tang ampere meter

8/2/2019 Tang Ampere Meter

1/6

DIGITAL CLAMP AMPERE METER

Hany Ferdinando Handry Khoswanto Rudyanto Sarmiento

Jurusan Teknik Elektro, Universitas Kristen Petra Surabaya, email: {hanyf,handry}@petra.ac.id

Abstract: Pengukuran besarnya arus yang melewati sebuah kabel merupakan salah satu cara orang melakukan perawatan

berkala. Tetapi pengukuran arus secara konvensional mengharuskan seseorang memotong kabel yang akan diukur arusnya,

sedangkan hal ini tidak dapat dilakukan pada semua sistem. Salah satu metode yang dapat dilakukan adalah menggunakan

clamp meter. Caranya adalah memasukkan kabel yang akan diukur arusnya ke dalam sebuah kumparan. Hasil akhir yangdiharapkan adalah besarnya arus yang melewati kabel itu. Pengukuran dengan metode ini menggunakan prinsip hukum

Faraday tentang perubahan fluks magnetik pada kumparan dan tegangan induksi yang ditimbulkan, oleh karena itu dicoba

untuk membuat sendiri ampere meter tipe ini. Sistem dibuat dengan menggunakan clamp bekas dan dirancang untuk mudahdibawa. Nilai arus ditampilkan ke 7-segment 3 digit yang merupakan keluaran dari ICL7107. Arus yang diukur dibatasi

untuk AC saja, dengan range 1mA 1,999A. Hasil pengujian menunjukkan bahwa alat yang dibuat termasuk dalam kelas 1,5

dengan error 2,22%

Keywords: Ampere meter, clamp, Faraday Law, ICL7107

Pengukuran arus merupakan salah satu

prosedur yang dilakukan pada perawatan berkala

suatu alat. Pengukuran secara konvensional

mengharuskan seseorang memotong kabel yang akandiukur arusnya. Tetapi hal ini tidak dapat dilakukan

pada semua sistem, misalnya pada sebuah sistem yang

harus berjalan 24 jam sehari, 7 hari seminggu.

Pemotongan kabel harus dilakukan pada saat sistem

dimatikan. Sekarang pengukuran dengan metode lama

itu sudah mulai digantikan dengan sistem clamp.

Sistem clamp menggunakan prinsip hukum

Faraday yang mengatakan bahwa perubahan fluks

magnet dalam sebuah kumparan akan menimbulkan

arus yang akan mengalir pada kumparan itu. Pada

tahap awal dipergunakan kumparan yang dibuat

sendiri, tetapi karena hasilnya kurang memuaskan,

dipergunakan kumparan dari clamp bekas.

Sistem dibatasi untuk mengukur arus ACdengan range 1mA sampai dengan 1,999A. Ampere

meter ini harus mudah dibawa (portable), sehingga

sumber tegangannya dari batery. Hasil pengukuran

ditampilkan ke 3 7-segment yang merupakan

keluaran dari ICL7107 (Internsil, 2005).

METODESecara umum, Faraday mengatakan bahwa

perubahan fluks magnet dalam sebuah kumparan akan

menimbulkan arus yang mengalir pada kumparan

(Cutnell, 2001). Apabila jumlah lilitan semakin besar,

maka semakin besar pula tegangan yang dapat diukur

di kedua ujung kumparan itu. Tegangan yang terukur

di kumparan itu biasanya dalam orde mili volt.Arus AC yang mengalir pada sebuah kabel

akan memberikan perubahan fluks, sehingga besarnya

arus tersebut dapat diukur dengan menggunakan

sistem clamp.

ICL 7107 adalah sebuah ADC yang

keluarannya dapat langsung ditampilkan ke 3 7-

segment. IC ini menerima input tegangan maksimal

2V. Penggunaan komponen yang minimal membuat

pengguna dapat secara langsung merangkainya

dengan mudah.

Gambar 1 menunjukkan blok diagram dari

sistem yang dibuat. Induktor merupakan clamp yang

menerima input berdasarkan hukum Faraday.

Tegangan yang diukur perlu dimasukkan ke dalamsebuah rangkain buffer karena masalah impedansi

yang tepat. Hal ini bertujuan untuk menghindari drop

tegangan pada sistem. Karena tegangan yang

dihasilkan kecil, maka perlu dikuatkan oleh sebuah

amplifier. Tegangan yang dihasilkan sampai tahap ini

masih berupa AC, padahal ICL 7107 hanya menerima

sinyal DC. Dengan adanya kondisi ini, diperlukan

sebuah penyearah. Penyearah yang dipakai harus

menggunakan precision rectifier karena apabila

menggunakan diode saja akan terdapat tegangan yang

hilang. Selain itu sinyal yang terukur juga termasuk

kecil.

Gambar 1. Blok diagram sistem

Sebagai tahap awal, dibuatlah kumparan

yang akan difungsikan sebagai clamp. Kawat tembaga

yang dipergunakan berdiameter 0,2mm dengan

jumlah lilitan yang bervariasi. Diameter kawat ini

dipilih sesuai dengan diameter kawat yang dipakai

dalam clamp bekas.


2/6

Tabel 1. Hasil percobaaan awal clamp buatan sendiri dibandingkan dengan clamp bekas

Gambar 2. Grafik dari tabel 1.

Hasil pengujian awal tidak didapat hasil yang

memuaskan. Tegangan yang terbaca kecil sekali atau

tidak stabil. Tabel 1 menunjukkan hasil pengukuran

dari clamp yang dibuat sendiri dibandingkan dengan

clamp bekas. Gambar 2 menunjukkan perbandingan

clamp buatan sendiri dengan bekas. Dari hasil

percobaan awal yang tidak memuaskan ini, maka

diputuskan untuk menggunakan clamp bekas.

Dari gambar 2 telihat bahwa respon clamp

buatan pabrik (bekas) lebih baik. Tegangan yang

dihasilkan oleh clamp bekas lebih besar sehingga

membuat pengolahan sinyal menjadi lebih mudah.

Pada percobaan selanjutnya, penambahan jumlah

lilitan kawat memang dapat memberikan hasil

tegangan yang hampir sama, tetapi hal ini membuat

clamp menjadi tidak efisien untuk dipergunakan.

Tegangan dari clamp tidak dapat digunakan

langsung karena akan terjadi drop tegangan. Oleh

karena itu diperlukan sebuah rangkaian buffer. Buffer

dibuat dari sebuah operational amplifier LM741

(National, 2005). Keluaran rangkaian buffer ini sama

besarnya dengan keluaran dari clamp dan ini masih

terlalu kecil untuk diolah lebih lanjut.

Sebagai tahap berikutnya, sinyal ini

dimasukkan ke dalam rangkaian amplifier untuk

memperbesar level tegangan. Sinyal yang diterima ini

masih berupa sinyal AC. Gambar 3 menunjukkan

rangkaian amplifier yang dipergunakan (Coughlin,

1985). Amplifier ini menggunakan gain = 7. Hal ini

akan dijelaskan kemudian.

Gambar 3. Rangkaian inverting amplifier

Sinyal AC tidak dapat dipergunakan

langsung oleh ICL 7107, sehingga harus diubah

dahulu menjadi sinyal DC. Untuk hal ini diperlukan

rangkaian penyearah, tetapi penyearah biasa tidak bisa

menyelesaikan masalah ini karena akan terjadi drop

tegangan pada diode. Oleh karena itu dipergunakan

rangkaian precision recitifier dengan menggunakan

operational amplifier. Gambar 4 menunjukkan

rangkaian precision rectifier yang dipergunakan.

Sebagai bagian akhir dipergunakan ADC

yang memiliki keluaran berupa 3 7-segment, yaitu

ICL 7107. IC ini dapat menerima input maksimal 2V,

oleh karena itu gain inverting amplifier diatur agar

sesuai dengan kebutuhan ICL 7107.


3/6

Gambar 4. Precision rectifier

Tabel 2. Hasil pengukuran di setiap titik

Gambar 5. Cara pengujian sistem

HASIL DAN PEMBAHASANPercobaan dilakukan dengan menggunakan

tegangan jala-jala yang diberi beban lampu yang

bervariasi sehingga arus yang mengalir pada kabel

juga bervariasi. Gambar 5 menunjukkan bagaimana

pengukuran dilakukan. Sebagai referensi

dipergunakan Fluke 73 karena memiliki tingkat

kepresisian yang tinggi (5 digit seven-segment).


4/6

Fluke 73 memiliki kemampuan pengukuran yang

tinggi karena mampu melakukan pengukuran dengan

4-wire (untuk hambatan kecil)

Tabel 2 menunjukkan hasil pengujian secara

keseluruhan pada setiap output. Untuk mendapat

gambaran yang lebih jelas terhadap pengujian ini,

dilakukan uji regresi terhadap keluaran setiap titikterhadap masukan yang ada.

Gambar 6 menunjukkan hasil regresi antara

hasil pengukuran Fluke 73 dengan keluaran clamp.

Telihat bahwa terdapat hubungan yang linier di antara

keduanya. Koefisien linieritas yang didapat juga

mendekati 1 (0.997)

Gambar 6. Regresi linier antara pengukuran Fluke 73

dengan keluaran clamp

Hasil regresi linier antara pengukuran Fluke

73 dengan keluaran inverting amplifier ditunjukkan

pada gambar 7. Fungsi pendekatan yang dihasilkan

juga memiliki error yang kecil, terlihat bahwa nilai r =

0.998. Nilai yang mendekati 1 ini menunjukkan

bahwa error pendekatan fungsi terhadap titik yang

sebenarnya kecil, berarti fungsi pendekatan itu dapat

dipergunakan.

Gambar 7. Regresi linier antara pengukuran Fluke 73

dengan keluaran inverting amplifier

Gambar 8 menunjukkan hasil regresi linier

antara pengukuran Fluke 73 dengan keluaran rectifier.

Hal ini perlu dilakukan untuk melihat apakah sinyal

DC keluaran rectifier masih berkorelasi dengan arus

yang diukur.

Gambar 8. Regresi linier antar pengukuran Fluke 73 dengan

keluaran rectifier

Gambar 9 menunjukkan hsail regresi linier

pengukuran Fluke 73 terhadap pembacaan 3 7-

segment dari ICL 7107. Karena keluaran dari rectifier

memberikan korelasi yang bagus, maka hal ini juga

didapatkan untuk ICL 7107.

Gambar 9. Regresi linier pengukuran Fluke 73 dan

pembacaan display ICL 7107.

Sebagai tahap akhir pengujian, diperlukan

informasi kesalahan dari sistem yang dibuat. Tabel 3

menunjukkan hasil pengujian ini. Pengujian dilakukan

seperti pada pengujian sebelumnya (lihat gambar 5).


5/6

Tabel 3. Hasil pengukuran error sistem

Dari tabel 3 dapat dilihat bahwa error rata-

rata sistem adalah 0,022615. Setiap jenis alat ukur

memiliki class yang dapat dihitung berdasarkan

(Tumbelaka, 1992), yaitu nilai erro rata-rata ini dibagi

dengan full scale pengukuran alat ukur itu dan

dikalikan 100. Dari hasil perhitungan didapatkan

bahwa alat ukur yang dibuat ini memiliki class 1,5. Ini

berarti alat ukur ini dapat dipergunakan di

laboratorium untuk pengukuran yang tidakmemerlukan ketelitian yang tinggi.

Gambar 10. Foto alat ukur

SIMPULAN

Pembuatan clamp pada sistem ini harusmemperhatikan jenis kawat yang dipergunakan

Pengujian pada setiap titik menunjukkan bahwaada hubungan yang linier antara arus yang diukur

dengan keluarn pada setiap titik. Bahkan pada

saat sinyal dimasukkan ke rectifier, hubungan ini

masih linier.

Penggunaan ADC dengan output 7-segmentsangat mempermudah karena ini berarti tidak

diperlukan sebuah microcontroller untuk

membaca dan menampilkan outputnya

Alat ukur ini memiliki class 1,5 yang artinyadapat dipergunakan di laboratorium untuk

pengukuran yang tidak terlalu tinggi ketelitiannya

Dalam pengukuran, harus diperhatikan posisikabel yang harus berada di tengah-tengah clamp.

Posisi kabel yang tidak berada di tengah clamp

akan berakibat nilai yang terbaca akan berubah-

ubah. Hal ini dikarenakan perubahan fluks yang

masuk pada kumparan berubah-ubah.

Fitur dari sistem yang telah dibuat:o Display 7-segment, tidak memerlukan

backlite untuk aplikasi malam hari

o Kelas alat ukur ini adalah 1,5 (dapatdipergunakan untuk keperluan sehari-hari

dan portable)

o Untuk mendapatkan range yang lebih besar,pengguna tinggal mengatur nilai tahanan Rf

pada amplifier (lihat gambar 3).

o Sistem diubat dengan menggunakankomponen yang mudah didapat di pasaran

sehingga dapat dibuat dengan mudah


6/6

DAFTAR RUJUKANCutnell, J. D. dan Kenneth W Johnson. 2001. Physics

5th

ed. New York

Coughlin, R. F. & Frederick F. Driscoll. 1985.

Penguat Operasional Dan Rangkaian Terpadu

Linier. (Herman Widodo Soemitro, Trans).

Jakarta: Erlangga.Intersil. 1998 ICL7107 Datashee.. Diakses 10 Agustus

2005.

http://www.datasheet4u.com/html/I/C/L/ICL71

07_IntersilCorporation.pdf.html>

National Semiconductor. 2005. LM741 Datasheet.

Diakses 10 Agustus 2005.

Tumbelaka, H. H. 1992. Pengukuran Listrik. Diktat

Kuliah. Universitas Kristen Petra, Surabaya

tang ampere meter

Documents