KESALAHAN PENGUKURAN PADA TEGANGAN

KESALAHAN PENGUKURAN PADA TEGANGAN

Jumran, Nurul Qadri, Anny Yusliani Yusuf

UNIVERSITAS ISLAM NEGERI ALAUDDIN MAKASSAR

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN

Abstrak

Telah dilakukan praktikum elektronika dengan judul “Kesalahan Pengukuran Tegangan”. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Jurusan Pendidikan Fisika. Praktikum ini bertujuan untuk menjelaskan terjadinya kesalahan ukur pada pengukuran tegangan, menjelaskan pengaruh pembebanan pada tegangan dan menghitung kesalahan dari pengukuran tegangan. Variabel yang diukur pada praktikum ini adalah tegangan pada masing-masing resistor. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa untuk mengukur tegangan dengan hambatan  yang sama, maka tegangan sumber sama dengan setengah tegangan pada hambatan luar. Jika hambatan  luar yang digunakan lebih besar dari hambatan dalam maka besarnya tegangan pada hambatan luar tersebut tidak sama dengan tegangan sumber sehingga terjadi efek pembebanan dimana arus  akan mengalir kehambatan yang lebih kecil yaitu ke hambatan dalam voltmeter, sehingga terjadi kesalahan pengukuran pada tegangan. Terjadinya efek pembebanan dapat berakibat pada terjadinya kesalahan pengukuran pada tegangan, karena  besarnya tegangan pada R tidak sama dengan setengah tegangan sumber. Kesimpulan yang diperoleh dari hasil praktikum ini adalah Kesalahan Pengukuran pada Tegangan terjadi jika nilai resistansi lebih besar dari nilai hambatan dalam voltmeter.

Kata Kunci: Kesalahan pengukuran, efek pembebanan, dan tegangan.                            

TUJUAN

1.      Dapat menjelaskan tejadinya kesalahan ukur pada pengukuran tegangan.

2.      Dapat menjelaskan pengaruh pembebanan pada tegangan.

3.    Dapat menjelaskan cara menghitung kesalahan dari pengukuran tegangan.

METODOLOGI EKSPERIMEN

Teori Singkat

Pergerakan muatan atau arus di dalam konduktor dapat diibaratkan air yang mengalir di dalam pipa. Agar air mengalir dengan deras maka air harus digerakkan dari potensial tinggi ke potensial rendah. Begitupun arus listrik, agar arus bergerak dengan cepat, diantara kedua kutub harus diberi  beda potensial yang tinggi. Ketika mengukur tegangan melalui suatu komponen, voltmeternya haruslah dihubungkan secara paralel dengan komponen tersebut. Hal ini menyediakan suatu jalan yang paralel bagi arus sehingga bagian dari arus rangkaian mengalir melalui meter. Dalam suatu rangkaian keseimbangan yang kritis, arus melalui voltmeter dapat mengganggu keseimbangan kondisi rangkaian. Untuk alasan ini arus voltmeter haruslah sangat kecil. Arus yang dibutuhkan bagi simpangan skala penuh dari voltmeter bervariasi berlawanan arah dengan senstivitasnya (Paulina, 2008 : 54).

Tegangan bolak balik  adalah tegangan listrik yang berubah tanda secara berulang. Listrik PLN menggunakan tegangan bolak balik berbentuk gelombang sinusoida. Isyarat  yang diproses dalam elektronika banyak yang berupa tegangan bolak balik dengan berbagai betuk gelombang (Sutrisno, 1986:24).

Voltmeter digunakan untuk mengukur kekuatan elektromagnetif yang dihasilkan oleh sumber listrik atau perbedaan potencial antara dua titik dalam sebuah sirkit. Tegangan selalu verada antara dua titik. Dengan kata lain, yang diukur adalah perbedaan tegangan antara sebuah titik dengan titik lain. Kepekaan voltmeter arus searah yang cocok untuk arus lemah maupun arus kuat, pada umumnya 20.000 ohm/volt. Dengan kata lain, sebuah voltmeter 10 V akan mempunyai tahanan sebesar R_v = 20.000 × 10 = 200.000 Ω(Barry Woollard, 2006 : 2-3).

Pada pengukuran tegangan rangkaian seri resistor, dimana harga resistor jauh lebih besar dari R_d alat ukur (terbebani), maka akan terjadi kesalahan ukur. Hal ini disebabkan karena adanya hambatan dalam (R_d) alat ukur yang mempengaruhi rangkaian yang diukur.

Besarnya hambatan adalah:

          (1)

Dengan:

R     = Harga resistor

R_d   = Tahanan dalam alat ukur voltmeter

(Herman, 2013 : 18).

Pergerakan muatan atau arus di dalam konduktor dapat diibaratkan air yang mengalir di dalam pipa. Agar air mengalir dengan deras maka air harus digerakkan dari potensial tinggi ke potensial rendah. Begitupun arus listrik, agar arus bergerak dengan cepat, diantara kedua kutub harus diberi  beda potensial yang tinggi. Beda potensial yang menyebabkan arus mengalir biasa disebut dengan tegangan listrik (Ahmad, 2007 : 15).

Tegangan listrik juga dapat didefinisikan sebagai ukuran untuk kerja yang dibutuhkan untuk memindahkan muatan melalui elemen. Untuk mengukur beda potensial atau tegangan diantara kedua ujung penghantar, digunakan alat yang bernama voltmeter. Penyusunan voltmeter harus secara paralel dengan sumber listrik atau komponen listrik yang akan diukur beda potensialnya (Dennis, 2011 : 90).

Ketika mengukur tegangan melalui suatu komponen, voltmeternya haruslah dihubungkan secara paralel dengan komponen tersebut. Hal ini menyediakan suatu jalan yang paralel bagi arus sehingga bagian dari arus rangkaian mengalir melalui meter. Dalam suatu rangkaian keseimbangan yang kritis, arus melalui voltmeter dapat mengganggu keseimbangan kondisi rangkaian. Untuk alasan ini arus voltmeter haruslah sangat kecil. Arus yang dibutuhkan bagi simpangan skala penuh dari voltmeter bervariasi berlawanan arah dengan senstivitasnya (Suhindra, 2000 : 40).

Resistor adalah suatu komponen dasar elektronika yang dibuat untuk menghambat aliran arus listrik. Sebuah resistor dapat didesain sedemikian rupa sehingga mempunyai nilai hambatan tertentu. Oleh karena itu resistor dapat digunakan untuk mengatur arus yang melalui suatu rangkaian listrik (Santoso, 2013 : 10).

Pada pengukuran tegangan rangkaian seri resistor, dimana harga resistor lebih besar dari hambatan dalam pada alat ukur, maka akan terjadi kesalahan ukur. Hal ini disebabkan karena adanya hambatan dalam alat ukur yang mempengaruhi rangkaian yang diukur tersebut (David, 2009 :  20).

Alat dan Komponen

1.    Alat

a.       Multimeter Digital       1 buah

b.      Power Suplay              1 buah

c.       Basicmeter                   1 buah

2.    Komponen

a.       Resistor 56,0 Ω           2 buah

b.      Resistor 100 Ω            2 buah

c.       Resistor 220 Ω             2 buah

d.      Resistor 470 Ω             2 buah

e.       Resistor 10 k Ω           2 buah

f.       Resistor 100 k Ω         2 buah

g.      Resistor 390 k Ω         2 buah

h.      Kabel Penghubung      8 buah

Identifikasi Variabel

Variabel kontrol          : Sumber Tegangan

Variabel ukur              : Tegangan Pada Masing-Masing Resistor

Variabel manipulasi     : Nilai Resistansi Resistor

Definisi Operasional Variabel

1.    Resistansi tahanan luar adalah kemampuan resistor untuk menghambat arus yang masuk dan dipasang pada rangkaian kesalahan pengukuran tegangan .

2.    Tegangan Sumber adalah tegangan yang megalirkan arus pada rangkaian kesalahan pada pengukuran tegangan, diukur dengan voltmeter.

3.    Hambatan dalam adalah hambatan yang dimiliki oleh voltmeter pada batas ukur tertentu.

4.    Tegangan pada masing-masing resistor yaitu tegangan yang dimiliki oleh tiap-tiap

resistor yang dirangkai  untuk percobaan kesalahan pengukuran pada teganagan.

Prosedur Kerja

1.         Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan.

2.         Memastikan nilai R₁ dan R₂ tepat sama.

3.         Membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah

 

Gambar 1 : Rangkaian Disusun Seri

4.         Menghubungkan power supply dengan rangkaian dengan mengatur Vs sebesar 6 volt

5.         Mengukur  dan Mencatat tegangan pada R1 dan R₂ dengan alat ukur Voltmeter.

6.         Mengulangi percobaan dengan nilai R = 56 Ω, 100 Ω , 220 Ω, 470 Ω, 10 kΩ, 100 kΩ, dan 390 kΩ.

7.         Menghitung masing-masing “%” kesalahan dengan terlebih dahulu menentukan nilai R_d dari alat ukur dengan menggunakan alat ukur multimeter.

8.         Membuat analisa data dan Menyimpukan hasil percobaan.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasil Pengamatan

Kegiatan 1 :Pengukuran Tegangan Dengan Batas Ukur 6 Volt

Tabel  1 .1 : Pengukuran Tegangan dengan Batas  Ukur 6 Volt

NST Voltmeter = 0,1 V

NST Ammeter  = 1 A

Rd Multimeter  = 198 kΩ

Vs                    = 6 Volt

No	Tegangan Pada Masing-Masing Resistor (Ω)		Vt (V)	R1 (Ω)	R2 (Ω)	I2 (µA)	Id (µA)
	R1 (Ω)	R2 (Ω)
1	2,6	2,6	5,2	56	56	-	-
2	2,7	2,7	5,4	100	100	-	-
3	2,8	2,8	5,6	220	220	-	-
4	2,7	2,7	5,4	470	470	-	-
5	3,0	3,0	6,0	10 k	10 k	-	-
6	2,8	2,8	5,6	100 k	100 k	30,0	10,48
7	2,5	2,5	5,0	390 k	390 k	7,0	9,54

Analisis Data

Kegiatan  : pengukuran tegangan dengan batas ukur  10 volt

1.    Menentukan Besarnya Jumlah Tegangan

Ru :

∑ Vp = V₁ + V₂

2.    Menentukan Besarnya Hambatan Dalam ( Rd )

PEMBAHASAN

Pada percobaan ini kami menggunakan voltmeter dengan batas ukur 10 volt dan NST pada voltmeter yaitu 0,2 volt. Pada percobaan ini digunakan resistor dengan nilai resistansi sebesar 56 Ω, 100 Ω, 220 Ω, 470 Ω, 10 kΩ, 100 kΩ, dan 390 kΩ masing-masing 2 buah. Pada pengukuran ini diperoleh nilai Rd hitung pada resistor 100 kΩ sebesar 286 x 10³ Ω, resistor 390 kΩ sebesar 286 x 10³ Ω, dan diperoleh nilai I_d sebesar 10,48  µA untuk resistor 100 kΩ dan 7,43 µA untuk resistor 390 kΩ. Adapun besar  resistor 100 Ω yaitu 5,72 Ω dan untuk resistor 390 kΩ yaitu 9,54  Ω.

Berdasarkan data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa pada pengukuran tegangan dengan batas ukur 6 volt pada resistor 100 kΩ dan 390 kΩ terjadi efek pembebanan, sedangkan pada pengukuran tegangan dengan resistor lain  tidak terjadi efek pembebanan. Hal ini disebabkan karena harga resistor jauh lebih besar daripada harga hambatan dalam pada alat ukur tersebut, sehingga alat ukur menjadi terbebani dan terjadi kesalahan pada pengukuran tegangan. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada resistor yang berukuran kecil atau lebih kecil dari hambatan dalam maka tidak terjadi kesalahan pengukuran pada tegangan adapun sebaliknya jika nilai resistor luar lebih besar dari nilai hambatan dalam maka terjadi kesalahan pengukuran pada tegangan.

SIMPULAN DAN DISKUSI

1.        Simpulan

Simpulan pada percobaan ini yaitu terjadinya kesalahan pada pengukuran tegangan dikarenakan nilai resistansi hambatan luar lebih besar dibandingkan nilai resistansi hambatan dalam pada voltmeter. Hal itulah yang menyebabkan terjadinya efek pembebanan dimana arus tidak mengalir pada rangkaian tetapi mengalir pada voltmeter sehingga terjadilah kesalahan pengukuran pada tegangan. Pembebanan diberikann untuk mengetahui seberapa besar hambatan dalam pada voltmeter, jika hambatan dalam lebih besar daripada hambatan luar maka besarnya V₁ sama dengan setengahnya besarnya Vs akan tetapi jika hambatan dalam lebih kecil daripada hambatan luar maka besarnya V₁ tidak sama dengan setengah Vs.

2.        Diskusi

Dalam percobaan ini, sebaiknya praktikan mengetahui cara menghitung hambatan dalam voltmeter dengan alat ukur ohmmeter agar kita dapat membedakan antara hasil pengukuran dengan hasil analisis.

DAFTAR RUJUKAN

Ahmad, Jayadin. 2007. Eldas. Bogor : Jaya Press.

David. 2009. Introduction to Electronics. London : HSRC Press.

Dennis l, Eggleston. 2011. Basic Electronics for Scientits and Engineers. Los Angales: Cambridge University Press.

Herman. 2013. Penuntun Praktikum Elektronika 1. Makassar. UIN press.

Paulina. 2008. Fisika Teknologi. Jakarta : Graha Media.

Santoso, Djoko dan Setianto, Heru, Rahmadi. 2013. Rangkaian Listrik. Yogyakarta : Aswaja

Suhindra. 2000. Basic Electronics. Bangalore : BMS College of Engineering.

Sutrisno. 1986. Elektronika. Bandung : ITB Press.