DASAR TEORI
PEMAHAMAN
ALAT
UKUR DAN PENGUKURAN
~~~~~~~~~~~~~
KLASIFIKASI ALAT UKUR LISTRIK
A. Klasifikasi Alat Ukur Listrik Berdasarkan Sistem Kerjanya
Berdasarkan sistem kerjanya alat ukur listrik dapat
digolongkan menjadi tiga, yaitu alat ukur penunjuk (Indicating Instruments),
alat ukur pencatat (Recording Instruments), dan alat ukur penjumlah (Integrating
Instruments).
1. Alat Ukur Penunjuk (Indicating Instruments)
Alat ukur penunjuk adalah alat ukur yang langsung
menunjukkan besaran yang diukur, biasanya menggunakan jarum penunjuk. Tetapi
sekarang ada pula yang tidak menggunakan jarum penunjuk yaitu alat ukur
digital. Banyak alat ukur yang termasuk kategori ini, misalnya Voltmeter,
Amperemeter.
2. Alat Ukur Pencatat (Recording Instruments)
Alat Ukur Pencatat adalah alat ukur yang mencatat
secara terus menerus besaran yang diukur selama periode waktu yang ditentukan.
Pada alat ini terdapat pena dan gulungan kertas yang berputar. Pena tersebut
akan bergerak sebanding dengan besaran listrik yang diukur sehingga
perubahannya tercatat secara kontinyu. Sebagai contoh adalah recording
voltmeter yang terdapat pada gardu induk yang mencatat fluktuasi tegangan yang
terjadi.
3. Alat Ukur
Penjumlah (Integrating Instruments)
Alat ukur
penjumlah adalah alat ukur yang mengukur jumlah total energi listrik yang
dikonsumsi oleh suatu rangkaian dalam periode waktu tertentu. Energi yang
diukur ini sebenarnya merupakan perkalian antara daya aktif dengan waktu. Kilo
Watt Hour meter (kWh meter) merupakan contoh dari alat ukur jenis ini.
B. Klasifikasi alat ukur listrik berdasarkan prinsip
kerja
Menurut
prinsip kerja dan konstruksi dari pada alat ukur listrik dapat diklasifikasikan
sebagai berikut :
1. Alat ukur kumparan putar magnet permanen (PMMC).
2. Alat ukur besi putar.
3. Alat ukur elektro dinamis.
4. Alat ukur elektro statis.
5. Alat ukur induksi.
6. Alat ukur berdasarkan efek panas
1. Alat ukur kumparan putar
Alat ukur kumparan putar adalah alat pengukur
yang bekerja atas dasar adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada
medan magnet, yang berasal dari suatu magnet pemanen. Alat ukur jenis ini tidak
terpengaruh magnet luar, karena telah memiliki medan magnet yang kuat terbuat
dari logam alnico yang berbentuk U. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan
menyebabakan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat
ukur yang dipakai untuk arus searah.
Gambar. Prinsip Kerja Alat Ukur Kumparan Putar
Alat ukur
ini konstruksinya terdiri dari sebuah kumparan (coil) yang dapat bergerak atau
berputar bebas yang ditempatkan dalam medan magnet permanen. Jarum penunjuk
diletakkan pada kumparan putarnya. Konstruksi alat ukur kumparan putar terdiri
dari permanen magnet, kumparan putar dengan inti besi bulat, jarum penunjuk
terikat dengan poros dan inti besi putar, skala linear, dan pegas spiral
rambut, serta pengatur posisi nol (Gambar 8.13). Torsi yang dihasilkan
dari interaksi elektromagnetik sesuai persamaan :
Dari persamaan di atas, komponen B, A dan N adalah
konstan, sehingga torsi berbanding lurus dengan arus mengalir ke kumparan
putar. Data alat ukur kumparan putar dengan dimensi 31/2 in, arus 1 mA,
simpangan skala penuh 100 derajat memiliki A : 1,72 cm2, B : 2.000 G(0,2 Wb/m2,
N: 84 lilit, T : 2,92 × 10–6 Nm R kumparan putar: 88Ω, disipasi daya: 88
μW.
Untuk pengukuran listrik AC alat ukur kumparan putar ditambahkan
komponen tambahan, yaitu diode bridge sebagai penyearah AC ke DC.
Gambar. Meter
kumparan putar dengan diode penyearah
Tahanan seri RV untuk mendrop tegangan sehingga
batas ukur dan skala pukuran sesuai. Sehingga tahanan total RT = RV + R.
Multimeter menggunakan kumparan putar sebagai penggerak jarum penunjuknya.
2. Alat ukur besi putar
Alat ukur dengan prinsip kerja besi putar atau disebut juga sistem
elektromagnet adalah sesuatu alat ukur yang mempunyai kumparan tetap dan besi yang
berputar. Konstruksi dari alat ukur ini terdiri dari kumparan tetap dan
sepasang besi lunak mudah mengalami demagnetisasi, besi lunak tersebut
ditempatkan dalam ruang antara kumparan tetap dimana besi lunak yang satu
ditempatkan menempel dengan kumparan tetap sedang besi lunak yang lain
berhubungan dengan sumbu as dari jarum penunjuk sehingga dapat berputar/bergerak
bebas.
Gambar. Prinsip kerja besi putar
Cara kerja :
Bila ada
arus yang mengalir pada kumparan maka ruangan tersebut akan ada medan magnet yang
mengakibatkan kedua besi lunak tersebut demagnetisasi dan bersifat sebagai
magnet permanen. Pasangan besi lunak tersebut mempunyai sepasang kutub yang
sama sehingga kutubkutub yang sejenis akan tolak menolak dan besarnya
penyimpangan tergantung dari besarnya arus yang lewat pada kumparan.
Alat ukur jenis besi putar
mempunyai karakteristik sebagai berikut:
- Dapat digunakan
untuk pengukuran arus searah maupun bolak balik.
- Mempunyai
ketelitian yang rendah.
- Untuk
mengukur arus yang sedang dan besar.
-
Sederhana dan kuat dalam konstruksi
3. Alat ukur elektrodinamik
Konstruksi terdiri dari
kumparan putar dan kumparan tetap, medan magnet dibangkitkan oleh kumparan
tetap yang mempunyai bagian dua gulungan yang dipasang pararel satu sama lain
sedang rangkaian elektrisnya dari kedua kumparan tersebut terhubung seri atau
pararel.
Gambar Diatas. Prinsip kerja
elektrodinamik
Alat ukur elektrode memiliki dua jenis belitan
kawat, yaitu belitan kawat arus yang dipasang, dan belitan kawat tegangan
sebagai kumparan putar terhubung dengan poros dan jarum penunjuk. Interaksi
medan magnet belitan arus dan belitan tegangan menghasilkan sudut penyimpangan
jarum penunjuk sebanding dengan daya yang dipakai beban:
P = V · I · cos θ
Alat ukur elektrodinamik memiliki karakterustik sebagai
berikut:
- Dapat
digunakan pada pengukuran arus listrik bolak-balik maupun searah
- Mempunyai ketelitian yang tinggi
- Pemakaian dayanya tinggi
- Biasa digunakan pada Wattmeter
4. Alat ukur elektrostatis
Alat ukur ini bekerja atas
dasar gaya elektrostatis sebagai akibat interaksi antara dua elektroda yang
mempunyai beda potensial.
Gambar. Prinsip kerja elektrostatis
Cara kerja :
Bila tegangan
yang akan diukur ditempatkan diantara elektroda tetap dan elektroda berputar
maka pada elektroda putar akan mendapatkan momen putar yang sebanding dengan V2
elektroda ini dibuat sedemikian sehingga didapatkan skala rata. Momen yang
menyebabkan elektroda putar bergerak didapat dari medan elektrostatis yang
terjadi diantara kedua keping elektroda yang berttindak sebagai kondensator.
Alat ukur ini untuk mengukur tegangan yang tinggi.
5. Alat ukur Induksi
Alat ukur ini terdiri dari
piringan logam yang dapat berputar pada porosnya dan dua buah kumparan
tetap. Alat ukur induksi memiliki sistem perputaran sederhana dan
kokoh. Disamping itu,mudah untuk dibuat sebagai alat ukur sengan sudut
penunjukkan yang lebar.
Gambar Diatas. Prinsip
kerja induksi.
Cara Kerja :
Bila kumparan induksi dilalui arus maka akan timbul medan magnet bolak-balik
sehingga menimbulkan arus putar pada piringan logam dan akan membangkitkan
pula medan magnet sehingga interkasi kedua medan magnet ini akan
menimbulkan momen putar/gerak pada piringan logam.
Alat ukur jenis induksi
mempunyai karakteristik sebagai berikut:
- Mempunyai konstruksi yang sederhana dan kokoh
- Mudah dibuat dengan skala pembacaan yang lebar
- Tidak terlalu berpengaruh oleh medan magnet luar
- Menyerap daya yang besar
- Hanya dapat digunakan pada pengukuran arus bolak-balik
6. Alat ukur kawat panas
Alat ukur kawat panas ini
terdiri dari sebuah kawat lurus yang panjang yang terdiri dari campuran logam
platina dan iridium, yang bekerja dengan memanfaatkan konsep pemuaian.
Cara kerja :
Jika sepotong kawat logam dialiri arus listrik yang cukup
besar, kawat tersebut akan menjadi panas, oleh sebab itu akan memuai (menjadi
lebih panjang). Pemuaian tersebut digunakan untuk mengerakkan jarum petunjuk.
Pada gambar berikut terlihat
sepotong kawat logam campuran dari logam platina dan iridium yang
direntangkan pada A-B, pada waktu tidak ada arus (i = 0) jarum petunjuk tepat
di angka 0.
Jika kita alirkan arus searah dari A ke B sehingga
kawat A – B menjadi memuai dan lebih panjang, ternyata jarum tidak menunjuk 0,
tetapi menyimpang kearah kanan. Hal ini disebabkan karena kawat A – B menjadi
lebih panjang dan ditarik oleh pegas sehingga memutar poros jarum. Baik arus
searah tersebut mengalir dari A – B maupun dari B ke A jarum tetap menyimpang
kearah kanan.
C. Klasifikasi Alat Ukur Berdasarkan Sistem Pengukuran
1. Alat Ukur Analog
Alat ukur listrik
analog merupakan alat ukur generasi awal dan sampai saat ini masih digunakan.
Bagiannya banyak komponen listrik dan mekanik yang saling berhubungan. Bagian listrik
yang penting adalah, magnet permanen, tahanan meter, dan kumparan putar. Bagian
mekanik meliputi jarum penunjuk, skala dan sekrup pengatur jarum penunjuk.
Gambar Diatas. Komponen alat ukur
listrik analog
Mekanik pengatur jarum penunjuk
merupakan dudukan poros kumparan putar yang diatur kekencangannya (Gambar 3.9).
Jika terlalu kencang jarum akan terhambat, jika terlalu kendor jarum akan mudah
goncang. Pengaturan jarum penunjuk sekaligus untuk memposisikan jarum pada
skala nol meter.
Gambar. Dudukan poros jarum
penunjuk
Alat ukur analog memiliki komponen putar yang akan bereaksi begitu mendapat
sinyal listrik. Cara bereaksi jarum penunjuk ada yang menyimpang dulu baru
menunjukkan angka pengukuran. Atau jarum penunjuk bergerak ke angka penunjukan
perlahan-lahan tanpa ada penyimpangan. Untuk itu digunakan peredam mekanik
berupa pegas yang terpasang pada poros jarum atau bilah sebagai penahan gerakan
jarum berupa bilah dalam ruang udara (Gambar3.10). Pada meter dengan kelas
industri baik dari jenis kumparan putar maupun jenis besi putar seperti meter
yang dipasang pada panel meter banyak dipakai peredam jenis pegas.
Gambar Diatas. Pola penyimpangan
jarum meter analog
Bentuk skala memanjang saat kini
jarang ditemukan. Bentuk skala melingkar dan skala kuadran banyak dipakai untuk
alat ukur voltmeter dan ampermeter pada panel meter.
Gambar. Jenis skala meter analog
2. Alat Ukur Digital
Alat ukur digital saat sekarang banyak dipakai dengan berbagai kelebihannya,
murah, mudah dioperaikan, dan praktis. Multimeter digital mampu menampilkan
beberapa pengukuran untuk arus miliamper, temperatur °C, tegangan milivolt,
resistansi ohm, frekuensi Hz, daya listrik mW sampai kapasitansi nF.
Gambar. Tampilan penunjukan
digital
Pada dasarnya data /informasi yang akan diukur bersifat analog. Blok
diagram alat ukur digital terdiri komponen sensor, penguat sinyal analog,
analog to digital converter, mikroprosesor, alat cetak, dan display digital
(Gambar. Tampilan Penunjuk DIgital). Sensor mengubah besaran listrik dan
non elektrik menjadi tegangan, karena tegangan masih dalam orde mV perlu
diperkuat oleh penguat input.
Sinyal input analog yang sudah
diperkuat, dari sinyal analog diubah menjadi sinyal digital dengan (ADC) analog
to digital akan diolah oleh perangkat PC atau mikroprosessor dengan program
tertentu dan hasil pengolahan disimpan dalam sistem memori digital. Informasi
digital ditampilkan dalam display atau dihubungkan dicetak dengan mesin cetak.
Display digital akan menampilkan angka diskrit dari 0 sampai angka 9 ada tiga
jenis, yaitu 7-segmen, 14-segmen dan dot matrik 5 x 7 (Gambar disamping).
Sinyal digital terdiri atas 0 dan 1, ketika sinyal 0 tidak bertegangan atau
OFF, ketika sinyal 1 bertegangan atau ON.
Cara Kerja Multitester
Alat ukur multitester merupakan suatu alat yang
didalam pengoperasian alat tersebut terdapat multi atau lebih dari satu besaran
yang dapat diukur. Adapun besaran yang biasa terdapat dalam alat ukur
multitester adalah Voltmeter, Ampermeter, Ohm meter, dan besaran lainya yang
bisa diintegrasikan kedalam alat tersebut. Multitester memiliki dua jenis
tampilan pembacaan, multitester Analog dan multitester Digital. Pada
multitester analog display pembacaan menggunakan jarum sedangkan untuk
multitester digital pada display pembacaan menggunakan angka yang langsung
dapat dibaca.
Voltmeter memiliki dua jenis pengukuran, voltmeter
untuk arus listrik searah dan voltmeter listrik arus bolak – balik. Prinsip
dasar penggunaanya mudah dilakukan hanya saja yang perlu diperhatikan adalah
penggunaan voltmeter untuk mengukur arus searah. Polaritas probe harus
diperhatikan, pada probe warna merah mewakili kutub positif sedangkan probe
warna hitam untuk kutub negatif.
Adapun bagian – bagian multitester adalah
sebagai berikut :
1. Display berfungsi untuk menunjukan hasil
pengukuran.
2. Range Selector berfungsi untuk memilih jenis
besaran yang akan diukur.
3. Probe berfungsi untuk menghantarkan nilai beban ke
alat ukur.
Cara
Kerja Wattmeter
Daya listrik diukur dengan menggunakan alat
wattmeter. Ala ini adalah jenis elektrodynamik. Terdiri atas sepasang kumparan
tetap, yang dikenal dengan sebutan kumparan arus, dan sebuah kumparan yang
dapat bergerak disebut dengan kumparan potensial. Kumparan tetap dibuat oleh
beberapa lilitan secara komparatif konduktor yang besar. Kumparan potensial
terdiri atas banyak lilitan kawat. Lilitan ini dipasangkan pada sebuah shaft,
dibawa didalam bearing, jadi dapat dililitkan diluar kumparan stasioneri.
Kumparan yang dapat bergerak membawa sebuah jarum yang bergerak diatas skala
pembacaan yang tepat. Pir kumparan spiral memegang jarum pada posisi nol.
Kumparan arus (kumparan stasionary) pada wattmeter dihubungkan seri dengan
sebuah rangkaian (beban), dan kumparan potensial (kumparan yang bergerak)
dihubungkan lurus segaris. Pada saat garis arus mengalir melalui kumparan arus
pada wattmeter, medan diatur mengelilingi kumparan.
Kekuatan medan ini proporsional pada garis arus dan
didalam phasa yang bersamanya. Kumparan potensial wattmeter pada umumnya
memiliki resistor dengan nilai resistansi yang tinggi dihubungkan secara seri.
Hal ini bertujuan untuk membuat rangkaian kumparan potensial, arus adalah
proporsional dan didalam phasa dengan tegangan jala – jala.
Gaya penggerak wattmeter berasal dari medan kumparan arus dan
medan kumparan potensial. Gaya bereaksi di kumparan bergerak pada beberapa saat
(tergantung pada putaran) proporsional mempunyai nilai saat itu juga pada arus
jala – jala dan tegangan.
Wattmeter terdiri
atas dua rangkaian, salah satu akan menyebabkan kerusakan jika arus terlalu
banyak melaluinya. Kenyataan ini akan diutamakan menekankan didalam
permasalahan wattmeter, karena pembacaan alat tidak menyediakan informasi ke
pengguna bahwa kumparan telah menjadi sangat panas. Jika sebuah ampermeter atau
voltmeter kelebihan beban, pointer akan menunjukan melebihi batas atas dari
skala.
Didalam wattmeter, kedua arus dan rangkaian potensial dapat
membawa seperti sebuah kelebihan beban yang isolasinya terbakar, dan masih
pointer mungkin hanya bagian dari skala. Hal ini dikarenakan posisi pointer
tergantung pada factor daya rangkaian sebaik pada tegangan dan arus. Jadi,
sebuah factor daya yang rendah pada rangkaian akan memberikan pembacaan yang
sangat rendah pada wattmeter walaupun ketika arus dan rangkaian potensial
diberikan batas keamanan maksimum. Nilai keamanan ini pada umumnya diberikan
pada alat. Sebuah wattmeter selalu dengan jelas dinilai, tidak dalam watt
tetapi dalam volt dan amper.
CARA PEMERIKSAAN
1. Pemeriksaan Tegangan Listrik Arus DC dan Arus AC
a. Alat :
Digital Voltmeter DC / AC
b. Langkah Kerja Voltmeter DC :
1) On-kan
alat ukur.
2) Arahkan
selector
ke posisi
Volt DC.
3) Gunakan
probe
warna
merah
untuk
memeriksa bagian rangkaian yang memiliki
polaritas positif (+).
4) Gunakan probe warna
hitam untuk memeriksa bagian rangkaian
yang memiliki polaritas negative (-).
5) Jika polaritas terbalik
maka pembacaan akan berharga negative (-).
6) Baca hasil pengukuran
dan catat.
7) Untuk lebih jelas perhatikan
pada gambar dibawah.
Pada gambar diatas diberikan contoh pengukuran tegangan
bateray 9 Volt DC.
C. Langkah Kerja Voltmeter AC:
1) On-kan alat ukur.
2) Arahkan selector ke posisi Volt
AC.
3) Posisi probe tidak perlu memperhatikan kutub polaritas, boleh
terbalik posisinya.
4) Baca hasil pengukuran
dan catat
5) Untuk lebih jelas perhatikan
pada gambar disamping.
Pada gambar diatas diberikan contoh pengukuran stop kontak
tegangan listrik PLN sebesar 220 volt AC.
Pada multitester terdapat besaran Amper, pada besaran ini memungkinkan
multitester dapat digunakan untuk melakukan pengukuran arus listrik pada beban.
Ada dua jenis arus listrik yaitu arus listrik bolak – balik atau AC dan arus
listrik searah atau DC. Ada dua metode yang digunakan pada pemeriksaan arus
listrik. Metode pertama multitester digunakan sebagai jembatan sehingga arus
listrik mengalir melalui satu rangkaian tertutup.
Arus yang mengalir pada beban keluar masuk
melalui perantara alat ukur tersebut. Pada metode kedua menggunakan clamp atau
penjepit. Rangkaian listrik yang tertutup cukup dijepitkan clamp meter tersebut
pada bagian yang akan diukur arus listriknya, biasanya pada kabel yang menuju
beban.
Pada clamp meter pada alat penjepitnya merupakan trafo CT (Current
Transformator). Trafo ini biasa digunakan sebagai pengukuran arus listrik pada
panel – panel listrik. pembacaan dapat langsung dilakukan pada panel tanpa
harus membawa alat ukur terpisah.
D. Langkah Kerja Ampermeter DC:
Metoda Pertama Menggunakan Clamp Meter Amper Meter DC
1) On-kan alat ukur.
2) Arahkan posisi selector ke Ampermeter DC.
3) Kalungkan clam ke posisi kabel yang akan diukur
arus listriknya.
4) Baca hasil pengukuran dan catat.
5) Untuk lebih jelas perhatikan pada gambar dibawah.
Pada gambar dibawah diberikan contoh pengukuran arus listrik DC pada mesin DC.
Metoda Kedua Menggunakan Multitester Amper Meter DC
1) On-kan alat ukur.
2) Arahkan posisi selector ke Ampermeter DC.
3) Posisikan probe positif (+) ke beban.
4) Dari beban arahkan konektor atau kabel menuju
sumber listrik pada kutub positif (+).
5) Pada sumber listrik negative (-) pasang probe
negative (-).
6) Baca hasil pengukuran dan catat.
7) Untuk lebih jelas perhatikan pada gambar dibawah.
Pada gambar diberikan contoh pengukuran arus listrik DC pada lampu pijar.
E. Langkah
Kerja Ampermeter AC
1) On-kan alat ukur.
2) Arahkan posisi selector ke Ampermeter AC.
3) Kalungkan clam ke posisi kabel yang akan
diukur arus listriknya.
4) Baca hasil pengukuran dan catat.
5) Untuk lebih jelas perhatikan pada gambar dibawah.
Pada gambar dibawah diberikan contoh pengukuran arus listrik AC pada mesin AC 3
fasa.
Contoh Penggunaan Tang Ampermeter AC
F. Langkah
Kerja Wattmeter
1) Masukan kabel fasa input 380 Vac pada masing – masing fasa R, S, T
diterminal wattmeter.
2) Hubungkan terminal fasa output 380 Vac menuju beban fasa R, S, T. Sebagai
contoh beban yang digunakan adalah motor AC 3 fasa.
3) Untuk lebih jelasnya perhatikan ilustrasi pada gambar.
Referensi :
1.Teknik Kerja Bangku Dan Alat Ukur. Silabus Diknas 2016. Oleh Robiansyah.
2. www.wikipedia.com
3. Artikel Jurnal Teknik Fisika oleh Irnin Agustina Dewi
4. mrrobiansyah.blogspot.com
+ 
R2345689 = 
+ 
= 
= 0,04 Ω I2 = 
= 
= 0,012 A
= 0,03 A I3 = 
= 
= 0,0025 A
= 
= 0,0075 A
