RANGKAIAN JEMBATAN

Topik kali ini:

- Teknik pengukuran Null

- Jembatan Wheatstone

OVERVIEW

3Ada pengukuran null untuk tahanan, tegangan, dst. Prinsipnya adalah sbb:

1. Menggunakan meteran standar seperti ammeter atau voltmeter (umumnya analog seperti DArsonval meter movement).

2. Pengkuran dilakukan dengan membuat pembacaan pada meteran = nol, atau membaca besarnya penyimpangan meteran.

TEKNIK PENGUKURAN NULL

4Salah satu teknik pengukuran null adalah dengan Jembatan Wheatstone. Ini adalah pengukuran tahanan yang paling akurat. Aplikasi misalnya pada strain gauges.

Pengukuran null lainnya adalah Potentiometric Voltage Measurement System.

TEKNIK PENGUKURAN NULL

5BRIDGE'S CIRCUITS

6Wheatstone's bridge

Developed by

S. H. Christie (1833)

Rangkaian jembatan digunakan untuk mengukur R, L, C dan cukup populer untuk penggunaan di Labortorium

Akurasinya tinggi karena pembacaan berdasar NULL indikator (Jika R1R4 = R2R3 resistance @NULL)

WHEATSTONE'S BRIDGE

Jika VC = VD Seimbang tak

ada arus lewat G pointer 0

Agar seimbang maka

2R2R

WHEATSTONE'S BRIDGE

Jika rangkaian tidak seimbang pointer bergerak ke kanan/kiri.

Besarnya simpangan pointer = sensitifitas galvanometer (mm/mA,

deg/mA, rad/mA)

Thevenin equivalen

UNBALANCED WHEATSTONE'S BRIDGE

Penyimpangan arus pada Galvanometer =

Thevenin Resistance

gth

thg

RR

EI

UNBALANCED WHEATSTONE'S BRIDGE

Jika tiga resistor sama (R) sementara satu resistor berbeda

5% atau kurang ada sedikit

ketakseimbangan

Thevenin equivalen

RR

RE

RR

RRRRE

RR

RRRRE

RR

RREEEE

RR

RRE

RRR

RRExE

E

R

ExR

RR

ExRE

bath

b

a

24

24

222

22

22

2

1

2

2

22

SLIGHTLY UNBALANCED WHEATSTONE'S BRIDGE

Jika R < 5% R di denominator/pembagi, bisa

diabaikan sehingga

Thevenin Resistance

R

REEth4

RRR

R

makakecilRjika

RR

RRRRR

RRR

RRR

RR

RxRR

th

th

th

22

22

Thevenin Equivalen

SLIGHTLY UNBALANCED WHEATSTONE'S BRIDGE

APLIKASI

Mengukur resistansi DC dan quality control berbagai tipe kawat, mengukur cable faults pada telkom, mengukur:

tahanan motor winding, trafo, solenoid, relay coil, dst

BATASAN

Error pada low resistance measurement Insensitive galvanometer pada high resistance

measurement

Perubahan suhu menyebabkan perubahan nilai resistor

WHEATSTONE'S BRIDGE

Adalah modifikasi dari

wheatstone's bridge untuk

mengukur resistan < 1W.

Ry menggambarkan

resistan antara R3 dan Rx

(unknown resistance)

G bisa disambung ke a

atau ke c (Ry seri ke R3

atau Rx), atau ke b

sehingga Rx dan R3

seimbang

Jika disambung ke b maka

abcbx

ab

cb

RRR

RRR

R

R

R

R

1

2

1

2

1

KELVIN'S BRIDGE

21

2

2

21

2

21

2

1

2

1

.

11

RR

RRRitukarena

R

RR

R

R

R

RR

R

RR

R

R

R

Rmaka

R

R

R

Rdan

RyRRtetapi

y

ab

ab

y

ab

abcb

ab

cb

ab

cb

cbab

2

31

212

21

2

31

21

1

21

2

3

2

1

21

1

21

1

21

221

21

2

1.

R

RRR

RRR

RRR

R

RR

RR

RRR

RR

RRR

R

R

RR

RRR

kepersdgsubstitusi

RR

RR

RR

RRRRRRR

RR

RRRRRR

RRRkarenadan

x

yy

x

yy

x

yyyy

cb

y

yabycb

ycbab

KELVIN'S BRIDGE

ketika Kelvin's disambung ke b rumus sama dg wheatstone

bridge dasar dari kelvin's

double bridge

Indikator pointer menunjuk angka 0 ketika tegangan pada

k dan c seimbang (rasio

Ra/Rb = R1/R2)

Umumnya Kelvin mengukur 1W - 0,00001W (10mW), dg akurasi +0,05% - +0,2%

Tidak ada efek dari Ryterhadap pengukuran

2

31

R

RRRx

KELVIN'S DOUBLE BRIDGE

Ini adalah komersial

Kelvin's bridge dg

range 10-0,00001W

Tegangan drop pada

potensio yg dapat

menyebabkan error di

kompensasi dg 9 step

resistor standar dan

manganin bar terkalibrasi

PRACTICAL KELVIN'S BRIDGE

Ketika tak imbang maka ada

tegangan pada output

arus mengalir ke detektor.

Jika bridge digunakan

sebagai error detector maka

output disebut error signal

Komponen pasif seperti photoresistor, strain gauges,

thermistor, dst tidak memproduksi sinyal, tetapi jika

digunakan sebagai salah satu R pada bridge, perubahan

tahanan akan menyebabkan error signal

BRIDGE CONTROLLED CIRCUIT

Sama dengan DC bridge, hanya

R diganti impedansi

4

2

3

1

Z

Z

Z

Z

AC BRIDGE

C3 = kapasitor standar

Cx = kapasitor yang

diukur sedangkan

Rx = resistansi dari

Kapasitor

2

13

1

32

R

RCC

R

RRR

x

x

CAPACITANCE COMPARISON BRIDGE

L3 = induktor standar

L4 = induktor yang

diukur sedangkan

R4 = resistansi internal

induktor

1

234

1

324

R

RLL

R

RRR

INDUCTANCE COMPARISON BRIDGE

Mengukur induktor

dengan kapasitor

yang diketahui

nilainya

11

32

1321 RCRR

RRRC

R

LQ

x

x

321

1

32

321

RRCL

R

RRR

ZZZZ

x

x

x

MAXWELL'S BRIDGE

Berbeda dengan Maxwells

dengan adanya R1 diseri

dengan kapasitor standar C1

Cocok untuk mengukur Q tinggi (Q=10, e= +1%, Q=30, e=

+0.1%)

2321

2

1

2

1

2

321

2

1

2

2

1

2

1

2

321

11

1

1

Q

RRCR

CR

RRRCR

CR

RRCL

x

x

x

HAY'S BRIDGE

Mengukur kapasitor

dengan presisi,

biasanya pada kabel

2

31

3

12

321

R

CRC

C

CRR

ZZZZ

x

x

x

3

2

3

12111

C

jR

C

CRR

C

jRRR

x

x

SCHERING'S BRIDGE

Untuk mengukur

frekuensi

Umumnya dipilih R1 =

R3 = R & C1 = C3 = C

3

1

2

4

1

3

3321

3241

333

111

2

1

1

R

R

R

R

C

C

RCRCf

ZZZZ

CjRY

CjRZ

WIEN'S BRIDGE

PR1

Sebuah jembatan wheatstone tak seimbang

Jika Vbias = 6V, Rg = 300W, R1 = 1KW, R2= 2,5KW, R3

= 3,5KW, dan R4 = 10KW

>> Hitung arus pada galvanometer !

2R2R

PR1 SOAL NO 1

Jika Vbias = 10V, Rg = 125W, R1 = R2= R3 = 700W,

dan R4 = 735W, Skala Galvanometer 200-0-200mA

>> Hitung arus pada galvanometer !

2R2R

PR1 SOAL NO 2

Jika rasio Ra/Rb adalah 1000, R1 =5W dan R1 = 0,5 R2,

berapa nilai Rx?

PR1 SOAL NO 3

Jika E = 6V, R1 = R2= R3 = 5KW, dan Rv adalah temperature sensitive

device dengan grafik Suhu-resistance seperti gambar

> Berapa suhu pada waktu bridge seimbang dan

>> amplitudo sinyal eror pada 600C

2R2R

PR1 SOAL NO 4

Sebuah jembatan pembanding kapasitan, digunakan untuk mengukur impedansi kapasitif pada frekuensi 2

KHz, Jembatan seimbang pada C3 = 100 uF, R1 = 10

KW, R2 = 50 KW, R3 = 100 KW

>> Cari rangkaian ekuivalen dari impedan yang

tidak diketahui!

PR1 SOAL NO 5

Sebuah jembatan maxwell digunakan untuk mengukur impedansi induktif , C1 = 0,01 uF, R1 = 470

KW, R2= 5,1 KW, R3 = 100 KW

>> Cari rangkaian ekuivalen dari impedan yang

tidak diketahui!

PR1 SOAL NO 6

Sebuah jembatan Hay dengan = 3000 rad/s, C1 = 1 uF, R1 = 2 kW, R2= 10 kW, R3 = 1 kW

>> Cari rangkaian ekuivalen dari impedan yang

tidak diketahui!

PR1 SOAL NO 7

Sebuah jembatan Schering dengan C1 = 0,5 uF, R1 = 1 kW, C3 = 0,5 uF, Frekuensi = 1 kHz

>> Cari rangkaian Kapasitansi dan faktor disipasi!

PR1 SOAL NO 8

Sebuah jembatan Wien dengan C1 = 5,2 uF, R1 = 3,1 kW, R2 = 25 kW, R4 = 100 kW, Frekuensi = 2,5 kHz

>> Cari resistansi dan kapasitansi paralel!

PR1 SOAL NO 9