Pengukuran Besaran Listrik

PENGUKURAN BESARAN LISTRIK
Pengukuran : Membandingkan suatu besaran yang tidak diketahui harganya dengan besaran lain yang telah diketahui harganya.Alat ukur digunakan untuk keperluan pengukuran.

Alat ukur : Instrumen untuk mengetahui harga suatu besaran atau suatu variabel.Prinsip kerja alat ukur harus dipahami agar alat ukur dapat digunakan dengan cermat dan sesuai dengan pemakaian yang telah direncanakan.

Ketelitian (accuracy)
Harga terdekat suatu pembacaan instrumen dari variabel yang diukur terhadap harga sebenarnya sehingga tingkat kesalahan pengukuran menjadi lebih kecil.
Ketelitian berkaitan dengan alat ukur yang digunakan pada saat pengukuran.

Ketepatan (precision)
Tingkat kesamaan nilai pada sekelompok pengukuran atau sejumlah nilai dimana pengukuran dilakukan secara berulang-ulang dengan instrumen yang sama.
Dalam hal ini yang harus diperhatikan adalah cara melakukan pengukuran.

Contoh-contoh masalah dalam presisi dan ketelitian :
- kesalahan paralax
- kesesuaian (conformity)
- jumlah angka berarti  jumlah angka dibelakang  koma untuk menyatakan hasil pengukuran

Sensitivitas (sensitivity)
Perbandingan antara sinyal keluaran/respon     instrumen terhadap     perubahan variabel masukan yang diukur.

Resolusi (resolution)
Perubahan terkecil pada nilai yang diukur dari respon suatu instrumen.

Errors
Penyimpangan variabel yang diukur dari nilai sebenarnya.

SUMBER KESALAHAN
Secara umum kesalahan dapat dibagi atas :

Kesalahan umum
Penyebabnya adalah kesalahan manusia misalnya salah menafsirkan harga pembagian skala. Kesalahan ini dapat  dikurangi dengan cara melakukan pengukuran oleh beberapa orang kemudian ditentukan harga rata-rata dari hasil pengukuran.
Cara seperti ini perlu waktu yang lama maka dilakukan apabila benar-benar perlu.
   
Kesalahan Sistematis
Kesalahan ini terjadi karena sistem pengukuran (alat ukur, metoda, manusia).

Instrumental errors
Penyebabnya adalah struktur mekanis alat ukur (usia alat ukur, gesekan pada tumpuan alat penunjuk, suhu,peneraan).

Enviromental errors
Penyebabnya adalah keadaan disekitar alat ukur seperti pengaruh medan magnet dan medan listrik, suhu,kelembaban serta tahanan bocor.
Kesalahan seperti ini dapat dikurangi dengan memilih alat ukur yang tepat dan menerapkan metode yang benar.

Cara mengatasi kesalahan instrumental
- pemilihan instrument yang tepat untuk pemakaian tertentu
- menggunakan faktor koreksi untuk kondisi tertentu
- kalibrasi terhadap instrument standart 

Kesalahan acak
Kesalahan seperti ini tidak diketahui secara pasti penyebabnya dan tetap selalu terjadi meskipun telah diantisipasi semua sumber kesalahan.
Pada pelaksanaan pengukuran harus dipilih alat ukur, cara, kondisi dan prosedur pengukuran yang benar agar sumber-sumber kesalahan yang akan terjadi dapat dihindari sehingga hasil pengukuran memiliki tingkat akurasi tinggi.

CONT……
Kesalahan alat ukur biasanya sering dinyatakan dalam spesifikasi alat yang dikeluarkan oleh pabrik berupa rekomendasi besar kesalahan yang mungkin terjadi, contoh :

Osiloskop memiliki spesifikasi kesalahan alat ukur 3%. Hasil suatu pengukuran menunjukkan amplitudo sebesar 10 volt. Maka harga sebenarnya dari hasil pengukuran adalah : 10 volt ± 3%.
Range alat ukur penunjuk 10 volt sedangkan jarum penunjuknya pada angka 10 volt skala penuh. Harga tegangan sebenarnya adalah 10,2 volt. Maka prosentase kesalahan alat ukur jarum penunjuk :

Metoda Pengamatan Pengukuran
Metoda langsung : Pengamatan secara langsung dengan melihat skala alat ukur.

Metoda tidak langsung : Suatu metoda untuk mendapatkan besaran pengukuran dengan mengukur besaran lainnya dimana pengamatan dilakukan secara langsung.

Defleksi : Pengamatan dengan mengkonversi penyimpangan jarum penunjuk instrumen pengukuran.

Metoda Nol : Upaya untuk memperoleh suatu besaran dengan mengkalibrasi dimana     besaran hasil pengukuran disamakan dengan suatu referensi standar.

Metoda substitusi : Merupakan cara semacam metoda nol dimana besaran yang akan diukur     disubstitusikan dengan besaran referensi dan hasilnya adalah perbandingan     kedua pembacaan. Keuntungannya adalah untuk mengurangi kesalahan     yang sama pada kedua alat ukur.

BESARAN  DAN  SATUAN
Dalam ilmu fisika dipelajari :

Sistem Satuan
Sistem satuan yang lazim adalah sistem satuan
internasional yang diputuskan pada sidang umum untuk
berat dan ukuran tahun 1960. Fungsinya
adalah untuk mempermudah perhitungan-perhitungan fisis
yang terdapat pada alat Ukur.

Fisika Listrik
Pemahaman tentang sifat-sifat komponen listrik  seperti resistor, induktansi, kapasitansi, transistor, serta hukum hukumnya  yang dapat dilakukan oleh fisika listrik.

Fisika Non Listrik
Digunakan untuk memahami  koefisien temperatur suatu bahan,
konstanta pegas, keseimbangan gaya, momen. Inersia
(kelembaman) dan energi.

Ilmu Matematika

JENIS-JENIS BESARAN
Panjang         → meter [ m ]
Massa             → kilogram [ kg ]
Waktu            → second [ s ]
Arus Listrik        → ampere [ A ]
Temperatur         → kelvin [ k ]
Intensitas Cahaya     → candela [ cd ]
Substansi         → mole [ mol ]

Adapun besaran-besaran tambahan adalah :

Sudut bidang datar     → radian [ rad ]
Sudut bidang bola    → steradian [ sr ]
BESARAN-BESARAN YANG DITURUNKAN
Frekwensi         → hertz [ Hz ] ;    1 Hz = 1s-1
Gaya             → newton [ N ] ;     1 N = 1kg.m/s2
Tekanan         → pascal [ Pa ] ;     1Pa = 1 N/m2
Energi             → joule [ J ] ;      1J = 1 Nm
Daya             → watt  [ W ] ;      1W = 1J/s
Muatan listrik         → coulomb [ C ] ;      1C = 1As
GGL (beda potensial)     → volt [V] ;          1V = 1 W/A

Faktor Perkalian
Standar Satuan
Standard Internasional
MKS  CGS
Newton = kgm/s2  dyne = g.cm/s2
Standard Inggris  ft, pon, s, inch, yard
Sistem MTS  Meter-ton-second  Perancis
Sistem Indonesia?

Sistem Inggris      1 pon = 0,45359  Kg
                           1 feet = 30,48 cm
                           1 inch = 1/12 feet

Standar-standar pengukuran
Dikelompokkan berdasarkan fungsi dan
pemakaiannya:
Standar Internasional : Standar yang  dinyatakan dalam perjanjian Internasional.
Standar Primer : Standar Nasional dari berbagai negara di dunia.
Standar Sekunder : Standar yang digunakan untuk keperluan di bidang industri tertentu.
Standar Kerja : Yang menjadi standar utama bagi suatu ruang kerja/lab.

BESARAN DAN SATUAN

A.  Besaran Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur.
Besaran terdiri dari :
Besaran dasar       :  besaran yang tidak tergantung  pd besaran lain.
Besaran turunan      :  besaran yang diturunkan dari besaran2 dasar.Jadi merupakan kombinasi dari besaran dasar.
Besaran pelengkap :  besaran yang diperlukan untuk membentuk besaran turunan.

B. Satuan.
Satuan  adalah ukuran dari pada suatu besaran.
Ada dua macam sistem satuan yaitu :

a. Sistem satuan metrik (universal), yaitu :
Satuan Panjang dalam meter (m).
Satu meter (1 m) didefinisikan sepersepuluh juta bagian dari jarak antara kutub dan katulistiwa sepanjang meredian yang melewati Paris.
Pada tahun 1960 satuan panjang meter  didefinisikan kembali lebih teliti dan dinyatakan dalam standard optik yang disebut radiasi merah jingga dari sebuah atom Krypton. Sehingga Satu (1) meter sama dengan 1.650.763,73 panjang gelombang  radiasi merah jingga dari atom Krypton-86 dalam ruang hampa.

Satuan Massa dalam gram (g).
Satu gram (1 gram) didefinisikan  massa  1 cm3 air yang telah disuling  dgn suhu 4 derajat Celcius (C) dan pada tekanan udara normal (760 mm air raksa atau Hg). 

Satuan Waktu dalam sekon (s).
Satu sekon (1 sekon) didefinisikan sebagai 1/ 86400 hari matahari rata2.
   
Satuan lainnya dijabarkan dari ketiga satuan dasar diatas yaitu panjang, massa dan waktu. Semua pengalian dari satuan dasar diatas adalah dalam sistem Desimal (lihat Tabel.) Sistem absolut CGS atau sistem Centi Gram Sekon,  ini dikembangkan dari sisem metrik MKS atau Meter Kilogram Sekon.

Satuan-satuan metrik.
Banyak digunakan di Eropa
micro (millionth)        :   micron, micrometer
milli (thousandth)         :   millimeter, milligram
centi (hundredth)       :   centimeter, centigram
deci  (tenth)            :   decimeter, decigram
deca (ten)           :   decameter
hecto (hundred)            :   hectometer
kilo (thousand)            :   kilometer
Satuan metrik di dasarkan pada gaya,panjang,dan waktu: yaitu:  kilogram, meter, dan detik.
10 millimeter = 1 centimeter;  10 cm = 1 dm;  10 dm = 1m
1000 meters = 1 kilometer

b. Sistem Internasional. Besaran Dasar dan Satuan SI. Dalam SI digunakan enam sistem satuan dasar.

Besaran Dasar dan Satuan SI

Perkalian faktor 10 Satuan SI

Sistem English pada pengukuran.
Satuan gaya, panjang, dan waktu dalam  Sistem English adalah pound, foot, dan secod.

Panjang : 12 inches  = 1 foot; 3 feet = 1 yard
        5 ½ yards = 1 rod (16 ½ feet )

Berat:   16 ounces     = 1 pound
     200 pounds   = 1 ton (short)
     2240 pounds = 1 ton (long)

Panjang.
Adalah jarak antara dua titik, pada system english : inches, feet, yards, rods, miles.
Faktor konversi sistem English ke Matrik :
1 inch          =  2,54 centimeters
39,37 inches      = 1 meter.

G a y a.
Gaya tekan, tarik dalam English system adalah Kerja (Work) yaitu foot-pound.
mis: jika gaya 500 pounds bergerak sepanjang 10 feet adalah 5000 foot-pounds.

3. Massa dan Berat.
Massa adalah hampir sama dengan berat,  
Massa mempunyai satuan gram sedangkan
Berat adalah massa dikalikan gravitasi.
1 ounce         =     26,35 grams
1 pound         =     0,454 kilograms
1 gram          =     0,0353 ounces
1 kilogram          =      2,205 pounds

Tekanan.
Tekanan adalah gaya dibagi luas suatu bidang yg menerima gaya secara merata.
Satuannya adalah pounds inch2, atau pounds per foot2.
Tekanan udara pd ketinggian permukaan air laut adalah : 14,7 pounds / inch2 (psi) dan mempunyai berat kira-kira 0,08 pounds per foot3.

Tekanan Pengukuran.
Tekanan pengukuran adalah tekanan yang biasa digunakan untuk mengukur tekanan dalam suatu bejana, dimana tekanan atmosfir dianggap sama dengan nol.

Tekanan Absulote.
Tekanan absulote adalah tekanan pengukuran ditambah dengan tekanan atmosfir.
Misal tekanan dalam suatu silinder adalah 4 psi, kalau silinder berada pada permukaan air laut maka tekanan absolute adalah :               
4 psi + 14,7 psi  = 18,7 psi

5. D a y a.
Kerja adalah gaya kali jarak.
Daya adalah kerja dibagi dengan waktu.
Satuan daya adalah hp (horsepower).
1 hp = 33.000 pounds dengan jarak 1 foot dan waktunya 1 minute.
1 hp = 550 pounds dengan jarak 1 foot dalam waktu 1 second.
Contoh; 
Brp hp yang dibutuhkan untuk mengangkat benda dengan berat 12.000 pounds dengan jarak angkat 22 feet dalam waktu 2 menit ?
Jawab :  (12.000 x 22) / ( 2 x 33.000) = 4 hp.

6. Temperatur.
Temperatur adalah utk mengukur intensitas panas.
Temperatur diukur dengan satuan derajat sesuai dgn skalanya, spt Fahrenheit, Kelvin, Celsius.
Skala Fahreinheit dgn ukuran 180 derajat dari air membeku sampai menguap pada pada tekanan di atas permukaan air laut.
Pada skala Fahreinheit air membeku pada 32o dan air mendidih pada 212o.
Pada Centigrade (Celsius), air membeku pada temperatur 0o sedangkan air menguap pada 100o dengan kondisi pada 0 permukaan air laut.

Tempertur nol absolut.
Disebut juga temperatur mutlak adalah temperatur yg sangat rendah yaitu – 273 oC atau - 459 oF.

Faktor converse temperatur.
Semenjak skala  Centigrade digunakan (air membeku sampai mendidih 100 oC) sedang kan skala Fahrenheit 180o
1oC = 9/5 oF, pembacaan 1oC = 9/5 + 32o 
1oF = dikurang 32 dan dikalikan 5/9

Rumus konversi :
F = 9/5 C + 32        C = 5/9 (F - 32)

Contoh: Brp oC jika terbaca 86 oF ?
Jawab C = 5/9 x ( 86 - 32 ) = 30 oC


Satuan Temperatur
Derajat Kelvin (K) telah ditetapkan dengan mendefinisikan temperatur termodinamik dari titik tripel air pd temperatur tetap sebesar 273,160o K.
Titik tripel air ialah suhu keseimbangan antara es dan uap air. Skala praktis internasional untuk temperatur adalah derajat Celcius (o C) dengan simbol ”t”.
   
Skala Celcius mempunyai dua skala dasar yang tetap yaitu :
Titik triple air yang sebenarnya 0,01 oC
Titik didih air yang besarnya 100 oC,   keduanya pada tekanan 1 atmosfer .
T (oC) =  T (o K)  - To
dimana   To = 273,16 derajat K

ALAT UKUR KUMPARAN PUTAR
Yang dimaksud alat ukur kumparan putar adalah alat pengukur yang  bekerja atas dasar prinsip dari adanya suatu kumparan listrik yang ditempatkan pada medan magnet, yang berasal dari suatu magnet yang permanen.
Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabkan kumparan tersebut berputar.
Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang banyak digunakan dalam pengukuran besaran listrik.
Alat ukur ini praktis dan mudah dibawa.

Pada prinsipnya alat ukur kumparan putar hanya bisa dipakai untuk pengukuran arus searah. Namun dengan sedikit modifikasi alat ukur ini dapat pula untuk pengukuran arus bolak balik

Bila pemutus K ditutup yang memungkinkan arus searah mengalir melalui alat ukur amper maka jarum penunjuk akan bergerak melalui posisi 1,2,3 dan berhenti pada posisi 4

Dalam gambar diperlihatkan adanya magnet yang permanen (1), yang mempunyai kutub-kutub (2), dan diantara kutub-kutub tersebut ditempatkan suatu silinder inti besi (3).

Penempatan inti besi tersebut diantara kedua kutub magnet akan menyebabkan terbentuknya medan magnet yang rata pada celah udara antara kutub magnet dan inti besi.

Dalam celah udara ini ditempatkan kumparan putar (4), yang dapat berputar melalui sumbu (8).

Bila arus searah yang tidak diketahui besarnya mengalir melalui kumparan tersebut, maka suatu gaya elektromagnetis f yang mempunyai arah tertentu akan dikenakan pada kumparan putar, sebagai hasil interaksi antara arus dan medan magnet.

Arah gaya f dapat ditentukan menurut ketentuan tangan kiri fleming.
Bila besar medan magnet B, panjang kumparan a, lebar penampang kumparan b, banyaknya lilitan n, dan besar arus yang mengalir I, serta momen putar adalah TD, maka :
TD = Bnab I
Pada setiap ujung dari sumbu (8) ditempatkan pegas yang salah satu ujungnya melekat padanya, sedangkan ujung yang lain pada dasar yang tetap.
Setiap pegas akan memberikan gaya reaksinya yang berbanding lurus dengan besar sudut rotasi dari sumbu, dan berusaha untuk melawan putaran.
Dengan kata lain pegas memberikan pada sumbu momen Tc yang berlawanan arahnya dengan TD.


7. P a n a s.
Panas adalah suatu bentuk energi.
Satuan panas dalam sistem English adalah Btu (British thermal unit).
British thermal unit adalah sejumlah panas yg dibutuhkan untuk menaikan temperatur satu pound air pd satu derajat F pd tekanan permukaan air laut.
Jika 1 pound bahan bakar di bakar, menghasilkan panas sejumlah Btu. Sejumlah panas yg dihasilkan disebut heating value.
Satuan energi panas dapat dikonversi ke energi mekanik, yaitu satu Btu dari energi panas sama dengan  778 foot-pound dari kerja.
Jadi 1 hp = 33.000 / 778 = 42,42 Btu per menit.

8. W a k t u.
Standar waktu pada English sistem dan metrik sistem adalah second.
Second didefenisikan 1 / 66.400 solar day.
Solar day adalah rata2 panjang seluruh hari dalam satu tahun.
Satu hari diukur dari tengah hari sampai tengah hari berikutnya.
60 second     =    1 minute   
60 minutes     =     1 hour
24 hours    =    1 day.

9. Velocity
Velocity (kecepatan) adalah gerakan suatu benda pd jarak dan waktu tertentu atau jarak dibagi waktu.
Ada dua tipe velocity yaitu linear dan angular.
Velocity linear adalah gerakan lurus per satuan waktu seperti : feet  per second, feet per menit, atau miles per jam.
Velocity angular adalah gerakan dari suatu benda yang berputar, dan dinyatakan dalam putaran per menit atau putaran per detik.
Dalam pekerjaan engineering velocity dari shafts, weels, gears, dan bagian yang berputar dinyatakan dalam putaran per menit (rpm).

C. Dimensi
Dimensi adalah cara penulisan dari besaran-besaran dengan menggunakan simbol-simbol (lambang2) besaran dasar.

Kegunaan dimensi adalah :
- Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran.
- Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan.


Arah gaya f dapat ditentukan menurut ketentuan tangan kiri fleming.
Bila besar medan magnet B, panjang kumparan a, lebar penampang kumparan b, banyaknya lilitan n, dan besar arus yang mengalir I, serta momen putar adalah TD, maka :
                                      TD = Bnab I
 Pada setiap ujung dari sumbu (8) ditempatkan pegas yang salah satu ujungnya melekat padanya, sedangkan ujung yang lain pada dasar yang tetap.
 Setiap pegas akan memberikan gaya reaksinya yang berbanding lurus dengan besar sudut rotasi dari sumbu, dan berusaha untuk melawan putaran.
Dengan kata lain pegas memberikan pada sumbu momen Tc yang berlawanan arahnya dengan TD.


Bila konstanta pegas dinyatakan dalam t maka besar Tc dapat dinyatakan sebagai :
Tc = tq

Bila sumbu dan kumparan putar berputar melalui sudut akhir sebesar qo, maka dalam keadaan setimbang ini TD = Tc sehingga :
tqo = Bnab I
qo = (Bnab / t) I

Bila (Bnab/ t) dinyatakan sebagai konstanta alat ukur, maka besarnya sudut putaran akan ditentukan oleh arus (I) yang mengalir.

Cara Menentukan Skala

PEREDAMAN