Abstrak—Telah dilakukan percobaan tentang
penggunaan alat ukur yang bertujuan untuk mempelajari karateristik VOM pada
pengukuran tegangan searah, tegangan bolak – balik, dan arus searah, serta
menggunakan VOM untuk mengukur hambatan, arus, dan tegangan. Prinsip yang
digunakan adalah medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik
yang mengalir pada kawat tembaga yang dililitkan pada inti besi lunak didalam
VOM. Medan magnet tersebut membuat timbulnya
gaya –gaya Lorentz pada inti besi. Gaya Lorentz ini memiliki arah yang
berlawanan dengan jarak tertentu. Sehingga inti besi dapat berputar, akan
tetapi perputaran inti besi tersebut dibatasi oleh pegas spiral pada VOM. Hal
ini ditujukan agar jarum dapat menunjukkan nilai tertentu dengan batas ukur
yang telah ditentukan. Percobaan ini dibagi menjadi 3 bagian sesuai tujuan,
yaitu mengukur tegangan searah, tegangan bolak-balik, dan arus searah
menggunakan VOM. Pada percobaan pengukuran tegangan searah, digunakan 3 variasi
tegangan sumber yaitu 5 V, 9 V, dan 12 V dan digunakan 2 resisitor 20 kΩ dan 33
kΩ. Nilai VAB ukur untuk setiap variasi secara berurutan adalah 2 V,
3,5 V, dan 4,5 V. Sedangkan nilai VBC ukur adalah 3 V, 5 V, dan 7 V.
pada percobaan kedua yaitu pengukuran tegangan bolak-balik digunakan 3 variasi
tegangan sumber yaitu 12 V, 15 V, dan 18 V dan digunakan 2 resisitor 33 kΩ dan
20 kΩ. Nilai VAB ukur untuk setiap variasi secara berurutan adalah 7
V, 9 V, dan 10,9 V. sedangkan nilai VBC ukur adalah 4,1 V, 5,1 V,
dan 6,5 V. Dan pada percobaan ketiga yaitu pengukuran arus searah, digunakan 2
variasi tegangan sumber yaitu 5 V dan 9 V dengan 1 buah resistor 20 kΩ. Nilai I
ukur untuk setiap variasi secara berurutan adalah 0,245 A dan 1 A.
I. PENDAHULUAN
D
|
alam pengukuran arus, tegangan, dan hambatan sering kali digunakan Volt
Ohm Miliamper atau VOM. VOM juga biasa disebut multimeter analog dimana
didalamnya terdapat sebuah kumparan putar. Didalam VOM terdapat tiga komponen
utama, yaitu galvanometer, resistor shunt, dan kumparan. Galvanometer bekerja
berdasarkan gaya Lorentz. Gaya dimana gerak partikel akan menyimpang searah
dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz akibat dari arus
listrik I dalam suatu medan magnet B. Untuk muatan positif arah gerak searah
dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah
arus. Cara kerjanya galvanometer sama dengan motor listrik, tapi karena
dilengkapi pegas, maka kumparannya tidak berputar. Karena muatan dalam magnet
dapat berubah karena arus listrik yang mengalir ke dalamnya. Galvanometer pada
umumnya dipakai untuk arus searah, tetapi prinsipnya menggunakan konstruksi
kumparan putar. Cara kerja
galvanometer, yaitu berputarnya kumparan karena munculnya dua gaya Lorentz sama
besar tetapi berlawanan arah, yang bekerja pada dua sisi kumparanyang saling
berhadapan. Kawat tembaga dililitkan pada inti besi lunak
berbentuk silinder membentuk suatu kumparan, dan diletakkan diantara diantara
kutub - kutub sebuah magnet permanen. [3].
Gambar 1.1. Komponen Galvanometer.
Arus listrik memasuki dan meninggalkan kumparan melalui pegas spiral
yang terpasang di atas dan di bawah kumparan. Maka sisi kumparan yang
dekat dengan kutub utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorentz yang sama
tetapi berlawanan arah, yang akan menyebabkan kumparan berputar. Putaran kumparan
ditahan oleh kedua pegas spiral, sehingga kumparan hanya akan berputardengan
sudut tertentu. Putaran dari kumparan diteruskan oleh sebuah jarum
untukmenunjuk pada skala tertentu. Angka yang ditunjukkan oleh skala menyatakan
besar
arus listrik yang diukur. [3].
Amperemeter
analog menggunakan meter kumparan putar atau meter d’Arsonval. Untuk
menggunakan meter ini, perlu diketehui kepekaan arus, yaitu arus listrik yang
menyebabkan simpangan penuh (Isp), dan hambatan meter, yaitu
hambatan kumparan. Meter d’Arsonval dengan kepekaan 100 µA berarti jika
dialiri arus 100 µA, jarum akan menyimpang skala penuh. Untuk mengukur arus
yang lebih besar dari Isp, pada meter d’Arsonval dipasang
resistor paralel (shunt) dengan meter sehingga hanya sebagian arus yang
diukur masuk kedalam meter.[2].
Gambar 1.2. Meter
d’Arsonval untuk amperemeter.
Seperti
pada gambar 1.2, Untuk
mengukur arus, hambatan dalam Ri = Rm // Rsh
harus lebih kecil daripada hambatan lain yang ada didalam rangkaian sehingga
amperemeter tak mengganggu arus yang diukur.[2].
Meter
d’Arsonval dapat digunakan untuk mengukur beda tegangan dalam
suatu rangkaian searah. Seperti gambar 1.3, yaitu dipasang paralel dengan beda
tegangan yang diukur.
Gambar 1.3. Meter
d’Arsonval untuk voltmeter.
Agar
tak mengganggu arus I pada rangkaian yang diukur, arus Im yang melalui meter
harus mempunyai nilai sekecil mungkin (Im ≪ I). Untuk ini, resistor Rs bernilai besar dipasang
seri dengan Meter
d’Arsonval . Hambatan total voltmeter adalah RT = RS + Rm.[2].
Untuk
menghasilkan arus listrik dalam rangkaian dibutuhkan beda potensial besar beda
potensial sebanding dengan besarnya arus listrik. Arus listrik berbanding
terbalik dengan hambatan pada rangkaian.
………………………(1.1)
Dimana
R adalah hambatan kawat, V adalah beda potensial, dan I adalah arus yang
mengalir. Persamaan ini dikenal dengan hukum Ohm.[1].
Transformator
merupakan suatu komponen pasif dengan empat ujung. Sepasang ujung disebut
primer dan sepasang ujung lain disebut sekunder. Transformator digunakan untuk
mengubah tegangan bolak – balik pada primer menjadi tegangan bolak – balik pada
sekunder dengan menggunakan fluks magnetic. Transformator digunakan dalam
elektronika untuk menurunkan tegangan bolak – balik pada listrik PLN.[2].
I. METODE
Langkah
pertama yang dilakukan pada percobaan kali ini adalah peralatan disiapkan
terlebih dahulu. Yaitu terdiri atas sumber
tegangan DC, multitester atau VOM, dua buah resistor yang besarnya 20 kΩ dan 33
kΩ, transformator AC, project board, dan kabel penjepit. Percobaan ini
dibagi menjadi 3 bagian sesuai tujuan, yaitu mengukur besar tegangan searah,
tegangan bolak-balik, dan arus searah. Percobaan yang pertama adalah pengukuran
tegangan searah atau tegangan DC. Peralatan dirangkai seperti gambar 2.1,
dengan resisitor dipasang pada project board untuk mempermudah
pengukuran.
Gambar 2.1 : Rangkaian alat pada percobaan pengukuran
tegangan DC.
Setelah
peralatan dirangkai, dengan R1 yang besarnya 20 kΩ dan R2
yang besarnya 33 kΩ. Rangkaian dihubungkan dengan sumber tegangan DC sdengan 3
variasi sumber tegangan, yaitu 5 V, 9 V, dan 12 V. Setelah itu, diukur VAB
dan VBC dengan VOM yang telah dipasang secara paralel seperti
pada gambar 2.1. Masing – masing variasi sumber tegangan dilakukan pegukuran
tegangan sebanyak 3 kali. Sehingga data yang didapatkan adalah sebanyak 9
data untuk VAB dan 9
data untuk VBC.
Percobaan
kedua adalah pengukuran tegangan bolak-balik. Resisitor dirangkai seri pada project
board. Dan peralatan dirangkai seperti gambar 2.2.
Gambar 2.2 : Rangkaian alat pada percobaan pengukuran
tegangan AC.
Pada
percobaan ini, trafo dihubungkan dengan tegangan sumber PLN yang besarnya 220
V. Disisi yang lain, trafo dihubungkan dengan rangkaian seperti gambar 2.2.
Variasi tegangan yang digunakan adalah 12 V, 15 V, dan 18 V. setelah itu diukur nilai VAB dan VBC
dengan VOM yang telah dipasang secara paralel dengan pengulangan sebanyak 3
kali. Sehingga data yang didapatkan adalah sebanyak 9 data untuk VAB dan 9 data untuk VBC.
Percobaan ketiga adalah
pengukuran arus searah atau arus DC. Peralatan dirangkai seperti gambar 2.3.
Gambar
2.2 : Rangkaian alat pada percobaan pengukuran arus DC.
Pada percobaan ketiga ini, hanya digunakan satu buah resistor dengan
besar 20 kΩ. VOM dipasang secara seri karena yang akan diukur adalah arus pada
rangkaian. Setelah dihubungkan dengan sumber tegangan DC dengan 2 variasi
tegangan sumber yaitu 5 V dan 9 V, kemudian arus DC diukur dengan VOM.
Dilakukan 3 kali pengulangan untuk setiap variasi. Sehingga akan didapat data
sebanyak 6
arus DC.
Setelah diperoleh data, dilakukan perhitungan untuk mencari nilai Rmaks
dan Rmin dengan persamaan:
Rmaks = R
+ ( R x 5% )………………..(2.1)
dan
Rmin = R - ( R x 5% )………………..(2.2)
Nilai
Rmaks dan
Rmin ini digunakan untuk menghitung nilai VAB maks, VAB min,
VBC maks , dan VBC min. Dengan menggunakan
perhitungan sebagai berikut:
……...
(2.3)
dan
…….
(2.4)
Sedangkan nilai Imaks dan Imin
dapat dihitung dengan persamaan:
…………..……(2.5)
dan
………..………(2.6)
Nilai hambatan dalan (Rin) dapat
dihitung melelui persamaan:
Rin = Rtotal – Rx ……………….(2.7)
dengan
nilai Rtotal adalah :
…………..……(2.8)
Sementara,
nilai error arus dan tegangan pada data yang diperoleh dapat diketahui melalui
perhitungan dengan persamaan:
………(2.9)
dan
…..…(2.10)
Dengan nilai V hitung dapat dihitung
melalui persamaan berikut:
…………..(2.11)
Sedangkan untuk nilai I hitung digunakan persamaan:
………………………(2.12)
Dengan demikian nilai error
dapat dihitung.
II. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Dari
percobaan yang telah dilakukan, pada
percobaan pengukuran tegangan searah (DC) diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 1. Data perhitungan Rmaks dan Rmin.
No.
|
R (Ω)
|
Rmaks (Ω)
|
Rmin (Ω)
|
1
|
20000
|
21000
|
19000
|
2
|
33000
|
34650
|
31350
|
Nilai Rmin dan Rmaks dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.1) dan (2.2). Setelah diperoleh nilai Rmin dan Rmaks,
dapat dilakukan perhitungan untuk mencari nilai Vmin dan Vmaks dengan
menggunakan persamaan (2.3) dan (2.4). Sehingga diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 1. Data hasil percobaan pengukuran VAB
pada tegangan DC.
Vsumb
(V)
|
Range
(V)
|
VAB ukur
(V)
|
VAB maks
(V)
|
VAB min
(V)
|
5
|
10
|
2
|
2,006
|
1,771
|
2
|
2,006
|
1,771
|
||
2
|
2,006
|
1,771
|
||
9
|
10
|
3,5
|
3,610
|
3,187
|
3,5
|
3,610
|
3,187
|
||
3,5
|
3,610
|
3,187
|
||
12
|
50
|
4,5
|
4,814
|
4,250
|
4,5
|
4,814
|
4,250
|
||
4,5
|
4,814
|
4,250
|
Tabel 3. Data hasil percobaan pengukuran VBC
pada tegangan DC.
Vsumb
(V)
|
Range
(V)
|
VBC ukur
(V)
|
VBC maks (V)
|
VBC min (V)
|
5
|
10
|
3
|
3,229
|
2,994
|
3
|
3,229
|
2,994
|
||
3
|
3,229
|
2,994
|
||
9
|
10
|
5
|
5,813
|
5,390
|
5
|
5,813
|
5,390
|
||
5
|
5,813
|
5,390
|
||
12
|
50
|
7
|
7,750
|
7,186
|
7
|
7,750
|
7,186
|
||
7
|
7,750
|
7,186
|
Sedangkan dari percobaan
yang telah dilakukan, pada
percobaan pengukuran tegangan bolak-balik (AC) diperoleh data sebagai berikut.
Tabel 4. Data hasil percobaan pengukuran VAB
pada tegangan AC.
Vsumb
(V)
|
Range
(V)
|
VAB ukur
(V)
|
VAB maks
(V)
|
VAB min
(V)
|
12
|
50
|
7
|
7,608
|
7,186
|
7
|
7,608
|
7,186
|
||
7
|
7,608
|
7,186
|
||
15
|
50
|
9
|
9,511
|
8,983
|
9
|
9,511
|
8,983
|
||
9
|
9,511
|
8,983
|
||
18
|
50
|
12
|
11,413
|
10,779
|
12
|
11,413
|
10,779
|
||
12
|
11,413
|
10,779
|
Tabel 5. Data hasil percobaan pengukuran VBC
pada tegangan AC.
Vsumb
(V)
|
Range
(V)
|
VBC ukur
(V)
|
VBC maks (V)
|
VBC min (V)
|
12
|
50
|
4,1
|
4,814
|
4,250
|
4,1
|
4,814
|
4,250
|
||
4,1
|
4,814
|
4,250
|
||
15
|
50
|
5,1
|
6,017
|
5,312
|
5,1
|
6,017
|
5,312
|
||
5,1
|
6,017
|
5,312
|
||
18
|
50
|
6,5
|
7,221
|
6,375
|
6,5
|
7,221
|
6,375
|
||
6,5
|
7,221
|
6,375
|
Tabel 1-5 adalah data hasil percobaan sekaligus
data hasil perhitungan Vmaks dan Vmin pada pengukuran tegangan DC (tabel 2 dan
3) serta tegangan AC (tabel 4 dan 5).
Pada tabel dapat dilihat bahwa nilai V ukur berada diantara Vmaks dan Vmin.
Pada beberapa data, seperti pada tabel 5 saat Vsumber 12 V, nilai Vukur tidak
berada ditengah-tengah Vmaks dan Vmin. Hal ini bisa terjadi akibat ketidak
telitian saat pembacaan VOM analog. Tingkat ketelitian VOM analog juga dapat
berengaruh, karena tidak sedetail VOM digital. Pada saat pengukuran tegangan, hambatan
dan VOM dirangkai paralel. Akan tetapi hambatan dalam yang berada didalam VOM
dirangkai seri. Karena untuk mempermudah pembacaan tegangan yang terukur pada
VOM maka hambatan dalam dirangkai seri. Seperti yang dijelaskan oleh hukum Ohm
bahwa nilai tegangan akan sebanding dengan nilai resistor. Sehingga untuk
memperbesar nilai tegangan, maka hambatan dalam dirangkai seri. Karena besar
hambatan yang dirangkai seri adalah hasil penjumlahan dari nilai hambatan –
hambatan yang dirangkai.
Berikutnya adalah percobaan pengukuran arus
searah atau arus DC. Resistor yang digunakan hanya satu buah resistor dengan
besar 20 kΩ.
Tabel 6. Data hasil percobaan pengukuran I searah
(DC).
V sumb
(V)
|
Range (mA)
|
I ukur
(A)
|
I maks
(A)
|
I min
(A)
|
5
|
0,25
|
0,000245
|
0,0002632
|
0,0002381
|
0,000245
|
0,0002632
|
0,0002381
|
||
0,000245
|
0,0002632
|
0,0002381
|
||
9
|
25
|
0,001
|
0,0004737
|
0,0004286
|
0,001
|
0,0004737
|
0,0004286
|
||
0,001
|
0,0004737
|
0,0004286
|
Nilai I ukur saat sumber tegangan 9 V tidak
sesuai jika dibandingkan dengan nilai perhitungan I maks dan I min. hal ini
dapat dikarenakan penggunaan range yang berbeda, saat tegangan sumber 5
V, range yang digunakan adalah 0,25 mA. Sedangkan saat tegangan sumber 9 V, range
yang digunakan adalah 25 mA. Seharusnya nilai I ukur saat tegangan sumber 9 V
adalah berada pada rentang 0,0004286 A sampai 0,0004737 A. Saat range
yang digunakan semakin besar, maka tingkat ketelitian pada VOM juga akan
berkurang, sehingga menyebabkan angka yang terbaca pada VOM memiliki error
yang cukup besar.
Pada saat pengukuran arus menggunakan VOM, rangkaian antara resistor dan
VOM adalah seri, karena pada saat dirangkai seri nilai arus adalah tetap. Akan
tetapi, hambatan dalam pada VOM dirangkai secara paralel. Hal ini dikarenakan
arus yang mengalir terlalu kecil, sehingga untuk mempermudah pembacaan maka
hambatan dalam dirangkai paralel. Seperti yang berlaku pada hukum Ohm, yaitu
nilai Arus yang mengalir akan berbanding terbalik dengan nilai hambatan pada
rangkaian. Untuk memperkecil nilai hambatan tersebut, maka hambatan dalam VOM
dirangkai secara paralel.
Selain hambatan dalam (resistor shunt), didalam VOM juga terdapat
galvanometer dan kumparan yang menjadi bagian utama penyusun VOM. Pada saat
jarum penunjuk berada pada titik nol, jika kumparan dialiri arus listrik, jarum
pada VOM menunjukkan angka tertentu sehingga nilai arus ataupun tegangan yang
mengalir pada rangkaian dapat terbaca. Pernyimpangan jarum VOM dengan nilai
tertentu ini disebabkan karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus
listrik yang mengalir pada kawat tembaga yang dililitkan pada inti besi lunak
didalam VOM. Medan magnet tersebut membuat timbulnya gaya Lorentz pada inti
besi. Sehingga inti besi dapat berputar, akan tetapi perputaran inti besi
tersebut dibatasi oleh pegas spiral pada VOM agar inti besi tidak berputar sepenuhnya. Hal ini ditujukan agar jarum
dapat menunjukkan nilai tertentu dengan batas ukur yang telah ditentukan.
Nilai hambatan dalam sendiri juga dapat
dihitung menggunakan persamaan (2.7), dan nilai hambatan total dengan persamaan
(2.8). setelah dilakukan perhitungan, maka didapatkan data seperti pada tabel
7.
Tabel 7. Data hasil perhitungan nilai Rin.
V sumb
(V)
|
I ukur
(A)
|
Rtotal
(Ω)
|
Rx
(Ω)
|
Rin
(Ω)
|
5
|
0,000245
|
20408,163
|
20000
|
408,16327
|
0,000245
|
20408,163
|
20000
|
408,16327
|
|
0,000245
|
20408,163
|
20000
|
408,16327
|
|
9
|
0,001
|
9000
|
20000
|
-11000
|
0,001
|
9000
|
20000
|
-11000
|
|
0,001
|
9000
|
20000
|
-11000
|
Seharusnya nilai Rin tidak bernilai negatif,
hal ini karena nilai arus saat tegangan sumber 9 V tidak sesuai dengan arus
hitung (tidak berada didalam range I maks dan I min). Arus yang terbaca terlalu
besar, sehingga menyebabkan nilai Rin yang bernilai negatif.
Tabel 8. Data hasil perhitungan nilai error VAB
dan VBC saat pengukuran tegangan searah (DC).
Vsumber
(V)
|
V ukur
(V)
|
V hitung
(V)
|
Error (%)
|
|
VAB
|
5
|
2
|
1,887
|
5,988
|
9
|
3,5
|
3,396
|
3,062
|
|
12
|
4,5
|
4,528
|
0,618
|
|
VBC
|
5
|
3
|
3,113
|
3,630
|
9
|
5
|
5,604
|
10,778
|
|
12
|
7
|
7,472
|
6,317
|
|
Tabel 9. Data hasil perhitungan nilai error VAB
dan VBC saat pengukuran tegangan bolak - balik (AC).
Vsumber
(V)
|
V ukur
(V)
|
V hitung
(V)
|
Error (%)
|
|
VAB
|
12
|
7
|
7,472
|
6,317
|
15
|
9
|
9,340
|
3,640
|
|
18
|
12
|
11,208
|
7,066
|
|
VBC
|
12
|
4,1
|
4,528
|
9,452
|
15
|
5,1
|
5,660
|
9,894
|
|
18
|
6,5
|
6,729
|
3,403
|
|
Tabel 10. Data hasil perhitungan nilai error arus (I)
pada pengukuran arus searah.
Vsumber (V)
|
I ukur (A)
|
I hitung (A)
|
Error (%)
|
5
|
0,000245
|
0,00025
|
2
|
9
|
0,001
|
0,00045
|
122,222
|
Dapat dilihat bahwa nilai error terbesar
terdapat pada nilai arus searah saat Vsumber 9 V. Hal ini sangat berpengaruh
pada perhitungan – perhitungan yang menggunakan nilai arus ukur. Seperti pada
perhitungan hambatan dalam pada tabel 7.
IV. KESIMPULAN
Berdasarkan
praktikum yang telah dilakukan tentang pengunaan alat
ukur didapatkan kesimpulan, bahwa jarum dapat menyimpang karena medan
magnet yang membuat timbulnya gaya – gaya Lorentz pada inti besi. Gaya Lorentz ini memiliki arah yang berlawanan dengan jarak tertentu.
Sehingga inti besi dapat berputar, akan tetapi perputaran inti besi tersebut
dibatasi oleh pegas spiral pada VOM. Pada percobaan pengukuran tegangan searah,
digunakan 3 variasi tegangan sumber yaitu 5 V, 9 V, dan 12 V dan digunakan 2
resisitor 20 kΩ dan 33 kΩ. Nilai VAB ukur untuk setiap variasi
secara berurutan adalah 2 V, 3,5 V, dan 4,5 V. Sedangkan nilai VBC
ukur adalah 3 V, 5 V, dan 7 V. pada percobaan kedua yaitu pengukuran tegangan
bolak-balik digunakan 3 variasi tegangan sumber yaitu 12 V, 15 V, dan 18 V dan
digunakan 2 resisitor 33 kΩ dan 20 kΩ. Nilai VAB ukur untuk setiap
variasi secara berurutan adalah 7 V, 9 V, dan 10,9 V. sedangkan nilai VBC
ukur adalah 4,1 V, 5,1 V, dan 6,5 V. Dan pada percobaan ketiga yaitu pengukuran
arus searah, digunakan 2 variasi tegangan sumber yaitu 5 V dan 9 V dengan 1
buah resistor 20 kΩ. Nilai I ukur untuk setiap variasi secara berurutan adalah
0,245 A dan 1 A.
UCAPAN TERIMA
KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada
Emy Aditya selaku asisten praktikum penggunaan
alat ukur, rekan –
rekan praktikan, dan semua pihak terkait praktikum dalam melakukan percobaan
dan penyelesaian laporan ini.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Douglas. C, Giancoli. 2001. Fisika. Erlangga. Jakarta.
[2]
Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya.
ITB. Bandung.
[3]
http://www.scribd.com/doc/72051204/Galvanometer,
diakses pada tanggal 22 Novenber 2013, pukul 17.00.
Posting Komentar