Prinsip Pengukuran dengan Alat Ukur Digital
Besaran-besaran listrik seperti tegangan, arus, daya, dan faktor daya dapat diukur dengan menggunakan alat ukur tertentu. Tegangan diukur dengan voltmeter, arus diukur dengan amperemeter, daya diukur dengan wattmeter, dan faktor daya diukur dengan cos phi meter. Selain itu, masih banyak alat ukur listrik lainnya yang disesuaikan dengan besaran yang ingin diukur.
Alat ukur ada yang bersifat analog, ada pula yang bersifat digital. Perbedaan mendasar antara alat ukur analog dan digital adalah rangkaian pemrosesan sinyal inputnya. Alat ukur analog menggunakan rangkaian analog, alat ukur digital menggunakan rangkaian digital. Selain itu, perbedaan yang dapat terlihat langsung adalah cara pengguna membaca nilai besarannya. Nilai pada alat ukur analog dilihat dengan membaca skala yang ditunjukkan oleh jarum, sementara pada alat ukur digital, nilai dapat langsung dibaca besarnya karena ditampilkan dalam bentuk digit angka.
Gbr 1. alat ukur digital
Gbr 2. alat ukur analog
Pada tulisan ini, hanya akan dibahas mengenai alat ukur digital, mekanisme kerja, serta kelebihan dan kekurangannya.
Pada dasarnya, alat ukur digital mengubah input sinyal (tegangan, arus, dan lain-lain) yang berbentuk analog (artinya memiliki nilai di setiap waktu) menjadi bentuk digital (bit 1 dan 0) sehingga dapat ditampilkan dalam bentuk angka decimal dengan seven segment display.
Blok diagram alat ukur digital adalah sebagai berikut:
gambar 3: blok diagram alat ukur digital
- Sinyal input besaran yang ingin diukur akan masuk melalui probe menuju Sensor berguna sebagai pendeteksi sinyal dan mengubah semua sinyal baik listrik maupun non-listrik menjadi tegangan.
- Sinyal digital yang dihasilkan akan diolah/diproses oleh rangkaian digital sehingga didapatkan sinyal output digital berupa nilai biner.
- Nilai biner itu akan menentukan keluaran seperti apa yang akan ditampilkan di seven segment dalam bentuk digit angka.
Mekanisme dalam rangkaian digitalnya ada sebagai berikut:
-> Sinyal yang masuk ke rangkaian digital akan dibandingkan tegangannya menggunakan komparator. Prinsip perbandingannya adalah, jika ada salah satu input yang lebih besar daripada nilai feedback atau umpan balik, maka akan menghasilkan logika 1.
-> Misal tegangan 2 Volt masuk sebagai sinyal input. Saat itulah counter 4 bit akan direset menjadi 0000. Komparator akan memeriksa input dengan feedback. Dibandingkanlah input = 2 Volt dan feedback= 0. Sehingga akan menghasilkan logika 1.
-> Logika 1 yang dihasilkan komparator akan mengaktifkan gerbang AND. Gerbang AND yang aktif akan mengizinkan pulsa dari trigger batere lewat menuju counter. Pulsa tersebut menyebabkan counter bekerja, melanjutkan pencacahan sehingga nilai binernya sekarang 0001.
-> Nilai 0001 akan masuk ke BCD to seven segment decoder sehingga pada seven segment akan menyala LED b dan c. Pembacaan yang diberikan adalah desimal 1.
-> Nilai 0001 juga dimasukkan ke Digital-to-Analog Converter (DAC). Nilai analog dari 0001 adalah sekitar 3.2 Volt. Nilai ini terpasang pada masukan Op-Amp melalui resistor 150 kohm. Penguatan tegangan Op-Amp adalah:
A = Rf/Rin = 47000/150000 = 0.31
Penguatan menjadi 0.31. Penguatan tegangan dikali tegangan masukan sama dengan tegangan keluaran :
Vout = A x Vin = 0.31 x 3.2 = 1 volt
Tegangan keluaran DAC adalah 1 volt. Nilai 1 volt ini akan dimasukkan kembali ke komparator sebagai feedback.
-> Nilai 2 volt masih terpasang sebagai input dan feedbacknya bernilai 1 V. Komparator akan melakukan perbandingan lagi. Karena nilai input lebih besar daripada nilai feedback, maka logika yang keluar dari komparator adalah 1.
-> Nilai logika 1 ini sekali lagi akan mengaktifkan gerbang AND dan clock pulsa selanjutnya akan masuk. Counter akan melakukan pencacahan sehingga hasilnya menjadi 0010. Biner 0010 tersebut didekode dan ditampilkan pada seven segment display sebagai angka desimal 2.
-> Biner 0010 akan masuk lagi ke DAC. Setelah melewati proses di Op-Amp, DAC mengeluarkan sekitar 2 volt yang difeedback ke komparator untuk dibandingkan lagi dengan input 2 V. Karena input sudah sama dengan feedback, maka komparator menghasilkan logika 0. Akibatnya gerbang AND tidak aktif sehingga tidak ada clock pulsa yang masuk ke counter. Pencacahan pun tidak berlanjut dan tetap mengeluarkan output 0010 yang dibaca sebagai desimal 2 pada seven segment display. Sehingga pengguna dapat langsung mengetahui besarnya tegangan yang terukur.
Flowchart untuk rangkaian digitalnya adalah sebagai berikut:
gbr4. flowchart alat ukur digital
Kelebihan alat ukur digital:
- dapat mengurangi error pengukuran karena kesalahan pembacaan (skala, paralaks, kondisi mata).
- murah, mudah dioperasikan, praktis.
- perlu sumber eksternal yakni baterei untuk catu daya bagi komponen-komponen di dalam rangkaian digitalnya.
EmoticonEmoticon