JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI UNIVERSITAS HASANUDDIN 2013

TUGAS PENGUKURAN LISTRIK

GALVANOMETER

OLEH :

WENI SRI YUNITA D411 12 979

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Proses pengukuran dalam system tenaga listrik merupakan salah satu

prosedur standar yang harus dilakukan. Karena melalui pengukuran akan

diperoleh besaran-besaran yang diperlukan, baik untuk pengambilan

keputusan dan instrumen kontrol maupun hasil yang diinginkan oleh

seorang user.

Pada alat kumparan putar jenis magnet permanen ,jarum penunjuk

meter akan berhenti apabila torsi penyimpang dan torsi kontrol sama

besarnya, sehingga torsi penympang sebanding dengan arus yang

mengalir.Karena alat ukur kumparan putar jenis magnet permanent

bekerja berdasarkan gaya Lorentz maka torsi penyimpang yang terjadi

apabila arus yang melewati kumparan menimbulkan gaya dikedua sisinya

.hal ini sebanding apabila arus yang malalui kumparan 1 ampere maka

magnitude gaya akan ditimbulkan pada tiap sisi kumparan.

Apabila kumparan dipasang pegas-pegas pengatur ,maka torsi

elektromagnetik akan membangkitkan torsi mekanik pegas yang arahnya

berlawanan sehingga kumparan tersebut dapat berputar. Pada saat terjadi

kesetimbangan torsi ,kumparan defleksi dengan sudut tertentu .bresarnya

sudut defleksi ditunjukan oleh jarum penunjuk sehingga dapat ditera

antara arus listrik dan sudut defleksinya.

Dalam penulisan makalah ini akan memaparkan tentang galvanometer

,jenis – jenis galvanometer, kemudian prinsip kerja dari galvanometer,

serta menjelaskan beberapa aspek penting yang terdapat pada

galvanometer.

B. TUJUAN

1. Mempelajari tentang teori dasar dan jenis – jenis dari Galvanometer.

2. Mempelajari tentang sensitivitas dan prinsip kerja dari galvanometer.

3. Mengetahui tentang Defleksi Galvanometer dalam Keadaan Mantap

(Steady State deflection ).

4. Mengetahui tentang sifat dinamik galvanometer.

C. Batasan Masalah

Makalah ini membahas tentang beberapa jenis dari Galvanometer.

Dalam makalah ini dijelaskan tentang prinsip kerjanya serta bagian-

bagiannya, dan menjelaskan beberapa aspek penting yang terdapat pada

galvanometer.

BAB II

PEMBAHASAN

1. TEORI DASAR

Istilah galvanometer diambil dari seorang yang bernama Luivi Galvani.

Penggunaan galvanometer yang pertama kali dilaporkan oleh Johann

Schweigger dari Universitas Halle di Nurremberg pada 18 september 1820.

Andre-Marie Ampere adalah seorang yang memberi kontribusi dalam

mengembangkan galvanometer. Galvanometer pada umumnya dipakai

untuk penunjuk analog arus searah, dimana arus yang diukur merupakan

arus-arus kecil misalnya yang diperoleh pada pengukuran fluks magnet.

Oleh karena itu galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakn untuk

mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil.

Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun

beda potensial listrik yang relatif besar, karena komponen-komponen

internalnya yang tidak mendukung . Galvanometer bisa digunakan untuk

mengukur kuat arus maupun beda potensial listrik yang besar, jika pada

galvanometer tersebut dipasang hambatan eksternal (pada voltmeter

disebut hambatan depan, sedangkan pada ampermeter disebut hambatan

shunt).

Pada mulanya bentuk galvanometer seperti alat yang dipakai Oersted

yaitu jarum kompas yang diletakkan dibawah kawat yang dialiri arus yang

akan diukur. Kawat dan jarum diantara keduanya mengarah utara-selatan

apabila tidak ada arus di dalam kawat. Akibat adanya arus listrik yang

mengalir melalui kawat akan tercipta medan magnet sehingga arah jarum

magnet di dekat kawat akan bergeser arah jarum magnetnya. Kepekaan

galvanometer semacam ini bertambah apabila kawat itu dililitkan menjadi

kumparan dalam bidang vertical dengan jarum kompas ditengahnya. Dan

instrument semacam ini dibuat oleh Lord Kelvin pada tahun 1890, yang

tingkat kepekaanya jarang sekali dilampaui oleh alat-alat yang ada pada

saat ini.

Gambar 1. Galvanometer analog

A. MACAM - MACAM GALVANOMETER

1. Galvanometer Suspensi

Cikal bakal dari alat-alat ukur arus searah yang menggunakan

kumparan gerak (moving coil) bagi sebagian besar alat-alat ukur arus

searah adalah Galvanometer suspensi. Galvanometer suspensi masih

digunakan untuk pengukuran-pengukuran laboratorium sensitivitas

tinggi tertentu, jika keindahan instrumen bukan merupkan masalah

dan probabilitas bukan menjadi prioritas. Prinsip kerja galvanometer

ini yaitu mekanisme kumparan putar magnet permanen (PMMC).

Gambar 2. Galvanometer Suspensi

2. Galvanometer Balistik

Untuk mengukur fluksi maknit digunakan galvanometer balistik,

dimana galvanometer ini bekerja menggunakan prinsip d’ Arsonval

dan dirancang khusus untuk pemakaian selama 20 – 30 sekon dengan

kepekaan tinggi. Pada pengukuran balistik ini, kumparan menerima

suatu impuls arus sesaat, mengakibatkan kumparan berayun ke satu

sisi dan kemudian kembali berhenti dalam gerakan berosilasi. Jika

impuls arus berlangsung singkat, maka defleksi mula-mula dari posisi

berhenti berbanding lurus dengan kuantitas pengosongan muatan

listrik melalui kumparan. Nilai relatif impuls arus yang diukur dalam

defleksi sudut mula-mula dari kumparan adalah :

Q = K θ

Dimana, Q = muatan listrik (coulomb)

K = kepekaan galvanometer (coulomb / radian defleksi)

θ = defleksi sudut kumparan (radian)

Harga kepekaan galvanometer ( K ), dipengaruhi oleh redaman dan

besarnya diperoleh secara eksperimental, melalui pemeriksaan

kalibrasi pada kondisi pemakaian yang nyata.

Gambar 3. Galvanometer Balistik

3. Galvanometer tangen

Galvanometer tangen adalah alat ukur awal yang digunakan untuk

pengukuran arus listrik. Ia bekerja dengan menggunakan jarum

kompas untuk membandingkan medan magnet yang dihasilkan oleh

arus tidak diketahui oleh medan magnet Bumi. Ia mendapat namanya

dari prinsip operasi, hukum tangen magnetisme, yang menyatakan

bahwa persoalan dari sudut jarum kompas membuat sebanding

dengan rasio kekuatan dari dua bidang tegak lurus magnet. Ini

pertama kali dijelaskan oleh Claude Pouillet pada tahun 1837.

Gambar 4. Galvanometer tangent

4. Galvanometer Astatic

Galvanometer ini dikembangkan oleh Leopoldo Nobili. Tidak seperti

galvanometer kompas jarum, glvanometer astatic ini memiliki dua

jarum magnetik sejajar satu sama lain, tetapi dengan kutub magnet

terbalik. Perakitan jarum ditangguhkan oleh benang sutra dan tidak

memiliki momen dipol magnetik. Hal ini tidak dipengaruhi oleh

medan magnet bumi. Jarun yang lebih rendah di dalam kumparan

akan dibelokkan oleh medan magnet yang diciptakan oleh arus yang

lewat.

Gambar 5. Galvanometer Astatic

5. Galvanometer Refleksi Cermin

Galvanometer refleksi cermin adalah gavanometer yang sangat

sensitif. Galvanometer yang digunakan pada kepekaan tinggi seperti

ini menggunakan sistem refleksi cahaya. Alat penunjuk (pointer) yang

digunakan berupa cermin pemantul yang dipasang pada bagian yang

berputar. Berkas cahaya dipantulkan dari cermin tersebut kemudian

diproyeksikan pada sebuah kaca buram yang mempunyai garis-garis

skala pembagi.

Gambar 6. Galvanometer Refleksi Cermin

B. TORSI DAN DEFLEKSI PADA GALVANOMETER

Torsi merupakan kemampuan gaya yang dapat menghasilkan suatu

perputaran terhadap suatu poros sumbu putarnya. Pada galvanometer,

torsi ini dipengaruhi oleh kerapatan fluks (garis gaya medan magnet),

luas efektif kumparan, arus yang mengalir pada kumparan, jumlah lilitan

pada kumparan. Persamaan untuk torsi pada galvanometer dapat ditulis

sebagai berikut :

T = B x A x I x N

dimana : T = torsi (Nm)

B = kerapatan fluks (Wb/m2)

A = luas efektif kumparan (m2)

I = arus di dalam kumparan (A)

N = jumlah lilitan kumparan

Defleksi merupakan besarnya simpangan jarum pada galvanometer.

Besarnya sudut defleksi pada galvanometer biasanya diukur dalam

radian dan milimeter. Untuk menghitung kuantitas pengosongan

muatan, defleksi diukur dalam radian. Sedangkan untuk menghitung

besarnya sensitivitas, defleksi diukur dalam milimeter (mm).

1. Defleksi Galvanometer dalam Keadaan Mantap (Steady State deflection).

Pada defleksi galvanometer dalam keadaan mantap diterapkan di

galvanometer suspensi dimana ini terhadap jenis instrumen yang

lebih baru, yaitu mekanisme kumparan putar maknet permanen (

PMMC : permanent magnet moving coil ). Dimana konstruksi PMMC

dan bagian-bagiannya ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 7. Konstruksi PMMC

Dimana cara kerjanya jika arus mengalir di dalam kumparan, akan

timbul torsi elektromaknetik yang menyebabkan berputarnya

kumparan, dan torsi ini akan diimbangi torsi mekanis dari pegas-

pegas pengatur yang diikat pada kumparan. Kesetimbangan torsi-

torsi dan posisi sudut kumparan putar, dinyatakan oleh jarum

penunjuk terhadap referensi tertentu, yang disebut skala. Karena

kerapatan fluksi dan luas kumparan merupakan parameter-

parameter konstan untuk sebuah instrumen, maka persamaan torsi

harus berbanding lurus dengan arus I (T~I). Dimana torsi

menyebabkan defleksi jarum ke keadaan mantap, serta torsi

diimbangi oleh torsi pegas pengontrol. Perencana hanya dapat

mengubah nilai torsi pengatur dan jumlah lilitan kumparan untuk

mengukur arus skala penuh. Umumnya luas kumparan praktis 0,5 –

2,5 cm, kerapatan fluksi untuk instrumen modern 1500 – 5000 gauss

( 0,15 – 0,5 Wb/m2).

2. Sifat Dinamik Galvanometer.

Jika arus bolak balik dialirkan ke sebuah galvanometer pencatat,

maka pencatatan yang dihasilkan oleh gerakan kumparan putar

meliputi karakteristik respons dari elemen yang berputar itu sendiri,

dengan demikian penting untuk mempertimbangkan sifat

dinamiknya. Sifat dinamik galvanometer adalah : kecepatan respons,

redaman dan over-shoot. Sifat dinamik galvanometer dapat diamati

dengan memutuskan arus input secara tiba-tiba, sehingga kumparan

berayun kembali dari posisi defleksi menuju posisi nol. Sebagai akibat

dari kelembaman (inersia) dari sistem yang berputar, jarum berayun

melewati titik nol dalam arah berlawanan dan berosilasi kekiri dan

kekanan, dan secara perlahan-lahan osilasi ini akan mengecil sebagai

akibat dari redaman elemen berputar dan akhirnya jarum berhenti

pada posisi nol.

Gerakan sebuah kumparan didalam medan maknet, diketahui dari

tiga kuantitas, yaitu :

1. Momen inersia kumparan putar terhadap sumbunya ( J ).

2. Torsi lawan yang dihasilkan oleh gantungan kumparan ( S ).

3. Konstanta redaman ( D ).

Penyelesaian persamaan diferensial yang menghubungkan ketiga

faktor diatas, menghasilkan tiga kemungkinan yang masing-masing

menjelaskan sifat dinamik kumparan dan sudut defleksinya ( θ ).

Gambar 8. Sifat dinamik galvanometer.

Dari gambar 8 diatas dapat dijelaskan sebagai berikut :

Kurva I : Keadaan terlalu redam, dimana kumparan kembali secara

perlahan ke posisi diam tanpa lonjakan atau osilasi.

Kurva II : Keadaan kurang redam, dimana gerakan kumparan

dipengaruhi oleh osilasi sinusoida teredam. Laju dimana osilasi

berhenti ditentukan konstanta redaman ( D ), momen inersia ( J ) dan

torsi lawan ( S ) yang dihasilkan gantungan kumparan.

Kuva III : Keadaan redaman kritis, dimana jarum kembali dengan

cepat ke keadaan mantap tanpa osilasi.

Idealnya, respons galvanometer adalah sedemikian rupa, sehingga

jarum jam bergerak ke posisi akhir tanpa lonjakan, berarti gerakan

tersebut harus pada keadaan redaman kritis, akan tetapi dalam

praktek, pada umumnya galvano- meter sedikit kurang teredam,

sehingga jarum sedikit melonjak sebelum berhenti, dan lebih lambat

dari redaman kritis.

C. Sensitivitas Galvanometer

Ada empat konsep yang dapat digunakan untuk menyatakan sensitivitas

galvanometer (Galvanometer Sensitivity), yaitu :

1. Sensitivitas Arus

Sensitivitas arus (Current Sensitivity) ialah perbandingan diantara

simpangan jarum penunjuk galvanometer terhadap arus listrik yang

menghasilkan simpangan tersebut. Besarnya arus listrik biasanya dalam

orde mikroampere (µA). Sedangkan besarnya simpangan dalam orde

milimeter (mm). Jadi untuk galvanometer yang tidak memiliki skala yang

dikalibrasi dalam orde milimeter, harus dikonfersi dulu ke dalam skala

mili meter. Secara matematis, sensitivitas arus dinyatakan dengan :

S1 =𝒅 𝒎𝒎

𝑰 µ𝑨 S1 = Sensitivitas arus dalam mm/µA

d = Simpangan Galvanometer dalam mm

I = Arus pada Galvanometer dalam µA

2. Sensitivitas Tegangan

Sensitivitas tegangan (Voltage Sensitivity), ialah perbandingan antara

simpangan jarum penunjuk galvanometer terhadap tegangan yang

menghasilkan simpangan tersebut. Sensitivitas tegangan dinyatakan

dengan notasi matematis sebagai berikut :

Sv = 𝑑 𝑚𝑚

𝑉 𝑚𝑣 SV = Sensitivitas tegangan dalam mm/ mV

d = Simpangan Galvanometer dalam mm

V = Arus pada Galvanometer dalam mV

3. Sensitivitas Mega ohm

Sensitivitas mega ohm (Megaohm Sensitivity), ialah besarnya resistansi

mega ohm yang terhubung seri dengan galvanometer (termasuk CDRX –

Shunt-nya) untuk menghasilkan simpangan jarum menunjuk

galvanometer sebesar 1 bagian skala jika tegangannya yang disatukan

sebesar 1 Volt. Karena besarnya hambatan ekivalen dari galvanome ter

yang terhubung paralel dapat diabaikan bila dibandingkan dengan

besarnya tahanan mega ohm yang terhubung seri dengannya, maka

arus yang masuk praktis sama dengan 1/R µA dan menghasilkan

simpangan satu bagian skala. Secara numeric sensitivitas mega ohm

sama dengan sensitivitas arus dan dinyatakan sebagai berikut :

SR = S1𝐷 𝑚𝑚

𝐼 µA SR = Sensitivitas mega ohm dalam mm/ µA

D = Simpangan Galvanometer dalam mm

I = Arus pada Galvanometer dalam µA

4. Sensitivitas Balistik

Konsep lain sebagai tambahan adalah konsep Sensitivitas Balistik

(Ballistic Sensitivity) yang biasa digunakan pada Galvanometer Balistirk.

Sensitivitas Balistik adalah perbandingan antara simpangan maksimum

dari jarum penunjuk Galvanometer terhadap jumlah muatan listrik Q

dari sebuah pulsa tunggal yang menghasilkan simpangan tersebut.

Sensitivitas Balistik dinyatakan dengan formula berikut :

SQ =𝑑 𝑚𝑚

𝑄 µC SQ = Sensitivitas Balistik dalam mm/µC

d = Simpangan Galvanometer dalam mm

Q = Besarnya muatan Listrik dalam µC

2. PRINSIP KERJA GALVANOMETER

Galvanometer pada umumnya dipakai untuk arus tetapi dalam

mengukur kuat arus listrik galvanometer bekerja berdasarkan prinsip

bahwa sebuah kumparan yang dialiri arus listrik dapat berputar ketika

diletakkan dalam satu daerah medan magnetic. Pada dasarnya kumparan

terdiri dari banyak lilitan kawat. Sebuah galvanometer yang digantungkan

pada kumparan, kopel magnetic akan memutar kumparan seperti yang

telah kita ketahui kumparan hanya dapat berputar maksimal seperempat

putaran kedudukan kumparan tegak lurus terhadap medan magnet. Cara

kerja galvanometer sama dengan motor listrik, tapi karena dilengkapi

pegas, maka kumparannya tidak berputar. Karena muatan dalam magnet

dapat berubah, dimana adanya arus listrik yang mengalir didalamnya.

Galvanometer pada umumnya dipakai untuk arus searah tetapi prinsipnya

menggunakan konstruksi kumparan putar ,yaitu berputarnya kumparan

karena munculnya dua gaya Lorentz sama besar tetapi berlawan arah yang

dimana bekerja pada dua sisi kumparan yang saling berhadapan. Kawat

tembaga dililitkan pada inti besi lunak berbentuk selinder membentuk satu

kumparan, dan diletakkan diantara kutub-kutub sebuah magnet permanen.

Arus listrik memasuki dan meninggalkan kumparan melalui pegas spiral

yang terpasang diatas dan dibawah kumparan, maka sisi kumparan yang

dekat dengan kutub utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorentz yang

sama tetapi berlawanan arah, yang akan menyebabkan kumparan berputar

jarum untuk menunjukkan pada skala tertentu. Angka yang ditunjukkan

oleh skala menyatakan besar arus listrik yang diukur.

Gambar 9. konstruksi kumparan putar pada Galvanometer

Oleh karena itu galvanometer adalah alat ukur listrik yang digunakan

untuk mengukur kuat arus dan beda potensial listrik yang relatif kecil.

Galvanometer tidak dapat digunakan untuk mengukur kuat arus maupun

beda potensial listrik yang relatif besar, karena komponen-komponen

internalnya yang tidak mendukung.

BAB III

KESIMPULAN

1. Galvanometer dipakai untuk penunjuk analog arus searah.

2. Jenis – jenis galvanometer ada beberapa yaitu, galvanometer suspensi,

balistik, tangen, astatic, serta galvanometer refleksi cermin.

3. Pada galvanometer kita ketahui torsi dipengaruhi oleh kerapatan fluks

(garis gaya medan magnet), luas efektif kumparan, arus yang mengalir

pada kumparan,dan juga jumlah lilitan pada kumparan.

4. Kesetimbangan torsi-torsi dan posisi sudut kumparan putar, dinyatakan

oleh jarum penunjuk terhadap referensi tertentu, yang disebut skala.

5. Sifat dinamik galvanometer adalah : kecepatan respons, redaman dan over-

shoot.

6. Sensitivitas pada galvanometer terdiri dari : Sensitivitas Arus, teangan,

mega ohm dan balistik.

7. Prinsip kerjadari galvanometer jika arus mengalir di dalam kumparan, akan

timbul torsi elektromaknetik yang menyebabkan berputarnya kumparan,

dan torsi ini akan diimbangi torsi mekanis dari pegas-pegas pengatur yang

diikat pada kumparan.

BAB IV

DAFTAR PUSTAKA

http://desyfisika.blogspot.com/2012/01/galvanometer.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Galvanometer

http://ikabuh.files.wordpress.com/2012/02/isi-makalah-dc.pdf

http://smart-fisika.blogspot.com/2012/01/galvanometer.html

http://www.jevuska.com/2007/08/16/fungsi-galvanometer

http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/galvanometer.html

http://www.scribd.com/document_downloads/direct/86060666?extension=pdf

&ft=1381473043&lt=1381476653&user_id=179964864&uahk=RvnKa6kpoTQnpQ

QjCX723XJv1Do

http://www.scribd.com/document_downloads/direct/70748009?extension=pdf

&ft=1381473216&lt=1381476826&user_id=179964864&uahk=0sBJ7TNfG0O7Os

n/ItUTn0pgS5k

http://www.scribd.com/document_downloads/direct/135267624?extension=pdf

&ft=1381474757&lt=1381478367&user_id=179964864&uahk=DGR3SThDEKqXtp

c49TbSRSSb+V0