Alat Ukur Multimeter

Minggu, Desember 19, 2010 |

BAB 3

Standar Kompetensi

Menerapkan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika

Kompetensi Dasar

Menggunakan Alat Ukur Multimeter

Peta Konsep

Pada pelajaran sebelumnya, Anda sudah mengetahui proses terjadinya aliran listrik. Pada materi ini akan dibahas cara mengetahui besar arus listrik tersebut. Sebagaimana yang telah diketahui bahwa besaran merupakan sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dalam satuan. Besaran yang terdapat pada bidang kelistrikan antara lain kuat arus dengan satuan Ampere, tegangan dengan satuan Volt, Daya dengan satuan Watt, Tahanan/Resisttansi dengan satuan Ohm, muatan listrik dengan satuan Coloumb, dan lain sebagainya.

A. Parameter alat ukur

Alat ukur listrik merupakan peralatan yang diperlukan oleh manusia. Karena besaran listrik seperti : tegangan, arus, daya, frekuensi dan sebagainya tidak dapat secara langsung ditanggapi oleh panca indera. Untuk mengukur besaran listrik tersebut, diperlukan alat pengubah. Atau besaran ditransformasikan ke dalam besaran mekanis yang berupa gerak dengan menggunakan alat ukur. Perlu disadari bahwa untuk dapat menggunakan berbagai macam alat ukur listrik perlu pemahanan pengetahuan yang memadai tentang konsep – konsep teoritisnya. Dalam mempelajari pengukuran dikenal beberapa istilah, antara lain :

Instrumen : adalah alat ukur untuk menentukan nilai atau besaran suatu kuantitas atau variabel.

Ketelitian : harga terdekat dengan mana suatu pembacaan instrumen mendekati harga sebenarnya dari variabel yang diukur.

Ketepatan : suatu ukuran kemampuan untuk hasil pengukuran yang serupa.

Sensitivitas : perbandingan antara sinyal keluaran atau respons instrumen terhadap perubahan masukan atau variable yang diukur.

Resolusi : :perubahan terkecil dalam nilai yang diukur yang mana instrumen akan memberi respon atau tanggapan.

Kesalahan : penyimpangan variabel yang diukur dari harga (nilai) yang sebenarnya.

B. Kesalahan Pengukuran

Saat melakukan pengukuran besaran listrik tidak ada yang menghasilkan ketelitian dengan sempurna. Perlu diketahui ketelitian yang sebenarnya dan sebab terjadinya kesalahan pengukuran. Kesalahan - kesalahan dalam pengukuran dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu :

1. Kesalahan – kesalahan umum

Kesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia. Diantaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai dan kesalahan penaksiran. Kesalahan ini tidak dapat dihindari, tetapi harus dicegah dan perlu perbaikkan. Ini terjadi karena keteledoran atau kebiasaan - kebiasaan yang buruk, seperti : pembacaan yang tidak teliti, pencatatan yang berbeda dari pembacaannya, penyetelan instrumen yang tidak tepat. Agar mendapatkan hasil yang optimal, maka diperlukan pembacaan lebih dari satu kali. Bisa dilakukan tiga kali, kemudian dirata-rata. Jika mungkin dengan pengamat yang berbeda.

2. Kesalahan – kesalahan sistematis

Kesalahan ini disebabkan oleh kekurangan-kekurangan pada instrumen sendiri. Seperti kerusakan atau adanya bagian – bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan atau pemakai. Kesalahan ini merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindari dari instrumen, karena struktur mekanisnya. Contoh : gesekan beberapa komponen yang bergerak terhadap bantalan dapat menimbulkan pembacaan yang tidak tepat. Tarikan pegas (hairspring) yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan instrumen yang berlebihan. Ini semua akan mengakibatkan kesalahan - kesalahan. Selain dari beberapa hal yang sudah disinggung di atas masih ada lagi yaitu kesalahan kalibrasi yang bisa mengakibatkan pembacaan instrumen terlalu tinggi atau terlalu rendah dari yang seharusnya. Cara yang paling tepat untuk mengetahui instrumen tersebut mempunyai kesalahan atau tidak yaitu dengan membandingkan dengan instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap instrumen lain yang akurasinya lebih tinggi.

Untuk menghindari kesalahan – kesalaha tersebut dengan cara :

(1) memilih instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu;

(2) menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan;

(3) mengkalibrasi instrumen tersebut terhadap instrumen standar.

Pada kesalahan-kesalahan yang disebabkan lingkungan, seperti : efek perubahan temperatur, kelembaban, tahanan udara luar, medan-medan maknetik, dan sebagainya dapat dihindari dengan membuat pengkondisian udara (AC), penyegelan komponen-komponen instrumentertentu dengan rapat, pemakaian pelindung maknetik dan sebagainya.

3. Kesalahan acak yang tidak disengaja

Kesalahan ini diakibatkan oleh penyebab yang tidak dapat langsung diketahui. Antara lain sebab perubahan-perubahan parameter atau system pengukuran terjadi secara acak. Pada pengukuran yang sudah direncanakan kesalahan - kesalahan ini biasanya hanya kecil. Tetapi untuk pekerjaan - pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi akan berpengaruh. Contoh suatu tegangan diukur dengan voltmeter dibaca setiap jam, walaupun instrument yang digunakan sudah dikalibrasi dan kondisi lingkungan sudah diset sedemikian rupa, tetapi hasil pembacaan akan terjadi perbedaan selama periode

pengamatan. Untuk mengatasi kesalahan ini dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistic untuk mendapatkan hasil yang akurat.

Alat ukur listrik sebelum digunakan untuk mengukur perlu diperhatikan penempatannya / peletakannya. Ini penting karena posisi pada bagian yang bergerak yang menunjukkan besarannya akan dipengaruhi oleh titik berat bagian yang bergerak dari suatu alat ukur tersebut.

A. Alat Ukur Listrik

Untuk mengetahui besaran listrik DC maupun AC seperti tegangan, arus, resistansi, daya, faktor kerja, dan frekuensi kita menggunakan alat ukur listrik. Awalnya dipakai alat-alat ukur analog dengan penunjukan menggunakan jarum dan membaca dari skala. Kini banyak dipakai alat ukur listrik digital yang praktis dan hasilnya tinggal membaca pada layar display.

Gambar Multimeter digital

Bahkan dalam satu alat ukur listrik dapat digunakan untuk mengukur beberapa besaran, misalnya tegangan AC dan DC, arus listrik DC dan AC, resistansi. Alat ukur ini biasa disebut Multimeter. Walaupn demikian, untuk kebutuhan praktis tetap dipakai alat ukur tunggal, misalnya untuk mengukur tegangan saja, atau daya listrik saja. Sampai saat ini alat ukur analog masih tetap digunakan karena handal, ekonomis, dan praktis

Gambar Multimeter Analog

Namun alat ukur digital makin luas dipakai, karena harganya makin terjangkau, praktis dalam pemakaian, dan penunjukannya makin akurat dan presisi.

Ada beberapa istilah dan definisi pengukuran listrik yang harus dipahami, iantaranya

alat ukur, akurasi, presisi, kepekaan, resolusi, dan kesalahan.

a. Alat ukur, adalah perangkat untuk menentu kan nilai atau besaran dari kuantitas atau variabel.

b. Akurasi, kedekatan alat ukur membaca pada nilai yang sebenarnya dari variabel yang diukur.

c. Presisi, hasil pengukuran yang dihasilkan dari proses pengukuran, atau derajat untuk membedakan satu pengukuran dengan lainnya.

d. Kepekaan, ratio dari sinyal output atau tanggapan alat ukur perubahan input atau variable yang diukur.

e. Resolusi, perubahan terkecil dari nilai pengukuran yang mampu ditanggapi oleh alat ukur.

f. Kesalahan, angka penyimpangan dari nilai sebenarnya variabel yang diukur.

B. Sistem Satuan

Ilmu pengetahuan dan teknik menggunakan dua jenis satuan, yaitu satuan dasar dan satuan turunan. Satuan-satuan dasar dalam mekanika terdiri dari panjang, massa dan waktu. Biasa disebut dengan satuan – satuan dasar utama. Dalam beberapa besaran fisis tertentu pada ilmu termal, listrik dan penerangan juga dinyatakan satuan-satuan dasar. Arus listrik, temperatur, intensitas cahaya disebut dengan satuan dasar tambahan. Sistem satuan dasar tersebut selanjutnya dikenal sebagai system internasional yang disebut sistem SI. Sistem ini memuat 6 satuan

KUANTITAS	SATUAN DASAR	SIMBOL
Panjang	meter	m
Massa	kilogram	kg
Waktu	sekon	s
Arus listrik	amper	A
Temperatur	kelvin	K
Intensitas cahaya	kandela	Cd

Besaran Sistem Internasional

Satuan – satuan lain yang dapat dinyatakan dengan satuan – satuan dasar disebut satuan – satuan turunan. Untuk memudahkan beberapa satuan turunantelah diberi nama baru.

KUANTITAS	SATUAN YANG DITURUNKAN	SIMBOL	DINYATAKAN DALAM SATUAN SI
Frekuensi	Hertz	Hz	1 Hz = 1
Gaya	Newton	N	1 N =
Tekanan	Pascal	Pa	1 Pa =
Enersi kerja	Joule	J	1 J = 1 Nm
Daya	Watt	W	1 W =
Muatan listrik	Coulomb	C	1 C = 1 As
GGL/beda potensial	Volt	V	1 V =
Kapasitas listrik	Farad	F	1 F = 1 AsIV
Tahanan listrik	Ohm	Ω	1 Ω =
Konduktansi	Siemens	S	1 S = 1
Fluksi magnetis	Weber	Wb	1 Wb = 1 Vs
Kepadatan fluksi	Tesla	T	1 T =
Induktansi	Henry	H	1 H =
Fluksi cahaya	Lumen	Im	1 lm = 1 cd sr
Kemilauan	Lux	Lx	1 lx =

C. Ukuran Standar Kelistrikan

Ukuran standar dalam pengukuran sangat penting, karena sebagai acuan dalam peneraan alat ukur yang diakui oleh komunitas internasional. Ada enam besaran yang berhubungan dengan kelistrikan yang dibuat sebagai standar, yaitu standar amper, resistansi, tegangan, kapasitansi, induktansi, kemagnetan, dan temperatur.

1. Standar amper

menurut ketentuan Standar Internasional (SI) adalah arus konstan yang dialirkan pada dua konduktor dalam ruang hampa udara dengan jarak 1 meter, di antara kedua penghantar menimbulkan gaya = 2 × 10-7 newton/m panjang.

2. Standar resistansi

menurut ketentuan SI adalah kawat alloy manganin resistansi 1yang memiliki tahanan listrik tinggi dan koefisien temperatur rendah, ditempatkan dalam tabung terisolasi yang menjaga dari perubahan temperatur atmosfer.

3. Standar tegangan

ketentuan SI adalah tabung gelas Weston mirip huruh H memiliki dua elektrode, tabung elektrode positip berisi elektrolit mercury dan tabung elektrode negatip diisi elektrolit cadmium, ditempatkan dalam suhu ruangan. Tegangan elektrode Weston pada suhu 20°C sebesar 1.01858 V.

4. Standar Kapasitansi

menurut ketentuan SI, diturunkan dari standart resistansi SI dan standar tegangan SI, dengan menggunakan sistem jembatan Maxwell, dengan diketahui resistansi dan frekuensi secara teliti akan diperoleh standar kapasitansi (farad).

5. Standar Induktansi

menurut ketentuan SI, diturunkan dari standar resistansi dan standar kapasitansi, dengan metode geometris, standar induktor akan diperoleh.

6. Standart temperatur menurut ketentuan SI, diukur dengan derajat kelvin besaran derajat kelvin didasarkan pada tiga titik acuan air saat kondisi menjadi es, menjadi air dan saat air mendidih. Air menjadi es sama dengan 0° celsius = 273,160 kelvin, air mendidih 100°C.

D. Mengenal Multimeter

Multimeter merupakan alat ukur listrik yang paling sering digunakan. Multimeter dapat digunakan untuk mengukur arus listrik, tegangan AC dan DC, tahanan, berfungsi atau tidaknya komponen elektronika dan masih banyak lagi yang dapat dilakukan Multimeter.

Bagian – bagian Multimeter dapat dilihat dari gambar berikut :

Gambar Bagian Multimeter

Penjelasan bagian – bagian dari Multimeter

1. Papan Skala : digunakan untuk membaca hasil pengukuran. Pada papan skala terdapat skala-skala; tahanan/resistansi dengan satuan ohm, tegangan AC dan DC, Kuat arus (mA), dan skala-skala lainnya.

2. Selektor : digunakan untuk menentukan posisi kerja Multimeter, dan batas ukur (range). Jika digunakan untukmengukur nilai suatu tahanan, saklar ditempatkan pada posisi ohm, demikian juga jika digunakan untuk mengukur tegangan dan kuat arus. Satu hal yang perlu diingat, dalam mengukur tegangan listrik, posisi saklar harus berada pada batas ukur yang lebih tinggi dari tegangan yang akan diukur. Misalnya, tegangan yang akan diukur 220 AC volt, saklar harus berada pada posisi baas ukur 250 AC volt.

3. Preset : digunakan untuk menera jarum penunjuk pada angka nol.

4. Tombol pengatur posisi nol : digunakan untuk menera jarum penunjuk pada angka nol sebelum Multimeter digunakanuntuk mengukur nilai tahanan. Dalampraktek, kedua ujungkabel penyidik (probe) dipertemukan, tombol diputar untuk memposisikan jarum pada angka nol

5. Lubang Probe : tempat untuk menghubungkan kabel penyidik dengan Multimeter. Ditandai dengantanda (+) atau out dan (-) atau common. Pada Multimeter yang lebih lengkap terdapat juga lubang untuk mengukur transistor (penguatan arus searah / DC mA oleh transistor berdasarkan fungsi dan jenisnya), dan lubang untuk mengukur kapasitas kapasitor.

Batas Ukur (Range)

1. Batas ukur kuat arus : biasanya terdiri dari angka-angka : 0,25 – 25 – 500 mA. Untuk batas ukur 0,25, kuat arus yang dapat diukur berkisar dari 0 – 0,25 mA. Untuk batas ukur 25, kuat arus yang dapat diukur berkisar dari 0 – 25 mA. Untuk batas ukur 500, kuat arus yang dapat diukur berkisar dari 0 – 500 mA.

2. Batas ukur tegangan (AC volt- DC volt) : terdiri dari angka 10 – 50 – 250 – 500 – 1000 AC volt / DC volt. Batas ukur 10, berarti tegangan maksimal yang dapat diukur adalah 10 volt. Batas ukur 50 berarti tegangan maksimal yang dapat diukur adalah 50 volt, demikian seterusnya.

3. Batas ukur Ohm : terdiri dari angka x1, x10, dan Kilo Ohm. Untuk batas ukur x1, semua hasil pengukuran dapat langsung dibacapada papan skala (pada satuan Ω). Untuk batas ukur x10, semua hasil pengukuran dibacapada papan skala dan dikali dengan 10. Untuk batas ukur Kilo Ohm, semua hasil pengukuran dapat langsung dibaca pada papan skala,dan seterusnya.

Baterai

Baterai pada Multimeter dipakai baterai kering (dry cell) tipe UM-3, digunakan untuk mencatu/mengalirkan arus ke kumparan putar pada saat Multimeter digunakan untuk mengukur komponen (minus komponen terintegrasi/Integrated Circuit/IC). Baterai dihubungkan secara seri dengan lubang kabel penyidik/probe (+/out) dimana kutub negative baterai dihubungkan dengan terminal positif dari lubang kabel penyidik

Kriteria Multimeter

Kriteria sebuah Multimeter tergantung pada :

1. Kekhususan kepekaan, ditentukan oleh tahanan/resistan (resistance) dibagi dengan tegangan, misalnya 20 kW/v untuk DCV dan 8 kW/v untuk ACV. (20 kW/v à I = E/R = 1/20.000 = ½ x 10^-4A = 0,05mA = 50 mA). Multimeter menggunakan arus sebesar 50 mikro-Ampere (50 mA) untuk alat pengukur (meter) dan akan menarik arus maksimal 50 mA dari rangkaian yang diukur.

2. Fungsi tambahannya sebagai penguji (tester) transistor untuk menentukan h_fe transistor (kemampuan transistor menguatkan arus listrik searah sampai beberapa kali), penguji dioda, dan kapasitas kapasitor dalam hubungannya dengan pekerjaan perbaikan (repair) alat-alat elektronik.

Simbol-simbol

Secara teoritis, untuk mempermudah pembelajaran, pengukur tegangan (Volt-meter), pengukur kuat arus (Ampere-meter), dan pengukur nilai tahanan /resistance (Ohm-meter) ditampilkan dengan simbol-simbol seperti yang terdapat pada gambar 6.

Volt-meter Ampere-meter Ohm-meter

Gambar Simbol Alat Ukur

Persiapan Awal Sebelum Pengukuran

Persiapan awal yang perlu Anda lakukan sebelum menggunakan Multimeter adalah :

Baca dengan teliti buku petunjuk penggunaan (manual instruction) Multimeter yang dikeluarkan oleh pabrik pembuatnya.
Multimeter adalah alat ukur yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan (Multimeter sebagai Volt-meter), mengukur Arus (Multimeter sebagai Ampere-meter), mengukur Resistans/Tahanan (Multimeter sebagai Ohm-meter).
Sebelum dan sesudah Multimeter digunakan, posisi saklar jangkauan ukur harus selalu berada pada posisi ACV dengan batas ukur (range) 250ACV atau lebih.
Kabel penyidik (probes) Multimeter selalu berwarna merah dan hitam. Masukkanlah kabel yang berwarna merah ke lubang penyidik yang bertanda (+) atau out, dan kabel yang berwarna hitam ke lubang penyidik yang bertanda (-) atau common.

5. Pada saat akan melakukan pengukuran dengan Perhatikan apakah jarum penunjuk sudah berada pada posisi angka nol. Jika belum lakukanlah peneraan dengan cara memutar sekrup pengatur posisi jarum (preset) dengan obeng minus (-).

6. Posisi saklar jangkauan ukur harus pada posisi yang sesuai dengan besaran yang akan diukur. Jika akan mengukur tegangan listrik bolak balik (ACV) letakkan saklar pada posisi batas ukur (range) yang lebih tinggi dari tegangan yang akan diukur. Jika mengukur tegangan bolak balik 220V/220 ACV, letakkan saklar pada posisi batas ukur (range) 250 ACV. Hal yang sama juga berlaku untuk pengukuran tegangan listrik searah (DCV), kuat arus (DCmA-DCmA), dan tahanan/resistan (resistance).

7. Pada pengukuran DCV, kabel penyidik (probes) warna merah (+) diletakkan pada kutub positip, kabel penyidik (probes) warna hitam (-) diletakkan pada kutub negatip dari tegangan yang akan diukur.

Jangan sekali-kali mengukur kuat arus listrik, kecuali kita sudah dapat memperkirakan besarnya kuat arus yang mengalir.
Untuk mengukur tahanan/resistan (resistance) , letakkan saklar jangkauan ukur pada batas ukur (range) W atau kW (kilo Ohm), pertemukan ujung kedua kabel penyidik (probes), tera jarum penunjuk agar berada pada posisi angka nol dengan cara memutar-mutar tombol pengatur jarum pada posisi angka nol (zero adjustment).