PRINSIP KERJA MULTIMETER

AZAS KERJA PADA KUMPARAN PUTAR

Didalam elektronika ada jenis piranti yang sering dipakai yaitu piranti kumparan putar. Piranti ini terdiri dari komponen-komponen utama. Adapun komponen utamanya sebagai berikut:

1. Besi permanent berbentuk tapal kuda
2. Sepatu kutub
3. Silinder dengan besi lunak
4. Kumparan yang terbuat dari kawat tembaga lembut yang terlilit pada kerangka aluminium tipis
5. Jarum tunjuk
6. Pegas yang berbentukulir pipih tipis (ada dua)
7. Papan skala

Prinsip kerja kumparan putar

Alat ukur kumparan putar bekerja atas dasar prinsip dari adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnet, yang berasal dari suatu magnet pemanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar tidak hanya dapat digunakan untuk mengukur arus searah, akan tetapi juga dapat digunakan untuk arus bolak-balik. Magnet permanan yang memiliki kutub utara dan selatan dan diantara kutub-kutub tersebut ditempatkan suatu silinder inti besi. Hal tersebut akan menyebabkan terbentuknya medan magnet yang rata pada celah diantara kutub magnet dan silinder inti besi besi, yang masuk melalui kutub-kutub ke dalam silinder, secara radial sesuai dengan arah-arah panah. Dalam celah udara ini ditempatkan kumparan yang dapat melalui sumbu. Bila arus searah yang tidak diketahui besarnya mengalir melalui kumparan tersebut, suatu gaya elektromagnetik/yang mempunyaiarah tertentu akan dikenakan pada kumparan putar, sebagai hasil antara arus dan medan magnet. Arah dari gaya dapat ditentukan menurut ketentuan dari tori fleming. Besarnya dari gaya ini dapat diturunkan dengan mudah. Pada setiap ujung dari sumbu, ditempatkan pegas yang salah satu ujungnya melakt padanya sedangkan ujung yang lain pada dasar tetap. Setiap pegas akan memberikan gaya reaksinya yang berbanding lurus dengan besar sudut rotasi dari sumbu dan berusaha untuk menahan perputaran. Jadi, dengan kata lain pegas membaerikan pada sumbu yang berlawanan arahnya.

Peredaman pada kumparan putar

Dalam alat ukur kumparan putar, pada umumnya kumparan putarnya dibentuk kerangka berbahan aluminium. Secara listrik kerangka tersebut merupakan jaringan hubung pendek, dan memberikan pada kumparan momen peredam. Jika kumparan putar berputar yang disebabkan oleh arus yang melaluinya, maka dalam kerangkanya akan timbul arus induksi. Hal ini disebabkan karena putaran kerangka aluminium ini terjadi dalam medan magnet pada celah udara, sehingga tegangan yang berbanding lurus pada kecepatan perputaran akan diinduksikan dalam kerangka tersebut. Arah dari tegangan dapat ditentukan melalui hukum tangan kanan Fleming. Tegangan ini yang menyebabkan arus induksi mengalir ke dalam kerangka kumparan. Sebaliknya arah arus induksi ini akan memotong fluks magnet dalam celah udara bila kumparan berputar, dan akan dibangkitkan momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar. Akan tetapi arah dari momen ini adalah berlawanan dengan arah perputaran, menyebabkan perputaran terhambat. Dengan demikian, terjadilah redaman yang berusaha melawan perputaran.

Manfaat
Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur penting yang dipakai untuk bermacam arus, tidak hanya untuk arus searah, akan tetapi dengan alat-alat pertolongan lainnya, dapat pula dipakai untuk arus AC. Pengukuran arus AC dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan meter DC dan yang khusus untuk pengukuran AC. pembacaan arus dengan meter DC tidak akan bekerja dengan benar jika langsung digunakan untuk mengukur arus AC, sebab arah dari pergerakan jarum akan berubah sesuai setengah siklus dari arus AC. Pada prinsipnya alat ukur maknit tetap bergerak seperti kumparan pada motor listrik, yaitu tergantung polaritas voltase yang digunakan.

Jika kita ingin menggunakan meter DC untuk mengukur arus AC, maka arus AC harus diubah terlebih dahulu ke bentuk DC. Kita dapat mengubahnya dengan menggunakan alat yang disebut dioda. Kita lihat dioda yang digunakan dalam suatu sirkit dapat menyelaraskan suatu frekuensi, yang berasal dari penyimpangan gelombang sinus. Mengapa dan bagaimana dioda dapat bekerja seperti itu? Ingat, dioda memiliki kanal satu arah tempat elektron mengalir, sehingga menjadi penyearah. Yang cukup mengherankan, arah yang ditunjukkan pada simbol dioda berlawanan dengan arah aliran elektron pada kenyataannya. Dalam bentuk jembatan, empat dioda akan melayani arah aliran arus AC yang melewati meter sehingga arah aliran arus AC konstan.

ASAS KERJA PADA BESI PUTAR

Alat ukur dengan besi putar bekerja berdasar pada arus yang akan diukur melalui kumparan yang tetap dan menyebabkan terjadinya medan magnit. Potongan besi ditempatkan dimedan magnit tersebut dan menerima gaya elektromagnetis. Alat ukur dari tipe besi putar ini adalah sederhana dan kuat dalam kontruksi, murah, serta dengan demikian mendapatkan penggunaan-penggunaan yang sangat besar, sebagai alat pengukur untuk arus dan tegangan pada frekuensi-frekuensi yang dipakai pada jaring-jaring yang terdapat di kota-kota. Suatu keuntungan lain bahwa alat pengukur ini dapat pula dibuat sebagai alat pengukur, yang mempunyai sudut yang sangat besar.
Prinsip suatu alat ukur jenis besi putar dibedakan dengan cara :

• Jenis tolak (repulsion type)
• Jenis gabungan tarik dan tolak (combined attraction and repulsion type)

Alat ukur volt dengan azas besi putar dibuat dengan menggabungkan kumparan – kumparan yang tetap tersebut dengan suatu tahanan seri. Kebanyakan dari pada alat -alat ukur dari tipe ini mempunyai harga-harga skala maksimum dari 15 sampai kira-kira 600 volt. Karakteristik yang penting dari alat –alat ukur dari tipe besi putar adalah sebagai berikut :

• Pengaruh dari medan magnit luar

Karena suatu kumaparan yang tetap tidak dapat membangkitkan suatu medan magnet yang kuat, untuk mengelakkan ini, maka seluruh kumparan diletakkan dalam suatu kotak besi yang mempunyai fungsi sebagai suatu tameng magnit.

• Pengaruh frekuensi

Dalam penggunaan sebagai suatu alat pengukur volt, maka bila frekuensi dari pada tegangannya adalah tinggi, maka perubahan dalam arus yang akan melalui kumparan putar adalah lebih penting dari pada pengaruh arus –arus putar. Perubahan dari pada arus ini terutama disebabkan oleh perubahan induktansi dari pada kumparan tersebut. Untuk jelasnya maka dimisalkan bahwa jaringan dari sirkuit alat ukur voltmeter dari suatu induktansi L dari kumparan tetap dan tahanan R dari pada tahanan seri.

• Pengaruh dari histerisa magnitis

Dalam prinsipnya alat ukur dari tipe besi putar dapat digunakan untuk arus bolak balik maupun arus searah sesuai dengan alat ukur thermocouple. Akan tetapi untuk penggunaan arus searah, kesalahan-kesalahan akan terjadi yang disebabkan oleh karena kondisi-kondisi magnetisasi dari besi akan berbeda, disebabkan oleh adanya kerugian-kerugian histerisa dari besi.

• Alat Ukur Frekuensi Besi Putar

Aksi alat ukur ini tergantung pada perubahan arus yang ditarik oleh dua rangkaian paralel – satu induktif dan yang lain non induktif jika frekuensi berubah.

Konstruksi

Kumparan A dan B dipasang tetap sehingga sumbu magnet tegak lurus satu sama lain. Pada pusatnya diberi sumbu berupa jaru besi lunak yang panjang yang meluruskan sendiri sepanjang resultante medan magnet dari dua kumparan. Disini tidal ada peralatan kontrol.Elemen-elemen rangkaian terdiri jembatan wheatstone yang menjadi seimbang pada frekuensi sumber.

• Cara Kerja

Pada penghubungan alat ukur dengan sumber, arus mengalir pada kumparan A dan B dan menghasilkan torsi yang berlawanan. Apabila frekuensi sumber tinggi,arus melalui kumparan A lebih besar sementra yang melewati kumparan B lebih kecil karena peningkatan reaktansi yang terjadi oleh LB. Sehingga medan magnet kumparan A lebih besar dibandingkan medan kumparan B

• Kelebihan

Dapat didesain untuk mencakup batas ukur frekuensi yang besar atau kecil tergantung parameter-parameter yang digunakan dalam rangkaian.

ASAS INDUKSI PADA VOLTMETER

Pendahuluan

Alat ukur induksi hanya digunakan untuk pengukuran listrik bolak-balik (ac) dan dapat digunakan sebagai ammeter, voltmeter, atau wattmeter.Selain itu, penggunaanya dapat diperluas sebagai energi-meter (Kwh-meter).Torsi penyimpang pada alat ukur induksi dihasilkan oleh reaksi antara fluks magnet bolak-balik.

Prinsip kerja

Pada fluks-fluks magnetis mempunyai bentuk gelombang sinus dengan frekunsi yang sama dan masuk ke dalam suatu kepingan logam secara paralel. Antara fluks yang satu dengan fluks yang lain terdapat suatu perbedaan fasa. Fluks yang bolak-balik akan membangkitikan tegangan-tegangan di dalam kepingan logam yang akan menyebabkan terjadinya arus-arus putar di dalam kepingan logam tersebut.
Voltmeter Induksi

Konstruksinya sama dengan konstruksi ammeter induksi,bedanya hanyalah pada kumparannya di sini jumlah lilitannya banyak dan kecil-kecil. Karena dihubungkan paralel dengan jaring-jaring dan mengalirkan arus kecil ( 5 –10 mA ), jumlah lilitan harus banyak agar menghasilkan garis-garis gaya magnet yang cukup. Kumparan fase belah diperoleh dengan menghubungkan seri tahanan yang tinggi dengan kumparan dari salah satu magnet dan kumparan induktif seri dengan kumparan magnet yang lain.

Error pada instrument induksi

Ada 2 jenis error pada instrument induksi:

• Error frekuensi
• Error suhu.

Error frekuensi adalah akibat torsi penyimpangan yang dipengaruhi frekuensi, sehingga apabila listrik bolak-balik yang diukur tidak mempunyai frekuensi yang sama dengan yang ditentukan akan ada kesalahan dalam pembacaannya. Pada ammeter error frekuensi dapat dikompensasi dengan penggunaan tahanan shunt non-induktif. Untuk voltmeter error frekuensi tersebut tidak besar. Suhu biasa menjadi penyebab error sebab tahanan lintasan arus Eddy terpengaruh oleh suhu. Meskipun demikian, error tersebut dapat dikompensasi dengan pemasangan shunt (untuk ammeter) dan dengan kombinasi tahanan shunt dan tahanan “swamping” (untuk voltmeter).
Keuntungan dan Kelemahan

• Mempunyai skala lebar karena penyimpangan untuk skala penuh dapat melebihi 2000.
• Peredaman sangat efisien.
• Tidak banyak dipengaruhi medan liar eksternal.
• Mengkonsumsi daya cukup banyak dan harganya relatif mahal.
• Hanya dapat digunakan untuk pengukuran listrik searah.
• Jika tidak dikompensasi variasi frekuensi dan suhu menimbulkan error yang serius.

ALAT UKUR FREKUENSI ELEKTRODINAMIS

Alat ukur ini juga mengacu pada alat ukur frekuensi kumparan putar.

• Cara Kerja

Apabila alat ukur dihubungkan sumber tegangan, arus yang disearahkan I1 dan I2 melewati kumparan X dan Y dan keduanya berhenti pada suatu posisi sudut dimana torsinya sama tapi berlawanan. Posisi sudut ini bergantung pada frekuensi sumber yang terbaca dengan jarum penunjuk yang dipasang pada kumparan.

• Konstruksi

Kumparan ratio meter X dan Y dihubungkan sumber dengan masing-masing melalui penyearah jembatan. Arus searah I1 melalui kumparan X menyajikan harga rms dari arus kapasitor Ic karena diserahkan B1. demikian pulaarus searah I2 yang melalyui Y adalah diserahkan IR yang melewati tahanan R.

• Batas Ukur

40-60 Hz, 1200 – 2000Hz, atau 8000 – 12000Hz.

Kelebihan

Dapat digunakan pada batas tegangan yang luas

ASAS KERJA ALAT UKUR ELEKTROSTATIS

Gaya elektrostatis diperoleh dari kedua elektroda yang berada pada potnsial yang berbeda. Type ini banyak digunakan sebagai alat ukur volt untuk arus bolak-balikmaupun arus searah dan pada khususnya digunakan pada pengukuran arus yng bertegangan tinggi.

Prinsip kerja

Konfigurasi dari pada elektroda dapat terjadi di dalam salah satu dari kedua cara. Konfigurasi pertama digunakan sampai beberapa kilo volt, sedangkan yang lainnya digunakan untuk tegangan yang lebih tinggi misalnya 500 kV, maka masing-masing elektroda mempunyai tepian yang dibulatkan dengan permukaan yang sangat halus, untuk menghindari pengaruh pelepasan muatan listrikpada tegangan yang tinggi. Cincin penjaga terdapat pada potensial yang sama seperti pada elektroda yang bergerak. Fungsi cincin ini adalah untuk memungkinkan terjadinya medan yang rata antara elektroda yang bergerak dan yang tetap, maupun untuk mengurangi pengaruh dari medan elektrostatis dari sekelilingnya.

Bila tegangan akan diukur, ditempatkan antara elektroda yang tetap dan elektroda yang bergerak akan mendapatkan suatu momen. Elektroda yang bergerak dan magnit yang berbentuk tapal kuda ditempatkan pada kawat suspensi antara magnet tersebut yang dibuat dari kepingan logam campuran yang mempunyai permeabilitas tinggi dan ditempatkan bersamaan dengan petunjuk, dihubungkan sumbu gerak yang memungkinkan terjadinya perputaran. Magnet tapal kuda bergerak secara linier, sesuai dengan pergerakan dari elektroda yang bergerak dan helik akan berputar yang menyebabkan alat petunjuk berputar.

ASAS KERJA MAGNET JARUM

Asas kerja magnet jarum menggunakan prinsip dasar yang sama seperti yang digunakan pada asa kumparan putar, yaitu dengan menggunakan simpangan yang dihasilkan dari tolakan antara medan magnet yang permanent dengan medan magnet elektromagnetik. Perbedaan hanya terletak pada penempatan magnet secara permanent dan elektromagnetnya saja.

Prinsip kerja

Magnet permanan diletakkan pada bagian yang bergerak (sebagai jarum penunjuk) sedangkan dua buah kumparan elektromagnet diletakkan pada bagian yang diam. Saat suatu arus mengalir melalui kumparan, maka akan menghasilkan suatu gaya elektromagnetis yang mengakibatkan adanya medan magnet diantara kedua elektromagnet dan magnet jarum, medan megnet