Alat Ukur Kumparan putar

1. Struktur alat ukur kuparan putar

Alat ukur kumparan putar adalah alat pengukur, yang bekerja atas dasar adanya suatu kumparan listrik, yang ditempatkan pada medan magnet, yang berasal dari suatu magnet pemanen. Arus yang dialirkan melalui kumparan akan menyebabakan kumparan tersebut berputar. Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang penting yang dipakai untuk bermacam arus, yaitu arus searah, arus bolak-balik.

Pada dasarnya Alat kumparan putar ini terdiri dari dua bagian yaitu bagian yang bergerak dan bagian yang diam. Bagian yang bergerak terdiri dari kumparan putar, jarum penunjuk dan beban penyeimbang. Sedangkan bagian yang diam terdiri dari medan karena magnet permanen, pegas atau per serta penyangga.

Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus terhadap kumparan putar. Kumparan diletakkan di antara magnet permanent pada suatu inti besi yang berbentuk silinder agar arah dari medan magnet selalu tegak lurus terhadap kumparan putar. Beban penyeimbang diletakkan di belakang jarum penunjuk yang berfungsi sebagai penyeimbang sehingga poros penyangga jarum penunjuk berada tepat di titik beratnya.

Tujuan diberikannya beban penyeimbang ini adalah untuk mengurangi gesekan serta goncangan pada jarum penunjuk ketika menyimpang atau berdefleksi. Magnet permanent yang diberikan berguna untuk membangkitkan medan magnet di sekitar kumparan putar dan akan menimbulkan momen gerak pada kumparan putar apabila dialiri arus. Penyangga pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk menahan berat kumparan putar beserta jarum penunjuknya. Gesekan yang terjadi antara penyangga (jewel) dengan poros perputarannya (pivot) harus diusahakan sekecil mungkin. Pegas atau per yang dipasang pada alat ukur kumparan putar ini berfungsi untuk memberikan momen perlawanan terhadap momen gerak sehingga didapat suatu keseimbangan momen atau gaya pada harga penunjuknya.

2. Prinsip Kerja

Prinsip kerja alat ukur kumparan ini adalah adanya gaya pada penghantar berarus yang diletakkan pada medan magnet (berdasarkan percobaan Lorentz). Pada alat ukur kumparan putar pada umumnya terdapat baterai yang memungkinkan arus searah melalui alat ukur tersebut saat probe dihubungkan sehingga kemudian jarum penunjuknya bergerak. Simpangan atau defleksi jarum penunjuk terjadi karena adanya interaksi antara arus dan medan magnet pada kumparan putar. Arus pada kumparan putar mengakibatkan gaya elektromagnetis yang memiliki arah tertentu sehingga jarum menyimpang sebesar q.

Simpangan dinyatakan dengan momen gerak

Td = BnabI

Dengan

B = medan magnet di celah udara

a= panjang kumparan

b= lebar kumparan

n= banyaknya lilitan

Pegas yang dipasangkan pada jarum penunjuk akan memberikan reaksi yang berbanding lurus dengan sudut rotasi sumbu dan berusaha untuk menahan perputaran dengan momen control

Tc = τ θ

Apabila jarum penunjuk menyimpang dengan sudut akhir q maka terjadi keadaan seimbang dimana Td = Tc.

3. Kelebihan dan Kelemahan

a. Kelebihan:

 Memerlukan daya rendah

 Dapat dimodifikasi dengan bantuan shunt dan tahanan seri untuk memperbesar batas ukur arus dan tegangan

 Peredaman dengan arus sangat efektif

 Karena medan yang bekerja pada alat ukur sangat kuat, alat ukur tidak banyak dipengaruhi oleh medan magnet luar.

b. Kelemahan:

 Karena kontruksi yang bagus dan perlunya kecermatan permesinan dan perakitan dari berbagai suku cadang, alat ukur ini lebih mahal.

 Beberapa kesalahan (error) terjadi karena pegas control dan magnet permanent yang sudah tua atau lama pemakaiannya

Alat ukur ini pada umumnya hanya digunakan rangkaian listrik searah tetapi kadang-kadang juga digunakan dengan diberi penyearah atau sambungan thermo untuk pengukuran listrik bolak-balik pada batas-batas frekuensi tertentu. Alat ukur kumparan putar jenis magnet permanent ini dapat dipakai sebagai ammeter dengan bantuan tahanan shunt atau sebagai voltmeter dengan bantuan tahanan shunt atau dengan bantuan tahanan seri yang besar.

4. Pengukur Arus (Ammeter) kumparan putar

Alat ukur kumparan putar pada dasarnya adalah alat pengukur arus atau pengukur amper. Arus yang dapat dialirkan melalui kumparan putar dibatasi lebih kurang di bawah 30 mA. Hal ini disebabkan alat-alat putarnya tidak dapat terlalu berat sehingga kawat-kawat penghantar dari kumparan tidak terlalu tebal. Harga maksimum yang dapat diukur oleh pengukur ampare ini lebih kecil dari kira-kira 30 mA.

Agar pengukur ampare ini dapat melakukan pengukuran arus yang lebih besar dari 30 mA, maka dapat dilakukan dengan menambahkan suatu hambatan yang dihubungkan parallel pada kumparan putar.  Jika tahanan total pada kumparan putar dan pegas-pegas pengontrol disebut R1, sedangkan arus yang diukur adalah I, kemudian arus yang masuk ke dalam kumparan disebut dengan I” maka akan berlaku persamaan –persamaan berikut:

I = m I" 𝑚 = 𝑅1 + 𝑅2 𝑅2 m adalah harga factor perkalian (multiplikasi) dari shunt.

Walaupun arus yang masuk sebenarnya ke dalam kumparan putar adalah I’, tapi harga skala yang diberikan sesuai dengan arus I sehingga memungkinkan untuk pengukur ampere dengan tahanan shunt ini untuk mengukur arus sebesar m kali lebih besar. Sebagai contoh, bila diberikan tahanan shunt sebesar 5,005 mW dan dipasang parallel dengan suatu kumparan putar pengukur arus yang mempunyai harga skala maksimum 100 mA dan tahanan dari alat putarnya (pegas) sebesar 5 kW maka faktor perkalian yang diperoleh adalah sebesar

𝑚= 5.000+5,0055,005=1.000’

Sehingga arus yang diuukur adalah

I = m I '= 1.000x100 = 100mA.

5. Pengukur Tegangan (Voltmeter) kumparan putar

Konfigurasi dasarnya adalah dengan menghubungkan suatu tahananan seri dengan kumparan putar alat ukur arus dimana arus secara langsung masuk ke dalam kumparan putar.Jika tahanan dari kumparan putar adalah R1 dan tahanan seri yang dipasang adalah R2, maka jika tegangan yang akan diukur diletakkan di ujung dari alat ukur tegangan tersebut, maka arus I akan mengalir melalui kumparan putar dan dipenuhi persamaan sebagai berikut:

V = (R1+R2) I

Jadi walaupun arus yang mengalir melalui kumparan putar adalah I, namun jarum penunjuk akan menunjukkan skala berupa tegangan V.

Sebagai contoh, jika terdapat suatu tahanan yang mempunyai harga 7,5 kW dihubungkan secara seri dengan suatu kuparan putar yang mempunyai harga skala maksimal 4 mA dan tahanan dalam sebesar 3 W maka diperoleh

V = (3 + 37.500)0,004 = 150 V pada I = 4mA

Sehingga telah diperoleh pengukur tegangan dengan skala maksimal 150 V.