Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik dari dua titik potensial listrik. Pada peralatan elektronik, voltmeter digunakan sebagai pengawasan nilai tegangan kerja. Voltmeter tersusun atas beberapa bagian yaitu terminal positif dan negatif, batas ukur, setup pengatur fungsi, jarum penunjuk serta skala tinggi dan skala rendah.
Prinsip kerja Sunting
Pada rangkaian listrik, voltmeter merupakan suatu alat untuk mengukur besar tegangan listrik. Pergerakan jarum penunjuk pada voltmeter terjadi karena adanya gaya magnet yang timbul sebagai hasil interaksi antara medan magnet dan kuat arus listrik. Simpangan yang dihasilkan oleh pergerakan jarum sebanding dengan kuat arus listrik yang mengalir. Arus listrik yang terukur merupakan arus listrik yang melalui kumparan yang diletakkan di antara medan magnet. Peningkatan arus berarti peningkatan simpangan pergerakan jarum sehingga akan menunjuk ke nilai pengukuran tegangan yang lebih besar. Voltmeter dipasang secara paralel dengan komponen yang akan diukur dalam rangkaian listrik.
Komponen Sunting
Bagian-bagian penyusunnya terdiri dari tiga buah lempengen tembaga. Letak tembaga berada di dalam sebuah bakelit pada lempengan dalam yang dirangkai dalam tabung kaca atau plastik. Ukuran tabung kaca umumnya sekitar 15 cm dengan diameter 10 cm. Lempengen luar berfungsi sebagai anoda dan lempengen yang terletak di tengah berfungsi sebagai katoda. Voltmeter dibuat dengan memiliki galvanometer dan hambatan yang dirangkai seri sebagai faktor pengali. Hambatan seri meningkatkan batas ukur voltmeter hingga beberapa kali lipat.
Batas ukur Sunting
Voltmeter merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada di suatu rangkaian listrik dalam besaran dan satuan tertentu. Batas ukur dalam voltmeter dinyatakan dalam milivolt (mV), voltmeter (V), mikrovolt, atau kilovolt (kV). Batas ukur merupakan nilai maksimum tegangan yang mampu diukur oleh sebuah voltmeter. Pengukuran tegangan listrik yang melebihi nilai maksimum dari batas ukur voltmeter akan mengakibatkan terjadinya kerusakan komponen voltmeter. Batas ukur dari voltmeter dapat diperbesar hingga beberapa kali lipat dengan menggunakan faktor pengali.
Voltmeter yang menggunakan prinsip kumparan putar memiliki koil yang terhubung secara seri dengan resistansi yang tinggi. Pada voltmeter arus searah, tahanan pengali dipasang secara seri dengan kumparan putar magnet permanen yang berfungsi sebagai faktor pengali. Tahanan pengali mengubah gerakan kumparan menjadi sebuah voltmeter arus searah. Pada tahanan pengali, arus dibatasi ke alat ukur agar tidak melebihi arus skala penuh. Pengukuran tegangan pada arus searah hanya dilakukan pada beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian arus searah. Voltmeter dihubungkan secara paralel terhadap sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian. Penetapan polaritas membuat terminal-termianal pada voltmeter diberi tanda positif dan negatif. Perbesaran batas ukur dilakukan dengan menentukan nilai tahanan pengali melalui faktor tegangan rentang maksimum (V), arus defleksi (Im), tahanan dalam (Rm), dan tahanan pengali.(Rs), dengan rumus: V= Im (Rs+Rm).
Pada voltmeter dengan batas ukur sampai 500 Volt, tahanan pengali dipasang di bagian dalam voltmeter. Pada tegangan yang lebih tinggi, tahanan pengali dipasang pada sepasang probe kutub di bagian luar voltmeter. Tujuan pemasangan luar ialah untuk mencegah terjadinya panas berlebihan di bagian dalam voltmeter. Penambahan sejumlah pengali beserta sebuah sakelar pemilih, membuat voltmeter mampu digunakan pada sejumlah nilai tegangan.
Jenis Sunting
Voltmeter digital Sunting
Voltmeter digital adalah voltmeter yang menunjukkan hasil pengukuran tegangan listrik secara digital. Prinsip kerjanya adalah mengubah tegangan masukan analog menjadi digital. Volmeter digital menggunakan pengubah analog-ke-digital. Representasi digital dilakukan dengan menggunakan kode-BCD. Pemakaian pengubah analog-ke-digital hanya dilakukan jika tegangan listrik yang akan diukur bernilai kecil. Pada tegangan tinggi, pengubah analog-ke-digital didahului oleh potensiometer. Setelah tegangan listrik dapat diperkecil, barulah diukur dengan pengubah analog-ke-digital. Cara lain yang digunakan adalah penggunaan resistor dalam pengukuran jatuh tegangan. Voltmeter digital umumnya memiliki tampilan empat digit. Pada voltmeter digital dengan jumlah digit lebih dari empat, ketepatan pengukuran menurun.
Cara pakai Sunting
Langkah awal dalam menggunakan voltmeter ialah merangkai komponen yang memiliki potensial berbeda secara paralel. Voltmeter memiliki kutub negatif dan kutub positif sehingga pemasangannya harus disesuaikan dengan arah arus listrik pada rangkaian listrik. Selain itu, adanya perbedaan potensial antara kutub positif dan negatif harus dipastikan sebelum pemakaian voltmeter. Kutub positif harus dipastikan memiliki potensial yang lebih tinggi dibandingkan dengan kutub negatif. Voltmeter memiliki probe positif, negatif, dan probe tambahan. Jika terjadi penyimpangan ke kiri pada jarum penunjuk dari voltmeter, maka dipastikan bahwa pemasangan kabel terbalik. Pada rangkaian arus bolak-balik posisi kabel positif dan negatif tidak terlalu dipertimbangkan, sedangkan pada rangkaian arus searah, posisinya harus tepat.
Satuan pengukuran Sunting
Satuan pengukuran tegangan listrik yang digunakan secara internasional adalah Volt. Standar satuan ini pertama kali ditetapkan pada tahun 1893 bersama dengan satuan Ampere dan satuan Ohm. Hasil akhir dari pertemuan internasional tersebut adalah penetapan nilai dari satuan Volt internasional. Volt internasional dijelaskan sebagai sel Clark pada 15oC dengan gaya gerak listrik sebesar 1,434 Volt. Pada tanggal 1 Januari 1948 ditetapkan sebuah standar baru yang menjadi standar absolut hingga saat ini. Dalam standar absolut ditetapkan bahwa satu Volt internasional sama dengan nilai dari 1,000330 Volt absolut.
Kalibrasi Sunting
Kalibrasi voltmeter dilakukan dengan menggunakan jembatan Wheatstone yang dikembangkan oleh Charles Wheatstone. Proses kalibrasi melibatkan pengukuran nilai resistansi yang tidak diketahui sebagai alat untuk mengkalibrasi instrumen pengukuran. Penentuan tingkat kalibrasi dilakukan menggunakan kawat geser resistif yang panjang.
Kegunaan Sunting
Pengukuran potensial elektrostatik Sunting
Pengukuran potensial elektrostatik dilakukan dengan menggabungkan voltmeter, amperemeter dan elektrometer yang telah dikalibrasi. Ketiganya digunakan untuk mengetahui besarnya nilai potensial elektroslatik yang telah dikalibrasi. Selain itu, voltmeter juga dapat menggantikan peran galvanometer balistik dalam pengukuran elektrostatik. Penggunaan voltmeter menghasilkan simpangan yang senilai dengan penunjuk arus listrik pada galvanometer.
Pengukuran induksi magnetik Sunting
Voltmeter dapat digunakan untuk mengukur nilai induksi magnetik. Sebuah lilitan kawat dengan ukuran yang sangat kecil diletakkan di dalam ruang yang terdapat medan magnet dan dihubungkan dengan voltmeter. Ketika medan induksi terjadi, maka jarum penunjuk pada voltmeter akan bergerak dan menunjukkan nilai tegangan listrik yang teramati secara langsung. Harga medan induksi ditentukan melalui perkalian nilai antara medan magnet induksi, tegangan dan waktu serta pembagian ketiganya dengan luas permukaan lilitan.
Praktikum dan penelitian kimia Sunting
Voltmeter dimanfaatkan dalam kegiatan praktikum kimia khususnya pada penelitian kimia unsur golongan utama jenis kedua. Di dalam laboratorium kimia, voltmeter disimpan dalam ruang alat ukur pada laci atau lemari khusus. Penyimpanannya dalam keadaan tertutup dan dapat dibuka secara mudah. Selain itu, ruang penyimpanan selalu dalam keadaan bersih dan kering serta tidak miring.
Referensi Sunting
- Siswanto, J., Susantini, E., dan Jatmiko, B. (2018). Fisika Dasar, Seri: Listrik Arus Searah dan Kemagnetan (PDF). Semarang: UPGRIS Press. hlm. 29. ISBN 978-602-5784-14-9.
- Ponto 2018, hlm. 142.
- ^ Faradiba 2020, hlm. 100.
- Ponto 2018, hlm. 141.
- Faradiba 2020, hlm. 40.
- Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Atas (2011). Panduan Teknis Perawatan Peralatan Laboratorium Fisika. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Atas, Direktorat Jendral Pendidikan Menengah, Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan. hlm. 21.
- Setiyo 2017, hlm. 38.
- Setiyo 2017, hlm. 39.
- Hughes, Edward (2008). Hughes Electrical and Electronic Technology (PDF). Harlow: Pearson Education Limited. hlm. 937. ISBN 978-0-13-206011-0.
- Poerwanto, Hidayati, J., dan Anizar (2012). Instrumen dan Alat Ukur. Yogyakarta: Graha Ilmu. hlm. 7. ISBN 978-979-756-360-8.
- Setiyo 2017, hlm. 83.
- Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 50.
- Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 126.
- Gertshen, Kneser dan Vogel 1996, hlm. 128.
- Kancono 2010, hlm. 57.
- Kancono 2010, hlm. 50.
Daftar pustaka Sunting
- Faradiba (2020). Metode Pengukuran Fisika (PDF). Jakarta: Prodi Pendidikan Fisika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Kristen Indonesia.
- Gertshen, C., Kneser, H.O., dan Vogel, H. (1996). Fisika: Listrik Magnet dan Optik (PDF). Jakarta: Pusat Pembinaan dan Pengembangan Bahasa. ISBN 979-459-693-0.
- Kancono (2010). Manajemen Laboratorium IPA (PDF). Bengkulu: Unit Penerbitan FKIP Unib. ISBN 978-602-8043-16-8.
- Ponto, Hantje (2018). Dasar Teknik Listrik (PDF). Sleman: Deepublish. ISBN 978-623-7022-93-0.
- Setiyo, Muji (2017). Listrik dan Elektronika Dasar Otomotif (PDF). Magelang: Unima Press. ISBN 978-602-51079-0-0.