alat ukur listrik

Alat ukur listrik

(galvanometer)

1. Pengertian

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 . 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)

Sejarah galvanometer dapat ditelusuri kembali ke tahun 1820, ketika fisikawan Denmark – Hans Christian Oersted mencatat bahwa jarum magnetik akan dibelokkan seperti itu ketika mengalami kontak dengan arus listrik. Pengamatan oleh Oersted kemudian menjadi prinsip dasar dari kerja sebuah galvanometer. Pada tahun yang sama, fisikawan Jerman – Johann Schweigger bekerja dengan prinsip ini, dan dengan kemunculan galvanometer pertama. Hak untuk penemuan galvanometer bergerak-kumparan pertama, yang banyak digunakan saat ini, jatuh pada fisikawan Prancis – Jacques Arsene D’Arsonval. Beberapa tahun kemudian, Edward Weston cukup membuat beberapa perubahan untuk desain ini, dan melakukan improvisasi.

Galvanometers adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur arus dalam perangkat listrik dan mereka telah digunakan sejak listrik ditemukan. Galvanometers telah berubah banyak dalam desain, teknik pengukuran namun tujuan dasar adalah sama yaitu untuk mengukur arus. Galvanometers modern menggunakan elektronika digital extreemly efisien untuk melakukan pengukuran. Galvanometers juga digunakan untuk mengamati teknik-teknik lama dari teknik-teknik modern yang telah berevolusi.

 

1. Prinsip kerja

Galvanometer bekerja berdasarkan gaya Lorentz. Gaya dimana gerak partikel akan menyimpang searah dengan gaya lorentz yang mempengaruhi. Arah gaya Lorentz pada muatan yang bergerak dapat juga ditentukan dengan kaidah tangan kanan dari gaya Lorentz (F) akibat dari arus listrik, I dalam suatu medan magnet B. Ibu jari, menunjukan arah gaya Lorentz . Jari telunjuk, menunjukkan arah medan magnet (B). Jari tengah, menunjukkan arah arus listrik (I). Untuk muatan positif arah gerak searah dengan arah arus, sedang untuk muatan negatif arah gerak berlawanan dengan arah arus.

 

 

Cara kerjanya galvanometer sama dengan motor listrik, tapi karena dilengkapi pegas, maka kumparannya tidak berputar. Karena muatan dalam magnet dapat berubaha karena arus listrik yang mengalir ke dalamnya. Galvanometer pada umumnya dipakai untuk arus searah, tetapi prinsipnya menggunakan konstruksi kumparan putar. 

 

Cara kerja galvanometer, yaitu berputarnya kumparan karena munculnya dua gaya Lorents sama besar tetapi berlawanan arah, yang bekerja pada dua sisi kumparan yang saling berhadapan. Kawat tembaga dililitkan pada inti besi lunak berbentuk silinder membentuk statu kumparan, dan diletakkan diantara diantara kutub-kutub sebuah magnet hermanen. Arus listrik memasuki dan meninggalkan kumparan melalui pegas spiral yang terpasang di atas dan di bawah kumparan. Maka sisi kumparan yang dekat dengan kutub utara dan kutub selatan mengalami gaya Lorente yang sama tetapi berlawanan arah, yang akan menyebebkan kumparan berputar. Putaran kumparan ditahan oleh kedua pegas spiral, sehingga kumparan hanya akan berputar dengan sudut tertentu. Putaran dari kumparan diteruskan oleh sebuah jarum untuk menunjuk pada skala tertentu. Angka yang ditunjukkan oleh skala menyatakan besar arus listrik yang diukur.

 

1. Jenis galvanometer

Galvanometer suspensi

Pengukuran-pengukuran arus searah sebelumnya menggunakan galvanometer dengan sistem gantungan. Sebuah kumparan kawat halus digantung di dalam medan magnet yang dihasilkan sebuah magnet permanen. Menurut hukum dasar gaya elektro mgnetik kumparan tersebut akan berputar di medan magnet bila di aliri oleh arus listrik.
gantungann kumparan yang terbuat dari serabut halus berfungsi sebagai pembawa arus dari dan kekumparan, dan ke elastisan serabut tersebut membangkitkan suatu torsi yang melawan perputaran kumparan. Kumparan akan teru berdefleksi sampai gaya elektromagnetiknya mengimbangi torsi mekanis lawan dari gantungan. Sebuah cermin dipasang pada kumparan menyimpngkan seberkas cahaya dan menyebabkan sebuah bintik cahaya yang telah diperkuat bergerak bergerak di atas skala pada suatu jarak dari instrumen. Efek optiknya adalah sebuah jarum penunjuk yang panjang tetapi massanya nol.

Teori galvanometer

Dalam dunia kelistrikan, Galvanometer sejenis dengan ammeter / amperemeter dan merupakan suatu alat yang digunakan untuk mendeteksi dan mengukur arus yang melalui suatu cabang. Kebanyakan galvanometer menggunakan prinsip momen yang  berlaku pada kumparan di dalam medan magnet. Galvanometer akan menghasilkan perputaran jarum penunjuk sebagai hasil dari arus listrik yang mengalir melalui lilitannya.

 

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.

 

Teori Galvanometer

Galvanometer selalu berorientasi sehingga letak kumparan selalu paralel dengan garis magnetik meridian lokal, yang tak lain adalah komponen horisontal B_H dari medan magnetik bumi. Saat arus mengalir melalui kumparan galvanometer, medan magnet lain (B) tercipta dan posisinya tegak lurus dengan kumparan. Kekuatan medan magnetnya dirumuskan sebagai:

 

Dimana

I adalah arus dalam satuan ampere,

n adalah jumlah lilitan kumparan

r adalah jari-jari kumparan.

 

Kedua medan magnet yang saling tegak lurus akan menghasilkan resultan secara vektor dan jarum penunjuk akan menunjuk arah resultan kedua vektor tersebut dengan sudut:

 

Dari hukum tanget, , dengan kata lain.

 

atau

 

atau , dimana K disebut sebagai faktor reduksi dari tangen galvanometer.

Salah satu masalah dengan tangen galvanometer adalah resolusi degradasinya berada pada arus tinggi dan arus rendah (coba lihat grafik tangen). Resolusi maksimum didapatkan saat θ bernilai 45°. Saat nilai θ dekat dengan 0° atau 90°, perubahan prosentase signikikan di aliran arus akan mengakibatkan jarum bergerak beberapa derajat.