali persamaan umum kesetimbangan jembatan,
diperoleh
Zx = Z2Z3Y1.(7.10)
Di mana Y1 adalah admitansi lengan 1. Dengan melihat kembali ke
gambar 7.4 ditunjukkan bahwa
Zx = R2;Z3 = R3;
dan
.(7.11)
Substitusi harga-harga ini ke dalam persamaan (7.11)
memberikan
.(7.12)
Pemisahan bagian nyata dan bagian khayal memberikan
.(7.13)
Jembatan Maxwell terbatas pada pengukuran kumparan dengan Q
menengah (1
