Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)

Berikut ini akan dijelaskan tentang alat ukur listrik, alat-alat ukur listrik, alat ukur tegangan listrik, alat pengukur tegangan listrik, alat untuk mengukur arus listrik, alat ukur arus listrik, alat untuk mengukur tegangan listrik, alat ukur daya listrik, voltmeter, amperemeter, ampermeter, ammeter, beda potensial, tegangan listrik, kuat arus listrik.

Alat Ukur Listrik

Voltmeter


Voltmeter adalah alat untuk mengukur tegangan antara dua titik. Ketika digunakan, voltmeter harus dipasang paralel dengan komponen yang hendak diukur tegangannya, seperti diperlihatkan pada Gambar berikut ini. 
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Arus pada hambatan R; (a) sebelum voltmeter digunakan dan
(b) ketika voltmeter digunakan
Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, hambatan dalam voltmeter harus jauh lebih besar daripada hambatan komponen yang diukur. 

Voltmeter ideal adalah voltmeter yang hambatan dalamnya bernilai takhingga. Mengapa demikian? Untuk menjawab pertanyaan ini, perhatikan gambar diatas.

Arus yang mengalir pada hambatan R sebelum dipasang voltmeter adalah I, seperti diperlihatkan pada Gambar (a). 

Ketika voltmeter dipasang paralel dengan R, arus I menjadi terbagi dua, I1 mengalir pada R dan sisanya, I2 mengalir melalui voltmeter yang berhambatan dalam RV, seperti diperlihatkan pada Gambar (b). 

Hal ini menunjukkan bahwa tegangan pada R sebelum dan sesudah voltmeter digunakan akan berbeda. Oleh karena tegangan pada setiap hambatan yang dirangkai paralel besarnya sama, dari Gambar (b) diperoleh:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
atau;
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
sehingga diperoleh;
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Persamaan terakhir menunjukkan bahwa agar sebelum dan sesudah dipasang voltmeter, arus yang mengalir pada R relatif sama, yakni I1 ≅ I, Rv harus jauh lebih besar daripada R sehingga R + Rv ≅ Rv. 

Umumnya dengan memilih Rv ≥ 100R cukup untuk membuat I1 ≅ I dengan kesalahan sekitar 1%. Voltmeter memiliki batas ukur tertentu, yakni nilai tegangan maksimum yang dapat diukur oleh voltmeter tersebut. 

Jika tegangan yang diukur oleh voltmeter melebihi batas ukurnya, voltmeter akan rusak. Lalu, apa yang dapat Anda lakukan jika tegangan yang akan diukur melebihi batas ukur voltmeter?

Anda dapat menaikkan batas ukur voltmeter dengan prinsip yang sederhana. Misalnya, menurut hasil perhitungan matematis Anda, tegangan pada sebuah hambatan adalah 100 V. 

Di lain pihak, untuk menguji hasil perhitungan Anda, Anda akan menggunakan voltmeter yang ternyata hanya mampu mengukur sampai maksimum 10 V. 

Hal yang dapat Anda lakukan adalah membagi tegangan 100 V tersebut sedemikian sehingga yang melintasi voltmeter tetap 10 V supaya voltmeter tidak rusak. 

Sisa tegangannya, yakni 90 V, yang diberikan pada hambatan Rd yang harus dipasang seri dengan voltmeter. Mengapa harus dipasang seri? 

Ingat, hambatan yang dirangkai seri berfungsi untuk membagi tegangan. Pertanyaan selanjutnya adalah, berapakah nilai Rd yang harus Anda pasang?

Untuk menjawab pertanyaan terakhir, perhatikan Gambar berikut ini. 
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Batas ukur voltmeter dapat ditingkatkan dengan
memberikan hambatan seri dengan voltmeter
Agar lebih umum, misalnya tegangan yang akan diukur adalah V = nVm, dengan n bilangan bulat positif dan Vm adalah batas ukur voltmeter. 

Karena voltmeter yang dirangkai seri dengan Rd tersusun paralel dengan hambatan yang diukur tegangannya maka berlaku:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
sehingga tegangan pada Rd memenuhi persamaan:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Selanjutnya, arus yang melalui Rd sama dengan arus yang melalui Rv, yakni Im maka persamaan terakhir dapat ditulis sebagai:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
sehingga nilai hambatan yang harus dipasang seri dengan voltmeter (disebut hambatan depan) memenuhi persamaan:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
dengan: Rd = hambatan depan (Ω ),
            Rv = hambatan dalam voltmeter (Ω ), dan
              n = kelipatan batas ukur voltmeter.

Contoh Soal:
Pada rangkaian listrik seperti gambar berikut ini, tentukan angka yang ditunjukkan voltmeter V. Anggap voltmeter ideal.
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Jawaban:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Voltmeter V mengukur tegangan antara titik A dan B. Karena voltmeternya ideal, tegangan antara titik A dan B sebelum dan sesudah voltmeter terpasang adalah sama. 

Oleh karena itu, lepas dulu voltmeter dari rangkaian. Dengan menggunakan Hukum Tegangan Kirchhoff untuk rangkaian sederhana diperoleh:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Dengan demikian, tegangan antara titik A dan B adalah
VAB = IR = (2 A)(3 Ω) = 6 V
Jadi, voltmeter akan menunjukkan angka 6 V.

Amperemeter

Amperemeter disingkat ammeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik. Ketika digunakan, ammeter harus dirangkai seri dengan yang diukur, seperti diperlihatkan pada Gambar berikut ini:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Arus pada R, (a) sebelum dipasang ammeter
dan (b) ketika dipasang ammeter
Berbeda dengan voltmeter, untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, hambatan dalam ammeter harus jauh lebih kecil daripada hambatan yang diukur arusnya. 

Seperti yang dapat Anda lihat pada Gambar diatas, jika sebelum dipasang ammeter, arus yang melalui R adalah I, maka setelah R diserikan dengan Ra, arus yang melalui R akan turun menjadi I'. 

Hal ini terjadi karena hambatannya bertambah besar menjadi R + Ra, sedangkan tegangannya tetap. Oleh karena tegangan sebelum dan sesudah dipasang voltmeter tetap, maka berlaku: 
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
sehingga: 
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Persamaan ini menunjukkan bahwa agar I' ≅ I, maka R + Ra ≅ R. Keadaan ini akan dicapai jika Ra jauh lebih kecil daripada R dan idealnya Ra = 0. 

Akan tetapi, tentu saja tidak mungkin dapat membuat ammeter dengan hambatan dalam nol. Paling tidak, ammeter yang digunakan harus memiliki hambatan dalam 1/100 kali dari hambatan yang diukur arusnya. 

Jika hal ini dipenuhi, kesalahan hasil pengukuran hanya sekitar 1% dan dikatakan cukup akurat. Seperti halnya pada voltmeter, batas ukur ammeter juga dapat ditingkatkan. 

Misalnya, Anda akan mengukur arus listrik yang besarnya nIm, dengan n bilangan bulat positif dan Im adalah batas ukur ammeter.

Dalam hal ini Anda harus memasang hambatan paralel, Rsh, (disebut hambatan shunt) dengan ammeter seperti diperlihatkan pada Gambar berikut.
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Batas ukur ammeter dapat ditingkatkan
dengan memasang hambatan shunt

Hal ini dilakukan agar arus yang besarnya nIm tadi terbagi menjadi Im pada ammeter dan (n–1) Im pada hambatan Rsh. Oleh karena Rsh paralel dengan Ra, tegangan pada keduanya sama sehingga berlaku:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
dan diperoleh:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
dengan: Rsh = hambatan shunt (paralel dengan ammeter),
             Ra = hambatan dalam ammeter, dan
               n = kelipatan batas ukur ammeter.

Contoh Soal:
Sebuah ammeter dengan hambatan dalam 1Ω memiliki batas ukur 10 A. Agar batas ukur ammeter itu menjadi 50 A, tentukan besar hambatan shunt yang harus dipasang paralel dengan ammeter.

Jawaban:
Diketahui: Ra = 1Ω dan kelipatan batas ukur n = 50A/10A = 5.
Besar hambatan shunt adalah:
Alat-Alat Untuk Mengukur Kuat Arus dan Tegangan Listrik (Voltmeter dan Amperemeter atau Ammeter)
Demikianlah pembahasan kita kali ini, semoga artikel ini bisa bermanfaat untuk para pembaca semua. Salam Sukses Selalu,,,