Pengukuran Tahanan Dalam

Tujuan :

1.   Mahasiswa mampu mengukur tahanan dalam voltmeter

2.   Mahasiswa dapat membuktikan hubungan besar tahanan dalam voltmeter dan batas ukur

3.   Mahasiswa mampu mengukur besarnya tahanan dalam ampermeter

4.   Mahasiswa mampu membuktikan hubungan besar tahahan dalam ampermeter dengan batas ukur

Alat dan bahan

1.   Catu daya variable

2.   Multimeter

3.   Potensiometer 1 KΩ, 50 KΩ @ 1 buah

4.   Resistor 1 KΩ, 100 Ω, 330Ω, 470Ω, 560 Ω dan 680Ω @ 1 buah

5.   Resistor 10 KΩ dan 47 KΩ @ 2 buah.

6.   Kabel penghubung secukupnya.

Teori Dasar

Hambatan Masukan Voltmeter

Untuk voltmeter sederhana gambar 1. hambatan masukan adalah jumlah dari hambatan seri dan hambatan meter. Hambatan masukan : Rin = Rs + Rm  ………………………………. (4-1)

Selain itu hambatan masukan juga dapat dihitung  dengan persamaan :

Rin = V/I ……………………………….. (4-2)

Sedangkan harga Rin adalah tetap untuk suatu kondisi arus tegangan, sehingga secara pasti dapat dituliskan dengan :

Rin = Vfs / Ifs ………………………………. (4-3)

Hambatan masukan adalah tegangan skala penuh dibagi arus skala penuh. Dengan demikian, bila suatu voltmeter mempunyai gerakan arus 1 mA pada skala tegangan 100 volt, maka hambatan masukannya 100 kilo ohm. Bila jangkauan (batas ukur) diganti menjadi 10 volt maka hambatan masukan menjadi 10 kilo ohm. Arus skala penuh biasanya tidak tercantum dalam meter. Biasanya yang tercantum adalah sensitivitas, yang dinyatakan dalam ohm/volt hubungan dengan Ifs adalah :

S = 1/Ifs …………………………………………………………. (4-4)

Berarti bahwa S adalah sensitivitas dari voltmeter dan Ifs adalah arus skala penuh dari voltmeter . Dengan demikian untuk suatu voltmeter dengan arus skala penuh 1 mA, sensitivitasnya adalah :

S=1/1mA = 1000 ohm/volt.

Definisi sensitivitas dapat digunakan untuk mengubah persamaan (4-2) menjadi :

Rin = Vfs / Ifs = S Vfs ……………………………………………….. (4-5).

Dengan persamaan (4-5) menyebutkan bahwa hambatan masukan voltmeter pada suatu jangkauan / batas ukur sama dengan sensitivitas dikalikan dengan tegangan skala penuh dari jangkauan / batas ukur tersebut. Dengan tercantumnya data sensitivitas voltmeter, hambatan masukan voltmeter dapat dihitung dengan cepat. Perlu diketahui besarnya hambatan masukan voltmeter, karena besar / kecilnya hambatan masukan voltmeter akan mempengaruhi besar/kecilnya kesalahan pembebanan. Besar kesalahan pembebanan tergantung pada besarnya hambatan masukan voltmeter dibanding dengan hambatan rangkaian.

B. Pengukuran Hambatan Metode Volt-Amper

Untuk menentukan besarnya hambatan yang belum diketahui dapat digunakan alat ukur  voltmeter dan ampermater dikenal dengan metode volt-ampermeter.

                        Gambar 2a.                                            Gambar 2b.

Ampermeter membaca arus beban         Voltmeter membaca tegangan beban

Gambar 2a. ampermeter membaca arus beban Ix yang sebenarnya, dan voltmeter mengukur tegangan sumber Vs. Jika Rx besar dibandingkan terhadap tahanan dalam ampermeter, kesalahan yang diakibatkan oleh drop tegangan di dalam ampermeter dapat diabaikan dan Vs sangat mendekati tegangan beban yang sebenarnya Vs. Dengan demikian gambar rangkaian 2a. paling baik digunakan untuk pengukuran nilai-nilai tahanan yang tinggi.

            Gambar 2b. voltmeter membaca tegangan beban yang sebenarnya Vxd dan ampermeter membaca arus sumber Is. Jika Rx kecil dibandingkan dengan tahanan dalam voltmeter, arus yang dialirkan ke voltmeter tidak mempengaruhi arus sumber dan Is sangat mendekati arus beban sebenarnya atau Ix. Dengan demikian gambar 2b. paling baik untuk pengukuran tahanan rendah. Secara matematis dapat dijelaskan seperti gambar 3.

  Apabila saklar pada posisi 1, yang diukur adalah arus beban :

Rx = V/I           sesungguhnya

Rx1 = V1/I1      pengukuran

V1 = I1 (Rx+Ra)   dan I1 = Is = Ix dan Ra adalah tahanan dalam ampermeter

Ix (Rx+ Ra) Rx1 = --------------------          Ix Rx1 = Rx + Ra                            Rx1 - Rx Kesalahan = ------------------- X 100 %                                 Rx

Atau kesalahan (Ra/Rx) X 100%.

Jika saklar pada posisi 2 yang diukur adalah tegangannya

Rx2 = V2/I2 = Vx / I2

I2 = Ix + Iv

     = Ix + (Vx / Rv)

               Vx                                 1

Rx2 = ------------------- = ------------------------

            Ix + (Vx / Rv)       (Ix/Vx) + (1/Rv)

                Rx

Rx2 = -----------------

             1 + (Rx/Rv)

                       Rx2 - Rx

Kesalahan = --------------- X 100 %

                              Rx

Jika Rx yang diukur besar bisa memakai cara yang pertama (gambar 2a) sedangkan jika Rx kecil digunakan cara yang ke dua gambar 2b.

Langkah Kerja 

A.     Mengukur Tahanan Dalam Voltmeter

1.      Mebuat  rangkaian percobaan seperti gambar di bawah ini !.

2.      Saklar pada posisi 1, metempatkan voltmeter (Vx) pada batas ukur 0,5 volt mengatur Vs sehingga Vx menunjuk harga tertentu (misal 0,2 V) mencatat Vs dan penunjukkan VD.

 Gambar 4. Rangkaian pengukuran   tahanan dalam

3.      Memindahkan  saklar pada posisi 2, mengatur decade resistor tanpa merubah harga Vs untuk mendapatkan VD sama dengan penunjukkan langkah 2 diatas. Baca nilai R decade, pada kondisi ini R dalam meter sama dengan R decade.

4.      Mengulangi langkah 2 dan 3 untuk batas ukur voltmeter (Vx) 2,5 volt dan 10 volt atau menyesuaikan meter yang digunakan.

B.     Mengukur Tahanan Dalam Ampermeter

1.      Membuat rangkaian percobaan seperti gambar di bawah ini!. Atur batas ukur ampermeter pada 1 mA atau sesuaikan dengan meter yang digunakan.

 

 Gambar 5. Rangkaian pengukuran tahanan dalam ampermeter

2.      Saklar S atur pada posisi terbuka, mengatur Vs sehingga meter Ax  menunjukan harga maksimum (1 mA) catat harga Ax dan A.

3.      Kemudian menutup S mengatur decade resistor sehingga Ax = ½ simpangan penuh (diharapkan penunjukkan A tetap). Pada kondisi ini berarti Rd ampermeter sama dengan harga R decade resistor.

4.      Mengulangi langkah 1 sampai dengan 3 untuk batas ukur 3 mA dan 10 mA.

C.     Mengukur Tahanan R dengan Metode Volt-Amper

1.      Membuat rangkaian percobaan seperti gambar di bawah ini!.

2.      Mengatur tegangan sumber Vs pada harga tertentu, mencacat penunjukkan A dan V ,melakukan dua kali pengukuran untuk harga yang berbeda.

Gambar 6. Pengukuran R metode Volt-Amper

3.      Mengulangi langkah 1 dan 2 untuk R = 22Ω, 100Ω, 4700Ω, 10KΩ dan 100 KΩ (Mencatat hasilnya dalam table).

4.      Membuat rangkaian seperti gambar pada gambar 6b.

5.      Mengatur Vs pada harga tertentu dan mencatat penunjukkan A dan V.

6.      Mengulangi langkah 4 dan 5 untuk  R = 22Ω, 100Ω, 4700Ω, 10KΩ dan 100 KΩ (Mencatat hasilnya dalam table).

7.      Memaatikan sumber tegangan dan lepas semua rangkaian, kembalikan semua peralatan pada tempat semula dengan tertib dan rapih.

Table A

Batas ukur	Vx	R v	Vd	Rd
3V	0.6	30	1V	30K
10V	0.6	97	1V	100K

Tabel B

Arus total		Batas ukur	R v
2.6		3mA	110
8.5		10mA	40

Table C

No	I	V	R
1	30	0.95	22
2	10	0.97	100
3	2.2	0.97	4700
4	0.09	0.97	10K
5	0.01	0.97	100K

No	I	V	R
1	29	0.55	22
2	7	0.65	100
3	1.62	0.75	4700
4	0.105	0.7	10K
5	0.083	0.97	100K

Tugas dan Pertanyaan :

1.      Bagaimanakah hubungan besarnya S dengan tahanan dalam voltmeter ditinjau dari variasi batas ukurnya ?.

2.      Seberapa besar perbedaan hasil pengukuran tahanan dalam terukur dalam praktek dibandingkan dengan perhitungan secara teori ?.

3.      Cara mengukur tahanan dalam voltmeter arus searah yang dilakukan dalam pecobaan A disebut metode substitusi, jelaskan secara singkat alasannya!.

4.      Dalam pengukuran tahanan dengan metode volt-amper metode manakah yang paling tepat untuk mengukur R kecil?.  Berdasarkan hasil praktek dan teori tunjukkan buktinya apa?

5.      Dalam pengukuran tahanan dengan metode volt-amper matode manakah yang paling tepat untuk mengukur R besar ?. Berdasarkan analisis teori dan hasil praktek adakah perbedaan jika  seberapa besar?.

6.      Dari percobaan di atas apa yang dapat anda simpulkan?.

Jawaban :

1.      .

2.      .

3.      Karena metode yang digunakan adalah dengan menjumlahkan antara R decade dengan Voltmeter yang akan diukur hambatan dalamnya( dirangkai secara seri ). Menggunakan prinsip R jika dirangkai secara seri tegangannya sama maka hal itu juga berlaku dalam pengukuran ini.

4.      Metode yang tepat adalah dengan menggunakan gb 2b,yaitu voltmeter membaca tegangan.Berdasarkan teori arus yang mengalir kevoltmeter tidak mempengaruhi arus sumber dan Is sangat mendekati Ix(arus beban). Berdasarkan praktek hasil dari pengukuran metode voltmeter membaca tegangan beban baik untuk mengukur tahanan kecil

5.      Metode yang tepat digunakan untuk mengukur R yang besar dengan gambar 2a. amperemeter membaca arus beban. Berdasarkan teori jika Rx lebih besar dari tahanan dalam Amperemeter, keslahan yang di sebabkan oleh tegangan drop didalam amperemeter dapat di abaikan. Berdasarkan praktek matode  amperemeter membaca arus beban baik di gunakan untuk mengukur tahanan tinggi

Kesimpulan

            Setelah melakukan praaktikum  kita dapat mengukur hambatan dalam volt meter yang digunakan yaitu Rdx = BU X sensitivitas meter…….. dan juga mengukur hambatan dalam amperemeter yang digunakan yaitu 110Ω/V . Kita dapat membuktikan hubungan tahanan dalam voltmeter dengan batas ukur yang digunakan yaitu antara batas ukur dan tahanan dalam berbanding terbalik Rdx = BU X sensitivitas meter …..dan juga membuktikan hubungan tahanan dalam amperemeter dengan batas ukur yang digunakan yaitu