Alat ukur kumparan putar adalah alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip kerja kumparan listrik yang digunakan ditempat medan magnet yang berasal dari magnet permanen. Alat ukur kumparan putar sudah tidak terpengaruh oleh medan magnet dari luar karena telah memiliki medan magnet yang kuat terbuat dari logam alniko yang berbentuk U. Prinsip kerja alat ukur kumparan putar menggunakan dasar berdasarkan percobaan hukum Lorentz. Hukum Lorentz dikatakan, jika sebatang penghantar dialiri arus listrik berada dalam medan magnet, maka pada kawat penghantar tersebut menghasilkan suatu gaya. gaya yang dihasilkan adalah gaya lorentz. Arah nya ditentukan dengan kaidah tangan kiri fleming.
Gambar hukum tangan kiri Flaming
Hukum tangan kiri flaming menjelaskan bahwa magnet permanen yang berbentuk tapal kuda yang dilengkapi sepatu kutub. Di antara sepatu kutub ditempatkan sebuah inti dengan lilitan kawat yang dapat bergerak (berputar pada poros). pada saat melakukan pengukuran, arus listrik yang 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, maka akan semakin besar pula arus yang mengenai kumparan dan menyebabkan penyimpangan jarum bergerak semakin jauh.
Gambar bagian-bagian pada alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip kerja kumparan putar
Keterangan gambar bagian-bagian alat ukur kumparan putar :1. Skala 5. Kumparan putar
2. Jarum penunjuk 6. Inti besi lunak
3. Magnet tetap 7. Pegas
4. Sepatu kutub 8. Poros
Terdapat dua buah pegas yang berbentuk ulir pipih yaitu :
1. Pegas yang terletak diatas kumparan
2. Pegas yang terletak dibawah kumparan.
Kedua pegas tersebut memiliki arah yang berlawanan, oleh sebab itu jika salah satu pegas mengencang maka pegas yang lain akan mengendur. Hal inilah yang mengatur keseimbangan pada jarum penunjuk dan menunjukan pada titik nol (0) apabila tidak ada arus yang mengalir pada suatu alat ukur yang bekerja berdasarkan prinsip kumparan putar. Ketika kumparan dialiri arus listrik maka akan timbul gaya pada kedua sisi pegas dan akan menghasilkan momen penyimpangan.
Gambar momen penyimpangan
Jika arus listrik yang mengalir pada kumparan adalah I amper, maka besarnya gaya pada tiap sisi kumparan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus berikut :
F = B . I . L
keterangan :
F = Besar Gaya (N)
B = Kerapatan fluk magnet (T)
I = Arus listrik (A)
L = Panjang penghantar (m)
Apabila kumparan dengan N lilitan, maka gaya pada masing-masing kumparan adalah : N . B . I . L (dengan satuan newton). Besarnya momen penyimpangan (Td) adalah gaya dikalikan dengan lengan atau jarak tegak lurus. jika lengan adalah b maka momen penyimpangan dapat ditentukan dengan menggunakan rumus :
Momen Penyimpangan (Td) = gaya x lengan
Td = N . B . I . L . b
Karena I x b merupakan luas penampang kumparan A, maka momen penyimpangannya :
Td = N . B . I . A
Keterangan :
Td = Momen penyimpangan (Nm)
B = Kerapatan fluk magnet (T)
I = Arus listrik (A)
A = Luas penampang (m)
Berdasarkan persamaan Td = N B I A, jika B dinyatakan suatu konstanta, maka momen penyimpangan (Td) akan sebanding dengan arus listrik yang mengalir pada kumparan. Hal tersebut disebabkan karena alat ukur menggunakan pegas kontrol yang tidak bervariasi, maka momen pengontrol (tc) sebanding dengan simpangan 2. Pada posisi simpang akhir Td = Tc, sehingga simpang 2 adalah sebanding dengan arus I.
Dengan demikian alat ukur ini dapat dikatakan mempunyai skala seragam. Untuk menentukan skala alat ukur kumparan putar dipaparkan dengan grafik, yang menghubungkan persamaan sudut putar 2 dengan momen T.
Gambar grafik penentuan penunjukan
Gambar skala alat ukur kumparan putar
Jika Arus listrik yang mengalir pada alat ukur kumparan putar sebesar 1,2 radian. Jika penggerak yang disebabkan oleh arus -arus sebesar 1, 2, 3, 4, dan 5 mA dinyatakan dengan TD1, TD2, TD3, TD4, dan TD5. Momen - momen tersebut dapat digambarkan sebagai garis-garis datar dan jarak yang sama satu sama lain. Perlu diketahui bahwa momen-momen pergerakan tersebut hanya ditentukan oleh besarnya arus listrik yang mengalir dan tidak dipengaruhi oleh besarnya sudut putar 2 dari penunjuk. besarnya momen pengontrol berbanding lurus dengan sudut putar sehingga dalam grafik dapat digambarkan sebagai garis lurus yang menghubungkan titik mula dengan A sesuai dengan gambar grafik penentuan penunjukan. Apabila momen pergerakan dan momen pengontrol dalam keadaan seimbang, dan masing-masing momen pergerakan dan momen momen pergerakan dinyatakan sebagai 21, 22, 23, 24, dan 25, maka didapat 22 = 221, 23 = 321, 24 = 421, 25 = 521. Oleh karena itu yang dibentuk dengan membagi busur lingkaran sebesar 1,2 rad ke dalam lima bagian yang sama, dan dan diberikan angka-angka pada lima bagian dari skala tersebut 1, 2, 3, 4, dam 5 seperti pada gambar skala alat ukur kumparan putar besar arus yang mengalir dapat dinyatakan pada jarum penunjuk berhenti. Jika gambar jarum menunjukan jarum berhenti pada angka 3,5 maka besarnya arus yang diukur adalah 3,5 mA.
Pada umumya kumparan putar terbuat dari kerangka yang berbahan dasar berupa aluminium. Aluminium digunakan sebagai bahan kerangka tersebut karena merupakan jaringan hubung singkat dan memberikan pada kumparan momen peredam.
Gambar peredaman alat ukur kumparan putar
Sesuai dengan gambar peredam alat ukur kumparan putar jika kumparan putar dialiri arus, maka kumparan akan berputar dan dalam kerangka akan timbul arus induksi. Tegangan yang menyebabkan arus induksi mengalir dalam kerangka kumparan. Sebaiknya arus induksi akan memotong fluksi magnet dalam celah udara, jika kumparan berputar membangkitkan momen yang berbanding lurus dengan kecepatan putar. Arah momen ini berlawanan dengan arah perputaran, maka akan menghambat arah perputaran , dan momen ini disebut momen peredam.
Proses penunjukan jarum alat ukur secara tidak langsung menunjukan harga yang dikehendaki tetapi masih terdapat nilai perbedaan. Perbedaan disebabkan karena adanya tahanan dalam diri alat ukur. Proses demikian jika dapat disebabkan adanya peredaman. Jika penampang kerangka kecil dan memiliki nilai tahanan arus yang besar, maka arus induksi yang terjadi kecil sehingga mengakibatkan momen redam yang terjadi kecil sehingga mengakibatkan momen redam yang lemah dan penunjukan jarum akan di sekitar 20.
Gambar kurva gerakan jarum penunjuk dari suatu alat ukur
Biasa disebut dengan peredaman kurang (sesuai dengan kurva A). Sebaliknya jika tahanan listrik kecil, arus induksi yang terjadi besar sehingga mengakibatkan pergerakan jarum akan lambat dan biasanya disebut dengan peredaman lebih (kurva B). Yang paling baik adalah diantara peredaman kurang dan peredaman lebih biasa disebut degan peredaman kritis (kurva C).
0 Komentar:
Posting Komentar