Modifikasi Alat Ukur

Tujuan :

Setelah menyelesaikan praktikum mahasiswa diharapkan dapat :

1.   Mengubah batas ukur µA menjadi milli ampermeter dengan batas ukur tertentu

2.   Mengubah mikro ampermeter menjadi voltmeter dengan batas ukur tertentu

3.   Menguji kelayakan meter.

                                                      

Alat / Bahan :

1.      Catu daya variable

2.      Mltimeter Sanwa YX 360 TR

3.      Basic meter unit 74001

4.      Tahanan shunt 74001a

5.      Tahanan shunt 74003

6.      Multiplier 74008

7.      Multiplier 74005

8.      R = 680 Ω

9.      Dekade resistor

10.  Box dan kabel penghubung secukupnya.

Teori  Dasar

A.    Merubah batas ukur µA menjadi mA

Meter dasar yang digunakan sebagai instrument alat ukur mempunyai keterbatasan batas ukur karena karakteristik alat ukur itu sendiri. Batas ukur meter dapat ditingkatkan dengan cara melewatkan arus lebih dari kemampuan maksimalnya,  melalui resistor yang dipasang secara parallel dengan meter. Dengan menggunakan prinsip pembagi arus dapat dibuat hubungan antara arus yang disimpangkan, dengan arus yang melalui meter. Hubungan berupa perbandingan antara Rshunt (Rsh) dan Rmeter (Rm).    Jika batas ukur ditingkatka sebesar n kali Ifsnya maka dapat diekuivalenkan seperti gambar berikut :

Misal It = n Ifs                                                                                  

 Maka arus yang mengalir selebihnya dari Ifs atau (n-1) Ifs      disimpangkan melalui Rsh sehingga dapat dibuat hubungan

Ifs = {Rsh/(Rsh+Rm)} * n Ifs                       

Rsh n Ifs = Ifs (Rsh + Rm)

Rsh Ifs (n-1) = Rm Ifs

Sehingga   Rsh = Rm / (n-1)

Gambar 1. Meter dasar mA

B.     Mengubah batas ukur

Setiap meter elektronik mengukur besaran apapun pasti membutuhkan arus untuk mengaktifkan peraga. Arus yang mengalir tidak boleh melebihi kemampuan maksimalnya . Beda tegangan maksimum yang masih dalam batas aman, adalah Ifs kali besar tahanan dalamnya. Oleh karena itu jika difungsikan sebagai voltmeter kelebihan tegangan masukan harus didrop pada R sebelum meter biasanya diistilahkan sebagai tahanan seri. Rangkaian dasar voltmeter dapat ditunjukkan dengan gambar berikut ini.

Jika batas ukur ditingkatkan sebesar m kali dari beda tegangan pada Rm, maka diperlukan Rs sebesar :

 Vm = Ifs Rm jika ditingkatkan sebesar m kali untuk mengukur Vin = m Ifs Rm

m Ifs Rm = Ifs Rs + Ifs Rm

m Ifs Rm-Ifs Rm = Ifs Rs

(m-1) Rm Ifs = Ifs Rs kedua sisi dibagi Ifs sehingga

Rs = (m-1) Rm

 Gambar 2. Dasar voltmeter

Langkah Kerja :

A.    Merubah batas ukur µA menjadi mA

1.      Meter dasar yang digunakan mempunyai Ifs = 100 µA dan Rm = 1500. Jika difungsikan untuk mA dengan batas ukur seperti table berikut menetapkan harga Rshnya.

Rangkaian ekuivalen teori		Batas ukur	Rangkaian ekuivalen praktek
Rsh = 166.67		1 mA	Rsh = 157.89
Rsh = 15.15		10 mA	Rsh = 15.79
Rsh = 3.1		50 mA	Rsh =0.28

2.      Membuat rangkaian pengujian untuk menilai kelayakan meter modifikasi seperti gambar berikut.

 

3.      Menggunakan tegangan sumber 5 volt, menetapkan pengaturan R variable untuk mendapatkan nilai pengukuran sesuai table berikut. R tetap dipilih sebesar 1000 Ω untuk batas ukur 1 mA. Sedangkan untuk batas ukur 10 mA gunakan tegangan sumber 10 volt dengan R tetap 1000 Ω  dan batas ukur 50 mA gunakan tegangan sumber 15 volt dan R tetap 270Ω.

Tabel Perhitungan pengaturan R variable perhitungan Rvar

No	V sumber	R tetap	Rv teori	Rv praktek	BU (mA)	IM baku (mA)	BMU (mA)
1	5 V	1000 Ω	0		1	0	0.0075
		1000 Ω	24000		1	0,2	0.165
		1000 Ω	11500		1	0,4	0.341
		1000 Ω	7333,33		1	0,6	0.52
		1000 Ω	52500		1	0,8	0.7
		1000 Ω	4000		1	1	0.88
2	10 V	1000 Ω	0		10	10	9
		1000 Ω	250		10	8	7
		1000 Ω	666,67		10	6	5.2
		1000 Ω	1500		10	4	3.4
		1000 Ω	4000		10	2	1.67
		1000 Ω	0		10	0	0
3.	0	270 Ω	0		50	0
	15 V	270 Ω	1230		50	10
		270 Ω	480		50	20
		270 Ω	230		50	30
		270 Ω	105		50	40
		270 Ω	30		50	50

4.      Mengkonsultasikan hasil perhitungan pada dosen pembimbing

5.      Menyusun rangkaian percobaan seperti gambar 3 diatas.

6.      Setelah selesai mengkonsultasikan pada dosen pembimbing.

7.      Memposisikan pengaturan tegangan sumber pada harga minimum, ukur dengan  voltmeter dan mencatat hasilnya pada table.

8.      Memposisikan ampermeter baku pada batas ukur 5 mA. Menyalakan sumber tegangan atur Rv hingga pembacaan ampermeter baku mendekati nol. Membaca penunjukkan mater dan mencatat dalam table.  

9.      Mematikan sumber tegangan, melepas meter baku gantikan dengan ampermeter hasil modifikasi. Menyalakan kembali sumber tegangan baca dan catat hasil penunjukkan meter. 

10.  Mematikan sumber tegangan melepaskan ampermeter modifikasi gantikan dengan ampermeter baku. Kemudian menyalakan kembali sumber tegangan dan  mengatur Rv hingga amper meter baku menunjuk  1 mA. Membaca harga Rv mencatat dalam table.

11.   Mematikan sumber tegangan menggantikan ampermeter baku dengan ampermeter hasil modifikasi. Menyalakan sumber tegangan membaca dan mencatat hasil penunjukkan ampermeter modifikasi dalam table. 

12.  Mengulangi langkah 9 dan 10 untuk pengukuran arus 2 mA, 3mA, 4 mA dan 5 mA.

13.  Mematikan sumber tegangan.

Batas Ukur 10 mA

1.      Masih dengan rangkaian percobaan gambar 3. Gantilah R dari 680 Ω dengan R 1000 Ω.

2.      Sumber tegangan yang digunakan tetap 10 Volt.

3.      Menghubungkan kembali sumber tegangan dengan rangkaian Rvariabel, memasangkan ampermeter baku dengan batas ukur 10 mA.

4.      Menyalakan sumber tegangan, hati-hati atur Rv hingga meter menunjukkan arus 10 mA. Membaca dan mencatat besarnya Rv.

5.      Mematikan sumber tegangan menggantikan ampermeter baku dengan ampermeter hasil modifikasi.

6.      Menyalakan sumber tegangan membaca dan mencatat penunjukkan ampermeter modifikasi.

7.      Mematikan sumber tegangan,mengganti meter modifikasi dengan meter baku.

8.      Menyalakan sumber tegangan, mengatur Rv hingga meter menunjuk arus 8 mA. Membaca  dan mencatat harga Rv.

9.      Mematikan sumber tegangan, mengganti ampermeter baku dengan ampermeter hasil modifikasi.

10.  Menyalakan sumber tegangan, membaca dan mencatat pada tabel hasil penunjukan ampermeter modifikasi.

11.  Mengulangi langkah 7 hingga langkah 10 untuk pengukuran 6 mA, 4 mA, 2 mA dan 0 mA.

12.  Mematikan sumber tegangan.

Batas ukur 50 mA

1.      Masih dengan rangkaian percobaan gambar 3. Mengganti R dari 1000 Ω dengan R 270 Ω.

2.      Sumber tegangan yang digunakan 15 Volt.

3.      Menghubungkan kembali sumber tegangan dengan rangkaian Rvariabel, pasangkan ampermeter baku dengan batas ukur 50 mA.

4.      Menyalakan sumber tegangan, hati-hati mengatur Rv hingga meter menunjukkan arus 50 mA. Membaca dan mencatat besarnya Rv.

5.      Mematikan sumber tegangan, menggantikan ampermeter baku dengan ampermeter hasil modifikasi.

6.      Menyalakan sumber tegangan, membaca dan mencatat penunjukkan ampermeter modifikasi.

7.      Mematikan sumber tegangan mengganti meter modifikasi dengan meter baku.

8.      Menyalakan sumber tegangan, mengatur Rv hingga meter menunjuk arus 40 mA. Membaca dan mencatat harga Rv.

9.      Mematikan sumber tegangan mengganti ampermeter baku dengan ampermeter hasil modifikasi.

10.  Menyalakan sumber tegangan, membaca dan mencatat pada tabel hasil penunjukan ampermeter modifikasi.

11.  Mengulangi langkah 7 hingga langkah 10 untuk pengukuran 30 mA, 20 mA  dan 10 mA.

12.  Mematikan sumber tegangan.

B.     Merubah fungsi µA menjadi voltmeter

1.      Meter dasar yang digunakan mempunyai Ifs = 100 µA dan Rm = 1500.  

2.      Berdasarkan teori dasar modifikasi meter dasar di atas menjadi voltmeter dengan batas ukur 5 Volt dan 10 Volt. Hasilnya gambarkan pada kolom teori.

3.      Membuka rangkaian multiplier dengan batas ukur 5 volt. Mengamati dan gambarkan rangkaiannya pada kolom pengamatan table di bawah ini, lengkap dengan harga resistansinya.

4.      Menghitung berapa harga Rsnya.

5.      Mengamati dan menggambarkan rangkaian multiplier batas ukur 10 volt, pada kolom pengamatan table di bawah ini.

6.      Menghitung  berapa harga Rsnya untuk batas ukur 10 volt.

Rangkaian modifikasi teori		Batas ukur	Rangkaian modifikasi praktek
Rs = 48495		5 Volt		Rs=
Rs = 98505		10  Volt		Rs =

                            

Uji kelayakan voltmeter modifikasi

Batas ukur 1 volt.

1.   Membuat rancangan percobaan berdasarkan rangkaian kerja gambar 4. Menghitung besarnya R variable untuk mendapatkan variasi pengukuran seperti table di bawah ini, dengan Vs = 10 Volt, R=  680Ω untuk batas ukur 5 volt. Sedangkan untuk batas ukur 10 volt gunakan Vs = 12 volt dan R sebesar 1000Ω.

2. Hasil  perhitungan di atas digunakan untuk melengkapi table di bawah ini.

Tabel  Rv untuk uji kelayakan voltmeter modifikasi

No	Vs (volt)	R tetap  (Ω)	Rv teori	Rv praktek	BU	Vm baku	Vm modifikasi
1	10	680	680		5	5	5,2
		680	453.33			4	4,2
		680	291.42			3	3,2
		680	170			2	2,2
		680	75.55			1	1,2
		680	0			0	0,2
2	12	1000	5000		10	10	10,1
		1000	2000			8	8,2
		1000	1000			6	6,2
		1000	500			4	4,2
		1000	200			2	2,2
		1000	0			0	0,2

3.Mengkonsultasikan pada dosen pembimbing.

4.Menyusun rangkaian percobaan seperti gambar berikut.

 

5.   Mengkonsultasikan pada dosen pembimbing untuk mendapatkan persetujuan.

6.   Power supply sebelum dihubungkan dengan rangkaian, mengatur keluaran tegangannya sebesar 10 volt.

7.   Menyambungkan ke rangkaian yang disetujui dosen pembimbing.

8.   menghidupkan power supply, pasangkan voltmeter  baku pada batas ukur 10 volt (paling mendekati namun diatas 5 volt).

9.   Mengatur Rv sesuai untuk mendapatkan tegangan keluaran 5 volt. Baca dan catat harga Rv.

10.  Menggantikan voltmeter baku dengan voltmeter modifikasi batas ukur 10  volt baca hasilnya. Jika hasilnya kurang atau sama dengan 5 volt pindahkan pada batas ukur 5 volt. Sebaliknya jika pembacaan lebih dari 5 volt catat hasilnya pada table. Jangan paksakan dikur dengan batas ukur 5 volt bisa merusakkan!. 

11.  Mengganti voltmeter modifikasi dengan voltmeter baku,  atur Rv hingga diperoleh tegangan 4 volt, membaca dan mencatat nilai Rv pada table.

12.  Mengganti meter baku dengan voltmeter modifikasi pada batas ukur 5 volt, membaca dan mencatat hasilnya pada table.

13.  Mengulangi langkah 11 hingga 13 untuk pengukuran tegangan 3V, 2V, 1 V dan 0V.

14.  Mematikan sumber tegangan.

Batas Ukur 10 Volt

1.   Mengganti R dalam rangkaian kerja yang semula 680 Ω dengan resistansi 1000Ω.

2.   Menaikan sumber tegangan dari 10 volt menjadi 12 volt.

3.   Memasangkan voltmeter baku dengan batas ukur 10 Volt, posisikan Rv minimum.

4.   Menyalakan power supply, mengatur pelan-pelan Rv hingga diperoleh pembacaan pada voltmeter 10 volt. Membaca dan mencatat Rv pada table pengamatan.

5.   Menggantikan voltmeter baku dengan voltmeter modifikasi dengan batas ukur 50 volt.

6.   Membaca harga penunjukkan voltmeter jika kurang dari sepuluh mematikan power supply mengganti multiplier untuk batas ukur 10 volt. Jika harga penunjukan lebih besar dari 10 volt catat dalam table lebih dari 10 volt.

7.   Mengganti voltmeter modifikasi dengan voltmeter baku. Mengatur Rv untuk mendapatkan tegangan keluaran 8 volt. Membaca dan mencatat harga Rv pada table.

8.   Menganti meter baku dengan voltmeter modifikasi, membaca dan mencatat hasilnya pada table.

9.    Mengulangi langkah 7 dan 8 untuk pengukuran tegangan 6 volt, 4 volt, 2 volt dan 0 volt.

10.  Mematikan power supply.

11.  Melepas rangkaian dam mengembalikan alat ketempat semula.

    Tugas :

1.      Membuat table rangkuman perhitungan Rsh teori dan praktek.  Adakah perbedaan harga Rsh perhitungan dan praktek. Bila terjadi pada batas ukur berapa dan mengapa jelaskan?.

Batas ukur	Rsh teori	Rsh praktek
1 mA	166.66	157.89
10 mA	15.12	15.79
50 mA	3.1	0.28

2.      Pada ketiga batas ukur diatas pada batas ukur berapakah ampermeter modifikasi menghasilkan pengukuran yang paling teliti? Sebutkan berapa ketelitian masing-masing ?.

Kesalahan pada BU
1 mA baku	1 mA modif	Err	10 mA baku	10 mA modif	Err	50 mA baku	50 mA modif	Err
0	0.0075	0.0075	0	0	0
0.2	0.165	0.035	2	1.67	0.33
0.4	0.341	0.059	4	3.4	0.6
0.6	0.52	0.08	6	5.2	0.8
0.8	0.7	0.1	8	7	1
1	0.88	0.12	10	9	1
Jumlah kesalahan		0.4015	Jumlah kesalahan		3.73	Jumlah kesalahan
Rerata kesalahan		0.6691	Rerata kesalahan		0.621	Rerata kesalahan
% kesalahan		6.691%	% kesalahan		6.21	% kesalahan

3.      Dengan tingkat kesalahan sebagaimana hasil pengamatan adakah ampermeter modifikasi ini layak digunakan.

Jawab : Ada, meter yang berbatas ukur 1mA dan 10mA. Pada batas ukur 50mA Rsh-nya tidak sesuai dengan perhitungan ( jauh dari perhitungan yang dilakukan )

4.      Buatlah table rangkuman perhitungan Rs teori dan praktek.  Adakah perbedaan harga Rs perhitungan dan praktek. Bila terjadi pada batas ukur berapa dan mengapa jelaskan?.

Batas ukur	Rs teori	Rs praktek
5 volt	48495
10  volt	98505

5.      Pada kedua batas ukur di atas pada batas ukur berapakah voltmeter modifikasi menghasilkan pengukuran yang paling teliti? Sebutkan berapa ketelitian masing-masing ?

Ketelitian voltmeter pada batas ukur
5 Volt baku	5 volt modif	Err	10 volt baku	10 volt modif	Err
0	0.2	0.2	0	0.2	0.2
1	1.2	0.2	2	2.2	0.2
2	2.2	0.2	4	4.2	0.2
3	3.2	0.2	6	6.28.2	0.2
4	4.2	0.2	8	8.2	0.2
5	5.2	0.2	10	10.1	0.2
Jumlah kesalahan		1.2	Jumlah kesalahan		1.1
Rerata kesalahan		0.2	Rerata kesalahan		0.18
% kesalahan		4%	% kesalahan		1.8%

6.      Dengan tingkat kesalahan sebagaimana hasil pengamatan adakah voltmeter modifikasi ini layak digunakan.

Jawab : Ada, yaitu meter dengan batas ukur 10 V karena persen kesalahanya hanya sedikit. Sedangkan yang meter dengan batas ukur 5 V terlalu banyak kesalahan mencapai 4 %

Kesimpulan

Ø   Setelah melakukan praktek kita dapat mengubah batas ukur µA menjadi mA dengan batas ukur tertentu

Ø   Dan juga kita dapat mengetahui cara megubah µA menjadi volt meter dengan batas ukur yeng ditentukan

Ø   Setelah melakukan praktek kita dapat mengetahui kelayakan dari meter-meter yang telah di ubah/ dimodifikasi dengan cara melakukan percobaan pengukuran.

Ø   Ada yang layak dipakai untuk digunakan sebagai alat ukur seperti dengan kegunaanya masing-masing

Saran

Ø Dalam menggunakan alat, harus hati-hati jangan sampai terjadi kesalahan

Ø Sebelum dihidupan kita harus mengkonsultasikan kepada dosen pembimbing