Ohmmeter DC

• Cukup banyak meter-resistans (Ohmmeter) saat ini yg digital, tetapi prinsip dasar dr Ohmmeter mekanis amat berharga untuk dipelajari.

• Ohmmeter berfungsi mengukur resistans.

• Pembacaan resistans terindikasi melalui suatu mekanisme meter mekanis yg beroperasi atas dasar arus-elektrik.

• Jadi, Ohmmeter harus memiliki sumber teg. internal untuk menghasilkan arus yg diperlukan untuk mengoperasikan d’Arsonval.

• Juga mempunyai rentang resistans yg tepat untuk mengatur besar arus sesuai yg diinginkan.

• Ohmmeter sederhana terdiri atas sebuah baterai dan mekanisme meter (d’Arsonval) seperti gbr. berikut:

• Saat resistans takberhingga (∞ Ω), tdk ada arus yg melalui meter, dan pointer menunjuk ke ujung paling kiri dr skala.

• Dlm konteks ini, indikasi ohmmeter ad. “terbalik" karena indikator maksimum (takhingga) tdpt di kiri skala, sementara teg. dan arus meter bernilai nol di sana.

• Sebaliknya, saat kabel terminal Ohmmeter dihubung-singkat (mengukur nol Ω), meter d’Arsonval akan dilalui oleh arus maksimum, hanya dibatasi oleh teg. baterai serta resistans internal meter:

• Dengan baterai 9 volt dan hanya resistans d’Arsonval 500 Ω, arus rangkaian kita akan berkisar xxmA, yg mana adalah jauh dari arus dsp d’Arsonval. Arus berlebih yg demikian akan merusak meter.

• Kita perlu metode untuk mengondisikan sedemikian hingga d’Arsonval hanya ‘menderita’ arus dsp ketika (terminal) ia terhubung-singkat. Ini dpt diperoleh dg menambahkan resistor seri dg meter d’Arsonval:

• Untuk menentukan nilai R yg tepat, kita menghitung resistans rangkaian total yg dibutuhkan untuk membatasi arus hingga 1 mA (dsp d’Arsonval) dg 9 volt dr baterai, yg kemudian dikurangi dg resistans internal:

Nilai R yg diperlukan

a. Ohmmeter Tipe Seri

Ket.:R1, resistor pembatas arus;R2, resistor pengatur-nol;

E, baterai;Rm, resistans d’Arsonval;Rx, resistor-anu

Rtot-int

Gbr. 2. Ohmmeter tipe seri

• Secara esensial, Ohmmeter ini terdiri dari meter d’Arsonval yg terhubung seri dg suatu resistor serta baterai ke terminal (Gbr. 2).

• Ketika resistor-anu (Rx) = 0 (terminal A-B terhubung-singkat), arus maksimum mengalir dlm rangkaian. Pd kondisi itu, resistor-paralel (R2) diatur sedemikian hingga meteran menunjukkan arus-skala-penuh (Idsp).

• Posisi jarum penunjuk di skala pd saat itu ditandai ‘0’ Ω, menujukkan bahwa resistans yg terukur bernilai nol.

• Identik dg itu, saat terminal A-B di buka, tdk ada arus yg mengalir dlm rangkaian sehingga jarum akan menunjuk ke titik di skala yg ditandai ‘∞’ Ω, menunjukkan resistans terukur adalah takhingga.

• Dlm desain, diinginkan suatu besaran resistans-anu yang mana akan membuat nilai arus-skala-paruh meter.

• Pd titik ini, resistans pd terminal A-B didefinisikan sebagai posisi resistans skala-paruh, Rh.

• Desain dpt didekati dg menganggap bahwa, jika Rh mengurangi arus meter menjadi ½ Idsp, resistans-anu haruslah sama dg resistans internal total Ohmeter.

Resistans total bagi baterai ad. 2Rh, dan arus baterai yg diperlukan untuk simpanganskala-paruh adalah:

Simpangan skala-penuh akan dicapai bila:

Arus shunt di R2 adalah:

Teg. shunt (Esh) sama dengan teg. meter:

Sehingga diperoleh R2:

Subtitusi (1) ke (2)

Penyelesaian pers.(0) untuk R1, menghasilkan:

Dlm bentuk lain, subtitusi (3) ke (4):

Contoh:• Ohmeter Gbr. 2 menggunakan meter 50Ω

yg membutuhkan arus skala-penuh 1mA. Teg. baterai 3 V. Penandaan skala yg diinginkan untuk simpangan skala-paruh adalah 2000 Ω. Carilah:– a) R1 dan R2;– b) Nilai maks. R2 untuk mengompensasi jatuh

teg. 10% pd baterai.– c) Galat akibat penyetelan seperti poin (b).

Peny.:• Dik. Idsp =Im= 1mA; Rm = 50 Ω; Rh =2000 Ω• Dit.:

(a) Arus total baterai pd saat simp.-skala-penuh:

Arus di R2:

Arus shunt, I2:

Resistor pengatur nol, R2:

(c) Galat bila R2 disetel seperti poin (b):Resistans shunt yg baru:

Rh akan menjadi:

Pesentase galat:

Soal:• Ohmeter Gbr. 2 menggunakan meter 50Ω

yg membutuhkan arus skala-penuh 1mA. Teg.baterai 3 V. Penandaan skala yg diinginkan untuk simpangan skala-paruh adalah 3000 Ω. Carilah:– 1) R1 dan R2;– 2) Nilai maks. R2 untuk mengompensasi jatuh

teg. 10% pd baterai;– 3) Galat akibat penyetelan seperti poin (2).

Ohmmeter DC

link

Ohmmeter DC

• Sekarang, kita betul-betul bermasalah dg rentang meter.

• Di sisi kiri skala kita mempunyai “takhingga" dan di sisi kana kita memiliki “nol”.

• Skala ini agak ganjil karena berkebalikan dg skala voltmeter dan ammeter.

• Pertanyaan bagus, “bagaimana titik-tengah skala direpresentasikan?”

• Angka berapa yg secara pasti berada di antara nol dan takhingga?“.

• Takhingga adalah lebih dari sekedar jumlah yg amat besar: kuantitas tdk terhitung, lebih besar dari setiap bilangan tertentu yg pernah dan dapat ada. Jika indikasi paruhskala pd setiap tipe meter lain merepresentasikan 1/2 nilai rentang skalapenuh, lalu apakah setengah dari takhingga pd suatu skala ohmmeter?

• Jawaban dari paradoksi ini adalah suatu skala logaritma!.

• Skala ohmmeter tdk bergerak maju dr nol ke takhingga atau dari kanan ke kiri.

• Takhingga tdk dpt didekati dg modus linear, karena skala tdk akan pernah bisa menjangkaunya!

• Dengan skala logaritma, jumlah resistans yg terjangkau untuk setiap jarak pd skala bertambah sebagaimana pergerakan skala menuju takhingga, membuat takhingga menjadi sesuatu yg terjangkau.

• Pertanyaan sekitar rentang ohmmeter kita. Berapa nilai resistans antara terminal yg akan secara pasti menyebabkan defleksi 1/2 skala dr jarum?

Jika kita mengetahui bahwa d’Arsonval mempunyai nilai skala-penuh sebesar 1 mA, maka 0,5 mA (500 μA) haruslah menjadi nilai yg dibutuhkan untuk defleksi separuh-skala. Mengikuti desain kita dg baterai 9 volt sbg sumber, diperoleh:

Dg resistans d’Arsonval 500 Ω dan resistor rentang seri 8,5 kΩ, ini menyisakan 9 kΩ untuk suatu resistans-uji eksternal (terminal ke terminal) pd 1/2 skala.

Dg kata lain, resistans uji memberikan 1/2 defleksi skala dlm suatu ohmmeter adl bernilai sama dg resistans (internal) seri total dr rangkaian meter.

Dg Hk Ohm beberapa kali, kita dpt menentukan nilai resiatans uji untuk 1/4 dan 3/4 defleksiskala.

• 1/4 defleksi skala (arus meter 0,25 mA):

• 3/4 defleksi skala (arus meter 0,75 mA):

Shg, skala untuk ohmmeter ini terlihat seperti:

• problem besar dg desain ini adl. Keyakinan atas kestabilan tegangan baterai untuk akurasi pembacaan resistans.

• Jika teg. Baterai menurun, skala ohmmeter akan kehilangan akurasi.

• Dg resistor seri konstan 8,5 kΩ dan teg. Baterai menurun, meter tdk akan lagi terdefleksi skala-penuh ke kanan ketika terminal uji di-short (0 Ω).

• Serupa dg itu, resistans uji 9 kΩ akan gagal mendefleksi jarum ke 1/2 skala secara tepat.

TKM-3

• carilah nilai R, ¼ skala, ½ skala dan ¾ skala dr Ohmmeter?

(b) Ohmmeter Tipe Shunt

• Ohmmeter ini dirancang khusus untuk mengukur resistor-resitor bernilai rendah.

• Tidak lazim digunakan sebagai instrumen uji, tetapi ia dapat ditemukan di dalam laboratorium atau untuk aplikasi resistans–rendah khusus.

Gambar 1. Ohmmeter tipe shunt

• Ia terdiri dari baterai, E, yang terpasang seri dengan resistor dapat-atur R1 dan meter d’Arsonval.

• Resistor-anu terpasang pada terminal A-B, yang paralel dengan meter.

• Diperlukan saklar S (off-on) untuk mendiskoneksi baterai dengan rangkaian ketika instrumen tidak digunakan.

• Ketika resistor-anu Rx = 0 Ω (A dan B terhubung-singkat), arus meter adalah nol.

• Saat resistor-anu Rx = ~ Ω (A dan B terbuka), arus hanya melalui meter, dan dengan pemilihan nilai R1 yang sesuai, jarum penunjuk dapat dibuat menunjuk skala penuh

• Analisis ohmmeter ini serupa dengan tipe seri.

• Arus meter skala-penuh akan menjadi

RX >>E = tegangan baterai internal;R1 = resistor-pembatas arus;Rm = resistans internal meter.

Penyelesaian untuk R1, akan menghasilkan

Untuk setiap nilai Rx yang terhubung di terminal, arus meter akan berkurang dan diberikan oleh

atau

Arus meter untuk setiap nilai Rx, yang dinyatakan sebagai bagian dari arus simpangan skala-penuh, adalah

atau

Mendefinisikan

dan menyubtitusikan (4) ke (3), diperoleh

Jika pers. (5) digunakan, meter dapat dikalibrasi dengan menghitung “s” dalam bentuk Rx dan Rp.

Pada pembacaan skala-paruh meter , pers. (2) akan menjadi

Untuk menentukan nilai skala relatif bagi nilai R1 yang diketahui, pembacaan skala-paruh bisa diperoleh dengan membagi pers. (0) dengan (6) dan menyelesaikan Rh:

Analisis memperlihatkan bahwa resitans skala-paruh ditentukan oleh resistor pembatas R1 dan resistans internal meter, Rm.

Resistor pembatas R1 pada gilirannya ditentukan oleh resistans meter Rm, dan arus simpangan skala-penuh, Idsp.

Contoh:• Rangkaian Gambar 2 menggunakan meter

d’Arsonval 10-mA dengan resistans internal 5 Ω. Tegangan baterai 3 V. Dikehendaki untuk memodifikasi rangkaian dengan menambahkan sebuah resistor Rsh yang sesuai dg meter d’Arsonval, sedemikian hingga instrumen akan mengindikasikan 0,5 Ω pada titik tengah-skala. Hitunglah– (a) nilai resistor shunt, Rsh; – (b) nilai resitor pembatas-arus, R1.

Gambar 2. Ohmmeter tipe shunt termodifikasi

• Dik.:– Idsp = 10 mA;– Rm = 5 Ω;– E = 3 V;– Rh = 0,5 Ω;

• Dit.:– Rsh;– R1.

Peny.:

Untuk simpangan skala-paruh meter,

Tegangan pada meter adalah

Karena tegangan tersebut “terlihat” juga pada resistor-anu, Rx, arus yang melalui Rx adalah

Arus yang melalui meter (Im) ditambah yang melalui resistor shunt (Ish) harus sama dengan arus yang melalui resistor-anu (Ix). Karena itu,

Resistans shunt, kemudian adalah

Arus baterai (total) adalah

Jatuh tegangan pada R1 sama dengan 3V – 25 mV = 2,975 VKarena itu, R1

Gambar 3. Metode potensiometer untuk mengalibrasi amperemeter DC

Pengatur arus

obyekPengukur tegangan

akurat

• Kebanyakan dapat dilakukan secara mudah dengan mengikuti Gambar 3.

• Nilai arus yang melalui ammeter dapat ditentukan dengan mengukur beda potensial pada resistor-standar dengan metode voltmeter, kemudian menghitung arus dengan hukum Ohm.

• Hasil kalkulasi ini dibandingkan dengan pembacaan aktual ammeter saat kalibrasi.

• Sumber arus konstan yang bagus dibutuhkan dan biasanya dapat diperoleh dari suatu baterai (aki) atau penyuplai daya presisi.

• Rheostat ditempatkan dalam rangkaian untuk mengontrol arus sesuai keperluan, sedemikian hingga titik-titik berbeda pada skala dapat dikalibrasi.

Voltmeter DC

Potensiometer

Sumber DCteregulasi

Gambar 4. Metode potensiometer untuk mengalibrasi voltmeter DC

Obyek

Pengukur tegangan akurat

Pengatur arus

• Metode sederhana untuk mengalibrasi voltmeter DC terlihat di gambar 4.

• Tegangan pada resistor R terukur secara akurat dengan sebuah potensiometer.

• Meteran yang akan dikalibrasi terhubung ke dua titik yang sama dengan potensiometer dan karena itu (mesti) mengindikasikan tegangan yang sama.

• Sebuah rheostat ditempatkan dalam rangkaian untuk mengontrol besar arus yang akan menyebabkan jatuh tegangan pada resistor, R, sedemikian hingga beberapa titik pada skala voltmeter dapat dikalibrasi.

• Voltmeter yang terkalibrasi dengan metode ini mempunyai akurasi ±0,01%, yang melebihi akurasi meteran D’Arsonval yang biasa.

Ohmmeter DC

• Pada umumnya Ohmmeter merupakan instrumen berakurasi menengah dg presisi rendah.

• Suatu kalibrasi kasar bisa dilakukan dengan mengukur sebuah resistans standar dan mencatat pembacaan Ohmmeter.

• Penerapan hal tersebut pada beberapa titik di skala dan pada beberapa rentang memungkinkan mendapatkan indikasi atas operasi yang benar dari instrumen.