Instrumentasi Penguji Elektronik

Alat ukur Instrumen 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 pemahaman pengetahuan yang memadai tentang konsep – konsep teoritisnya.
Meter Digital
Semua jenis meter digital pada dasarnya diubah dalam bentuk voltmeter digital (DVM), terlepas dari kuantitas yang dirancang dalam mengukur. Multimeter digital juga merupakan voltmeter digital yang berisi beberapa sirkuit konversi, sehingga memungkinkan pengukuran tegangan, arus dan resistansi dalam satu instrumen.
Meter digital telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan untuk akurasi pengukuran tinggi dan kecepatan lebih cepat dari respon terhadap perubahan tegangan yang bisa dicapai dengan instrumen analog. secara teknis meter analog lebih unggul di hampir segala hal. Namun, memiliki biaya yang lebih besar karena biaya produksi lebih tinggi dibandingkan dengan meter analog. Sifat biner dalam output dari instrumen digital dapat segera diterapkan pada layar yang berupa angka diskrit. Di mana operator manusia diperlukan untuk mengukur dan sinyal rekor level tegangan, bentuk output membuat kontribusi penting untuk keandalan pengukuran dan akurasi.
Multimeter Digital
Multimeter merupakan alat ukur yang paling banyak dipergunakan oleh para praktisi, hobist dan orang yang bekerja berkaitan dengan rangkaian listrik dan elektronika. Multimeter dapat dipergunakan untuk mengukur besaran listrik, seperti : hambatan, arus, tegangan. Karena dirancang untuk mengukur tiga besaran tersebut, maka multimeter sering disebut AVO meter (Amper Volt Ohm). Ada beberapa fungsi multimeter, yaitu sebagai berikut :
Mengukur hambatan (Ohmmeter),
Mengukur arus (Ampermeter),
Mengukur tegangan (Voltmeter).
Adapun fungsi tambahan dari suatu multimeter adalah sebagai berikut :
Amperemeter AC
Penguji diode
Penguji transistor
Pengukur temperature
Pengukur kapasitansi
Bagian-bagian Multimeter Digital
Pencacah/peraga
Bagian ini terdiri pencacah 3 ½ digit, memory, decoder dan piranti peraga. Bagian ini memiliki input, count, transfer dan reset. Dari bagian pencacah juga memberikan keluaran untuk mengontrol fungsi pengukuran analog.
Control Logic
Bagian ini berfungsi membangkitkan pulse yang diperlukan oleh rangkaian untuk perputaran masukan, dihitung dan mengontrol fungsi pencacah.
Master Lock
Rangkaian ini terdiri Kristal osilator, pembagi frekuensi untuk pewaktuan semua pengukuran.
Pembentuk gelombang masukan (Input wave shaper)
Rangkaian ini difungsikan selama pengukuran frekuensi, perioda mengubah sinyal masukan ke dalam bentuk yang tepat untuk dihubungkan ke rangkaian logic.
Time Control
Fungsi bagian ini digunakan untuk memulai dan menghentikan pencacah pada saat pengukuran.
Voltmeter dan pengubah Analog ke Digital
Bagian ini berisi rangkaian impedansi masukan yang tinggi, penyearah, pengubah tegangan ke waktu dual-ramp digunakan untuk pengukuran tegangan dan resistansi.

Unit Resistansi dan Kapasitansi
Terdiri dari sumber arus digunakan untuk pengukuran resistansi dan kapasitansi, juga rangkaian yang diperlukan untuk mengubah kapasitansi ke dalam fungsi waktu. Hubungan pengawatan antar blok tergantung fungsi yang akan dibangun.Pengawatan tergantung fungsi yang diinginkan.

Prinsip Dasar Pengukur Multimeter Digital
Voltmeter
Digital voltmeter (DVM) menggunakan sebuah pengubah tegangan analog ke digital (ADC) kemudian tegangan masukan DC diolah menjadi bentuk biner yang dikodekan dalam decimal (BCD). Kebanyakan voltmeter digital atau digital multimeter menerapkan integrator dual-slope sebagai rangkaian ADC, karena DVM dualslope atau DMM relative lebih tahan terhadap nois tegangan masukan, juga kesalahan kecil. Dalam sistem DMM dengan pengubah analog ke digital dual ramp (atau dual slope) yang banyak digunakan ditunjukkan pada gambar 3. Penguat Op Amp A1, R1 dan C1 merupakan kombinasi rangkaian integrator. Pada saat siklus pengukuran dimulai kapasitor C1 melakukan pengosongan muatan. Tegangan masukan integrator dihubungkan ke masukan tegangan negatip (- V1), sehingga kapasitor C1 mulai mengisi dengan arus – (V1/R1). Sementara itu keluaran integrator V01 mulai naik meninggalkan nol dan pencacah mulai menghitung pulsa clock dari pembangkit sinyal clock 100 KHz. Pengisian muatan C1 berlangsung sampai perhitungan pencacah mencapai 2000 ( misal untuk 2K/100K atau 20ms). Pada akhir perioda ini beda tegangan kapasitor C1 akan menjadi sama dengan ;

Jadi, V1T1 = Vref T2 atau Vi = (T1/T2) Vref.

Ohmmeter
Sistem pengukuran resistansi ditunjukkan pada gambar 5. Metode yang digunakan dengan melewatkan arus pada R yang tidak diketahui besarnya, kemudian diukur besarnya tegangan drop pada R tersebut. Oleh karena itu sistem ini hanya dapat digunakan untuk mengukur R dalam cakupan 100? Sampai 100K? dengan tingkat ketelitian yang cukup.

Pengukuran Frekuensi
Sinyal yang akan diukur frekuensinya kita hubungkan ke rangkaian input wave shaper, dalam bagian ini sinyal diperkuat atau dibatasi tergantung besarnya amplitude sinyal masukan. Kemudian sinyal diubah ke dalam bentuk (A) gelombang kotak dengan tegangan 5 Vp-p. Frekuensi mater clock (B) mempunyai perioda yang sama dengan durasi perhitungan yang dipilih. Misalnya jika durasi penguuran dipilih 10 ms, dipilih frekuensi 100Hz. Gerbang penghitung akan terbuka untuk waktu benar, frekuensi clock dibagi dua (C) sebelum diterapkan ke gerbang penghitung dan juga untuk mengontrol rangkaian pembangkit pulsa untuk membangkitkan komando store atau reset.
Asumsikan bahwa pencacah telah diatur nol, urutan operasinya sebagai berikut. Gerbang pencacah dilumpuhkan untuk satu perioda clock dengan keluaran dibagi dua. Shaped input waveform dihubungkan ke pencacah sehingga menghitung jumlah siklus selama satu perioda clock. Pada akhir perioda sinyal pewaktu berada pada ujung menuju negatip (C) menyebabkan generator pulsa membangkitkan dua pulsa berturut turut. Pulsa pertama mengkomando (E) pencacah untuk menyimpan dan memperagaan keadaan bagian penghitung. Pulsa kedua (F) mereset bagian penghitung sehingga keadaan nol untuk operasi pada siklus berikutnya. Proses ini akan restart bila sinyal pewaktu ( C) kembali berayun ke positip. Dengan demikian maka peraga hasil hitungan akan selalu diupdate sengan frekuensi masukan yang konstan dihasilkan pembacaan yang stabil.

Meter  Analog
Alat Ukur Kumparan Putar
Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang bekerja atas dasar prinsip kumparan listrik yang ditempatkan dalam medan magnet yang berasal dari magnet permanen. Alat ukur jenis ini tidak terpengaruh magnet luar, karena telah memiliki medan magnet yang kuat terbuat dari logam alniko yang berbentuk U.
Prinsip kerja alat ukur kumparan putar menggunakan dasar percobaan Lorentz. Percobaan Lorentz dikatakan, jika sebatang penghantar dialiri arus listrik berada dalam medan magnet, maka pada kawat penghantar tersebut akan timbul gaya. Gaya yang timbul disebut dengan gaya Lorentz.

Gambar 7. Menggambarkan magnet permanen yang berbentuk seperti tapal kuda yang dilengkapi dengan sepatu kutub. Diantara sepatu kutub ditempatkan sebuah inti dengan lilitan kawat yang dapat bergerak dan berputar dengan bebas melalui poros. Pada waktu melakukan pengukuran, arus mengalir pada kumparan dan menyebabkan adanya magnet. Magnet tersebut ditolak oleh medan magnet tetap. Berdasarkan hukum tangan kiri Fleming, kumparan tersebut akan berputar sehingga jarum penunjuk akan bergerak atau menyimpang dari angka nol. Semakin besar arus yang mengalir dalam kumparan, makin kuatlah gaya tolak yang mengenai kumparan dan menyebabkan penyimpangan jarum bergerak semakin jauh. Jika arus yang mengalir pada kumparan adalah I amper, maka besarnya gaya pada tiap sisi kumparan adalah :
F = B .I . l Newton
Dengan pengertian :
B = kerapatan fluks dalam Wb/m2
l = panjang kumparan dalam meter

Alat Ukur Besi Putar

Alat ukur tipe besi putar adalah sederhana dan kuat dalam konstruksi. Alat ukur ini digunakan sebagai alat ukur arus dan tegangan pada frekuensi – frekuensi yang dipakai pada jaringan distribusi. Instrumen ini pada dasarnya ada dua buah bentuk yaitu tipe tarikan (attraction) dan tipe tolakan (repulsion). Cara kerja tipe tarikan tergantung pada gerakan dari sebuah besi lunak di dalam medan magnit, sedang tipe tolakan tergantung pada gaya tolak antara dua buah lembaran besi lunak yang telah termagnetisasi oleh medan magnet yang sama.
Apabila digunakan sebagai ampermeter, kumparan dibuat dari beberapa gulungan kawat tebal sehingga ampermeter mempunyai tahanan yang rendah terhubung seri dengan rangkaian. Jika digunakan sebagai voltmeter, maka kumparan harus mempunyai tahanan yang tinggi agar arus yang melewatinya sekecil mungkin, dihubungkan paralel terhadap rangkaian. Kalau arus yang mengalir pada kumparan harus kecil, maka jumlah kumparan harus banyak agar mendapatkan amper penggerak yang dibutuhkan.

Untuk tipe tarikan, terlihat bahwa jika lempengan besi yang belum termagnetisasi digerakkan mendekatai sisi kumparan yang dialiri arus, lempengan besi akan tertarik di dalam kumparan. Hal ini merupakan dasar dalam pembuatan suatu pelat dari besi lunak yang berbentuk bulat telur, bila dipasangkan pada batang yang berada diantara "bearings" dan dekat pada kumparan, maka pelat besi tersebut akan terayun ke dalam kumparan yang dialiri arus. Kuat medan terbesar berada ditengah - tengah kumparan, maka pelat besi bulat telur harus dipasang sedemikian rupa sehingga lebar gerakannya yang terbesar berada di tengah kumparan.
Untuk tipe tolakan, Apabila arus yang akan diukur dilewatkan melalui kumparan, maka akan membangkitkan medan magnit memagnetisir kedua batang besi. Pada titik yang berdekatan sepanjang batang besi mempunyai polaritas magnit yang sama. Dengan demikian akan terjadi gaya tolak menolak sehingga penunjuk akan menyimpang melawan momen pengontrol yang diberikan oleh pegas. Gaya tolak ini hamper sebanding dengan kuadrat arus yang melalui kumparan; kemanapun arah arus yang melalui kumparan, kedua batang besi tersebut akan selalu sama – sama termagnetisasi dan akan saling tolak-menolak.

Alat Ukur Elektrodinamis
Alat ukur elektrodinamis adalah sebuah alat ukur kumparan putar, medan magnit yang dihasilkan bukan dari magnit permanen, tetapi oleh kumparan tetap/berupa kumparan diam didalamnya. Alat ukur elektrodinamis dapat dipergunakan untuk arus bolakbalik maupun arus searah, kelemahannya alat ukur tersebut menggunakan daya yang cukup tinggi sebagai akibat langsung dari konstruksinya. Karena arus yang diukur tidak hanya arus yang mengalir melalui kumparan putar, tetapi juga menghasilkan fluksi medan. Untuk menghasilkan suatu medan magnit yang cukup kuat diperlukan gaya gerak magnit yang tinggi, dengan demikian diperlukan sumber yang mengalirkan arus dan daya yang besar pula. Prinsip kerja dari alat ukur elektrodinamis diperlihatkan pada gambar 10, kumparan putar M ditempatkan diantara kumparankumparan tetap (fixed coil) F1 dan F2 yang sama dan saling sejajar. Kedua kumparan tetap mempunyai inti udara untuk menghindari efek histerisis, bila instrumen tersebut digunakan untuk sirkuit ac. Jika arus yang melalui kumparan tetap I1 dan arus yang melalui kumparan putar I2. Karena tidak mengandung besi, maka kuat medan dan rapat flux akan sebanding terhadap I1.
Jadi : B = k . I1

Di mana :
B : Rapat flux
k : kontanta

Alat Ukur Elektrostatis
Alat ukur elektrostatis banyak dipergunakan sebagai alat ukur tegangan (volt meter) untuk arus bolak-balik maupun arus searah, khususnya dipergunakan pada alat ukur tegangan tinggi. Pada dasarnya kerja alat ukur ini adalah gaya tarik antara muatan-muatan listrik dari dua buah pelat dengan beda tegangan yang tetap. Gaya ini akan menimbulkan Momen penyimpang, bila beda tegangan ini kecil, maka gaya ini akan kecil sekali. Mekanisme dari alat ukur elektrostatis ini mirip dengan sebuah capasitor variabel; yang mana tingkah lakunya bergantung pada reaksi antara dua benda bemuatan listrik (hukum coulomb).

Gaya yang merupakan hasil interaksi tersebut, pada alat ukur ini dimanfaatkan untuk penggerak jarum penunjuk. Salah satu konfigurasi dasar alat ukur elektrostatis diperlihatkan gambar 11. Pelat X dan Y membentuk sebuah kapasitor varibel. Jika X dan Y dihubungkan dengan titik-titik yang potensialnya berlawanan (Vab), maka antara X dan Y akan terjadi gaya tarik-menarik; karena X dan Y mempunyai muatan yang sama besarnya, tetapi berlawanan (hukum coulomb).
Gaya yang terjadi ini dibuat sedemikian rupa hingga bisa menimbulkan Momen (momen putar) yang digunakan untuk menggerakkan jarum pada pelat X ke kanan. Jika harga Vab semakin besar, maka muatan kapasitor semakin bertambah; dengan bertambahnya muatan ini akan menyebabkan gaya tarik menarik menjadi besar pula, sehingga jarum akan bergerak ke kanan. Momen putar yang disebabkan oleh gaya tersebut akan dilawan oleh gaya reaksi dari pegas.
Apabila Momen dari kedua gaya ini sudah sama/seimbang, maka jarum yang berada pada pelat X akan berhenti pada skala yang menunjukkan harga Vab. Untuk menentukan Momen (momen putar) yang dibangkitkan oleh tegangan yang masuk adalah sebagai berikut : misal simpangan jarum adalah 2, jika C adalah kapasitansi pada posisi tersimpang, maka muatan instrumen akan menjadi CV coulomb. Dimisalkan tegangannya berubah dari V menjadi V + dV, maka akibatnya 2, C, dan Q akan berubah menjadi 2+ d2; C + dC dan Q+ dQ. Sekarang energi yang tersimpan dalam medan elektrostatis akan bertambah dengan :
dE = d (1/2 CV2) = 1/2 V2 . dC + CV . dV joule
Keterangan :
dE : Energi yang tersimpan
CV : Muatan instrument

Multimeter Analog
Dasar multimeter elektronik analog dapat dikelompokkan ke dalam tiga bagian utama yaitu jaringan pengukuran, rangkaian penguat dan penggerak meter analog (seperti jenis PM-MC). Dalam kasus pengukuran arus dan tegangan jaringan kerja berupapembagi tegangan yang membatasi tegangan yang diberikan pada penguat terutama berkaitan dengan pengaturan cakupan instrumen.

Multimeter Elektronik Fungsi Tegangan DC
Voltmeter elektronik menggunakan penggerak meter analog yang dikendalikan oleh suatu rangkaian elektronik seimbang seperti ditunjukkan pada gambar 13 di bawah ini.

Multimeter Elektronik Fungsi Tegangan AC
Rangkaian dasar voltmeter elektronik seperti di atas hanya digunakan untuk tegangan DC. Untuk memenuhi kebutuhan pengukuran tegangan AC beberapa bagian harus ditambahkan pengubah tegangan AC ke DC.

Rangkaian penyearah ditunjukkan pada gambar 14. Menggunakan rangkaian Op-Amp sebagai penyearah presisi. Karakteristik non linier dari dioda PN-junction D1 dan D2 dalam arah maju memberi umpan balik negatip. Low pass filter mengeluarkan pulsa DC diumpankan ke rangkaian analog penyeimbang atau Voltmeter ke digital. Kebanyakan voltmeter AC dikalibrasi dalam rms, ini tidak akan terbaca harga rms sebenarnya, tanpa sinyal masukan berbentuk gelombang sinus murni.

Multimeter Elektronik Fungsi Ohm
Jika arus konstan mengalir pada R yang tidak diketahui, nilai tegangan drop pada R akan memberikan data yang tidak diperlukan untuk dihitung nilai resistansinya dengan persamaan RX = V/I sesuai dengan rangkaian ohmmeter elektronik dapat dibentuk seperti dalam gambar 15. arus keluaran dari sumber arus konstan dan besarnya penguat tegangan dari penguat DC diatur dengan saklar pemilih sehingga dapat mengakomodasi pengukuran resistansi skala penuh dari milli ohm hingga mega ohm.
Ohmmeter menggunakan baterai 1,5V atau lebih akan memberi bias maju dioda bila instrument digunakan dalam rangkaian solid state, mengingat rangkaian 15. menggunakan level tegangan rendah tidak mampu memberi bias maju dioda. Bila demikian ohmmeter elektronik menjadi pilihan untuk digunakan menguji komponen yang membutuhkan tegangan bias seperti dioda, transistor. Beberapa Voltmeter elektronik yang diproduksi meliputi skala Ohmmeter daya tinggi sehingga dapat digunakan untuk pengetesan dioda dan transistor.

Tabung Sinar Katoda (CRT)
Komponen utama CRT untuk pemakaian pada umumnya berisi:
Senapan elektron yang terdiri dari katoda, filamen, kisi pengatur, anoda pemercepat
Perlengkapan pelat defleksi horisontal dan vertical
Layar flouresensi
Tabung gelas dan dasar tabung.
Senapan elektron menghasilkan suatu berkaselektron sempit dan terfokus secara tajam pada saat meninggalkan senapan pada kecepatan yang sangat tinggi dan bergerak menuju layar flourescent. Pada saat elektron membentur layar energi kinetic dari elektron-elektron berkecepatan tinggi diubah menjadi pancaran cahaya dan berkas menghasilkan suatu bintik cahaya kecil pada layar CRT. Dalam perjalanannya menuju layar, berkas elektron melalui diantara dua pelat defleksi elektrostatik sehingga berkas akan dibelokkan ke arah resultante defleksi horisontal dan vertikal sehingga membentuk jejak gambar pada layar sesuai dengan tegangan masukan.

Bila berkas elektron membentur layar CRT yang berlapiskan fosfor akan menghasikan bintik cahaya. Bahan dibagian dalam CRT berupa fosfor sehingga energy kinetik tumbukan elektron pada layar akan menyebabkan perpendaran cahaya. Fosformenyerap energi kinetik dari elektron-elektron pembombardir dan memancarkan kembali energy tersebut pada frekuensi yang lebih rendah dalam spektrum cahaya tampak. Bahan-bahan flourescen memiliki karakteristik fosforesensi yaitu memancarkan cahaya walaupun sumber eksitasi telah dihilangkan. Lama waktu cahaya yang tinggal setelah bahan yang bersinar hilang disebut ketahanan atau persistansi. Ketahanan  biasanya diukur berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh bayangan CRT agar berkurang ke suatu persistansi tertentu biasanya 10 persen dari keluaran cahaya semula.
Intensitas cahaya yang dipancarkan CRT disebut luminansi tergantung beberapa faktor. Pertama intensitas cahaya dikontrol oleh jumlah elektron pembombardir yang membentur layar setiap detik. Jika arus berkas diperbesar atau arus berkas dengan jumlah yang sama dipusatkan pada daerah yang lebih kecil dengan mengurangi ukuran bintik maka luminansi akan bertambah. Kedua luminansi bergantung pada energi benturan elektron pembombardir pada layar, energi benturan dapat ditingkatkan melalui penambahan tegangan pada anoda pemercepat.
Ketiga luminansi merupakan fungsi waktu benturan berkas pada permukaan lapisan fosfor ini berarti kecepatan penyapuan akan mempengaruhi luminansi. Akhirnya luminansi merupakan fungsi karakteristik fisik dan fosfor itu sendiri. Oleh karena itu hampir semua pabrik melengkapi pembeli dengan pilihan bahan fosfor, tabel di bawah ini menyajikan karakteristik beberapa fosfor yang lazim digunakan.

Pengukuran Resistansi Dan Induktansi

Nama : Alfandi Gulo
NIM : 4133240004
Jurusan : Fisika 2013
M. kuliah : Instrumentasi Elektronika

PENGUKURAN RESISTANSI DAN INDUKTANSI
PENGUKURAN RESISTANSI
Pengukuan  resistansi  dapat  dilakukan  dengan  mudah,  namun  kelemahannya adalah  kurang  akurat.  Pengukuran  resistansi  yang  lebih  baik  dapat  dilakukan dengan cara:

Metode Ammeter danVoltmeter
Salah satu cara untuk mengukur resistansi menggunakan metode ammeter dan voltmeter adalah dengan rangkaian sbb.

Menggunakan rangkaian di atas, maka nilai resistansi dapat diperoleh dengan rumusan:

Oleh karena besarnya R sama dengan E/I, maka adanya Iv menimbulkan eror pada perhitungan besarnya R. Namun jika I >>> Iv, maka eror ini dapat diabaikan. Rangkaian yang pertama ini akan mengukur besarnya scr akurat jika R mempunyai nilai yang jauh lebih kecil dari pada resistansi voltmeter, sehingga Iv <<< I dan

Cara lain utk mengukur resistansi adalah menggunakan rangkaian berikut.

Menggunakan rangkaian di atas, maka nilai resistansi dapat diperoleh dengan rumusan:

Oleh karena besarnya R sama dengan E/I, maka adanya EA menimbulkan eror pada perhitungan besarnya R. Namun jika E >>> EA, maka eror ini dapat diabaikan. Rangkaian yang kedua ini akan mengukur besarnya scr akurat jika R mempunyai nilai yang jauh lebih besar drpd resistansi ammeter, sehingga EA <<< E dan

Metode Substitusi
Pengukuran resistansi dengan metode subtitusi dilakukan dengan cara yg diilustrasikan dengan dua gambar berikut.

Pada gambar (a), sebuah resistor yg tdk diketahui besarnya dihubung seri dengan ammeter, lalu dicatat penunjukkan skala ammeter yang ditunjuk. Kemudian resistor yg tdk diketahui besarnya tadi diganti dgn suatu variable resistor presisi (decade resistor box) seperti pd gambar (b). Awalnya variable resistor hrs berada pd posisi nilai tertinggi, lalu diatur sdmk shg ammeter menunjuk pd skala yg sama spt yg ditunjuk pd saat digunakan gambar (a). Maka dgn dmk besarnya resistansi dapat diketahui yaitu sama dgn besarnya resistansi yg ditunjuk oleh variable resistor.

Jembatan Wheatstone
Pengukuran resistansi yg sangat akurat dpt dilakukan menggunakan jembatan Wheatstone. Gambar berikut menunjukkan jembatan Wheatstone yg terdiri atas resistor yg tdk diketahui besarnya (R), dua buah resistor presisi P dan Q, sebuah resistor yg dapat diatur S, dan sebuah galvanometer G. Catu daya E akan menghasilkan arus yg mengalir melalui resistor.
Untuk menentukan resistansi R, variable resistor diatur hingga galvanometer menunjuk angka nol atau tegangan nol.

Rangkaian jembatan Wheatstone

Arus dan tegangan jatuh pada rangkaian jembatan Wheatstone
Saat galvanometer menunjuk nol, maka tegangan pada setiap terminalnya akan sama besar, sehingga
Vp=Vq dan Vr=Vs
Oleh karena tdk ada arus yg mengalir pada galvanometer, maka I1 mengalir melalui P dan R, dan I2 mengalir melalui Q dan S, sehingga
IrR=I2S
IrP=I2Q
Dan
atau
Yang memberikan nilai resistansi R:

Karena S, P, dan Q nilainya diketahui dgn akurat maka besarnya resistansi R dapat ditentukan dgn akurat pula. Terlihat bahwa tegangan catu E tdk muncul pd perhitungan sehingga besarnya tegangan catu tdk mempengaruhi sensitivitas jembatan Wheatstone.

PENGUKURAN INDUKTANSI
Jembatan Perbandingan Induktansi
Rangkaian jembatan perbandingan i nduktansi diperlihatkan pada gambar berikut. Induktansi yang tidak diketahui dinyatakan dalam L s dan Rs (menggunakan rangkaian ekivalen seri). L1 adalah induktor standar dan R1adalah resistor variabel standar untuk menyeimbangkan R s, sedangkan R3, dan R4 adalah resistor standar. Keadaan seimbang dicapai dengan cara mengatur R1dan R3 atau R4.

Saat jembatan berada dalam keadaan seimbang maka:

Atau

Sehingga dengan menyamakan bagian riil dari persamaan di atas maka diperoleh:

Jembatan Maxwell
Kapasitor standar murni yang akurat lebih mudah dibuat daripada inductor standar. Karena itu seringkali digunakan kapasitor standar untuk mengukur induktansi daripada menggunakan induktor standar. Jembatan Maxwell (atau juga dikenal sebagai jembatan Maxwell -Wein) diperlihatkan pada gambar berikut. Dalam rangkaian tsb, kapasito r standar C3 dihubung paralel dengan resistor variabel R3. R1 adalah resistor standar variabel, R4 juga dapat menggunakan resistor variabel (dapat diatur). L s dan Rs adalah induktansi yang akan diukur. Jembatan Maxwell paling sesuai digunakan untuk menguku r koil (lilitan) dengan faktor Q rendah (yaitu jika  Ls tidak terlalu besar dibandingkan Rs).

Dengan menyamakan bagian Imajinernya maka diperoleh

Jembatan Induktansi Hay
Jembatan Hay sama dengan jembatan Maxwell, kecuali bahwa R 3 dan C3 dihubung secara paralel dan induktansi yang akan diukur dinyatakan dalam rangkaian paralel LR.

Dengan menyamakan bagian Imajinernya maka diperoleh

Q Meter
Q meter digunakan untuk mengukur faktor Q dari lilitan dan untuk mengukur induktansi, kapasitansi, dan resistansi pada frekuensi radio (RF). Rangkaian dasar dari sebuah Q meter diperlihatkan pada gambar berikut.

Q meter terdiri atas capasitor variabel, sumber tegangan ac yang dapat diatur frekuensinya, dan koil (lilitan) yang akan diketahui faktor Q -nya. Semua komponen dihubungkan secara seri. Tegangan kapasitor V C dan tegangan sumber E dipantau dengan voltmeter. Tegangan sumber diset ke frekuensi yang dikehendaki dan kapasitor C diatur supaya terjadi resonansi (ditandai dengan tegangan C maksimum).
Pada keadaan resonansi maka :
Vc=Vl dan juga dan

Sensor Dan Transduser

Sensor Elektronika dan Transduser

1.        Pengertian Sensor dan Transduser

Sensor dan transduser merupakan peralatan atau komponen yang mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah  sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah besaran fisis tertentu menjadi besaran listrik equivalent yang siap untuk dikondisikan ke elemen berikutnya. Sensor dapat dianalogikan sebagai sepasang mata manusia yang bertugas membaca atau mendeteksi data/ informasi yang ada di sekitar. D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Contohnya antara lain yaitu, kamera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance) sebagai sensor cahaya, dan lainnya.

Tranduser berasal dari kata “traducere”dalam bahsa latin yang berarti mengubah sehingga tarnduser dapat didefinisikan sebagai suatu piranti yang dapat mengubah suatu energy ke bentuk energy lain. Sedangkan William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas). Contohnya saja yaitu generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

Transduser (Inggris: transducer) adalah sebuah alat yang mengubah satu bentuk daya menjadi bentuk daya lainnya untuk berbagai tujuan termasuk pengubahan ukuran atau informasi (misalnya, sensor tekanan). Transduser bisa berupa peralatan listrik, elektronik, elektromekanik, elektromagnetik, fotonik, atau fotovoltaik. Dalam pengertian yang lebih luas, transduser kadang-kadang juga didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal lainnya.Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato, menjadi vibrasi mekanis. Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara kita, bunyi, atau energi akustik menjadi sinyal atau energi listrik.

Suatu definisai mengatakan “transducer adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh energi di dalam sebuah sitem transmisi, menyalusrkan energi dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi kedua”. Transmisi kedua ini bisa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau termal (panas).

Sebagai contoh, definisi transducer yang luas ini mencakup alat-alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik. Alat-alat ini membentuk kelompok transducer yang sangat besar dan sangat penting yang lazim ditemukan dalam instrumentasi industri; dan ahli instrumentasi terutama berurusan dengan jenis pengubahan energi ini. Banyak parameter fisis lainnya (seperti panas, intensitas cahaya, kelembaban) juga dapt diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan transducer.

Transducer-transducer ini memberikan sebuah sinyal keluaran bila diransang oleh sebuah masukan yang bukan mekanis; sebuah transmistor bereaksi terhadap variasi temperatur; sebuah fotosel bereaksi terhadap perubahan intensitas cahaya; sebuah berkas elektron terhadap efek-efek maknetik, dan lain-lain. Namun dalam semua hal, keluaran elektris yang diukur menurut metoda standar memberikan besarnya besaran masukan dalam bentuk ukuran elektris analog.

2.    Jenis-Jenis Sensor

a.      Sensor aktif

Sensor aktif merupakan sensor yang mendeteksi pantulan atau emisi radiasi elektromagenetik dari sumber energi buatan yang biasanya dirancang dalam rangkaian yang memakai sensor.

b.      Sensor pasif

Sensor pasif merupakan sensor yang mendeteksi respon radiasi elektromagnetik dari obyek yang dipancarkan dari sumber alami.

3.    Contoh-contoh Sensor

a.      Sensor cahaya

Sensor cahaya adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Sensor sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggi intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya. Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima. Dipasaran sudah begitu luas penggunaan nya.

Ø LDR (Light Dependent Resistor)

LDR adalah sebuah resistor dimana nilai resistansinya akan berubah jika dikenai cahaya.

Ø  Photo Dioda

Photo dioda adalah sebuah dioda yang apabila dikenai cahaya akan memancarkan electron sehingga akan menalirkan arus listrik. Fotodioda adalah jenis diode yang berfungsi mendeteksi cahaya. Fotodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Fotodioda merupakan sebuah dioda dengan sambungan pn yang dipengaruhi cahaya dalam kerjanya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh fotodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi fotodioda mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

  

Ø  Phototransistor

Foto transistor merupakan jenis transducer foto yang dapat merubah besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari foto transistor tersebut disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus listrik yang akan lewat bagian kolektor dan emiter foto transistor tersebut, kemudian arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan dari variabel yang akan diukur.Phototransistor adalah sebuah transistor yang apabila dikenai cahaya akan mengalirkan electron sehingga akan terjadi penguatan arus seperti pada sebuah transistor.

Aplikasi dari foto transistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya. Berikut ini adalah salah satu bentuk rangkaian aplikasi foto transistor sebagai penggerak relay.

b.      Sensor suara

Sensor suara adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran suara menjadi besaran listrik, dan dipasaran sudah begitu luas penggunaannya. Komponen yang termasuk dalam Sensor suara yaitu: Microphone,Micropone adalah komponen elektronika dimana cara kerjanya yaitu membran yang digetarkn oleh gelobang suara akan menghasilkan sinyal listrik.

c.       Sensor Suhu

Sensor suhu adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran suhu menjadi besaran listrik dan dipasaran sudah begitu luas penggunaannya. Komponen yang termasuk dalam sensor suhu yaitu:

Ø  NTC adalah komponen elektronika dimana jika dikenai panas maka tahanan nya akan naik.

Ø  PTC adalah komponen elektronika dimana jika terkena panas maka tahannanya akan semakin turun.

Ø  Termokopel

Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple (T/C), resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor. Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas.

Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Sedangkan IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.

Contoh gambar rangkaian sensor suhu

d.      Sensor Proximity

Sensor proximity merupakan sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target jenis logam dengan tanpa adanya kontak fisik. Biasanya sensor ini tediri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil atau lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar.

e.       Sensor Magnet

Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap.

f.        Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil.

g.                  Sensor Tekanan

Sensor tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.

h.                  Sensor Kecepatan(RPM)

Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatu generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

i.                    Sensor Penyandi (encoder)

Sensor Penyandi ( Encoder ) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan ( yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran ) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut ( yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut ) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.

Persyaratan umum sebuah sensor adalah :

Ø Linieritas

Linieritas adalah masukan(inputan) dan keluaran (output) harus berbanding lurus.

Ø Sensitivitas

Sensitivitas adalah sesuatu hal yang akan menunjukan sensor kita itu peka atau tidaknya.linieritas sebuah sensor biasanya akan mempengaruhi sensitivitas sensor tersebut.

Ø Tanggapan waktu

Tanggapan waktu pada sebuah sensor menunjukan seberapa cepat sensor kita cepat tanggap terhadap perubahan masukan (input).

4.    Jenis-Jenis Transduser

a.       Transduser pasif

Yaitu tranduser yang dapat kerja bila mendapat energi tambahan dari luar.

b.      Transduser Aktif

Yaitu transduser yang bekerja tanpa tambahan energi dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.

5.    Pemilihan Transduser

Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini:

Ø  Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi pada beban lebih.

Ø  Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan-keluaran yang linier.

Ø  Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan.

Ø  Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama.

Ø  Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam kondisi lingkungan yang sama.

Ø  Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan. Diantara beberapa karakteristik transduser di atas, akan dibahas lebih mendalamtentang linieritas.

6.    Klasifiasi Transduser

a.                   Self generating transduser

Self generating transduser adalah transduser yang hanya memerlukan satu sumber energi. Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic, termistor, dsb. Ciri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari transduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai sumber tegangan.

b.                  External power transduser

External power transduser adalah transduser yang memerlukan sejumlah  energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran. Contoh: RTD (resistance thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier variable differential transformer), Potensiometer, NTC, dsb.

Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Potensiometer	Perubahan nilai tahanan karena posisi kontak bergeser	Tekanan, pergeseran/posisi
Strain gage	Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar	Gaya, torsi, posisi
Transformator selisih (LVDT)	Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo	Tekanan, gaya, pergeseran
Gage arus pusar	Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat	Pergeseran, ketebalan
Parameter listrik dan kelas transduser	Prinsip kerja dan sifat alat	Pemakaian alat
Sel fotoemisif	Emisi elektron akibat radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif	Cahaya dan radiasi
Photomultiplier	Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katode sensitif cahaya	Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya
Termokopel	Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi	Temperatur, aliran panas, radiasi
Generator kumparan putar (tachogenerator)	Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnet yang membangkitkan tegangan || Kecepatan, getaran
Piezoelektrik	Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar	Suara, getaran, percepatan, tekanan
Sel foto tegangan	Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar	Cahaya matahari
Termometer tahanan (RTD)	Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur || Temperatur, panas
Hygrometer tahanan	Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air	Kelembaban relatif
termistor	Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperature	Suhu

7.    Perbedaan Sensor dan Transduser

Transduser itu adalah suatu alat yang fungsinya itu mengubah suatu energi ke energi lain, salah satu contohnya adalah sensor.Transduser juga dibagi dua yaitu transduser aktif dan pasif. Transduser aktif adalah transduser yang dapat bekerja meskipun tidak energi dari luar, contohnya adalah potensiometer dia membutuhkan energi listrik untuk mengubah volume (di speaker aktif), transduser pasif adalah transduser yang bekerja apabila ada energi dari luar contohnya adalah termokopel yang bekerja jika suhu sekitar berbeda dengan suhu pembanding maka termokopel akan langsung menghasilkan arus listrik.(contoh2 transduser gambar). Contoh – contoh transduser adalah:

Ø  Transduser temperature

Adalah transduser yang menghasilkan tegangan atau arus tertentu sesuai perubahan suhu tertentu.

Termokopel

Ø  Transduser Gaya / tekanan.

(strain gauge)

Adalah Transduser yang menghasilkan tegangan tertentu ketika tekanan benda berubah.

Ø  Transducer Kelembaban

Lembap berarti kondisi yang terdiri dari udara dan uap air. Tingkat kelembapan ditentukan oleh perbandingan antara persentase uap air di udara.Hygrometer adalah transducer yang menghasilkan sinyal keluaran berdasarkan pada tingkat kelembapan.

higrometer

Sensor itu merupakan jenis transduser yang mengubah energi panas,suhu,sinar dll menjadi energi listrik.contohnya adalah pada termokopel (sensor suhu) yang berfungsi sebagai pembanding antara suhu referensi sama suhu ruangan/suhu yang mau dibandingkan dengan menggunakan sebuah konduktor dan jika suhu referensi dengan suhu yang dibandingkan berbeda akan timbul tegangan listrik..(contoh sensor) aktif pasif. Contoh aktif dan pasif (sensitifitas, linearitas).

      8.      Aplikasi

Berdasarkan Aplikasinya, Transduser dapat dibagi menjadi beberapa jenis, diantaranya adalah :

Ø  Transducer Electromagnetic, seperti Antenna, Tape Head/Disk Head, Magnetic Cartridge.

Ø  Transducer Electrochemical, seperti Hydrogen Sensor, pH Probes.

Ø  Transducer Electromechanical, seperti Rotary Motor, Potensiometer, Air flow sensor, Load cell.

Ø Transducer Electroacoustic, seperti Loadspeaker, Earphone, Microphone, Ultrasonic Transceiver.

Ø  Transducer Electro-optical, seperti Lampu LED, Dioda Laser, Lampu Pijar, Tabung CRT.

Ø  Transducer Thermoelectric, seperti komponen NTC dan PTC, Thermocouple.