Alg & Pemrog Kasus Tek. Elektro 1

PENGUKURAN POTENSIOMETER DAN

JEMBATAN WHEATSTONE

                                            Disusun oleh :

                       Nama                : Muhammad Ghufron

                       Kelas                : 3IB04

                       NPM                 : 14415378

Fakultas Teknologi Industri

Universitas Gundarma

2018

  A.  Pengertian Potensiometer dan Jembatan Wheatstone

1.      Pengertian Potensiometer

Potensiometer atau variabel resistor adalah resistor yang dapat berubah nilai satuan Ohm-nya dengan cara memutar tuas pemutar atau sekrup yang menggerakkan kontak geser/penyapu (wiper) yang terdapat di dalam resistor tersebut. Potensiometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur potensial yang berdasarkan sifat-sifat kelistrikan, yang dapat digunakan untuk menentukan jumlah analit (kuantitatif) dengan menggunakan sinyal potensial.

Potensiometer adalah resistor tiga terminal dengan sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dan dapat diatur nilai resistasinya. Jika hanya dua terminal yang digunakan (salah satu terminal tetap dan terminal geser), potensiometer berperan sebagai resistor variabel atau Rheostat. Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick.

Gambar potensiometer

Sumber : (http://www.google.co.id/search?q= Potensiometer)

           

2.      Pengertian Jembatan Wheatstone

Jembatan Wheatstone adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur elektrik resistensical dengan metode perbandingan. Pada dasarnya adalah sebuah rangkaian listrik, jembatan Wheatstone digunakan untuk mengukur resistansi dari resistor yang tidak diketahui dengan melewatkan arus yang melalui rangkaian tersebut. Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan rangkaian listrik untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui harganya (besarnya).

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Jembatan Wheatstone digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer.

Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. (Suryatmo, 1974). Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R₁, R₂, R₃, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. (Lister, 1993).

  B.  Fungsi Potensiometer dan Jembatan Wheatstone

1.      Fungsi dan penggunaan potensiometer

Penggunaan potensiometer banyak digunakan sebagai kontrol pengguna, dan dapat mengontrol berbagai fungsi yang sangat luas peralatannya. Potensiometer linier (juga dikenal sebagai "fader") dan potensiometer putar (biasanya disebut tombol-tombol) secara teratur digunakan untuk mengatur kenyaringan, redaman frekuensi dan karakteristik lain dari sinyal audio dalam audio control.

Potensiometer juga digunakan sebagai kontrol volume di amplifier audio, dimana potensio juga disebut "lancip pot audio", karena respon amplitudo dari telinga manusia juga logaritma. Memastikan bahwa, pada kontrol volume ditandai 0 hingga 10, misalnya, pengaturan dari 5 suara setengah keras sebagai pengaturan 10. Ada juga sebuah pot anti-log atau lancip audio sebaliknya yang hanya kebalikan dari potensiometer logaritmik. Hal ini hampir selalu digunakan dalam konfigurasi dengan potensiometer logaritmik, misalnya, dalam kontrol keseimbangan audio.

Adapun fungsi potensiometer sebagai kontrol nada atau equalizer dalam penggunaan kombinasi dan jaringan filter, sebelumnya untuk televisi dipergunakan untuk mengontrol kecerahan gambar, kontras, dan respon warna. Sebuah potensiometer sering digunakan untuk mengatur "menahan rangkaian vertikal", yang mempengaruhi sinkronisasi antara menyapu sirkuit internal penerima (multivibrator dan sinyal gambar yang diterima)

Potensiometer banyak digunakan sebagai bagian dari transduser perpindahan karena kesederhanaan konstruksi dan dapat memberikan sinyal keluaran yang besar. untuk komputasi dalam komputer analog. Potensiometer presisi tinggi digunakan untuk skala hasil antara faktor konstan yang diinginkan, atau untuk mengatur kondisi awal untuk perhitungan. Sebuah potensiometer bermotor dapat digunakan sebagai generator fungsi, menggunakan kartu perlawanan non-linear untuk memasok aproksimasi untuk fungsi trigonometri. Sebagai contoh, putaran poros mungkin mewakili sudut, dan pembagian tegangan dapat dibuat sebanding dengan cosinus sudut.

2.      Fungsi Jembatan Wheatstone

Kegunaan dari jembatan Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan dengan cara arus yang mengalir pada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujung-ujungnya sama besar).

Rangkaian jembatan wheatstone di gunakan untuk menghitung resistansi yang belum diketahui nilainya dengan bantuan dari rangkaian jembatan. Untuk itu, dua kaki yang digunakan dalam rangkaian diseimbangkan dan satu kaki termasuk resistansi yang belum diketahui nilainya.

Jembatan wheatstone juga dapat di gunakan untuk mengukur hambatan listrik. Hambatan sendiri merupakan hasil bagi antara tegangan dengan arus. Rangkaian jembatan wheatstone tidak memerlukan alat ukur seperti voltmeter dan amperemeter, cukup menggunakan satu galvanometer untuk melihat apakah ada arus listrik yang melalui suatu rangkaian.

  C.   Jenis- jenis Potensiometer

 Jenis-jenis potensio meter, antara lain :

1.      Potensiometer Putar

Potensio putar mempunyai kontak setengah lingkaran yang terbuat dari bahan yang dapat menghambat, seperti grafit atau kawat. Setiap akhir kontak terhubung ke terminal, dan tegangan yang diterapkan di seluruh terminal. Batang yang dihubungkan ke kontak yang bergerak di seluruh permukaan grafit kontrak, dan kontak ini adalah yang ketiga yang terhubung ke terminal. Dengan tegangan pada terminal keluaran ini bergantung pada posisi dari batang, asalkan tegangan yang melintasi dua terminal masukan tetap stabil.

Gambar Potensio Putar

Sumber : (http://id.wikipedia.org/wiki/Potensiometer)

2.      Potensiometer Trimmer

Potensiometer trimmer juga disebut trimpots, adalah versi putaran kecil yang digunakan pada papan sirkuit ke fine tune tegangan tinggi di sirkuit. Trimpots biasanya sudah ditetapkan pada pabrik dan jarang disesuaikan kembali. Trimpots bisa disesuaikan (diatur) dengan menggunakan obeng karena tidak memiliki batang atau geser.

Gambar Potensiometer Trimmer

Sumber : (http://www.sahabat-informasi.com)

3.      Potensiometer Geser

Juga disebut faders, ada yang langsung dapat melawan bagian dari materi di antara dua terminal di satu sisi, dan kontak yang bergerak di sepanjang sisi lain terhubung ke terminal ketiga.

Gambar Potensio Geser

Sumber : (http://www.sahabat-informasi.com)

4.      Potensiometer Digital

adalah program perangkat lunak yang menggunakan komputer untuk membuat penyesuaian kecil tegangan tanpa perlu untuk komponen mekanis.Mereka biasanya digunakan dalam produksi musik lain yang akan diperlukan banyak  potensiometer biasa.

Gambar Potensio Digital

Sumber : (http://www.sbqy.cn/readdbfile.asp?id=424)

Jenis potensiometer yang tersedia di pasaran

Potensiometer yang tersedia di pasar terdiri dari beberapa jenis, yaitu potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film.

1.      Potensiometer karbon

Potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganya cukup murah akan tetapi kepresisian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak.

2.      Potensiometer gulungan kawat (wire wound)

Potensiometer yang menggunakan kawat halus yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin.

3.      Potensiometer metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan kebahan isolator

Sumber : (http://landasanteori.blogspot.com)

  D.  Komponen- Komponen Utama Potensiometer dan Jembatan Wheatstone

1.      Komponen Potensiometer

Sebuah potensiometer biasanya dibuat dari sebuah unsur resistif semi-lingkar dengan sambungan geser (penyapu). Unsur resistif, dengan terminal pada salah satu ataupun kedua ujungnya, berbentuk datar atau menyudut, dan biasanya dibuat dari grafit, walaupun begitu bahan lain mungkin juga digunakan sebagai gantinya. Penyapu disambungkan ke terminal lain. Pada potensiometer panel, terminal penyapu biasanya terletak di tengah-tengah kedua terminal unsur resistif. Untuk potensiometer putaran tunggal, penyapu biasanya bergerak kurang dari satu putaran penuh sepanjang kontak. Potensiometer "putaran ganda" juga ada, elemen resistifnya mungkin berupa pilinan dan penyapu mungkin bergerak 10, 20, atau lebih banyak putaran untuk menyelesaikan siklus. Bahan yang digunakan untuk membuat unsur resistif adalah kawat resistansi, plastik partikel karbon dan campuran keramik-logam yang disebut cermet.

Pada potensiometer geser linier, sebuah kendali geser digunakan sebagai ganti kendali putar. Unsur resistifnya adalah sebuah jalur persegi, bukan jalur semi-lingkar seperti pada potensiometer putar. Potensiometer jenis ini sering digunakan pada peranti penyetel grafik, seperti ekualizer grafik. Karena terdapat bukaan yang cukup besar untuk penyapu dan kenob, potensiometer ini memiliki reliabilitas yang lebih rendah jika digunakan pada lingkungan yang buruk.

Pembuat potensiometer jalur konduktif menggunakan pasta resistor polimer konduktif yang mengandung resin dan polimer, pelarut, pelumas dan karbon. Jalur dibuat dengan melakukan cetak permukaan pada substrat fenolik dan memanggangnya pada oven. Proses pemanggangan menghilangkan seluruh pelarut dan memungkinkan pasta untuk menjadi polimer padat. Proses ini menghasilkan jalur tahan lama dengan resistansi yang stabil sepanjang operasi.

Bagian- bagian potensiometer

1.        Elemen resistif

2.        Badan

3.        Penyapu (wiper)

4.        Sumbu

5.        Sambungan tetap

6.        Sambungan penyapu

7.        Cincin

8.        Baut

9.        Sambungan tetap

Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk mengatur taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup lampu menggunakan potensiometer untuk menendalikan pensakelaran sebuah TRIAC, jadi secara tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu.

Nilai hambatan dari potensiometer ada beragam ada 50K, 100K, dll, sebagai contohnya dapat kita lihat pada volume radio atau amplifier yang menggunakan tombol yang diputar. Dalam tombol tersebut sebenarnya adalah berisi potensio yang nilai hambatannya dapat digeser, jadi dengan berubahnya nilai tahanan dari resistor maka volume akan semakin tinggi atau semakin rendah.

2.      Bagian Bagian Jembatan Wheatstone

Secara teknis, jembatan Wheatstone adalah sirkuit elektrik dasar. Pengaturan ini juga terdiri dari sumber listrik seperti baterai dan galvanometeryang bertindak sebagai koneksi antara kedua sirkuit paralel. Kedua sirkuit paralel juga terdiri dari dua resistor masing-masing, dari mana resistensi dari tiga yang ditahui nilainya dan yang lainnya adalah perangkat yang resistanya yang akan diketahui (yang dicari). 

Peralatan yang diperlukan, dalam satu set Rangakaian Jembatan Wheatstone, terdiri dari :

1.      DC Power Supply

2.      Galvanometer

3.      Dua (2) Hambatan Pembanding

4.      Hambatan yang akan diukur

Gambar skema Rangkaian Jembatan Wheatstone

Sumber : (http://www.google.co.id/search?q=rangkaian+jembatan+wheat+stone)

Seperti ditunjukkan dalam gambar skema di atas, ada empat resistensi terhubung sebagai rangkaian jembatan. Tiga resistor R1, R2 dan R3 akan tahu nilai-nilai. Nilai dari perlawanan RX akan tidak diketahui dan harus dihitung. Nilai resistensi R2 dapat disesuaikan. Sebuah galvanometer harus diatur antara poin B dan D.

Kondisi yang harus dipenuhi pada titik keseimbangan diberikan di bawah ini.

Jika R₂/R₁ = R_X/R₃, maka VBD = 0 dan arus melalui VG = 0. Untuk mencapai kondisi ini, resistor disesuaikan bervariasi. Arah arus dapat diketahui dari nilai resistor R₂.

Begitu kondisi keseimbangan diperoleh nilai resistensi RX juga diperoleh.

Dengan demikian, R_X = [R₂/R₁] x R₃

Metode ini sangat akurat sebagai nilai-nilai lain dari resistor presisi tinggi. Ini salah satu manfaat rangkaian jembatan wheatstone.

Galvanometer

Galvanometer adalah alat yang digunakan untuk deteksi dan pengukuran arus. Prinsip kerjanya tergantung pada momen yang berlaku pada kumparan di dalam medan magnet. Bentuk mula-mula dari galvanometer adalah 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. Kepekaan galvanometer bertambah, bila kawat dililitkan menjadi kumparan dalam bidang vertikal dengan jarum kompas ditengahnya.

Jika konduktor pengalir arus ditempatkan dalam medan magnet dihasilkan gaya pada konduktor yang cenderung menggerakkan konduktor itu dalam arah tegak lurus medan. Prinsip ini digunakan dalam instrument pendeteksi arus. Instrument pendeteksi arus yang peka disebut galvanometer. (Lister, 1993).

Galvanometer merupakan instrument sangat peka dan dapat mengukur arus yang sangat lemah. Galvanometer terdiri atas sebuah komponen kecil berlilitan banyak yang ditempatkan dalam sebuah medan magnet begitu rupa sehingga garis-garis medan akan menimbulkan kopel pada kumparan apabila melalui kumparan ini ada arus. (Flink, 1985).

Di dalam teori pengukuran listrik yang dimaksudkan dengan pengukuran Galvano yaitu suatu instrument yang dipergunakan untuk memperlihatkan arus yang lemah. Untuk menyatakan dengan jelas kadang-kadang dipisahkan juga untuk instrument-instrumen yang peka (sensitif), yang banyak dipakai di laboratorium dan terutama sistem jembatan yang banyak kita jumpai. (Suryatmo, 1974).

Gambar Galvano Meter

Sumber : (http://www.google.co.id/search?q=galvanometer)

  E.  Prinsip Kerja Potensiometer dan Jembatan Wheatstone

1.      Prinsip Kerja Potensiometer

Dalam Gambar 2-1, V_s adalah tegangan standar dan V_x adalah tegangan yang akan diukur. Tahanan R dari a ke badalah tahanan yang dilengkapi dengan sikat yang mempunyai posisi kontrak, yang dapat diatur seperti yang diperlihatkan dalam gambar, dan arus (I) diliran dari baterai (E) melalui suatu rheostat (R_h) yang dapat diatur. Pertama-tama hubungkanlah tegangan standar (V), seperti dalam gambar 2-1 (a) dan tetapkan posisi dari sikat-sikat (s) sesuai dengan V_s . Karena tahanan antara a ke s adalah R_s,maka tegangan IR_s akan dibandingkan antara a – s disebabkan oleh arus I. Bila tegangan ini adalah sama dengan V_s, maka galvanometer (G) tidak akan menunjukkan pergeseran, meskipun penghubung (K) ditutup. Langkah ini untuk menyatakan kesamaan dari tegangan V_s dan IR_s, dengan cara melihat pada galvanometer (G) hingga tidak memberikan refleksi, disebut membalansasikan (menyeimbangkan) V_s dengan IR_s.

                                                 

Gambar 2-1 Prinsip Kerja Potensiometer

Sumber : (Pengukuran dan Alat Alat Ukur Listrik, Sapiie, Hal 86)

Untuk membalansasikan (menyeimbangkan) V_s dengan IR_s, R_h diatur untuk mengatur arus potensiometer (I). Misalkan bahwa arus pada keadaan seimabng adalah I_s maka :

V_s = R_s . I_s                           ( Persamaan 2-1 )

Kemudian hubungkanlah tegangan yang akan diukur (V_x), sepert dalam gambar 2-1 (b). Misalkan galvanometer (G) tidak memberikan defleksi, meskipun penghubung (K) ditutup bila posisi dari sikat-sikat diatur sampai dengan pada psisi x. Dengan demikian, maka arus yang mengalir pada a  - b akan seperti I_s dan tegangan I_sR_x aka terdapat a -  x.

Karena dalam keseimbangan dengan Vx, maka :

V_x = R_x . I_s                              ( Persamaan 2-2 )

Dari persamaan (2-1) dan  (2-2) yang didapatkan melalui dua langkah untuk mendapatkan keseimbangan seperti yang dijelaskan diatas, akan diperoleh :

Jadi, tegangan yang tidak diketahui V_s dapat diketahui  dari hasil perkalian tegangan yang diketahui (V_s)  dengan rasio hambatan (R_x/R_s). Patut diketahui bahwa R_x dan R_s hanya tersangkut di dalam kebutuhan, sebagai suat rasio, sehingga harga mutlak tidak perlu diketahui.

     Dengan demikian, jika posisi (s) dibuat dengan harga-harga skala dari tegangan standar (V_s), dan posisi sikat lainnya dibuat sehingga sesuai dengan harga V_s (R_x/R_s), maka harga dari V_x dapat segera dibaca dari posisi skala dimana V_x didapatkan dari keadaan keseimbangan. Langkah menyeimbangkan yang pertama dengan pertolongan (R_h) adalah untuk membuat arus potensiometer mencapai harga yang tetap, yaitu I_s = V_s/ R_s.Setelh langkah ini tegangan yang melalui a -  x sesuai dengan posisi dari sikat-sikat akan sama dengan V_s (R_x/R_s). Dengan pengertian ini maka langkah penyeimbangan yang pertama disebut menstandarisasikan arus potensiometer

     Dapat disimpulkan bahwa suatu potensiometer memungkinkan arus yang tetap mengalir melalui hambatan yang mempunyai berbagai ratio yang diketahui secara teliti, dan mengukur tegangan yang belum diketahui nilainya, dengan mempersamakannya pada suatu perkalian dari tegangan yang diketahui. Cara pengukuran tegangan dimungkinkan karena rasio tadi, tahanan-tahanan dapat diukur dengan ketelitian yang sangat baik, dan rasio tersebut akan stabil tanpa dipengaruhi oleh umur potensiometer. Dalam pengukuran yang mempergunakan prinsip potensio meter ini, maka arus potensiometer harus dibuat tetap diantara kedua langkah menuju pada keseimbangan-keseimbangan yang dimaksudkan di atas.

2.      Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone

Prinsip jembatan Wheatstone mirip dengan kerja dari potensiometer. Pengukuran jembatan Wheatstone sangat akurat dan nilai resistansi yang tidak diketahui kebanyakan ditemukan dalam rangka untuk mengukur nilai-nilai fisika lain seperti suhu, tekanan kekuatan, dan sebagainya.

Prinsip dari metode jembatan wheatstone adalah :

1.    Hubungan antara resitivitas dan hambatan, yang berarti setiap penghantar memiliki besar hambatan tertentu. Dan juga menentukan hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu

2.    Hukum Ohm yang menjelaskan tentang hubungan antara hambatan, tegangan dan arus listrik. Yang mana besar arus yang mengalir pada galvanometer diakibatkan oleh adanya suatu hambatan.

3.    Hukum Kirchoff 1 dan 2, yang mana sesuai dari hukum ini menjelaskan jembatan dalam keadaan seimbang karena besar arus pada ke-2 ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan.

Cara kerja dari jembatan Wheatstone adalah sirkuit listrik empat tahanan dan sumber tegangan yang dhubungkan melalui dua titik diagonal dan pada kedua titik diagonal yang lain dimana galvanometer di tempat seperti yang diperlihatkan pada jembatan Wheatstone (Pratama, 2009). Umumnya Jembatan Wheatstone digunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja: suatu kebocoran dari kabel tanah atau kortsluiting dan sebagainya. (Source: Media Bali)

F.     Mengukur Potensiometer

                    

Gambar: Mengukur Variabel Resistor / Potensiometer

Sumber : (http://elektronikaindustri.com)

Variabel resistor yang memiliki tuas pemutar disebut  potensiometer  (potentiometer)  dan yang memiliki sekrup pengatur disebut preset atau trimpot.Mengukur nilai satuan Ohm dari variabel resistor dengan Multimeter adalah seperti yang ditunjukkan seperti gambar di atas. Saklar jangkauan ukur pada posisi Ohm, batas ukur (range) berada pada posisi x1, x10 atau kOhm, sesuai dengan potensio yang akan diukur.

Menentukan Kaki-kaki Potensiometer

Potensiometer memiliki 3 kaki pokok, dan biasanya ada yang ditambah 2 kaki. Untuk memudahkan dalam membedakan kaki-kaki tersebut ditandai dengan angka 1, 2, 3 atau a, b, c pada simbolnya.

Cara menentukan kaki nomor 1, 2 dan 3 adalah sebagai berikut:

·         Pegang atau tempatkan potensiometer sedemikian rupa sehingga terlihat bahwa kaki-kaki potensiometer berada di bagian atas dan as berada µlebih jauh¶ dari mata anda.

·         Perhatikanlah bahwa kaki yang paling kiri adalah kaki a (1), kaki tengahadalah kaki b (2) dan kaki paling kanan adalah kaki c (3).

·         Sesuaikan dengan simbolnya. Umumnya kaki a adalah ground, sedang kaki bdan c tinggal menyesuaikan

Cara pengukuran dengan potensiometer mempunyai ciri-ciri, sebagai berikut:

1.      Pengukuran dengan potensiometer dapat dibuat tanpa menarik arus dari sumber tegangan Vs atau Vx. Pada umumnya bila arus diambil dari sumber tegangan, maka teagangan terminal dari sumber tersebut akan turun. Bila arus yang diambil dari sumber tegangan adalah I dan penurunan tegangan pada terminal-terminalnya adalah ΔV, maka sumber tegangan tersebut adalah Vo dimana merupakan tegangan terminal terbuka Ri adalah tahanan dalamnya. Tegangan terminal terbuka ini harus diukur tanpa mengambil arus dari sumber tegangan. Tahanan dalam dari sumber tegangan tidak dapat diukur secara terpisah dari sumber tegangan tersebut, dan demikian pula penurunan tegangannnya bila arus ditarik dari sumber tegangan tersebut tidak pula dapat diketahui. Jadi, dengan mempergunakan suatu potensiometer maka tegangan terminal terbuka dapat diukur.

2.      Penghantar-penghantar yang dipergunakan untuk menghubungkan sumber tegangan mempunyai tahanan. Antara sikat dari potensiometer terdapat pula tahanan-tahanan kontak. Akan tetapi dalam pengukuran dengan potensiometer, arus tidak mengalir dalam penghantar - penghantar kepada sumber tegangan maupun sikat-sikat, sehingga dengan tidak dipengaruhi oleh harga tahanan pengantar maupun tahanan kontak, dandengan demikian maka tegangan yang sebenarnya dapat diukur. Sebaliknya, dengan alat pengukur volt, akan terdapat arus kecil sebesar 1mA sampai dengan 1μA yang mengalir melalui alat pengukur volt dalam penggunaannya untuk pengukuran tegangan, dan akan memungkinkan terjadinya kesalahan-kesalahan yang cukup berarti, tegantung dari pada cara pengukuran yang dipakai.

G.    Menghitung Potensiometer dan Rangkaian Jembatan

1.      Potensiometer

Sumber : (http://airlangga25.wordpress.com)

Pengatur volume pada receiver atau pada radio adalah contoh penggunaan resistor variabel sebagai potensiometer. Ketika terminal yang dapat bergeser berada pada posisi paling atas, tegangan yang tampak diantara terminal b dan c dapat dihitung secara sederhana dengan menggunakan aturan pembagi tegangan

V_bc = (120 V) × (50 kΩ)/(50 kΩ+ 50kΩ) = 60 V

Namun, ketika terminal yang bisa bergeser  ini berada pada posisi paling bawah, tegangan antara terminal b dan c adalah V_bc = 0 V, karena kedua terminal menjadi short circuit dan tegangannya menjadi nol.

Rangkaian pada gambar 7-28 menunjukkan sebuah potensiometer yang mempunyai tegangan output yang bisa diatur antara 0 – 60 V. Output ini adalah nilai output tak berbeban, karena tidak ada resistansi beban yang dihubungkan ke terminal b dan c. Bila sebuah resistansi beban dihubungkan ke terminal ini, tegangan outputnya, disebut output berbeban, yang tak akan lagi sama. Contoh berikut ini akan mengilustrasikan rangkaian berbeban.

Contoh

Untuk rangkaian pada gambar 7-29, hitunglah range tegangan dari Vbc sebagai sebuah potensiometer yang nilainya bervariasi antara nilai minimum dan maksimumnya.

Sumber : (http://airlangga25.wordpress.com)

Solusi:

Tegangan minimum antara terminal b dan c akan terjadi saat kontak geser berada pada posisi paling bawah dari resistor variabel. Pada posisi ini, tegangan V_bc = 0 V, karena terminal b dan c terhubung singkat (short circuit).

Tegangan maksimum V_bc  terjadi ketika kontak geser berada pada posisi paling atas dari resistor variabel. Pada posisi ini, rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 7-30.

Sumber : (http://airlangga25.wordpress.com)

Pada gambar 7-30, kita lihat resistansi R₂ paralel dengan beban resistor R_L. Tegangan antara terminal b dan c dapat dengan mudah dihitung dari aturan pembagi tegangan:

V_bc   = E × (R₂||R_L) / [ (R₂||R_L) + R₁]

= (120 V) (25 kΩ) / (25 kΩ + 50 kΩ)

= 40 V

Dapat simpulkan bahwa tegangan output dari potensiometer dapat diatur dari 0 V hingga 40 V untuk beban resistansi R_L = 50 kΩ.

Rangkaian jembatan Wheatstone

Rangkaian jembatan adalah adalah suatu meteran keseimbangan yang digunakan untuk membandingkan dua tegangan, seperti suatu neraca timbangan yang digunakan uuntuk membandingkan  dua berat benda. Tidak seperti rangkaian “potensiometer” yang digunakan untuk menyederhanakan pengukuran tegangan, rangkaian jembatan dapat digunakan untuk mengukur semua nilai dalam besaran listrik.

Jembatan sederhana adalah jembatan Wheatstone, biasanya tampak seperti pada gambar berikut:

Sumber : (http://airlangga25.wordpress.com)

Ketika tegangan antara titik 1 dan terminal negatif baterai adalah sama dengan tegangan antara titik 2 dengan terminal negatif baterai, maka detector akan menunjukkan angka nol dan jembatan dikatakan “seimbang”. Pada saat jembatan seimbang,  analisa rangkaiannya adalah:

Ø  Karena jembatan seimbang, maka tegangan pada titik 1 sama dengan tegangan titik 2. Maka karena tegangannya sama, tidak akan ada arus yang mengaliri detektor, atau bisa dibilang titik 1 dan titik 2 adalah open circuit.

·         Resistor R_a dan R_b dirangkai seri maka rangkaian penggantinya : R_s1 = R_a + R_b

·         Resistor R₁ dan R₂ dirangkai seri maka rangkaian penggantinya : R_s2 = R₁ + R₂

Karena tegangan E paralel dengan R_s1 dan R_s2, maka

·         V_Rs1 = V_Rs2 = E

Arus yang mengalir pada masing-masing cabang dapat dihitung

·         I₁ = E / (R_a + R_b)

·         I₂ = E / (R₁ + R₂)

Pada saat seimbang V₁ = V₂

·         I₁ × R_b = I₂ × R₂

Dengan mensubsitusikan I₁ dan I₂ diperoleh:

(E) (R_b) / (R_a + R_b) = (E) (R₂) / (R₁ + R₂)               (dibagi dengan E, sehingga E ditiadakan)

R_b / (R_a + R_b) = R₂ / (R₁ + R₂)                                 (dikalikan silang)

R₁R_b + R₂R_b = R₂R_a + R₂R_b

R₁R_b = R₂R_a

1 / R2 = Ra / Rb                                                   (jembatan seimbang)

Sumber : (http://airlangga25.wordpress.com)

Kesetimbangan jembatan ditentukan dari rasio R_a/R_b dan R₁/R₂ dan tidak dipengaruhi oleh sumber tegangan E (misal baterai). Untuk mengukur resistansi menggunakan jembatan wheatstone, resistansi yang akan diukur ditempatkan pada R_a atau R_b, sementara ketiga resistor yang lainnya diketahui nilai resistansinya. Salah satu dari ketiga resistor dapat diatur nilainya (nilainya dapt berubah-ubah) hingga kesetimbangan rangkaian didapatkan, dan saat kesetimbangan diperoleh, resistor yang tidak diketahui nilainya ini dapat dihitung menggunakan rumus:

R₁ / R₂ = R_a / R_b

Jadi, dalam membuat rangkaian jembatan, kita butuh resistor yang dapat diatur nilainya yaitu resistor variabel, yang digunakan sebagai standar referensi. Sebagai contoh, jika kita menyambungkan sebuah resistor yang resistansinya tidak diketahui (R_x) pada rangkaian  jembatan, maka kita membutuhkan nilai resistansi dari ketiga resistor yang lainnya untuk mendapatkan nilai resistansi R_x.

Pada rangkaian jembatan, nilai rasio R₁/R₂ diketahui dan nilainya tetap (merupakan resistor fixed). Tetapi resistor R_a, merupakan resistor yang nilainya dapat diubah-ubah,umumnya disebut rheostat. Misalkan detektor yang digunakan adalah ammeter, maka nilai R_a harus diubah-ubah hingga ammeter menunjukkan nilai 0 A yang menandakan bahwa jembatan sudah seimbang.

Berikut ini contoh dari jembatan wheatstone:

Resistansi dari resistor yang digunakan haruslah presisi dan detektornya juga harus memiliki sensiitivitas yang cukup baik, maka hasil pengukuran resistansi dengan menggunakan metode ini bisa memiliki akurasi hingga kurang lebih 0.05%. Karena memberikan hasil pengukuran yang akurat, bisanya peralatan ini digunakan di laboraturium untuk kepentingan kalibrasi.

Ada banyak variasi yang bisa dibuat dari jembatn wheatstone ini. Kebanyakan jembatan dc digunakan untuk mengukur resistansi, sementara jembatan ac biasanya digunakan untuk mengukur induktansi (pada induktor), kapasitansi (pada kapasitor), dan frekuensi.

Gambar 1. Rangkaian Jembatan Wheatstone

Sumber : (http://ntrux.wordpress.com)

Keterangan Gambar :

S          : Saklar penghubung

G         : Galvanometer

E          : Sumber tegangan arus

Rs        : Hambatan geser

Rx       : Hambatan yang akan di tentukan nilainya.

Ra        : Hambatan yang sudah di ketahui nilainya.

Rb       : Hambatan yang sudah di ketahui nilainya

Saat saklar S di tutup,maka arus akan melewati rangkaian. Jika jarum Galvanometer menyimpang artinya ada arus yang melewatinya, yaitu antara titik C dan D ada beda potensial. Dengan mengatur besarnya Ra dan Rb juga hambatan geser Rs akan dapat dicapai galvanometer (G) tak teraliri arus, artinya tak ada beda potensial antara titik C dan D.
Dengan demikian akan berlaku persamaan :

I.     Keunggulan  dan Kelemahan Potensiometer

1.      Keunggulan  Potensiometer

Salah satu keuntungan penggunaan dari pembagi potensial potensiometer, dengan membandingkan dengan resistor variabel secara seri dengan sumber adalah bahwa, sementara resistor variabel memiliki ketahanan maksimum dimana beberapa saat tegangan selalu mengalir, pembagi dapat bervariasi tegangan output dari maksimum (V_S) ke ground (nol volt) sebagai wiper bergerak dari satu ujung potensiometer yang lain. Selain itu, tahanan beban sering tidak dikenal karena hanya menempatkan resistor variabel secara seri dengan beban bisa memiliki efek yang dapat diabaikan atau efek yang berlebihan (tergantung pada beban)

Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan secara langsung kekuatan yang signifikan (lebih dari .... Watt), karena pada potensiometer sebanding dengan kekuatan dalam beban yang dikendalikan. Sebaliknya potensiometer digunakan untuk mengatur tingkat sinyal analog (misalnya kontrol volume pada peralatan audio), dan sebagai masukan kontrol untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh sebuah lampu dimmer yang menggunakan potensiometer untuk mengontrol switching dari TRIAC, sehingga secara tidak langsung mengontrol kecerahan lampu.

2.      Kelemahan penggunaan potensiometer

Kelemahan penggunaan potensiometer diantaranya :

·         Cepat aus akibat gesekan

·         Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas kontak

·         Mudah korosi

·         Peka terhadap pengotor Potensiometer linier

Potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halus dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensor posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabila jangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu (0,2 – 0,5) %

DAFTAR PUSTAKA

Sapiie, Soedjana. 2005.  Pengukuran dan Alat Alat Ukur Listrik. Jakarta: PT. Pradya Paramita

Wikipedia. 2010. Potensiometer. (http://id.wikipedia.org/wiki/Potensiometer). (online). Diakses 22 November 2012

Anonim. 2012. Pengertian dan fungsi Resistor Variabel. (http://www.sisilain.net/2012/07/ pengertian-dan-fungsi-resistor-variabel.html). (online). Diakses 22 November 2012

Elektronika Dasar . 2010. Jenis Potensiometer dan Aplikasinya Sebagai Sensor.(http://elektronika-dasar.com/komponen/sensor-tranducer/jenis-potensiometer-dan-aplikasinya-sebagai-sensor/). (online). Diakses 22 November 2012

Anonim. 2012. Fungsi Jenis dan Kelebihan Potensiometer.(http://landasanteori.blogspot.com /2012/05/fungsi-jenis-dan-kelebihan.html). (online). Diakses 22 November 2012

Elektronika Industri. 2011. Mengukur Potensiometer dengan Multi Meter. (http://elektronika industri.com/mengukur-variabel-resistor-potensiometer-dengan-multimeter/). (online). Diakses 22 November 2012

Anonim. 2012. Pengertian Jembatan Wheatstone. (http://www.file-edu.com/2012/04/ pengertian-jembatan-wheatstone.html). (online). Diakses 22 November 2012

Anonim. 2011. Jembatan Wheatstone.(http://ntrux.wordpress.com/2011/05/14/jembatan-wheatstone/). (online). Diakses 22 November 2012

Sodiq, Ahmad. 2012. Potensiometer. (http://akhmadsodiq10.blogspot.com/2012/11/ potensiometer.html). (online). Diakses 22 November 2012

Media Bali. 2010. Jembatan Wheatstone. (http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/jembatan _wheatstone.html). (online). Diakses 22 November 2012