1
i ALATAN PENGUKURAN JULIA IZURA BINTI JOPELY ROSEMAWATI BINTI ISMAIL Politeknik Kota Bharu
ii Diterbitkan dan diedarkan oleh: Jabatan Kejuruteraan Elektrik Politeknik Kota Bharu KM. 24, Kok Lanas, 16450 Ketereh, Kelantan. Alatan Pengukuran Cetakan Pertama 2023 © 2023 Julia Izura Binti Jopely dan Rosemawati Binti Ismail Hak cipta terpelihara. Tidak ada bahagian dalam penerbitan ini yang dapat diterbitkan semula, disimpan dalam bentuk apa pun atau dengan cara apa pun, elektronik, mekanikal, fotokopi, rakaman atau sebaliknya tanpa izin bertulis terlebih dahulu dari pemegang hak cipta. Alatan Pengukuran / Julia Izura Binti Jopely dan Rosemawati binti Ismail.
iii PENGHARGAAN Syukur ke hadrat Ilahi di atas rahmat dan kurniaNya serta kekuatan yang telah diberikan kepada kami dalam menyiapkan buku ini. Dikesempatan ini, kami ingin merakamkan jutaan terima kasih kepada Ketua Jabatan Kejuruteraan Elektrik, Tuan Haji Mohd Kaswadi bin Abdul Ghani di atas kepercayaan yang diberikan kepada kami dalam melaksanakan tugas ini sehingga siap dihasilkan. Ucapan terima kasih juga kepada rakan-rakan seperjuangan yang telah banyak menyumbangkan idea dan tunjuk ajar serta meluangkan masa secara langsung dan tidak langsung dalam memantapkan kandungan buku ini. Julia Izura binti Jopely dan Rosemawati binti Ismail. Jabatan Kejuruteraan Elektrik Politeknik Kota Bharu KM 24, Kok Lanas, 16450 Ketereh, Kelantan
iv SINOPSIS Buku ini ditulis untuk memberi pengetahuan asas tentang alatan pengukuran elektrik kepada pelajar kejuruteraan elektrik terutamanya di politeknik dan institut teknikal yang lain. Dalam buku ini, penerangan yang disediakan mengenai teknik pengukuran asas, operasi, keupayaan dan had instrumen akan membimbing pengguna dalam memilih instrumen yang sesuai untuk pelbagai aplikasi. Buku ini mempunyai lima bab. Bab 1 merangkumi ciri-ciri asas pengukuran dan ralat. Dalam Bab 2 menerangkan tentang meter arus terus di mana segala penerangan mengenai meter untuk mengukur voltan, arus dan rintangan akan disediakan. Penerangan mengenai osiloskop pula dibincangkan dalam bab 3. Manakala untuk bab 4 pula, merangkumi konsep asas dan aplikasi litar tetimbang arus terus. Akhirnya dalam bab 5 pula adalah berkaitan dengan meter yang digunakan untuk mengukur penggunaan tenaga elektrik. Selain daripada teori, buku ini juga akan memaparkan rajah-rajah yang berkaitan dengan teori y dibincangkan.
v BIODATA PENULIS Julia Izura binti Jopely Rosemawati binti Ismail Penulis dilahirkan pada tahun 1983 di Pasir Mas, Kelantan pada tanggal 05 Disember 1983. Mendapat Pendidikan awal di SK Dato’ Abdul Hamid dan SM Perempuan Pasir Mas Kelantan. Merupakan anak kedua daripada tujuh orang adik beradik. Mendapat keputusan yang cemerlang pada peringkat SPM dan seterusnya melanjutkan pengajian pada peringkat matrikulasi. Pada tahun 2002, beliau telah menyambung pengajian dalam bidang Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan Elektrik (Telekomunikasi) dengan Kepujian dari Kolej Universiti Teknologi Tun Hussein Onn (KUiTTHO) dan seterusnya tahun 2006 dalam bidang Sarjana Pendidikan Teknik dan Vokasional dari Universiti Tun Hussein Onn (UTHM). Memulakan kerjayanya sebagai pensyarah di Politeknik Kuala Terengganu pada Jun 2008 dan kini bertugas di Politeknik Kota Bharu, Kelantan. Penulis dilahirkan pada tahun 1979 di Kota Bharu, Kelantan pada tanggal 23 Julai 1979. Mendapat Pendidikan awal di SK Padang Garong 2 dan SM Puteri Kota Bharu Kelantan. Merupakan anak ketiga daripada enam belas orang adik beradik. Mendapat keputusan yang cemerlang pada peringkat SPM. Pada tahun 2000, beliau telah menyambung pengajian dalam bidang Diploma Kejuruteraan Elektrik serta Pendidikan dari Kolej Universiti Teknologi Tun Hussein Onn (KUiTTHO). Memulakan kerjayanya sebagai pensyarah di Politeknik Kota Bharu pada Mac 2003. Pada tahun 2004 hingga 2010 bertugas di Politeknik Kuching, Sarawak dan kini bertugas di Politeknik Kota Bharu, Kelantan.
vi ISI KANDUNGAN PENGHARGAAN …………………………………………………………………………………………………………… iii SINOPSIS ……………………………………………………………………………………………………………………… iv BIODATA PENULIS ……………………………………………………………………………………………………….. v ISI KANDUNGAN ………………………………………………………………………………………………………….. vi BAB 1 PENGUKURAN DAN RALAT ……………………………………………………………………………….. 1 1.0 Pengenalan …………………………………………………………………………………………………. 1 1.1 Proses Pengukuran ……………………………………………………………………………………… 1 1.2 Elemen Pengukuran …………………………………………………………………………………….. 1 1.3 Terminologi Pengukuran …………………………………………………………………………..…. 2 1.4 Ralat dalam Pengukuran ………………………………………………………………………………. 4 1.5 Ciri-ciri Pengukuran ………………………………………………………………………………………. 8 1.6 Piawaian yang digunakan dalam Pengukuran ………………………………………………..10 BAB 2 METER ARUS TERUS …………………………………………………………………………………………… 13 2.0 Pengenalan …………………………………………………………………………………………………… 13 2.1 Gegelung Bergerak Magnet Kekal …………………………………………………………………. 14 2.2 Meter Arus AT ………………………………………………………………………………………………. 18 2.3 Meter Voltan AT …………………………………………………………………………………………… 26 2.4 Ralat Kesan Beban ……………………………………………………………………………………….. 35 2.5 Meter Ohm ………………………………………………………………………………………………….. 40 2.6 Meter Pelbagai …………………………………………………………………………………………….. 46 2.7 Meter Pengapit …………………………………………………………………………………………… 58
vii BAB 3 OSILOSKOP DAN PENJANA ISYARAT …………………………………………………………………… 62 3.0 Pengenalan ……………………………………………………………………………………………………62 3.1 Jenis-jenis dan Fungsi Osiloskop …………………………………………………………………… 62 3.2 Probe Osiloskop ……………………………………………………………………………………………. 64 3.3 Penentukuran Osiloskop ……………………………………………………………………………….. 65 3.4 Fungsi Kawalan Asas Osiloskop ……………………………………………………………………… 66 3.5 Penggunaan Osiloskop …………………………………………………………………………………… 77 3.6 Penjana Isyarat ………………………………………………………………………………………………. 86 BAB 4 LITAR TETIMBANG ARUS TERUS ……………………………………………………………………………. 89 4.0 Pengenalan …………………………………………………………………………………………………….. 89 4.1 Tetimbang Wheatstone ………………………………………………………………………………….. 90 4.2 Tetimbang Kelvin ……………………………………………………………………………………………. 96 BAB 5 METER TENAGA ……………………………………………………………………………………………………. 99 5.0 Pengenalan …………………………………………………………………………………………………….. 99 5.1 Meter Watt …………………………………………………………………………………………………….. 99 5.2 Meter Kilowatt Jam ………………………………………………………………………………………. 109 TUTORIAL …………………………………………………………………………………………………………………….. 110 Tutorial 1 : Pengukuran dan Ralat ……………………………………………………………………. 110 Tutorial 2 : Meter Arus Terus (AT) ……………………………………………………………………. 111 Tutorial 3 : Osiloskop Dan Penjana Isyarat ……………………………………………………….. 112 Tutorial 4 : Tetimbang Arus Terus ……………………………………………………………………. 114 Tutorial 5 : Meter Kuasa ………………………………………………………………………………….. 115
viii JAWAPAN TUTORIAL Tutorial 1 : Pengukuran dan Ralat ………………………………………………………………… 116 Tutorial 2 : Meter Arus Terus (AT) ………………………………………………………………… 117 Tutorial 3 : Osiloskop Dan Penjana Isyarat ……………………………………………………. 118 Tutorial 4 : Tetimbang Arus Terus ………………………………………………………………… 120 Tutorial 5 : Meter Kuasa ………………………………………………………………………………. 121 RUJUKAN ………………………………………………………………………………………………………………….. 124
1 BAB 1 : PENGUKURAN DAN RALAT 1.0 PENGENALAN Proses menentukan amaun, darjah atau kapasiti melalui perbandingan (langsung atau tidak langsung) dengan piawaian unit sistem yang digunakan. (Pengukuran elektronik, H.s Kalsi). 1.1 PROSES PENGUKURAN • Proses yang mana parameter fizikal boleh ditukar kepada nombor yang bermakna (Bhavani dan Vasantha). • Dengan kata lain, pengukuran anggaran parameter fizikal (kuantiti) oleh peranti ukuran (instrumen). 1.2 ELEMAN-ELEMAN DALAM SISTEM PENGUKURAN Dalam sistem pengukuran kita mempunyai tiga (3) elemen, iaitu: i. Elemen penderiaan utama atau transduser/sensor ● Mengesan dan menukar isyarat input kepada bentuk yang lebih mudah dan praktikal (contoh: isyarat elektrik) ii. Elemen manipulasi pembolehubah ● memproses isyarat transduser (isyarat elektrik) untuk menjadikannya sesuai untuk aplikasi pada elemen persembahan data iii. Elemen pembentangan data ● petunjuk nilai ukuran (peranti bacaan / paparan / rakaman dll).
2 Rajah 1.1 : Elemen manipulasi pembolehubah Rajah 1.2 : Elemen sistem pengukuran dalam meter analog 1.3 TERMINOLOGI PENGUKURAN Skala • Satu siri tanda pada selang masa yang tetap pada alat yang digunakan untuk mengukur. • Skala bergantung pada julat. Julat • Nilai minimum dan maksimum kuantiti yang direka bentuk untuk diukur oleh instrumen dipanggil julatnya.
3 • Contoh julat ammeter : 0mA hingga 5 mA Cara baca skala secara analog Rajah 1.3 : Skala dan julat meter analog
4 Contoh 1 Rajah 1.4 : Skala meter analog Rajah 1.4 menunjukkan panel skala berbilang analog meter. Apabila pemilih julat ditetapkan pada DC 2.5V, apakah i. Julat maksimum meter ii. Nilai bacaan satu skala iii. Bacaan voltan yang ditunjuk oleh penunjuk 1.4 RALAT DALAM PENGUKURAN Definisi ralat: • Sisihan/berbeza antara nilai sebenar (dikira) dan nilai kuantiti yang diukur. • Ralat boleh dinyatakan sama ada sebagai ralat mutlak atau sebagai peratusan ralat relatif Faktor yang mempengaruhi pengukuran adalah berkaitan dengan • Alat-alat pengukur • Orang yang menggunakan instrumen tersebut
5 Jenis-jenis ralat • Ralat Kasar • Ralat Sistematik • Ralat Rawak • Ralat Mutlak • Ralat Relatif Ralat Kasar Kebiasaan penggunaan instrumen yang salah adalah seperti kesilapan pada bacaan, rakaman data yang salah atau penggunaan instrumen yang salah boleh dikurangkan dengan cara bacaan dan sambungan meter yang betul. Ralat Sistematik ● Disebabkan masalah dengan instrumen, kesan alam sekitar atau ralat pemerhatian ● Kesilapan instrumen mungkin disebabkan oleh geseran dalam galas meter, tegangan spring yang tidak betul, penentukuran yang tidak betul atau instrumen yang rosak. ● Ralat persekitaran ialah Keadaan persekitaran di mana instrumen digunakan boleh menyebabkan ralat (Contoh : suhu tinggi/ tekanan / kelembapan/ medan elektrostatik atau elektromagnet yang kuat. • Ralat yang boleh diperhatikan ialah ralat yang diperkenalkan oleh pemerhati. Mungkin ralat paralaks dalam membaca skala meter dan ralat anggaran • Boleh dikurangkan: penyelenggaraan, penggunaan dan pengendalian instrumen yang betul dan meminimumkan kesan perisai magnetik tersebut.
6 Ralat Rawak • Ini adalah ralat yang kekal selepas ralat kasar dan sistematik telah dikurangkan dengan ketara. • Ralat ini disebabkan oleh sebab yang tidak diketahui. • Boleh diminimumkan (dikurangkan) • dengan mengambil banyak bacaan setiap instrumen dan dianalisis secara statistik (menentukan nilai min). Ralat Relatif • Ralat relatif ialah jumlah ralat yang anda alami berbanding dengan ukuran sebenar Contoh 2 Nilai jangkaan voltan merentasi perintang ialah 50V, namun pengukuran menghasilkan nilai 49V. Kirakan: a. Ralat mutlak b. Ralat relatif c. Peratusan ralat Penyelasaian a. Ralat mutlak = |− | dimana, = Ralat mutlak = Nilai yang dijangka
7 = Nilai yang diukur = |− | = |50 − 49| = 1 b. Ralat relatif = = − = = 1 50 = 0.02 c. Peratusan ralat. % = × 100 = 0.02 × 100% = 2%
8 1.5 CIRI-CIRI PENGUKURAN Ketepatan 1. Ketepatan sesuatu alat pengukur ialah kebolehan alat itu untuk memberi bacaanbacaan yang konsisten apabila kuantiti fizik yang sama diukur lebih daripada satu kali. 2. Ukuran bagi satu kuantiti adalah konsisten jika semuanya adalah hampir dengan satu sama lain. 3. Satu ukuran adalah lebih tepat jika sisihan relatifnya lebih kecil. 4. Ketepatan satu ukuran boleh ditambah dengan a. menggunakan kanta pembesar semasa membaca skala alat pengukur. Kanta pembesar membentukkan satu imej yang besar, maka skala itu dapat dilihat dengan lebih jelas. b. Mengelakan ralat paralaks. Kejituan Kejituan pengukuran ialah keadaan dimana nilai pengukuran yang paling hampir dengan nilai sebenar. 1. Kejituan pengukuran ialah keadaan dimana nilai pengukuran yang paling hampir kepada nilai sebenar. 2. Satu ukuran adalah lebih jitu sekiranya nilai yang diperolehi lebih hampir dengan nilai yang sebenar. 3. Perbezaan antara nilai ukuran dengan nilai sebenar dikenal sebagai ralat. 4. Kejituan suatu pengukuran boleh ditambah dengan a. menggunakan alat pengukuran yang lebih peka, b. mengambil beberapa bacaan ulangan, c. mengelakkan ralat paralaks dan ralat sifar. 5. Maksud ketepatan dan kejituan dapat dijelaskan dengan mengkaji tembakantembakan yang dilakukan oleh tiga orang peserta dalam pertandingan menembak.
9 Rajah 1.5 : Hubungan antara ketepatan dan kejituan Resolusi • Perubahan terkecil dalam pembolehubah yang diukur yang mana instrumen akan bertindak balas. • Ia sangat dekat dengan sensitivity Angka Bererti • Nombor ialah digit yang membawa makna yang menyumbang kepada ketepatannya • Contoh : 68Ω, 69Ω - dua angka bererti. • 68.0Ω, 67.9Ω - tiga angka bererti
10 1.6 PIAWAI YANG DIGUNAKAN DALAM PENGUKURAN a. Piawaian Antarabangsa b. Piawaian Utama c. Piawaian menengah d. Piawaian kerja Piawaian Antarabangsa • Tentukan mengikut perjanjian antarabangsa. • Mereka mewakili unit pengukuran tertentu kepada ketepatan yang paling hampir mungkin yang dibenarkan oleh teknologi pengeluaran dan pengukuran. • Dikekalkan di Biro Berat dan Sukatan antarabangsa di Paris • Contoh BSI(Institusi Standard British), IEC(suruhanjaya teknikal Elektro antarabangsa) dan ISO (Organisasi Antarabangsa untuk Standard) Jadual 1 : Kuantiti asas dan unit SI
11 Jadual 2 : Awalan SI Piawaian Utama • Dikekalkan di makmal piawaian kebangsaan di negara yang berbeza. • Tidak tersedia untuk digunakan di luar makmal kebangsaan. • Fungsi - penentukuran dan pengesahan piawaian sekunder. • CONTOH : SI : KG, PON. (L , GELEN) Piawaian Sekunder • Ia adalah piawaian rujukan asas yang digunakan dalam makmal pengukuran industri. • Setiap industri mempunyai piawaian sekundernya sendiri. Contoh: SIRIM, Timbang & Sukat kem. Perdagangan & perindustrian, Pusat penyelidikan pertahanan, universiti dan industri tempatan.
12 Piawaian kerja • Alat prinsip makmal pengukuran. • Ia digunakan untuk menyemak dan menentukur instrumen yang digunakan dalam makmal atau untuk membuat ukuran perbandingan dalam aplikasi industri. • Contoh : Makmal instrumentasi (Industri pembuatan perintang mengekalkan perintang piawaian di makmal untuk menyemak nilai perintang yang dihasilkan)
13 TOPIK 2 : METER ARUS TERUS 2.0 PENGENALAN ● Dalam instrumen analog elektrik, menggunakan jenis prinsip yang berbeza seperti GBMK/D’Arsonval, Besi Bergerak, Elektrodinamometer, Wayar Panas, Termokopel, Jenis Aruhan dan Elektrostatik. ● Gegelung bergerak magnet kekal (GBMK) adalah salah satu instrumen yang popular digunakan dan mempunyai pelbagai aplikasi. ● Instrumen Gegelung Bergerak digunakan untuk mengukur kuantiti AT tetapi boleh digunakan pada sistem AU apabila disuap melalui penerus jambatan.
14 2.1 GEGELUNG BERGERAK MAGNET KEKAL (GBMK) Rajah 2.1: Binaan Gegelung bergerak magnet kekal Prinsip Operasi Gegelung Bergerak Magnet Kekal ● Apabila arus mengalir melalui gegelung, ia menghasilkan medan magnet yang berkadar dengan arus. ● Daya kilas pesongan (Td) dihasilkan oleh tindakan elektromagnet arus dalam gegelung dan medan magnet. ● Daya kilas kawalan (Tc) disediakan oleh lingkaran spring. Spring ini berfungsi sebagai sambungan fleksibel kepada konduktor gegelung. ● Daya kilas redaman disebabkan oleh arus pusar yang ditetapkan dalam gegelung aluminium yang menghalang ayunan gegelung.
15 ● GBMK mempunyai pelbagai kegunaan dalam meter jenis analog seperti ammeter, voltmeter, ohmmeter dan lain lain Carta 1 : Prinsip Operasi GBMK ● Sistem pesongan – Sistem ini menyediakan daya kilas pesongan berkadar dengan kuantiti yang akan diukur dan menggerakkan penunjuk dari kedudukan sifarnya apabila arus mengalir. ● Sistem Kawalan - Daya pengawalan adalah sama dan bertentangan dengan daya kilas pesongan untuk menjadikan pesongan penunjuk berkadar dengan magnitud kuantiti yang hendak diukur. Daya juga membawa penunjuk kembali ke kedudukan sifar apabila daya dikeluarkan. ● Sistem Redaman –menyediakan daya kilas redaman supaya penuding cepat sampai ke kedudukan keadaan mantap akhir tanpa sebarang ayunan atau ayunan. Alatan GBMK Pesongan Magnet Memesongkan penunjuk dari kedudukan sifar Kawalan Spring Pilin Mengekalkan gegelung pada sifar Redaman Bekas Aluminium Meminimumkan ayunan
16 Memesong & Mengawal Daya Kilas Rajah 2.2 : Binaan GBMK Daya Kilas Redaman Kekurangan redaman menyebabkan penunjuk berayun Rajah 2.3 : Daya Kilas Redaman
17 Lengkung Redaman a. Over Damp Meter penunjuk akan bergerak perlahan ke arah kedudukan akhir mereka. Nilai akan kurang daripada nilai sebenar ( nilai salah). b. Under Damp Meter penunjuk akan berayun dalam masa yang lama sebelum berhenti pada kedudukan terakhirnya dan sukar untuk mendapatkan nilai yang tepat c. Critical Damp Meter penunjuk untuk mencapai tetap (nilai sebenar) tanpa ayunan dalam masa yang singkat, membaca dengan cepat dan tepat. Graf 1 : Lengkung Redaman
18 2.2 METER ARUS AT Rajah 2.4 : Meter Arus AT Litar Meter Arus AT Julat Tunggal Rajah 2.5 : Litar Meter Arus AT Julat Tunggal METER ARUS AT (Julat Tunggal) METER ARUS AT (Berbilang Julat) R SH V m Rm V Im I I
19 RSH = Rintangan pirau Rm = Rintangan dalaman/rintangan gegelung ISH = Arus pirau Im /Ifsd = Arus meter/ Arus pesongan skala penuh I = Arus julat Fungsi Rintangan Pirau, Rsh Dalam Meter Arus AT • Litar meter arus AT boleh dibina menggunakan GBMK dengan menyambungkan perintang selari dengan pergerakan meter. • Perintang selari dipanggil perintang pirau dan fungsinya untuk mengawal jumlah arus yang melalui pergerakan meter. • Oleh itu rintangan pirau dan GBMK boleh dianggap sebagai membentuk litar pembahagi arus.
20 Persamaan Derivasi Untuk Perintang Pirau Dalam Meter Arus Julat Tunggal AT • Pergerakan meter 2mA dengan rintangan dalaman 100Ω akan ditukar kepada 0-150 mA. Kira nilai rintangan pirau yang diperlukan. RSH Vm Rm VSH Im ISH I
21 = − = − = 1.351 150 2 2 100 I I . m m S H S H m S H R m m mx R I R R
22 Meter Ampere Pelbagai Julat • Perintang diletakkan selari untuk memberikan julat arus yang berbeza. • Kemudian, ia menjadi dua rintangan pirau Rsh1 dan Rsh2 dan akan memberikan dua julat berbeza Ish1 dan Ish2 . • Suis pemilih S ialah suis berbilang kedudukan digunakan untuk menukar julat. • Suis S juga melindungi pergerakan meter daripada menjadi rosak semasa perubahan julat. • Apabila suis, S disambungkan pada Rsh1, rintangan pirau Rsh1 dan Rm disambung secara selari. • Menggunakan hukum Ohm V=IR, kerana ia berada dalam sambungan selari, • Vm= penurunan voltan merentasi Rm adalah sama. • Vsh1= penurunan voltan merentasi Rsh1 • Rsh1 = ImRm / I1 - Im
23 ● Apabila suis, S disambungkan pada Rsh2, rintangan pirau Rsh2 dan Rm disambung secara selari. ● Menggunakan hukum Ohm V=IR, kerana ia adalah dalam sambungan selari, ● Vm= penurunan voltan merentasi Rm adalah sama. ● Vsh2= penurunan voltan merentasi Rsh2 ● Rsh2 = ImRm / I2 - Im
24 Contoh 1 Reka bentuk miliammeter dc dua julat dengan meter asas yang mempunyai rintangan 75Ω dan pesongan skala penuh untuk arus 2mA. Julat yang diperlukan ialah 0-10mA dan 0-50mA. Penyelesaian: Julat pertama ialah 0-10mA Berikan I1 = 10mA, Im = 2mA dan Rm =75Ω Rsh1 = ImRm / I1 - Im Rsh1 = 2m(75)/(10m-2m) = 18.75Ω Julat kedua ialah 0-50mA Berikan I2 = 50mA, Im = 2mA dan Rm =75Ω Rsh2 = ImRm / I2 - Im Rsh2 = 2m(75)/(50m-2m) = 3.125Ω
25 Meter Ampere AT Pelbagai Julat (Pirau Ayrton) R3 R2 R1 Rm 1 2 3 Jika input disambungkan ke kedudukan 1, ia boleh dinyatakan sebagai : Di mana = arus pirau untuk keadaan ini, jika masukan disambungkan ke kedudukan 2, Masukan disambungkan ke kedudukan 3,
26 2.3 METER VOLTAN AT Rajah 2.6 : Meter Volt AT METER VOLT AT Julat Tunggal METER VOLT AT (Pelbagai julat)
27 Litar Meter Volt AT Julat Tunggal Rajah 2.7 : Litar Meter AT Julat Tunggal Rs = Perintang Pendarab / Perintang Siri Im = Arus meter/arus pesongan skala penuh Rm = Rintangan dalaman/rintangan gegelung V = Julat voltan
28 Fungsi Rintangan Pendarab, Rs Dalam Meter Volt AT Meter voltan asas boleh dibina daripada instrumen gegelung bergerak magnet kekal dengan menyambungkan perintang secara bersiri dengan meter. ● Perintang Siri dikenali sebagai rintangan pendarab (Rs). ● Tujuan rintangan pengganda adalah untuk memanjangkan julat meter voltan dan untuk mengehadkan aliran arus melalui meter GBMK kepada arus pesongan skala penuh maksimum. Persamaan Derivasi Untuk Perintang Siri Dalam Meter Volt AT Julat Tunggal Daripada Hukum Kirchoff Voltan, V = Vs + Vm V = ImRs + ImRm ImRs = V - ImRm Rm V Rs = − Im Contoh 2
29 Instrumen gegelung bergerak dengan pesongan skala penuh 50µA dan rintangan dalaman 500Ω digunakan sebagai voltmeter. Tentukan nilai rintangan pendarab yang diperlukan untuk mengukur julat voltan 0 – 10V. = = − = − = − k x A Rm V Rs 199.5 0.2 10 500 500 50 10 Im 6
30 Meter Volt AT Julat Pelbagai Perintang diletakkan secara bersiri untuk memberikan julat voltan yang berbeza. • Suis pemilih S ialah suis berbilang kedudukan ialah digunakan untuk menukar julat. • Apabila S =V1 (julat voltan maksimum) R1 + R2 bertindak sebagai rintangan pengganda, Rs • Apabila suis S = V2 (julat voltan terendah) hanya R2 bertindak sebagai rintangan pendarab, Rs Litar Meter Volt AT Julat Pelbagai Dalam kedudukan V2 (julat voltan terendah), rintangan pendarab hanya R2, V2 = Im (R2 + Rm) R2 + Rm = V2/Im R2 = V2/Im – Rm …………(1)
31 Dalam kedudukan V1 (julat voltan maksimum), rintangan pendarab ialah R1 dan R2, V1 = Im (R1 + R2 + Rm) R1 + R2 + Rm = V1/Im R1 = V1/Im – Rm – R2 …………(2)
32 Contoh 3 Instrumen gegelung bergerak dengan rintangan dalaman 50Ω dan arus pesongan skala penuh 2mA akan digunakan sebagai voltmeter dua julat. Reka bentuk rintangan pendarab untuk mendapatkan julat voltan 0 – 10V dan 0 – 50V.
33 Pengukuran Arus Dan Voltan Dalam Litar Rajah 2.8: Cara ukur arus dan voltan Nilai sebenar Arus, I = 30µA Julat Fungsi 10µA x 25µA x 50µA √ 100µA √ Jadual 1 : Nilai arus
34 Nilai sebenar voltan merentasi RL = 21V Julat Fungsi 10V x 20V x 50V √ 100V √ Jadual 2: Nilai arus Litar Asas Pengukuran Arus Dan Voltan Rajah 2.9 : Litar ringkas Rajah 2.10: Pengukuran arus
35 Rajah 2.11 : Pengukuran voltan 2.4 RALAT KESAN BEBAN Meter yang sempurna tidak akan mempunyai kesan pemuatan, tetapi semua meter mempunyai beberapa kesan pemuatan pada litar yang di ukur. ● Apabila voltmeter disambungkan ke litar, ia akan merendahkan rintangan berkesan litar dan menukar bacaan voltan ● Jumlah rintangan akan berkurangan, jadi voltan merentasi komponen juga akan berkurangan. Ini dipanggil pemuatan voltmeter. ● Ralat yang terhasil dipanggil ralat/kesan memuatkan. Pemuatan voltmeter boleh dikurangkan dengan menggunakan voltmeter kepekaan tinggi. ● Untuk litar rintangan tinggi-gunakan voltmeter kepekaan tinggi untuk mengelakkan kesan pemuatan. ● Sekiranya, litar rintangan rendah, kesan pemuatan adalah kurang.
36 Litar Kesan Beban Rajah 2.12 : Litar kesan beban
37 Rajah 2.13 : Litar kesan beban Jadual 3 : Kesan beban JULAT (V) (V) RALAT BEBAN (V) RALAT METER (V) JUMLAH RALAT (V) % RALAT 5 4.78 - 0.22 ± 0.05 ± 0.27 ± 5.36 10 4.88 - 0.12 ± 0.1 ± 0.22 ± 4.40 30 4.95 - 0.05 ± 0.3 ± 0.35 ± 6.10
38 Contoh 4 Litar siri ringkas R1 dan R2 disambungkan kepada sumber DC 100V. Jika voltan merentasi R2 hendak diukur dengan voltmeter mempunyai kepekaan 1000 Ω/V. Pada kepekaan 20000 Ω/V, cari voltmeter yang akan membaca nilai voltan yang tepat merentasi R2. Andaikan kedua-dua meter digunakan pada julat 50V. Penyelesaian: Voltan Benar merentasi rintangan R2 10K X 100V = 50V 10K+10K Voltmeter mempunyai kepekaan 1000 Ω/V, Rm = S x V Ia mempunyai rintangan 1000 Ω/V X 50V = 50KΩ pada julat 50V
39 Req (Rm//R2)= 10K X 50K = 8.33KΩ 10K + 50K Voltan merentasi V2 = Req X V R1 + Req 8.33K X 100V = 45.43V 10K+ 8.33K b) Voltmeter mempunyai kepekaan 20000 Ω/V, Ia mempunyai rintangan 20000 Ω/V X 50V = 1MΩ pada julat 50V Req = 10K X 1M = 9.9KΩ 10K + 1M Voltan merentasi V2 = Req X V R1 + Req 9.9K X 100V = 49.74V 10K+ 9.9K
40 Jadi voltmeter kedua membaca dengan lebih tepat. Oleh itu voltmeter kepekaan tinggi memberikan bacaan yang lebih tepat, walaupun julat voltan untuk kedua-dua meter adalah sama. 2.5 METER OHM Meter Ohm adalah satu alat yang digunakan untuk mengukur nilai rintangan, serta membuat pengujian keterusan pada litar elektrik dan komponen. Meter Ohm terbahagi kepada dua jenis iaitu meter Ohm jenis siri dan meter Ohm jenis pirau. Meter Ohm Jenis Siri Rajah 2.14 : Litar Meter Ohm Rajah 2.15 : Skala Meter Ohm
41 Rajah 2.16 : Cara sambungan Meter Ohm pada litar R1 = Perintang Arus Terhad R2 = Perintang Pelarasan Sifar Rx = Perintang tidak diketahui Rm = Meter Perintang