1. Elektrodinamometer adalah alat ukur arus bolak-balik yang penting, sering digunakan sebagai voltmeter dan ohmmeter akurat untuk frekuensi jaringan listrik maupun frekuensi audio rendah. 2. Elektrodinamometer bekerja dengan menghasilkan medan magnet menggunakan arus yang diukur, bukan magnet permanen seperti gerak d'Arsonval. 3. Besarnya torsi yang dihasilkan berbanding kuadrat dengan besar arusnya,

1. Ngan mengukur beda potensial antara ujung – ujung tahanan standar berdasarkan metoda
potensiometer dan kemudian menentukan arus menurut hukum Ohm. Hasil perhitungan ini
dibandingkan terhadap pembacaan nyata ampermeter yang akan dikalibrasi dan dihubungkan
ke rangkaian ( pengukuran tegangan dengan metoda potensiometer dibicarakan lebih jelas
dalam bab 6-6 ). Sebuah sumber arus konstan dibutuhkan, dan biasanya ini dihasilkan oleh
elemen akumulator (storage cells) atau sumber daya presisi. Sebuah tahanan geser
dihubungkan didalam rangkaian untuk mengontrol arus pada harga yang diinginkan sehingga
titik – titik yang berbeda pada skala dapat dikalibrasi.
Suatu cara sederhana untuk mengkalibrasi sebuah voltmeter arus searah (dc)
ditunjukkan pada gambar 4-30, dimana tegangan pada tahanan R (dropping resistor) diukur
secara seksama dengan sebuah potensiometer. Voltmeter yang akan dikalirasi dihubungkan
ketitik – titik yang sama pada potensiometer dan berarti akan menunjukkan tegangan yang
sama. Sebuah tahanan geser dihubungkan didalam rangkaian untuk mengontrol bayaknya arus
dan dengan demikian mengontrol penurunan tegangan pada tahanan R, sehingga beberapa
titik pada skala dapat dikalibrasi. Voltmeter – voltmeter yang diuji berdasarkan metoda pada
gambar 4-30 dapat dikalibrasi pada ketelitian ± 0,01%, yang melebihi ketelitian sebuah gerak
d’arsonval yang biasa.
GAMBAR 4-30 Metoda potensiometer untuk mengkalibrasi sebuah voltmeter arus searah
Ohmmeter pada umumnya dipandang sebagai instrumen berketelitian sedang
(moderat) dan presisi yang rendah. Kalibrasi secara kasar dapat dilakukan dengan
menggunakan sebuah tahanan standard an mencatat pembacaan ohmmeter tersebut. Dengan
melakukan ini pada beberapa titik skala dan pada beberapa rangkuman memungkinkan kita
untuk memperoleh penunjukan instrument dengan operasi yang betul. Pengukuran presisi
untuk tahanan biasanya dilakukan oleh salah satu metoda rangkaian jembatan, yang akan
dibahas lebih jelas dalam bab 7.

2. PUSTAKA
1. Bartholomew, Davis, Electrical Measurements and Instrumentation, Bab 4. Boston : Allyn and
bacon, Inc., 1963.
2. Frank, Ernest, Electrical Measurement analisysis, Bab 8. New York : Mc. Graw-Hill Book
Company, Inc., 1959.
3. Stout, Melville B., Basic Electrical Measurements, edisi kedua, Bab 4, 5, 17. Englewood Cliffs, N.
J. : Prentice-Hall, Inc., 1960.
4. The Instrument Sketchbook. Weston Instruments, Ins., Newark, N.J., 1966.
SOAL – SOAL
1. Tentukan tegangan skala penuh yang ditunjukkan oleh sebuah alat ukur 500µA dengan
tahanan dalam 250Ω jika tidak ada penggali yang digunakan.
2. Rencanakan sebuah ampermeter dc rangkuman ganda dengan batas ukur 0-10 mA, 0-
50mA, 0-100mA dan 0-500 mA. Digunakan sebuah alat d’Arsonval dengan tahanan
dalam Rm =50Ω dan arus defleksi penuh Idp = 1 mA.
a. Tentukan nilai – nilai shunt yang diperlukan.
b. Gambarkan diagram rangkaian yang lengkap.
3. Sebuah amperemeter arus searah yang diberi shunt, mengguanakan gerakan dasar dengan
tahanan dalam Rm = 1800Ω dan defleksi penuh Idp = 100 µA, dihubungkan ke sebuah
rangkaian dan menghasilkan pembacaan 3,5 mA pada rangkuman 5 mA. Pembacaan ini
dibandingkan dengan sebuah ampermeter dc yang telah dikalibrasi dan memberikan
pembaaan sebesar 4,1 mA. Kesimpulan adalah bahwa ampermeter pertama mempunyai
kesalahan shunt pada rangkuman 5 mA.
a. Nilai actual dari shunt yang salah
b. Shunt yang tepat untuk rangkuman 5 mA
4. Rencanakan sebuah shunt Ayrton bagi sebuah gerakan meter dengan tahanan dalam Rm
= 2500 Ω dan arus defleksi penuh Idp =50µA agar menghasilkan rangkuman – rangkuman
arus sebesar 50µA, 100 µA, 500 µA, 10 mA dan 100 mA.
a. Hitung tahanan-tahanan shunt Ayrton tersebut
b. Gambarkan diagram skema termasuk posisi sakelar bagi ampermeter rangkuman ganda
ini.
5. Diinginkan menubah “gerakan” 50µA, dc dengan tahanan dalam 1000Ω menjadi
voltmeter dc 0-2500 V. tentukan a. tegangan pengali ; b. sensitivitas instrument.
6. Sebuah voltmeter sebesar 0-200 V, dc mempunyai sensitivitas 100Ω/V. tentukan nilai
tahanan seri yang diperlukan untuk mengubah voltmeter menjadi 0-1000 V, dc.

3. 7. Dengan menggunakan gerakan 50 µA dengan tahanan dalam 1500Ω, rencanakan sebuah
voltmeter rangkuman ganda dengan batas ukur : 0-5 V, 0-10 V, 0-50 V, dan 0-100 V.
tentukan :
a. Nilai tahanan – tahanan penggali
b. Sensitifitas instrument : gambarkan diagram rangkaian perencanaan yang lengkap.
8. Sebuah mikroampermeter arus searah dengan tahanan dalam 250Ω dan defleksi penuh
500µA menunjukkan arus 300µA bila dihubungkan ke sebuah rangkaian yang terdiri dari
batere kering 1,5 V dan tahanan yang tidak diketahui. Tentukan nilai dari tahanan yang
tidak diketahui tersebut.
9. Rencanakan sebuah ohmmeter tipe seri yang serupa dengan rangkaian gambar 4-22.
“gerakan” yang digunakan memerlukan 0.5 mA untuk defleksi penuh dan mempunyai
tahanan dalam sebesar 50 Ω. Tegangan batere adalah 3,0 V. Nilai yang diinginkan untuk
tahanan setengah skala adalah 3000 Ω. Tentukan :
a. Nilai R1 dan R2
b. Batas – batas nilai R2 jika tegangan batere dapat berubah dari 2,7 V – 3,1 V. Gunakan
R1 yang diperoleh pada a.
10. Sebuah ohmmeter tipe seri yang direncanakan bekerja dengan batere 6 V, mempunyai
diagram rangkaian seperti ditunjukkan dalam gambar 4-22 . “Gerakan”alat ukur
mempunyai tahanan dalam 2000 Ω dan memerlukan arus 100 µA untuk defleksi penuh.
Nilai tahanan R1 adalah 49 kΩ.
a. Menganggap bahwa tegangan batere telah berkurang menjadi 5.9 V. tentukan nilai R2
yang diperlukan untuk membuat ohmmeter menjadi nol.
b. Dengan mensyaratkan seperti pada a., tahanan yang tidak diketahui Rx dihubungkan
kealat ukur dan menyebabkan defleksi 60%. Tentukan nilai Rx.
11. “Gerakan” voltmeter rangkuman ganda dari gambar 4-17 mempunyai defleksi penuh
sebesar 50 µA dan tahanan dalam sebesar 2000 Ω. Pembacaan skala penuh adalah 150 V
dengan membuat sakelar rangkuman ke posisi V1, 50 V pada posisi V2, 10 V pada posisi
V3, dan 1 V pada posisi V4. Tentukan a. tahanan – tahanan penggali R1, R2, R3, dan R4 ;
b. sensitivitas voltmeter.
12. Sebuah voltmeter arus searah dengan nilai sensitivitas 10 kΩ/V digunakan pada
rangkuman 0-150 V untuk mengukur teganan ujung – ujung tahanan 100 dalam gambar
4-18. Tentukan persentase kesalahan penunjukan alat ukur.
13. Rencanakan sebuah volt-ohm-miliampermeter dengan karakteristik-karakteristik berikut :
a. Rangkuman tegangan : 0-5, 0-25, 0-100, 0-500 Vdc.
b. Rangkuman arus : 0-10, 0-100, 0-500 dan 0-1000 mA dc.

4. c. Rangkuman tahanan : 20Ω, 2000 Ω, dan 200k Ω pada setengah skala.
“Gerakan” yang digunakan adalah mekanisme d’Arsonval dengan tahanan dalam 1500
Ωdan defleksi penuh 50µA. (Acu pada diagram-diagram rangkaian dan penjelasan
multimeter dalam gambar 4-24).
14. Voltmeter arus searah dalam gambar 4-20 b. mempunyai sensitivitas 1000 Ω/V dan
pembacaan penuh skala 100 V. alat ukur ini menujukkan 84 V sebagai tegangan pada
beban. Tentukan kesalahan pengukuran disipasi daya pada beban dengan metoda
voltmeter-amperemeter bila ampermeter menunjukkan arus a. 50 mA; b. 1 A; c. 10 A.

5. 5
Instrument Penunjuk
Arus Bolak – balik
5.1 PENDAHULUAN
Gerak d’Arsonval member tanggapan (response) terhadap nilai arus rata-rata (average)
atau searah (dc) melalui kumparan putar. Jika gerakakn tersebut membawa arus bolak-
balik selama siklus positif dan negatif, torsi penggerak akan begerak selama setengah
perioda dan neatif (berlaianan arah) selama setengah perioda berikutnya. Jika frekuensi
bolak-balik sangat rendah jarum akan berayun kekiri kekanan sekitar titik nol sepanjang
skala. Pada frekuensi – frekuensi yang lebih tinggi, inersia (kelembaman) kumparan
begitu besar sehingga ia berayun – ayun sekitar nol sambil begetar ringan.
Untuk mengukur arus bolak – balik dalam gerakan d’Arsonval, beberapa cara untuk
memperoleh torsi satu arah yang tidak berlawanan setiap setengah perioda harus
direncanakan. Salah satu cara yaitu menyerahkan arus bolak-balik, sehingga arus yang
diarahkan (diratakan) tersebut menyimpangkan kumparan. Cara lain adalah
memanfaatkan efek pemanansan arus bolak balik agar menghasilkan indikasi
kebesarannya. Beberapa dari metoda ini dibicarakan dalam bab ini.
5.2 ELEKTRODINAMOMETER
Salah satu alat ukur arus bolak-balik yang paling penting adalah elekrodinamometer.
Dia sering digunakan sebagai ohmmeter dan voltmeter yang akurat bukan hanya pada
frekuensi jala-jala (power line), tetapi juga dalam daerah frekuensi audio yang rendah.
Dalam sedikit modifikasi, elektrodinamometer dapat digunakan sebagai pengukur daya
(wattmeter), pengukur VAR (VAR meter), pengukur factor daya (power factor meter)
atau pengukur frekuensi ( frequency-meter). Gerak elektrodinammeter juga dapat
berfungsi sebagai instrument alih (transfer instrument), sebab ia dapat dikalibrasi pada
arus searah dan digunakan langsung pada arus bolak balik, menyatakan cara langsung
yang pasti untuk menyampaikan pengukuran tegangan dan arus (dc dan ac).

6. GAMBAR 5-1 Diagram skema sebuah gerak elektrodinamometer
Kaau gerak d’Arsonavl menggunakn magnet permanen untuk menghasilkan medan
magnet, elektrodinamometer memanfaatkan arus yang akan diukur guna menghasilkan
fluksi medan yang diperlukan. Gambar 5-1 menunjukkan skema alat ini. Sebuah
kumparan yang stasioner (diam) dibuat menjadi dua bagian yang sama membentuk
medan magnet didalam mana kumparan berputar. Kedua kumparan ini dihbungkan seri
ke kumparan yang berputar dan dialiri arus yang diukur. Kumparan-kumparan yang diam
ditempatkan agak berjauhan memberikan tempat bagi poros kumparan berputar.
Kumparan yang berputar menggerakkan jarum yang diimbangi oleh beban-beban lawan.
Peputaran jarum dikontrol oleh pegas-pegas pengatur sama halnya seperti kontruksi
d’Arsonval. Keseluruhan peralatan dibungkus oleh penutup yang telah dilaminasi guna
melindungi instrument dari medan magnet tersebar ( stray magnetic fields) yang dapat
mempengaruhi operasinya. Redaman dilengkapi oleh baling-baling aluminium yang
bergerak dalam sector berbentuk rongga-rongga (chamber). Keseluruhan peralatan ini
dibuat kuat dan kokoh guna mempertahankan kestabilan dimensi-dimensi mekanis dan
mempertahankan kalibrasi yang tetap sempurna. Pandangan potongan
elektrodinamometer ditunjukkan pada gambar 5-2.
Bekerjanya instrument ini dapat dipahami dengan meninjau kembali persamaan torsi
yang dibagkitkan oleh sebuah kumparan yang tergantung didalam medan magnet.
Persamaan 4-1 telah menyatakan sebelumnya bahwa
𝑇 = 𝐵 𝑥 𝐴 𝑥 𝐼 𝑥 𝑁

7. Menunjukkan bahwa torsi yang mempunyai kumparan putar berbanding langsung dengan
konstanta- konstanta kumparan (A dan H), kuat medan magnet didalam mana kumaparan
berputar (B), dan arus melalui kumparan (I). didalam elektrodinamometer kurapatan
fluksi (B) bergantung pada arus melalui kumparan yang diam dan berarti berbanding
langsung dengan arus defleksi (I). karena dimensi-dimensi kumparan dan jumlah lilitan
kumparan merupakan besaran besaran yang diketahui untuk satu alat ukur tertentu, torsi
yang dibangkitkan menjadi fungsi kuadrat arus (I2
).
Gambar 5-2 gambar maya sebuah elektrodinamometer, menunjukkan susunan kumparan
– kumparan tetap dan yang dapat berputar. Mekanisme yang dibangun secara kokoh ini
dikelilingi oleh pelindung terlaminasi untuk memperkecil efek medan magnet luar
terhadap penunjukkan alat ukur (seijin Weston Instrumens, Inc).
Nilai-nilai arus yang sangat rendah, dan menyebar maju pada nilai arus yang
frekuensinya lebih tinggi. Pada pengukuran arus bolak-balik, torsi yang dibangkitkan
setiap saat sebanding dengan kuadrat arus sesaat (i2
). Nilai sesaat dari i2
selalu positif dan
akibatnya dihasilkan torsi yang bergetar. Namun gerakan jarum tidak dapat mengikuti
perubahan torsi yang cepat sehingga dia menempati suatu posisi didalam mana torsi rata-
rata diimbangi torsi pegas-pegas pengatur. Dengan demikian defleksi alat ukur
merupakan fungsi rata-rata dari kuadrat arus. Skala elektrodinamometer biasanya
dikalibrasi dalam akar kuadrat arus rata-rata, dan berarti alat ukur menbaca nilai rms atau
nilai efektif (effective value) arus bolak – balik.
Sifat-sifat pengalihan elektrodinamometer menjadi jelas bila kita membandingkan
nilai efektif arus bolak balik terhadap arus searah berdasarkan efek pemanasan atau

8. pengalihan dayanya. Suatu arus bolak balik yang meghasilkan panas didalam sebuah
tahanan yang besarnya diketahui pada laju rata-rata yang sama dengan arus searah (I),
menurut definisi akakn mempunyai nilai sebesar I amper. Laju rata-rata pengeluaran
panas oleh arus searah sebesar I amper didalam sebuah tahanan R dan I2
R watt. Laju rata-
rata pengeluaran panas oleh arus bolak balik I amper selama satu perioda dalam tahanan
R yang sama adalah
1
𝑇
∫ 𝑖2𝑇
𝑂
𝑅 𝑑𝑡. Berarti berdasarkan definisi,
𝐼2
𝑅 =
1
𝑇
∫ 𝑖2
𝑇
𝑂
𝑅 𝑑𝑡
𝐼 = √
1
𝑇
∫ 𝑖2
𝑇
𝑂
𝑅 𝑑𝑡 = √ 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑖2
Selanjutnya arus I ini disebut nilai rms (root mean square) atau nilai efektif dari arus dan
arus bolak bali yang disebut nilai arus searah ekivalen.
Jika eletrodinamometer dikalibrasi untuk arus searah 1 A dan pada skala diberi tanda
yang menyatakan nilai 1 A ini, maka arus bolak balik yang akan menyebabkan jarum
menyimpang ke tanda skala untuk 1 A dc tersebut harus memiliki nilai rms sebesar 1 A.
dengan demikian kita dapat “mengalihkan” pembacaan yang dihasilkan oleh arus searah
ke nilai bolak balik yang sesuai dank arena itu menetapkan hubungan antara ac dan dc.
Karena itu elektrodinamometer menjadi sangat bermanfaat sebagai sebuah instrument
kalibrasi dan sering digunakan untuk keperluan ini karena ketelitian yang dimilikinya.
Namun demikian, elektrodinamometer mempunyai kekurangan – kekurangan tertentu.
Salah satu adalah konsumsi daya yang besar sebagai akibat langsung dari kontruksinya.
Arus yang akan diukur tidak harus mengalir melalui kumparan putar, tatapi juga harus
menghasilkan fluksi medan. Untuk memperoleh sebuah medan magnet yang cukup kuat
diperlukan ggn (gaya gerak magnet) yang tinggi dan untuk itu sumber harus menyalurkan
arus dan daya yang tinggi. Berlawanan dengan konsumsi daya yang besar, medan magnet
jauh lebih lemah daripada yang dihasilkan oleh gerak d’Arsonval yang setarap sebab
tidak terdapat besi didalam rangkaian (seluruh lintasan fluksi berisi udara). Beberapa
instrument dirancang menggunakan baja laminasi khusus bagi sebagian lintasan fluksi,
tetapi penggunaan logam ini menimbulkan masalah kalibrasi yang disebabkan oleh efek
frekuensi dan bentuk gelombang. Nilai khas dari kerapatan fluksi elektrodinamometer
adalah dalam rangkuman sekitar 60 gauss. Ini memberikan bandingan yang tidak

9. menyenangkan terhadap gerak d’Arsonval yang baik yang memiliki rapat fluksi tinggi
(1000-4000 gauss). Rapat fluksi yang rendah dengan cepat mempengaruhi torsi yang
dibangkitkan dan dengan demikian sensitivitas instrument ini secara khasnya adalah
sangat rendah. Penambahan sebuah tahanan seri mengubah elektrodinamometer menjadi
voltmeter, yang juga dapat digunakan untuk mengukur tegangan searah dan bolak balik.
Berdasarkan alas an yang telah disebutkan sebelumnya, sensitivitas voltmeter
elektrodinamometer adalah rendah yakni sekitar 10 samapi 30 Ω/V (bandingkan terhadap
20 kΩ/V pada alat ukur d’Arsonval). Reaktansi dan tahanan kumparan – kumparan juga
bertambah terhadap tambahan frekuensi sehingga pemakaian voltmeter
elektrodinamometer terbatas untuk daerah frekuensi rendah. Namun alat ini sangat akurat
untuk frekuensi jala-jala dank arena itu sering digunakan sebagai standar sekunder.
Gerak elektrodinamometer (juga yang tanpa shunt) dapat dianggap sebagai
amperemeter, tetapi untuk merecanakan sebuah kumparan putar yang dapat membawa
arus lebih dari sekirar 100 mA menjadi agak sulit. Arus yang lebih besar ini dialirkan ke
kumparan putar melalui kawat-kawat besar, yang akan kehilangan fleksibilitasnya.
Sebuah shunt bila digunakan biasanya hanya ditempatkan parallel terhadap kumparan
yang berputar.kemudian kumparan – kumparan yang dibuat dari kawat besar yang dapat
mengalirkan arus yang besar dan adalah yang layak untuk membangun amperemeter
sampai 20 A. nilai – nilai arus yang lebih besar biasanya diukur dengan menggunakan
sebuah tansformator arus dan sebuah amperemeter standar 5A, ac (bab 5-11).
5.3 INSTRUMEN BESI PUTAR
Instrument – instrument besi putar dapat dikelompokkan dalam dua jenis, yaitu
instrument tarikan (attraction) dan tolakan (repulsion). Yag terakhir ini lebih umum
digunakan. Sebuah tolakan daun radial (radial vane). Ditunjukkan dalam bentuk diagram
pada gambar 5-3.
Gerak ini terdiri dari sebuah kumparan stasioner ( diam) yang mempunyai banyak
gulungan dan membawa arus yang akan diukur. Dua daun besi lunak (iron-vane)
diempatkan dibagian dalam kumparan. Salah satu daun diikatkna tetap ke kerangka
kumparan dan sedangkan daun yang lainnya dihubungkan ke poros instrument sehingga
dapat berputar secara bebas. Arus melalui kumparan memaknetasi kedua dedua daun
dengan polaritas yang sama tanpa memperhatikan arah arus sesaat. Kedua daun yang
termaknetisasi ini menghasilkan gaya tolakan, dan karena hanya ada satu daun yang dapat
berputar, defleksi (penyimpangannya) adalah analogi besarnya arus kumparan. Gaya

10. tolak sebanding dengan kuadrat arus, tetapi efek frekuensi dan hysteresis cenderung
menghasilkan defleksi jarum yang tidak linier dan akibatnya tidak mempunyai hubungan
kuadrat yang sempurna.
Instrument dau radial jenis tolakan adalah gerak besi putar yang paling sensitif dan
mempunyai skala yang paling linier. Perencanaan yang baik dan bermutu tinggi
diperlukan
Gambar 5-3 mekanisme besi putar dalam radial. Daun peredam dari alumunium dipasang
pada poros tepat dibawah jarum, berputar didalam sebuah rongga yang besarnya pas
untuk membawa jarum berhenti dengan cepat.
Bagi instrumen-instrumen tingkat tinggi. Perhatikan bahwa daun alumunium yang diikat
ke poros tepat dibawah jarum berputar didalam sebuah rongga yang besarnya hampir pas
yang membawa jarum untuk berhenti dengan cepat.
Sebuah variasi instrumen jarum radial adalah gerakan tolak daun konsentrik
(concentric-vane)nyang ditunjukan gambar pada Gambar 5-4. Instrumen ini memiliki dua
daun konsentrik. Salah satu daun diikat tetap ke kerangka kumparan sedang yang lain
dapat berputar secara koaksial dibagian dalam daun yang diam. Kedua daun ini
dimaknetisasi oleh arus didalam kumparan ke polaritas yang sama dan menyebabkanya
bergeser ke sisi sewaktu mengalami gaya tolakan. Karena daun yang dapat berputar

11. terikat ke sebuah poros berengsel, gaya tolak ini menghasilkan gaya rotasi yang
merupakan fungsi arus didalam kumparan. Dikontrol oleh pegas seperti mekanisme
lainnya, posisi akhir jarum merupakan ukuran arus kumparan. Karena gerak ini seperti
halnya semua instrumen daun berputar tidak membedakan polaritas, dia dapat digunakan
untuk ac atau dc, tetapi lebih lazim digunakan untuk pengukuran bolak-bli (ac). Redaman
instrumen ini diperoleh dari sebuah daun redaman (damping vane) dari bahan alumunium
ringan yang dipegang oleh flens pada semua sisi dan berputar dengan ruang main yang
kecil di dalam rongga udara tertutup. Bila digunakan untuk arus bolak-balik, torsi aktual
akan bergetar dan dapat mengakibatkan getaran ujung jarum. Konstruksi jarum yang
kokoh
Gambar 5-4 Gambar maya sebuah instrumen besi putar daun konsentrik. Gambar menunjukan
perincian indikator bersama bobot lawanya, pegas pengatur dan daun peredam. Daun putar dapat
dipandang sebagai suatu perbedaan dari daun tetap pada penahan kucingan, dan ditunjukan oleh
permukaan yang dinaungi tipis (seijin Weston Instruments, Inc.)
terbungkus, secara efektif menghilangkan getaran tersebut pada suatu daerah frekuensi
yang lebar dan berfungsi untuk mencegah pelengkungan jarum bila mengalami beban
lebih.
Instrumen konsentrik memiliki sensitivitas yang sedang dan mempunyai karakteristik
skala kuadratis. Adalah mungkin untuk mengubah bentuk daun-daun agar memiliki
karakteristik skala yang khusus, yaitu dengan “membuka skala” bila diinginkan.
Ketelitian instrumen-intrumen besi putar terutama dibatasi oleh ketidak-linearan kurva
magnetisasi daun-daun besi. Untuk nilai arus yang rendah, puncak arus bolak balik

12. menghasilkan penyimpangan persatuan arus yang lebih besar dari nilai rata-rata,
mengakibatkan pembacaan bolak-balik lebih tinggi dari pembacaan arus searah ekivalen
pada skala rendah. Dengan cara sama, pada skala tinggi lutut kurva magnetisasi didekati,
dan nilai puncak arus bolak-balik akan menghasilkan defleksi persatuan arus yang lebih
kecil dari nilai rata-rata, sehingga pembacaan arus bolak-balik akan lebih rendah dari
nilai arus searah ekivalen.
Histeris didalam besi dan arus putar (eddy-current) di dalam daun-daun dan bagian
logam lainnya di dalam instrumen, juga mempengaruhi ketelitian pembaca. Rapat fluksi,
termasuk pada nilai arus skala penuh sangat kecil, sehingga instrumen mempunyai
sensitivitas arus yang agak rendah. Di dalam sistem yang berputar ini tidak ada bagian
yang membawa arus sehingga alat ukur daun besi sangat kokoh dan terpercaya. Dia tidak
mudah walaupun kelebihan beban sering terjadi.
Penambahan sebuah tahanan pengali yang sesuai akan mengubah gerak daun-besi
menjadi voltmeter; dengan cara sama, penambahan sebuah shunt akan menghasilkan
rangkuman arus (current ranges) yang berbeda. Jika gerak dun besi digunakan sebagai
voltmeter bolak balik, frekuensi memperbesar impedansi rangkaian instrumen dan karena
itu cenderung memberikan pembacaan tegangan yang lebih rendah. Karena itu voltmeter
daun besi sebaiknya selalu dikalibrasi untuk setiap frekuensi yang digunakan. Instrumen
komersil yang biasa dapat digunakan dalam batas-batas ketelitiannya dari 25 sampai 125
Hz. Rangkaian kompensasi khusus dapat memperbaiki prestasi alat ukur pada frekuensi-
frekuensi yang lebih tinggi walaupun batas frekuensi atas tidak mudah diperluas melebihi
sekitar 2500 Hz. Walaupun instrumen-instrumen ini akan memberi tanggapan terhadap
arus searah, mereka tidak dapat digunakan sebagai isntrumen alih. Namun demikian, alat
ini sangat populer sebab murah dan kokoh, dan berpretasi sesuai dengan batas-batas yang
telah ditetapkan.
5.4 INSTRUMEN JENIS PENYEARAH
5.4.1 Rangkaian penyearah
Satu jawaban jelas bagi masalah pengukuran arus bolak balik diperoleh dengan
menggunakan sebuah penyearah untuk mengubah arus bolak balik menjadi arus searah
dan menggunakan gerak arus arah tersebut guna menunjukan nialai arus bolak balik
yang disearahkan. Cara ini sangat menarik sebab alat ukur arus searah umumnya
memilki sensitivitas yang lebih tinggi daripada elektrodinamometer atau besi putar.
Instrumen-instrumen jenis penyearah umumnya menggunakan sebuah gerak
PMMC digabung dengan rangkaian penyearah. Elemen penyearah biasanya terdiri dari
dioda

13. (a.)Rangkaian
(b.)Arus yang disearahkan melalui gerak alat ukur
GAMBAR 5-5 Volmeter ac penyaarah gelobang penuh
Germanium atau silicon. Penyearah-penyearah oksida tembaga (copper oxide) dan
selenium tidak digunakan lagi, sebab mereka memiliki nilai tegangan balik (inverse
voltage) yang kecil dan hanya menangani arus yang terbatas. Diode germanium
mempunyai tegangan balik yang besar ( peak inverse voltage, PIV) dalam orde 300 V
dan nilai arus sekitar 100mA. Penyearah diode silikon arus rendah mempunyai FIV
sampai 1000V dan nilai arus dalam orde 500 mA.
Penyearah didalam instrument kadang –kadang terdiri dari empat diode dalam bentuk
rangkaian jembatan dan menghasilkan penyearah gelombang penuh. Gambar 5-5
menunjukan sebuah rangkaian voltmeter arus bolak balik yang terdiri dari tahanan
penggali, penyearah rangkaian jembatan, dan gerak PMMC.
Penyearah rangakian jembatan menghasilkan arus searah yang bergetar (pulsasi) yang
melalui gerak meter (PMMC) selama siklus penuh dari tegangan masukan. Karena inersia
rangkaian putar, alat ukur akan menunjukkan suatu defleksi mantap yang sebanding
dengan nilai arus rata-rata. Karena arus dan tegangan bolak balik biasanya dinyatakan
dalam nilai rms, maka skala alat ukur dikalibrasi dalam nilai rms gelombang sinus.
Contoh 5-1 : Sebuah voltmeter bolak balik percobaan menggunakan rangkaian gambar
5-5(a), dimana gerak PMMC mempunyai tahanan dalam 50Ω dan memerlukan arus
searah sebesar 1 mA untuk defleksi penuh. Dengan menganggap dioda-dioda adalah ideal
(tahanan maju nol dan tahanan balik tak terhingga), tentukan nilai tahanan penggali Rs

14. yang menghasilkan defleksi penuh jika tegangan sebesar 10 Vac (rms) dimasukkan ke
terminal-terminal masukan.
Penyelesaian : Untuk penyaarah gelombang penuh
𝐸 𝑑𝑐 =
2
𝜋
𝐸 𝑚 =
2√2
𝜋
𝐸𝑟𝑚𝑠 = 0,9 𝐸𝑟𝑚𝑠
Dan
𝐸 𝑑𝑐 = 0,9𝑥10 𝑉 = 9𝑉
Tahanan total rangkaian dengan mengabaikan tahanan diode dalam arah maju adalah
𝑅𝑡 = 𝑅 𝑠+ 𝑅 𝑚 =
9𝑉
1 𝑚𝐴
= 9𝑘Ω
𝑅 𝑠 = 9000Ω − 50Ω = 8950Ω
Sebuah gelombang bukan sinus mempunyai nilai rata rata yang dapat berbeda banyak
dari nilai rata-rata gelombag sinus murni (pada mana alat ukur dikalibrasi) dan
pembacaan yang ditunjukkan mungkin salah. Factor bentuk (form factor) memberikan
nilai rata-rata dan nilai rms tegangan – tegangan dan arus yang berubah terhadap waktu,
yaitu :
𝐹𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 =
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑒𝑓𝑒𝑘𝑡𝑖𝑓 𝑔𝑒𝑙𝑜𝑚𝑏𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑜𝑎𝑘 𝑏𝑎𝑙𝑖𝑘
𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑔𝑒𝑙𝑜𝑚𝑏𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑜𝑙𝑎𝑘 𝑏𝑎𝑙𝑖𝑘
Untuk sebuah gelombang sinus :
𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 =
𝐸𝑟𝑚𝑠
𝐸𝑟𝑎𝑡𝑎−𝑟𝑎𝑡𝑎
=
√2
2
(
2
𝜋
)
𝐸𝑚 = 1.11
Perhatikan bahwa voltmeter pada contoh 5-1 mempunyai skala yang sesuia hanya
untuk pengukuran arus bolak balik sinus. Karena itu factor bentuk persamaan (5-1) juga
merupakan factor dengan mana arus searah aktual (rata-rata) diperbesar untuk
mendapatkan tanda –tanda skala rms ekivalen.
Elemen arah yang ideal harus mempunyai tahanan-maju dan tahanan-balik tak
berhingga. Namun dalam praktek, penyearah merupakan komponen yang tidak linier
seperti ditunjukkan oleh kurva karakteristik pada gambar 5-6. Pada nilai arus maju yang
rendah, penyearah bekerja dibagian kurva yang sangat tidak nilier dan tahananya besar
dibandingkan terhadap tahanan untuk nilai – nilai arus yang lebih besar. Karena itu nilai
skala rendah dari sebuah voltmeter ac rangkuman ganda yang sering saling berdekatan
dan kebanyakan pabrik menyediakan skala tegangan rendah yag terpisah yang

15. GAMBAR 5-6 kurva karakteristik dari sebuah penyearah solid-state
Khususnya dikalibrasi untuk keperluan ini.tahanan tinggi dalam bagian permulaan
karakteristik penyearah juga memberikan suatu batas sensitivitas yang dapat ditemukan
dalammikroapmermeter dan voltmeter.
Tahanan elemen penyearah berubah terhadap temperatur, salah satu kekurangan utama
dari instrumen jenis penyearah. Ketelitian alat ukur biasanya memuaskan dalam kondisi
operasi normal pada temperatur kamar dan umumnya dalam orde ± 5% pembacaan sklal
penuh untuk gelombang-gelombang sinud. Pada temperatur yang sangat tinggi atau yang
lebih rendah, tahanan penyearah mengubah tahanan total rangkaian pengukuran cukup
untuk mengakibatkan kesalahan berat. Jika diperkirakan variasi temperatur adalah besar,
alat ukur ini harus dimasukan didalam sebuah kotak yang temperaturnya terkontrol.
Frekuensi juga mempengaruhi kerja elemen-elemen penyearah. Penyearah mempunyai
sifat kapasitif dan cenderung melewatkan frekuensi-frekuensi yang lebih tinggi.
Pembacaan alat ukur dapat menghasilkan penurunan kesalahan sebesar 0,5% untuk setiap
kenaikan sebesar 1 kHz.
5.4.2 Rangkaian khas multimeter
Voltmeter arus bolak-balik jenis penyearah yang biasa sering menggunakan rangkaian
yang ditunjukan gambar 5-7. Didalam rangkaian ini digunakan dua dioda, membentuk
penyearah gelombang penuh dengan alat ukur yang dihubungkan sedemikian sehingga
dia hanya menerima separuh dari arus yang diarahkan. Dioda D1 konduksi selama
setengah siklus positif gelombang masukan dan menyebabkan alat ukur berdefleksi
sesuai dengan nilai rata rata setengah siklus ini. Alat ukur di shunt oleh sebuah tahanan
Rsh , yakni untuk mengalirkan arus yang lebih besar ke D1 dan memindahkan titik
kerjanya kebagian kurva karakteristik yang linear. Tanpa adanya D2 , setengah periode
negatif dari tegangan masukan akan memberikan balik ke dioda D1 dan mengakibatkan
kebocoran arus yang kecil dalam arah balik. Karena itu nilai rata-rata dari siklus total

16. akan lebih kecil dari yang seharusnya dihasilkan oleh penyearahan setengah gelombang.
Dioda D2 mengatasi masalah ini. Pada setengah siklus negatif, D2 konduksi dan arus
melalui rangkaian pengukuran yang dalam halini berlawanan arahnya, tidak lewat melalui
alat ukur.
Multimeter komersil sering menggunakan tanda-tanda skala yang sama untuk
rangkuman-rangkuman arus searah dan bolak-balik. Karena komponen arus searah
gelombang sinus untuk penyearahan setengah gelombang sama dengan 0,45kali nilai rms
nya, suatu masalah akan terjadi. Untuk memeperoleh defleksi yang sama pada rangkuman
GAMBAR 5-7 Bagian khas voltmeter ac dari sebuah multimeter komersil
GAMBAR 5-8 Komputansi tahanan pengali dan sensitivitas voltmeter ac.
tegangan searah dan bolak-balik yang saling berhubungan, tahanan pengali bagi
rangkumanbolak-balik harus diperkecil secara berimbang. Rangkaian pada gambar5-8
menunjukan salah satu penyeleaian bagi masalah tersebut dan dibahas lebih mendalam
dalam contoh 5-2.
Contoh 5-2 : sebuah alat ukur mempunyai tahanan dalam 100 Ω dan memerlukan 1
mA dc untuk defleksi penuh. Tahanan shunt yang dihubungkan (Rsh) paralel terhadap alat

17. ukur tersebut besarnya 100 Ω. Dioda D1 dan D2 masing-masing mempunyai tahanan maju
rata-rata sebesar 400 Ω dan dianggap mempunyai tahanan baik tak berhingga. Pada
rangkuman 10 V , tentukan niali (a) nilai tahanan pengali Rs ; (b) sensitivitas voltmeter
pada rangkuman ac tersebut.
Penyelesaian :
(a) Karena Rm dan Rsh keduanya 100Ω, arus total yang disalurkan oleh sumber
untuk dfleksi penuh adalah It = 2 mA. Untuk penyearahan setengah gelombang nilai dc
ekivalen dari teganagn ac yang disearahkan adalah
Edc = 0,45 Erms = 0,45 × 10 V = 4,5 V
Maka tahanan total rangkaian instrumen menjadi
𝑅𝑡 =
𝐸 𝑑𝑐
𝐼𝑡
=
4,5𝑉
2 𝑚𝐴
= 2250Ω
Tahanan total ini berdiri dari beberapa bagian. Karena kita hanya tertarik pada tahanan
rangkaian setengah periode dimana alat ukur menerima arus, kita dapat menghilangkan
tahanan balik dioda D2 dari rangkaian.
Gerak serupa yang digunkan dalam voltmeter akan memberikan sensitivitas sebesar
1000 Ω/V.
Bab 4-11 merupakan rangkaian arus searah dari sebuah multimeter khas dengan
menggunakan diagram rangkaian yang disedrhanakan pada gambar 4-25. Rangkaian
untuk mengukur tegangan-tegangan bolak balik (diambil dari gambar 4-25), diulangi
pada gambar 5-9. Pada rangkuman 2,5 V ac, tahanan R23 bekerja sebagai pengali dan
mempunyai hubungan dengan pengali Rs pada contoh 5-2 yang ditunjukan pada gambar
5-8. Tahanan R24 adalah shunt bagi alat ukur dan fungsinya adalah memperbaiki
bekerjanya penyearah. Harga R23 dan R24 tidak diberikan didalam diagram karena

18. merupakan pilihan pabrik. Namun dapat diperkirakan bahwa tahanan shunt tersebut dapat
bernilai 2000 Ω, sama dengan alat ukur. Jika tahanan maju rata-rata dari elemen
penyearah adalah 500 Ω (suatu anggapan yang beralasan), maka tahanan R2 harus 1000
Ω.ini memenuhi sebab sensitivitas voltmeter yang diberikan rangkuman bolak-balik
adalah 1000 Ω/V pada rangkuman 2,5 V; karena itu tahanan total rangkaian harus 2500
Ω. Nilai ini dibentuk oleh jumlah R23 yaitu tahanan maju dioda dan kombinasi tahanan
meter dan tahanan shunt seperti ditunjukan pada Contoh 5-2.
5.4.3 Pengukuran Desibel
Hampir semua VOM dan sebagian multimeter elektronik dilengkapi dengan skala
desibel (decibel, dB). Satu desibel (sepersepuluh bel) menyatakan rasio daya tarik
listrik atau akustik yang diacu terhadap skala logaritma (dasar 10). Jumlah desibel
dikaitkan pada rasio dua daya P1 dan P2 dinyatakan oleh
𝑑𝐵 = 10 𝑙𝑜𝑔
𝑃1
𝑃1
dimana umunya P1 adalah gaya yang tidak diketahui dan P2 adalah referensi atau
daya level nol.
Karena tegangan dan arus dihubungkan ke daya oleh impedansi, desibel dapat
juga digunakan untuk menyatakan perbandingan (rasio) arus dan tegangan, dengan
syarat bahwa diperlukan untuk memperhitungkan impedansi yang bersatu dengan
mereka. Bila
GAMBAR 5.9 Rangkaian voltmeter ac rangkuman ganda dari multimeter
Simpson Model 260 (seijin Simpons Electric Company).

19. dua tegangan E1 dan E2 atau dua arus I1 dan I2 bekerja pada impedansi yang
identik, perbandingan dB dapat dinyatakan sebagai
𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔
𝐸1
𝐸2
𝑑𝑎𝑛 𝑑𝐵 = 20 𝑙𝑜𝑔
𝐼1
𝐼21
Pengubahan dapat dilakukan dalam kedua arah yaitu penjumlahan desibel, dan
perbandingan antar daya, tegangan dan arus yang berhubungan dengan menggunakan
tabel konversi standar ( lihat lampiran 2).
Level referensi daya umunya digunakan dalam bidang komunikasi yakni 1 mw
daya yang didisipasi dalam sebuah beban resistip sebesar 600 Ω. Bentuk ini juga
menyatakan suatu teganan sebear 0,775 Vrms diantara ujung-ujung beban 600 Ω.
Untuk pengukuran dB, rangkaian tegangan bolak-balik VOM atau multimeter
digunakan dalam cara yang biasa, kecuali bahwa setiap dc dalam arus yang diukur
harus diblokir, misalnya dengan menghubungkan kawat sambung terminal “output”
VOM, dan pembacaan dilakukan pada skala dB. Skala dB biasanya dihubungkan ke
skala VOM ac terendah dan pemilih rangkuman harus ditempatkan pada rangkuman
tersebut bila pembacaan-pembacaan akan diambil langsung dari skala dB. Jika
rangkuman lain dipilih, suatu nilai dB tertentu harus ditambahkan ke pembacaan dB
yang ditunjukan.
Dalam VOM di gambar 4-24 skala dB dihubungkan langsung ke skala 2,5 Vac;
kenyataan 0 dB (level referensi) segaris dengan tanda skala 0,775 V. Pengukuran-
pengukuran desibel dilakukan dengan membuat sakelar rangkuman ke 2,5 Vac.
Dengan membuat saklar 10 V atau 50 V ac, diperlukan penambahan berturut turut
sebesar 12 dB atau 26 dB terhadap pembacaan aktual. Koreksi terhadap desibel ini
biasanya dituliskan pada bagian luar alat ukur atau pada buku cara pemakaian
intrumen (manual instruction).
Perhatikan bahwa skala dB pada VOM atau multimeter hanya teliti untuk
gelombang sinus dan untuk beban resistip 600 Ω. Jika bentuk gelombang atau kondisi
beban berlaianan dari pesyaratan ini, faktor koreksi harus diperhitungkan.
Dalam pemakaian khas, penguatan daya sebuah penguat audio diukur dengan
membandingkan daya keluaran terhadap daya masukan dalam desibel. Dua
pengukuran yang berbeda harus dilakukan; satu pada masukan dan satu pada keluaran.
Jika kedua pembacaan dilakukan pada kondisi yang identik (impedansi masukan sama
dengan impedansi keluaran), maka selisih aljabar antara kedua pembacaan adalah
penguatan amplifier. Misalnya, jika pengukuran masukan adalah 3 dB (3 dB diatas
level referensi 1 mW pada 600 Ω) dan pembacaan keluaran adalah 16 dB, maka

20. penguatan amplifier adalah 13 dB. Dengan membandingkan terhadap tabel konversi
dalam lampiran 2, kita lihat ini dapat juga dinyatakan sebagai perbandingan daya
langsung, dan diperoleh bahwa 13 dB berhubungan dengan perbandingan daya sebesar
19,95. Jika pengukuran dilakukan dengan impedansi yang tidak sama, koreksi yang
sesuai harus dilakukan. Cara ini ditunjukan pada lampiran 2.
5.5 TERMOINSTRUMEN
5.5.1 Mekanisme kawat panas (Hot wire mechanism)
Sejarah awal dari instrumen-instrumen yang bekerja berdasarkan pemanasan
(termoinstrumen) adalah mekanisme kawat panas, yang ditunjukan secara skematis
dalam
Gambar 5-10. Arus yang akan diukur dilewatkan melalui sebuah kawat halus yang
diregang kencang antara dua terminal. Kawat kedua diikat ke kawat halus tersebut
pada satu ujung dan pada ujung lainya ke sebuah pegas yang berusaha menarik kawat
halus kebawah. Kawat kedua ini dilewatkan melalui sebuah canai (roller) pada mana
jarum dihubungkan. Arus yang akan diukur menyebabkan pemanasan kawat halus dan
memuai sebanding dengan kuadrat arus pemanasan. Perubahan panjang kawat
menggerakan jarum dan menunjukan besarnya arus. Ketidakstabilan karena regangan
kawat, lambatnya tanggapan (respons) dan kurangnya kompensasi terhadap
temperatus sekeliling membuat mekanisme ini tidak memuaskan secara komersil.
Sekarang ini mekanisme kawat panas tidak dipakai lagi dan diganti dengan yang lebih
sensitif, lebih teliti dan memiliki kombinasi kompensasi yang lebih baik bagi elemen
termolistrik dan gerak PMMC.

21. 5-2-2 Instrumen termokopel
Gambar 5-11 menunjukan gabungan sebuah termokopel dan gerak PMMC yang
dapat digunakan untuk mengukur arus bolak balik (ac) dan arus searah (dc). Gabungan
ini disebut instrumen termokopel karena bekerjanya didasarkan pada tindakan elemen
termokopel. Bila dua logam disambungkan bersama-sama, suatu tegangan
dibangkitkan pada sambungan kedua logam tersebut. Dalam gambar 5-11, CE dan DE
menyatakan kedua logam tidak sama tersebut, disambungkan pada titik E dan
digambarkan dengan garis tipis dan garis tebal untuk menunjukan ketidaksamaanya.
Beda potendial antara C dan D bergantung pada temperatur yang disebut ujung dingin
(cold junction), E. Suatu kenaikan temperatur mengakibatkan pertambahan tegangan
dan ini merupakan suatu keuntungan yang diperoleh dari termokopel. Elemen panas
AB yang mengalami kontak mekanis dengan sambungan kedua logam pada titik E
membentuk sebagian rangkaian pengukuran arus. AEB disebut ujung panas (hot
junction). Energi panas yang dibangkitkan oleh arus didalam elemen panas menaikan
temperatur ujung dingin dan menyebabkan pertambahan tegangan yang dibangkitkan
antara C dn D. Beda potensial ini menghasilkan suatu arus searah melalui intrumen
PMMC.