MAKALAH
JEMBATAN WHEATSTONE
Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Mata kuliah Pengukuran dan Alat Ukur
Dosen pengampu :
Mina Naidah Gani, DUT., ST., M.Eng.
Rifa Hanifatunnisa, S.ST., M.T.
Oleh : Kelompok 8
Auliya Rahmawati
201331035
Christoper Hujaga
201331036
Rizal Rabby Radhiyya
201331058
Sadik Yuspi
201331059
PROGRAM STUDI D-3 TEKNIK TELEKOMUNIKASI
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2021
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya
sehingga kami dapat menyelesaikan tugas makalah yang berjudul “Jembatan Wheatstone” ini
tepat pada waktunyaDalam penyusunan makalah ini, kami mendapat banyak bimbingan, bantuan,
serta dorongan dari berbagai pihak.
Karena ini pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada:
1. Ibu Mina Nadiah Gani, DUT., ST., M.Eng dan Ibu Rifa Hanifatunnisa, S.ST., M.T.
selaku Dosen Pengukuran dan Alat Ukur yang sudah membimbing dalam penyusunan
makalah ini.
2. Orang tua penyusun yang selalu mendoakan dan memberikan dukungan kepada kita
semua.
3. Seluruh anggota kelompok 8 yang sudah bekerja keras dalam penyusunan makalh ini.
4. Teman teman semua yang sudah mendukung dalam penyusunan makalah ini.
Kami menyadari, bahwa makalah jembatan wheatstone yang kami buat ini masih jauh dari kata
sempurna baik segi penyusunan, bahasa, maupun penulisanya. Oleh karena itu, kami sangat
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua pembaca guna menjadi acuan agar
penulis bisa menjadi lebih baik lagi di masa mendatang.
Semoga makalah ini bisa menambah wawasan para pembaca dan bisa bermanfaat untuk
perkembangan dan peningkatan ilmu pengetahuan kita semua.
Bandung, Februari 2021
Kelompok 8
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR............................................................................................................ ii
DAFTAR ISI ......................................................................................................................... iii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ iv
BAB 1..................................................................................................................................... 5
PENDAHULUAN DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 5
1.1 PENGERTIAN JEMBATAN WHEATSTONE ......................................................... 5
1.2 HUKUM DASAR JEMBATAN WHEATSTONE .................................................... 7
1.3
1.2.1
HUKUM OHM ............................................................................................ 7
1.2.2
HUKUM KIRCHOFF .................................................................................. 7
1.2.3
HUKUM FARADAY .................................................................................. 8
PRINSIP KERJA JEMBATAN WHEATSTONE .................................................... 8
1.4 LANGKAH KERJA JEMBATAN WHEATSTONE ................................................ 8
1.5 PRINSIP JEMBATAN WHEATSTONE................................................................... 9
1.6 FUNGSI JEMBATAN WHEATSTONE ................................................................. 10
1.7 APLIKASI JEMBATAN WHEATSTONE ............................................................. 12
1.8 KELEBIHAN JEMBATAN WHEATSTONE ......................................................... 17
1.9 KESALAHAN DALAM JEMBATAN WHEATSTONE ....................................... 18
BAB 2................................................................................................................................... 19
PROBLEM DAN SOLVING ............................................................................................... 19
KESIMPULAN .................................................................................................................... 21
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 22
iii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 1 Jembatan Wheatstone ...................................................................................... 6
Gambar 1.4 1 Rangkaian Jembatan Wheatstone .................................................................... 8
Gambar 1.6.1 1 Jembatan Wheatstone ................................................................................. 10
Gambar 1.6.2 1 Jembatan Wheatstone ................................................................................. 10
Gambar 1.6.2 2 PTC dan NTC ............................................................................................. 11
Gambar 1.6.2 3 Sensor LDR ................................................................................................ 11
Gambar 1.6.2 4 Strain Gauge (Load Cell) ........................................................................... 11
Gambar 1.7 1 Aplikasi Jembatan Wheatstone pada sensor strain gauge ............................. 12
Gambar 1.7 2 (a) Dua NTC dan dua PTC yang dihubungkan secara prinsip jembatan
whratstone (NTC+NTC+PTC+PTC) dan (b) Proses pengukuran pada dua NTC dan dua
PTC yang dihubungkan secara prinsip Jembatan Wheatstone ............................................. 14
Gambar 1.7 3 Rangkaian Jembatan Wheatstone Light Detector ......................................... 15
Gambar 1.7 4 Jembatan Wheatstone .................................................................................... 16
iv
BAB 1
PENDAHULUAN DAN PEMBAHASAN
Di era modern ini dalam kehidupan sehari hari manusia tidak pernah lepas dari kebutuhan
energy listrik. Alat – alat yang membantu kehidupan manusia pada masa kini sebagian besar
difungsikan dengan energy listrik dan sebagainya. Sumber listrik yang terhubung dengan alat-alat
tersebut akan mengalirkan arus listrik sehingga alat tersebut dapat digunakan.[2]
Setiap bahan yang dilewati arus listrik memiliki besaran yang dapat menghambat laju arus
listrik, besaran tersebut ialah hambatan. Nilai hambatan setiap bahan akan mempengaruhi kuat
arus yang mengalir pafa rangkaian. Semakin besar hambatan pada suatu rangkaian dengan
tegangan yang tetap maka arus yang mengalir semakin kecil.[1]
Salah satu konfigurasi dalam elektronika yaitu jembatan wheatstone, yang merupakan
rangkaian yang terdiri dari empat buah hambatan yang dihubungkan dengan sumber tegangan.
Ke gu n a a n da ri Je m bat an Wheatstone adalah untuk mengukur nilai suatu hambatan
dengan cara arus yang mengalirpada galvanometer sama dengan nol (karena potensial ujungujungnya sama besar).[2]
Sehingga dapat dirumuskan dengan perkalian silang. Cara kerjanya adalah sirkuit
listrik dalam empattahanan dan sumber tegangan yang dihubungkan melalui dua titik
diagonal dan pada keduadiagonal yang lain dimana galvanometer ditempalkan seperti
yang diperlihatkan pada jembatan wheatstone.[1]
1.1 PENGERTIAN JEMBATAN WHEATSTONE
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 dipergunakan untuk memperoleh ketelitian
dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil
sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kortsluiting dan sebagainya.
Rangkaian ini dibentuk oleh empat buah tahanan (R) yag merupakan segiempat A-BC-D dalam hal mana rangkaian ini dihubungkan dengan sumber tegangan dan sebuah
galvanometer nol (0). Kalau tahanan- tahanan itu diatur sedemikian rupa sehingga
5
galvanometer itu tidak akan mengadakan suatu hubungan antara keempat tahanan
tersebut
Pada gambar di bawah ini dilukiskan prinsip dasar dari sistem jembatan Wheatstone.
Dua buah rangkaian seri dari dua buah hambatan diparalelkan dan
diantara
sambungan-sambungan serinya dipasang sebuah galvanometer.[1]
Gambar 1.1 1 Jembatan Wheatstone
Pada rangkaian diatas R1 dan R3 adalah sebuah variable resistor, yaitu hambatan
yang nilainya dapat diubah – ubah, gunanya untuk mengatur besar dan kecilnya kuat
arus
i2
sedemikian
rupa
sehingga
rangkaian
dapat
mencapai
keadaan
keseimbangan.Keadaan keseimbangan yang dimaksud adalah tidak adanya arus listrik
(iG) yang melalui galvanometer.Pada keseimbangan inilah rangkaian rangkaian itu
disebut sebagai jembatan Wheatstone. Jika tidak ada arus listrik yang mengalir
melewati Galvanometer artinya Vg memiliki nilai nol (0), maka Vx = Vy.[3]
6
1.2
HUKUM DASAR JEMBATAN WHEATSTONE
Terdapat
beberapa hukum
fisika
yang mendasari
rangkaian
listrik
yang berhubungan dengan jembatan wheatstone, antara lain [3]:
1.2.1
HUKUM OHM
Hukum Ohm ditemukan oleh georg Simon Ohm (1825), yaitu seorang
Fisikawan yang berasal dari Jerman yang mempublikasikan sebuah paper
yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun
1827. Hukum ini tentang arus (current law), yang menyatakan bahwa
“arus masuk pada satu titik percabangan akan sama dengan arus yang keluar
melalui titik yang sama” dan juga “jika suatau arus listrik melalui suatu
penghantar,
maka
kekuatan
arus
tersebut adalah sebanding dengan
tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Secara
matematis Hukum Ohm dituliskan menjadi
V = I.R atau I = V/R
Dimana :
1.2.2
V
= tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (volt)
I
= arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)
R
= hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (ohm)
HUKUM KIRCHOFF
Hukum Kirchoff 1, yang ditemukan oleh Gustav Robert
Kirchoff
(1824-1887) yang menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada
rangkaian bercabang
yang kemudian dikenal dengan Hukum Kirchoff
berbungi “jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama
dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”.Hukum Kirchoff
II berbunyi “jumlah tegangan-tengangan didalam satu rangkaian tertutup
sama dengan 0 (nol)” Maksud dari jumlah tegangan sama dengan nol adalah
tidak adanya energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam
arti semua energi bisa digunakan atau diserap
7
1.2.3
HUKUM FARADAY
Teori ini berbunyi “konsep gaya gerak listrik pertama kali dikemukakan oleh
Michael Faraday, yang melakukan penelitian untuk menentukan faktor yang
mempengaruhi
besarnya
ggl yang diinduksi.
Dia menemukan bahwa
induksi sangat bergantung pada waktu, yaitu semakin cepat terjadinya
perubahan medan magnetik, ggl yang diinduksi semakin besar.
1.3
PRINSIP KERJA JEMBATAN WHEATSTONE
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.[3]
1.4 LANGKAH KERJA JEMBATAN WHEATSTONE
1. Buat rangkaian Jembatan Wheatstone di protoboard dengan referensi gambar
rangkaian berikut
Gambar 1.4 1 Rangkaian Jembatan Wheatstone
8
2. Membuat rangkaian Jembatan Wheatstone, dengan menutup resistor Rx yang
akan diukur besarnya.
3. Masukkan tegangan 5 Volt ke dalam rangkaian di protoboard sebagai tegangan
sumber
4. Menggunakan kabel jumper untuk membantu proses mengukur tegangan pada
jembatan (titik B - D).
5. Menyimpan Voltmeter untuk mengukur tegangan pada jembatan (VG) yaitu
tegangan titik B- D
6. Menala Potensiometer (R2) sampai tegangan pada jembatan (VG) yaitu tegangan
titik B-D terukur besarannya  0 Volt pada ohmmeter
7. Mengukur besaran potensiometer menggunakan ohmmeter dengan mencabut
koneksi sekitarnya Catat besaran nilai potensiometer yang terukur
8. Hitung nilai resistansi Rx
9. Mengukur nilai Rx untuk membandingkan dengan hasil pengukuran dan perhitungan
1.5 PRINSIP JEMBATAN WHEATSTONE
Jembatan wheatstone adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur suatu yang
tida 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 proses menentukan nilai hambatan
listrik yang presisi/tepat menggunakan rangkaian jembatan wheatstone dan melakukan
perbandingan antara besar hambatan yang belum diketahui yang tentunya dalam
keadaan jembatan disebut seimbang. Rangkaian jembatan wheatstone tersebut
memiliki susunan dari 4 buah hambatan yang mana 2 dari hambatan tersebut adalah
hambatan variable dan hambatan yang belum diketahui besarnya yang disusun secara
seri satu sama lain. Kebanyakn alat ini kerjanya tergantung pada momen yang berlaku
pada kumparan didalam magnet. Hasil kali antara hambatan berhadapan yang satu
akan sama dengan hasil kali hambatan hambatan berhadapan lainnya jika beda
potensial antara c dan d bernilai nol. Persamaan R1.R3=R2.R4 dapat diturunkan dengan
menerapkan hukum kirchoff dalam rangkain tersebut.
9
Hambatan listrik suatu penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan
pengahantar tersebut yang mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk
mengalirkan arus listrik yang secara matematis.[5]
1.6
FUNGSI JEMBATAN WHEATSTONE
1.6.1 Mengukur resistansi yang belum diketahui nilainya
R1 = R3
R2 = Potensiometer
Rx = Hambatan yang belum diketahui besarannya
G = Galvanometer
Gambar 1.6.1 1 Jembatan Wheatstone
1.6.2 Jembatan wheatstone sebagai transducer
Transducer merupakan alat yang dapat mengubah bentuk energy yang satu ke
bentuk energy yang lain (pakai gambar) Contohnya :
1.
Mengubah energy panas menjadi energy listrik
2.
Mengubah energy cahaya menjadi energy listrik
3.
Mengubah energy gerak menjadi enegy listrik
Rx dipasang oleh sensor
Macam macam sensor :
1. Untuk sensor suhu yaitu thermistor (resistor yang
resistansinya berubah karena suhu disekitarnya beruba
Gambar 1.6.2 1 Jembatan Wheatstone
10
Thermistor NTC (Negative
Temperature Coefficient)
Thermistor PTC (Positive
Temperature Coefficient)
Gambar 1.6.2 2 PTC dan NTC
2. Untuk sensor cahaya yaitu LDR (resistor yang
resistansinya berubah karena perubahan cahaya)
LDR (Light Dependent Resistor)
Gambar 1.6.2 3 Sensor LDR
3. Untuk sensor berat yaitu Strain gauge atau Load Cell
(sensor untuk mengukur berat benda atau barang
dalam ukuran besar)
Load Cell or Strain gauge
Gambar 1.6.2 4 Strain Gauge (Load Cell)
11
1.7 APLIKASI JEMBATAN WHEATSTONE
1. Salah satunya adalah dalam percobaan mengukur regangan pada benda uji berupa beton
atau baja. Dalam percobaan kita gunakan strain gauge, yaitu semacam pita yang terdiri
dari rangkaian listrik untuk mengukur dilatasi benda uji berdasarkan perubahan
hambatan penghantar di dalam strain gauge. Strain gauge ini direkatkan kuat pada
benda uji sehingga deformasi pada benda uji akan sama dengan deformasi pada strain
gauge. Seperti kita ketahui, jika suatu material ditarik atau ditekan, maka terjadi
perubahan dimensi dari material tersebut sesuai dengan sifat2 elastisitas benda.
Perubahan dimensi pada penghantar akan menyebabkan perubahan hambatan listrik,
ingat persamaan R = ρ.L/A. Perubahan hambatan ini sedemikian kecilnya, sehingga
untuk mendapatkan hasil eksaknya harus dimasukkan kedalam rangkaian jembatan
Wheatstone. Rangkaian listrik beserta jembatan Wheatstonenya sudah ada di dalam
strain gauge.
Gambar 1.7 1 Aplikasi Jembatan Wheatstone pada sensor strain gauge
Secara teori, kita bisa saja tidak menggunakan jembatan Wheatstone untuk salah satu
pengondisi sensor strain gauge layaknya gambar di atas; maksudnya, kita bisa saja
membuat rangkaian sederhana dengan sebuah baterai dan sebuah strain gauge; namun
rangkaian sederhana seperti itu tidak dapat merespon perubahan resistansi yang sangat
kecil seperti jembatan Wheatstone. Dengan jembatan Wheatstone, perubahan kecil
resistansi strain gauge dapat terdeteksi.[7]
12
2. Positive Temperature Coefficient (PTC) Thermistor
Termistor PTC memiliki hubungan berbanding lurus antara suhu dan resistansi. Ketika
suhu meningkat, maka resistansi akan meningkat. Dan sebaliknya ketika suhu menurun,
maka resistensi menurun.
Meskipun termistor PTC tidak secara umum digunakan seperti pada termistor NTC,
namun thermistor PTC sering digunakan sebagai bentuk perlindungan sirkuit. Serupa
dengan fungsi sekering, termistor PTC dapat bertindak sebagai perangkat pembatas arus.
Ketika arus melewati perangkat maka akan menyebabkan sejumlah kecil pemanasan
resistif.[6]
3. Negative Temperature Coefficient (NTC) Thermistor
Dalam termistor NTC, ketika suhu meningkat, resistensi menurun. Dan ketika suhu
menurun, resistensi meningkat. Oleh karena itu dalam suhu dan resistansi termistor NTC
berbanding terbalik. Thermistor NTC adalah jenis thermistor yang paling umum dan
sering digunakan.
Termistor NTC memberikan solusi yang sangat baik dalam aplikasi yang membutuhkan
pengukuran suhu yang akurat. Karena sensitivitasnya yang tinggi, Termistor NTC ideal
untuk mendeteksi perubahan kecil pada suhu. Namun, kurva karakteristik untuk
termistor ini sangat non-linier. Hambatan umumnya merupakan fungsi eksponensial dari
suhu, seperti yang ditunjukkan pada Persamaan (1).
di mana R0 adalah resistansi pada suhu referensi, T0, sedangkan ß adalah konstanta,
karakteristik material, T0, suhu referensi, umumnya diambil sebagai 298 ° K (25 ° C).
Jika pengguna dapat mengukur resistansi secara elektrik, pemecahan suhu menjadi
mudah dengan kurva resistansi versus suhu yang disediakan Ametherm untuk termistor
NTC tertentu.
13
Gambar 1.7 2 (a) Dua NTC dan dua PTC yang dihubungkan secara prinsip jembatan whratstone (NTC+NTC+PTC+PTC)
dan (b) Proses pengukuran pada dua NTC dan dua PTC yang dihubungkan secara prinsip Jembatan Wheatstone
Namun, jika termistor ditanamkan ke dalam rangkaian, perubahan resistansi dicatat
dalam bentuktegangansesuai perubahanatau arus yang. Dalam hal ini, pengguna harus
mengukur besaran listrik (misalnya voltase) terlebih dahulu sebelum menghitung suhu
dari besaran listrik tersebut.
untuk mengukur suhu, jembatan Wheatstone digunakan di luar keseimbangan di mana
tegangan out-of-balance, ΔV, dapat diukur dan dikaitkan dengan resistansi termistor.
Lihat sederhana ini rangkaian jembatan DC seperti yang ditunjukkan diatas digunakan
untuk pengukuran presisi seperti menggunakan termistor. Pilihan resistor R2 dan R3
yang benar akan menghilangkan nilai rata-rata DC ΔV.[6]
4. Jembatan Wheatstone Light Detector
Sirkuit jembatan seimbang menemukan banyak aplikasi elektronik yang berguna seperti
yang digunakan untuk mengukur perubahan intensitas cahaya, tekanan atau regangan.
Jenis sensor resistif yang dapat digunakan dalam rangkaian jembatan wheatstone
meliputi: sensor fotoresistif (LDR), sensor posisi (potensiometer), sensor piezoresistif
(pengukur regangan) dan sensor suhu (termistor), dll.
Ada banyak aplikasi jembatan batu gandum untuk merasakan berbagai macam kuantitas
mekanik dan listrik, tetapi satu aplikasi jembatan wheatstone yang sangat sederhana
adalah dalam pengukuran cahaya dengan menggunakan perangkat fotoresistif. Salah
satu resistor dalam jaringan jembatan diganti dengan resistor bergantung cahaya, atau
LDR.
14
LDR, juga dikenal sebagai fotosel kadmium-sulfida (Cds), adalah sensor resistif pasif
yang mengubah perubahan tingkat cahaya tampak menjadi perubahan resistansi dan
karenanya menjadi tegangan. Resistor bergantung cahaya dapat digunakan untuk
memantau dan mengukur tingkat intensitas cahaya, atau apakah sumber cahaya ON atau
OFF.
Sel Kadmium Sulphide (CdS) khas seperti resistor tergantung cahaya ORP12 biasanya
memiliki resistansi sekitar satu Megaohm (MΩ) dalam cahaya gelap atau redup, sekitar
900Ω pada intensitas cahaya 100 Lux (khas ruangan yang cukup terang), turun menjadi
sekitar 30Ω di bawah sinar matahari yang cerah. Kemudian ketika intensitas cahaya
meningkat, resistansi berkurang. Dengan menghubungkan resistor bergantung cahaya
ke rangkaian jembatan Wheatstone, kita dapat memantau dan mengukur setiap
perubahan pada level cahaya seperti yang ditunjukkan.
Gambar 1.7 3 Rangkaian Jembatan Wheatstone Light Detector
nilai yang telah ditentukan sebelumnya yang ditentukan oleh VR1. Dalam contoh ini
VR1 merupakan potensiometer 22k atau 47kΩ.
Op-amp dihubungkan sebagai komparator tegangan dengan tegangan referensi VD
diterapkan ke pin non-pembalik. Dalam contoh ini, karena R3 dan R4 memilikisama
10kΩ yang nilai, tegangan referensi yang ditetapkan pada titik D akan sama dengan
setengah dari Vcc. Itu adalah Vcc / 2.
Potensiometer, VR1 mengatur tegangan titik perjalanan VC, diterapkan ke input
pembalik dan diatur ke tingkat cahaya nominal yang diperlukan. Relay bergantian “ON”
ketika tegangan pada titik C kurang dari tegangan pada titik D.
Menyesuaikan VR1 mengatur tegangan pada titik C untuk menyeimbangkan rangkaian
jembatan pada tingkat atau intensitas cahaya yang diperlukan. LDR dapat berupa
15
perangkat kadmium sulfida apa pun yang memiliki impedansi tinggi pada tingkat cahaya
rendah dan impedansi rendah pada tingkat cahaya tinggi.
Perhatikan bahwa rangkaian dapat digunakan untuk bertindak sebagai rangkaian
pengalih “aktif-cahaya” atau rangkaian pengalih “aktif-gelap” hanya dengan
mentransposisi posisi LDR dan R3 dalam desain.
Wheatstone Bridge memiliki banyak kegunaan dalam sirkuit elektronik selain
membandingkan perlawanan yang tidak diketahui dengan resistensi dikenal. Ketika
digunakan dengan Penguat Operasional, rangkaian jembatan Wheatstone dapat
digunakan untuk mengukur dan memperkuat.[5]
5. Pengukuran elemen rangkaian dalam saluran transmisi dilakukan dengan bantuan
rangkaian jembatan wheatstone dengan rangkaian sebagai berikut :
Gambar 1.7 4 Jembatan Wheatstone
Prinsip kerja jembatan wheatstone adalah jika dicapai kondisi setimbang (R1 x R4 = R2
x R3), pada kondisi Vs ± 0, maka VA-B = 0. Karenanya jembatan wheatstone ini dapat
digunakan untuk mencari nilai resistansi atau impedansi yang tidak diketahui. Missal R1
tidak diketahui, maka pada kondisi setimbang dapat ditulis persamaan:
Konsep jembatan wheatstone selanjutnya diterapkan pada rangkaian percobaan Gambar
2.9, dengan menggan tinilai R1, R2, R3 dan R4 dengan nilai impedansi yang sesuai dan
16
mengganti sumber tegangan (dc) dengan sumber tegangan (ac). Nilai impedansi yang
dicari adalah impedansi input saluran transmisi dengan ujung dihubung singkat, yang
diharapkan bersifat kapasitip (Cx).
Pada percobaan pertama yaitu resistor konduktor, menunjukkan bahwa pada saat
pengukuran frekuensi tinggi, dan hanya satu pengatur keseimbangan (untuk besaran
tegangan), sedangkan penampakan minimum yang baik tidak dapat diperlihatkan.
Komponen reaktif dari objek pengukuran harus juga diperhitungkan. Besaran faseharus
juga diseimbangkan. Penambahan peralatan untuk
penyeimbang ditunjukkan oleh
Jembatan Maxwell (bagian diagram 2). Penyeimbangan tegangan dibuat dengan R2
seperti sebelumnya serta penambahannya. Fase diatur kemudian diseimbangkan dengan
R4. Prosedur penyeimbang diulangi, perubahan R2 dan R4, beberapa saat sampai hasil
yang minimum tampak jelas. Keseimbangan Jembatan Maxwell menurut persamaan:
Komponen reaktif kecil, bila frekuensi digunakan untuk pengukuran adalah 20 KHz.
Penghalang untuk faktor Q dapat dicapai apabila : Q = Wl/R << 1. Sekarang pemakaian
secara komersial dari jembatan RLC tidak sesuai untuk pengukuran ini.[8]
1.8 KELEBIHAN JEMBATAN WHEATSTONE
Dapat mengukur perubahan hambatan yang sangat kecil pada penghantar.
Contoh aplikasi : strain gauge, yang digunakan untuk mengukur regangan material
(baja atau beton) didasarkan pada perubahan kecil penghantar yang berdeformasi akibat
gaya eksperimen. Perubahan kecil dimensi penampang dihitung dari peribahan
hambatan pada rangkaian jembatan wheatstone yang dihubungkan sensor ke alat
pencatat data logger untuk setiap transducer.[7]
17
1.9 KESALAHAN DALAM JEMBATAN WHEATSTONE
1. Sensitivitas detektor nol yang tidak cukup.[1]
2. Perubahan tahanan lengan-lengan jembatan karena efek pemanasan arus melalui
tahanan-tahanan tersebut. Efek pemanasan (I2R) dari arus-arus lengan jembatan
dapat mengubah tahanan yang diukur. Kenaikan temperatur bukan hanya
mempengaruhi tahanan selama pegukuran yang sebenarnya, tetapi arus yang
berlebihan dapat mengakibatkan perubahan yang permanen bagi nilai tahanan. Hal
ini tidak boleh terjadi, karena pengukuran-pengukuran selanjutnya akan menjadi
salah karena itu disipasi daya dalam lengan-lengan jembatan harus dihitung
sebelumnya sehingga arus dapat dibatasi pada nilai yang aman.[3]
3. GGL termal dalam rangkaian jembatan atau rangkaian galvanometer dapat juga
mengakibatkan masalah sewaktu mengukur tahanan-tahanan rendah. Untuk
mencegah ggl termal, kadang-kadang galvanometer yang lebih sensitif dilengkapi
dengan sistem kumparan tembaga dari sistem suspensi tembaga yakni untuk
mencegah pemilikan logam-logam yang tidak sama yang saling kontak satu sama
lain dan untuk mencegah terjadinya ggl termal.[5]
4. Kesalahan-kesalahan karena tahanan kawat sambung dan kontak-kontak luar
memegang peranan dalam pengukuran nilai-nilai tahanan yang sangat rendah.
Kelebihan jembatan wheatstone itu dapat mengukur perubahan hambatan yang
sangat kecil pada penghanta
18
BAB 2
PROBLEM DAN SOLVING
A. PROBLEM
1.
Sebuah rangkaian terdiri dari dua resistor dengan resistansi R1 = 6.0 Ω dan R2 = 1,5 Ω ,
Resistor variabel, perlawanan Rvar yang dapat disesuaikan, resistor nilai yang tidak
diketahui Ru, dan baterai 9,0 volt terhubung seperti yang ditunjukkan pada gambar.
Ketika Rvar disetel ke 12 Ω, ada arus nol yang melalui amperemeter. Berapa resistansi
yang tidak diketahui Ru ?
2.
Suatu hambatan yang belum diketahui besarnya ialah Rx dipasang pada jembatan
wheatstone. Hambatan – hambatan yang di ketahui R1 = 330Ω, R2 = 465Ω, dan R3 =
330Ω. Galvanometer yang dipasang menunjukkan angka 0. Hitunglah nilai Rx!
B. SOLVING
1. Ketika tidak ada arus yang mengalir melalui amperemeter, beda potensial V (b) - V (a)
= 0 . Oleh karena itu V (c) - V (a) = V (c) - V (b) . Jika kita menetapkan arus seperti yang
ditunjukkan pada gambar di bawah, maka V (c) - V (a) = I1R1 dan V (c) - V (b) = I2R2
19
Jadi ketika amperemeter mengukur arus nol
I1R1 = I2R2 .
Dengan cara yang sama, V (a) - V (d) = V (b) - V (d) yang menyiratkan bahwa
I1Rvar = I2Ru
. Rvar
Ru =
Hasil penggabungan menghasilkan
Ru =
.
=
( . Ω)(
2. R2.R3 = Rx.R1
465Ω. 3300Ω = Rx. 330Ω
Rx =
(
Ω)(
Ω)
330Ω
Rx = 465Ω
20
. Ω
Ω)
= 3.0 Ω
KESIMPULAN
Jembatan wheatstone merupakan alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie
pada tahun 1833, dan dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843.
Jembatan Wheatstone digunakan untuk mengukur
diketahui
suatu
hambatan
listrik
yang
tidak
dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan. Terdapat beberapa
hukum fisika yang mendasari rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone,
antara lain: teori hukum ohm, teori hukum faraday, dan teori hukum kirchoff.Prinsip dasar dari
jembatan wheatstone adalah keseimbangan. Prinsip kerja jembatan wheatstone, yaitu:
a.
Hubungan antara resitivitas dan hambatan, yang berarti setiap penghantar memiliki
besar hambatan tertentu. Dan menentukan hambatan sebagai fungsi dari perubahan suhu.
b.
Hukum Ohm menjelaskan tentang hubungan antara hambatan, tegangan, dan arus
listrik. Yang mana besar arus yang mengalir pada galvanometer diakibatkan oleh adanya
suatu hambatan
c.
Hukum 1 dan 2 Kirchoff menjelaskan jembatan dalam keadaan setimbang karena
besar arus pada kedua ujung galvanometer sama besar sehingga saling meniadakan
Selain itu jembatan wheatstone juga memiliki fungsi sebagai transducer (alat yang dapat mengubah
bentuk energy yang satu ke bentuk energy yang lain), dengan cara dipasang pada bagian Rx
jembatan wheatstone sebagai pengaplikasiannya. Transducer yang dipakai oleh jembatan
wheatstone ini yaitu PTC & NTC (resistansi berubah karena suhu disekitarnya berubah), LDR
(resistansi berubah karena perubahan cahaya disekitarnya), dan Strain gauge / Load Cell (mengukur
berat bedan dalam ukuran besar). Dan adapun juga terjadi kesalahan dalam pengukuran jembatan
wheatstone ini dikarenakan sensitivitas detector nol yang tidak sesuai, arus yang berlebihan, dan
kurang ketelitian terhadap alat ukur.
21
DAFTAR PUSTAKA
[1] Jembatan Wheatstone . (2018). In C. Sundaygara, Bahan Ajar Percobaan Fisika Materi
Listrik Magnet (pp. 13 - 16 ). Malang: Media Nusa Creativ
[2] Giancoli, D. C. (2001). Physics Fifth edition. Erlangga.
[3] Salsabila, R. (2017). Jembatan Wheatstone . Makalah Jembatan Wheatstone.
[4] Warsito. (2010). ANALISIS RESOLUSI SENSOR TEMPERATUR TERINTEGRASI IC LM35 DAN SENSOR
THERMISTOR, 143 - 148.
[5] Abdul. (2019). mengenal-jembatan-wheatstone. Retrieved from abdulelektro.blogspot.com:
https://abdulelektro.blogspot.com/2019/07/mengenal-jembatan-wheatstone.html
[6] disain-sensor-temperatur. (n.d.). Retrieved from pdfslide.tips:
https://pdfslide.tips/documents/disain-sensor-temperatur.html
[7] Rahmanto, A. (2017). ANALISA AKURASI PENGUKURAN
RESISTANSI,KAPASITANSI SERTA IMPEDANSI DENGAN METODE BRIDGE
FEEDBACK TK291A.
[8] Kumalasari, R. (2019, November 24). Laporan Pratikum. Retrieved from id.scribd.com:
https://id.scribd.com/document/436563100/LAPORAN-PRAKTIKUM-10
22