Cara Mengukur Listrik Statis: Elektroskop, Voltmeter Elektrostatik, dan Amplifier Elektrostatik

Oleh Suhinar El · Seri Motor Academy: Listrik Dasar, Lesson 02: Listrik Statis (artikel 5 dari 6)

Listrik statis diukur dengan tiga jenis alat: elektroskop yang sekadar menunjukkan ada atau tidaknya muatan, voltmeter elektrostatik yang membaca 100 sampai 5.000 volt, dan amplifier elektrostatik yang paling peka dan sanggup membaca sampai 0,1 volt. Ketiganya punya satu sifat bersama yang membedakannya dari multimeter biasa: mereka mengukur tanpa mengalirkan arus dari benda yang diukur. Itu syarat mutlak, karena muatan statis jumlahnya sangat sedikit dan akan habis seketika kalau alat ukurnya ikut menyedot.

Dari kiri ke kanan makin peka. Yang paling kiri cuma menjawab ada atau tidak.

Kenapa Multimeter Biasa Tidak Cocok

Pertanyaan ini selalu muncul duluan. Jadi dijawab di awal saja.

Multimeter mengukur tegangan dengan cara mengalirkan arus kecil melalui dirinya sendiri, dan meskipun arus itu sangat kecil sampai bisa diabaikan pada rangkaian biasa, ia tetap ada, dan di situlah letak masalahnya.

Benda bermuatan statis menyimpan muatan dalam jumlah yang sangat sedikit. Begitu probe multimeter menempel, muatan itu mengalir habis ke dalam meter dalam waktu jauh lebih singkat daripada waktu yang dibutuhkan jarumnya untuk bergerak. Yang terbaca akhirnya nol atau angka acak, bukan karena tidak ada muatan, melainkan karena muatannya sudah dihabiskan oleh alat ukurnya sendiri.

Perumpamaannya begini. Mengukur tegangan statis dengan multimeter seperti mengukur tinggi air di gelas kecil dengan cara memasukkan spons. Spons memang bisa dipakai menandai ketinggian, tetapi sebelum sempat dibaca, airnya sudah terserap habis.

Semua alat ukur statis karena itu dirancang dengan impedansi masukan yang sangat tinggi, atau bahkan tidak menyentuh bendanya sama sekali. Prinsipnya satu: ukur tanpa mengambil.

Elektroskop Daun

Elektroskop adalah yang paling sederhana dan paling tua, dan justru karena itu paling enak dipakai untuk menjelaskan.

Bentuknya labu kaca dengan batang logam menembus tutupnya, berbola logam kecil di ujung atas, dan di ujung bawahnya tergantung dua lembar daun logam yang sangat tipis, biasanya dibuat dari emas atau aluminium karena dua bahan itu bisa ditempa setipis mungkin.

Cara kerjanya memakai aturan paling dasar: muatan sejenis saling tolak.

Saat benda bermuatan didekatkan ke bola di atas, muatan di dalam batang tertata ulang dan kedua daun menerima muatan sejenis. Karena muatannya sejenis, keduanya saling menolak dan mengembang membentuk huruf V terbalik. Makin besar muatannya, makin lebar sudut mengembangnya.

Yang bisa dan tidak bisa dilakukan elektroskop:

• Bisa: menunjukkan ada atau tidak adanya muatan, dan secara kasar menunjukkan besar kecilnya lewat lebar sudut daun.
• Bisa: menentukan tanda muatan, yaitu dengan lebih dulu mengisi elektroskop dengan muatan yang sudah diketahui tandanya, lalu melihat apakah daunnya makin mengembang atau justru mengatup saat benda uji didekatkan.
• Tidak bisa: memberi angka dalam volt.

Jadi elektroskop adalah alat penunjuk, bukan alat ukur. Itu sudah cukup untuk banyak keperluan, karena sering kali yang perlu dijawab memang hanya pertanyaan ada atau tidak.

Voltmeter Elektrostatik

Alat ini memberi angka. Rentang kerjanya 100 sampai 5.000 volt.

Di dalamnya ada dua kelompok sudu logam, satu kelompok tetap dan satu kelompok bisa berputar pada porosnya. Sudu yang bisa berputar terpasang pada jarum penunjuk dan ditahan oleh pegas halus.

Saat tegangan diberikan, kedua kelompok sudu memperoleh muatan berlawanan dan saling tarik. Tarikan itu memutar sudu bergerak melawan pegas, dan jarum ikut berputar sampai gaya tarik listrik dan gaya pegas seimbang. Posisi jarum pada saat seimbang itulah yang dibaca sebagai tegangan.

Satu hal yang penting dipahami: sudu-sudu itu terisolasi dari benda yang diukur. Tidak ada arus yang mengalir dari benda ke dalam meter. Yang bekerja murni gaya tarik antar-muatan, dan gaya itu tidak menghabiskan muatannya.

Karena memakai gaya tarik, skalanya tidak rata. Bagian bawah skala rapat dan bagian atas renggang, sehingga pembacaan di dekat nol kurang teliti. Itu sebabnya rentangnya dimulai dari 100 volt, bukan dari nol.

Amplifier Elektrostatik

Ini yang paling peka dari ketiganya, dan jawabannya kalau ditanya alat statis mana yang paling sensitif.

Ia sanggup membaca sampai 0,1 volt, dan yang lebih penting daripada angka itu sendiri, ia mampu melakukannya tanpa menguras muatan benda yang sedang diukur sehingga pengukuran bisa diulang berkali-kali dengan hasil yang sama.

Caranya dengan memakai rangkaian penguat berimpedansi masukan sangat tinggi. Tegangan kecil dari benda diambil tanpa arus yang berarti, dikuatkan di dalam rangkaian, lalu ditampilkan. Bagian yang menghadap ke benda praktis tidak menarik apa-apa, sementara bagian yang menggerakkan penunjuk mengambil dayanya dari catu daya alat, bukan dari benda yang diukur.

Pemisahan itu yang menjadi kunci. Alat ini punya dua sumber yang berbeda, yaitu benda sebagai sumber informasi dan catu daya sebagai sumber tenaga, sedangkan pada voltmeter biasa keduanya diambil dari tempat yang sama.

Alat ukur medan statis yang dipakai di industri elektronik sekarang bekerja dengan gagasan yang sama, dan banyak di antaranya tidak perlu menyentuh benda sama sekali. Alat itu diarahkan dari jarak beberapa sentimeter dan langsung menampilkan tegangan permukaan benda.

Daun mengembang karena keduanya menerima muatan sejenis, dan muatan sejenis saling menolak.

Memilih Alat

Alat	Yang diberikan	Jangkauan	Menguras muatan?	Dipakai untuk
Elektroskop daun	Ada atau tidak, kasar besarnya, bisa tanda muatan	Tidak berangka	Sedikit, karena harus disentuh atau didekatkan	Peragaan, pemeriksaan cepat
Voltmeter elektrostatik	Angka dalam volt	100 sampai 5.000 V	Tidak, sudunya terisolasi	Pengukuran tegangan statis besar
Amplifier elektrostatik	Angka dalam volt	Sampai 0,1 V	Tidak, masukannya berimpedansi sangat tinggi	Muatan kecil, benda peka, pekerjaan elektronik
Multimeter biasa	Angka yang menyesatkan	Tidak sesuai	Ya, habis seketika	Tidak dipakai untuk statis

Sudut Pandang Workshop

Terus terang, alat ukur statis bukan barang yang ada di setiap bengkel motor listrik, dan saya tidak akan berpura-pura sebaliknya. Yang ada di lemari alat biasanya multimeter, tang ampere, megger, dan alat uji tahanan belitan.

Tapi ada satu hal yang perlu diluruskan, dan ini yang membuat bagian ini tetap pantas dibaca.

Megger yang sudah ada di bengkel bekerja dengan prinsip yang ada hubungannya. Ia memberi tegangan tinggi ke belitan lalu mengukur arus bocor yang sangat kecil, dan untuk itu masukannya memang dirancang berimpedansi tinggi. Yang dilakukan megger adalah mengukur sesuatu yang kecil tanpa merusak keadaan yang diukur, sama seperti alat statis.

Yang sering bikin keliru adalah arah sebaliknya. Setelah megger dipakai, belitan menyimpan muatan, dan orang mengira muatan itu bisa diperiksa dengan multimeter. Tidak bisa. Multimeter justru akan membuang muatannya, dan pembacaan nol pada multimeter sama sekali bukan bukti bahwa belitan sudah aman dipegang.

Cara yang benar tetap yang lama: hubung-singkatkan terminal belitan ke rangka dengan kabel pelepas setelah pengujian, tunggu sebentar, baru dipegang. Jangan menggantungkan keselamatan pada pembacaan alat yang bukan untuk itu.

Satu catatan terakhir soal pengadaan. Kalau suatu saat bengkel memang mau punya alat statis, yang paling berguna bukan elektroskop maupun voltmeter elektrostatik, melainkan alat ukur medan statis jenis genggam yang dipakai industri elektronik. Alasannya karena masalah statis yang nyata di bengkel motor ada di ruang panel dan ruang uji, dan alat itulah yang dirancang untuk pekerjaan seperti itu, bukan untuk peragaan.

Cek Pemahaman

1. Alat paling sensitif untuk mengukur listrik statis adalah apa?
   Jawaban: amplifier elektrostatik.
2. Berapa rentang kerja voltmeter elektrostatik?
   Jawaban: 100 sampai 5.000 volt.
3. Sampai berapa volt amplifier elektrostatik bisa membaca?
   Jawaban: sampai 0,1 volt.
4. Kenapa daun pada elektroskop mengembang?
   Jawaban: karena keduanya menerima muatan sejenis, dan muatan sejenis saling menolak.
5. Kenapa multimeter biasa tidak bisa dipakai mengukur statis?
   Jawaban: karena ia mengalirkan arus kecil melalui dirinya, sehingga muatan statis yang sedikit itu habis sebelum sempat terbaca.

Baca Juga

• Cara Menggunakan Multimeter untuk Pemula
• Muatan Listrik: Gaya Tarik-Tolak dan Cara Muatan Berpindah
• Listrik Statis dan Bonding Grounding Saat Menuang Thinner
• Arti Tegangan, Arus, dan Hambatan dengan Analogi Air

Ringkasan

• Tiga alat ukur statis adalah elektroskop, voltmeter elektrostatik, dan amplifier elektrostatik.
• Semuanya dirancang mengukur tanpa mengalirkan arus dari benda yang diukur.
• Multimeter biasa tidak cocok karena arus kecilnya menghabiskan muatan sebelum sempat terbaca.
• Elektroskop daun menunjukkan ada atau tidaknya muatan lewat dua daun logam yang saling menolak.
• Elektroskop tidak memberi angka dalam volt, jadi ia alat penunjuk, bukan alat ukur.
• Voltmeter elektrostatik bekerja pada rentang 100 sampai 5.000 volt.
• Sudu pada voltmeter elektrostatik terisolasi dari benda, sehingga tidak ada arus yang mengalir ke meter.
• Skala voltmeter elektrostatik tidak rata karena memakai gaya tarik antar-muatan.
• Amplifier elektrostatik paling peka dan sanggup membaca sampai 0,1 volt.
• Pembacaan nol pada multimeter bukan bukti belitan bekas uji megger sudah aman dipegang.

Pertanyaan yang Sering Muncul

Alat apa yang dipakai untuk mengukur listrik statis?

Ada tiga, yaitu elektroskop yang menunjukkan ada atau tidaknya muatan tanpa memberi angka, voltmeter elektrostatik yang membaca pada rentang 100 sampai 5.000 volt, dan amplifier elektrostatik yang paling peka dan sanggup membaca sampai 0,1 volt. Ketiganya punya satu sifat bersama yaitu mengukur tanpa mengalirkan arus dari benda yang diukur, karena muatan statis jumlahnya sedikit dan akan habis seketika bila alat ukurnya ikut menyedot.

Apa beda elektroskop dan voltmeter elektrostatik?

Elektroskop hanya menunjukkan ada atau tidaknya muatan lewat dua daun logam yang mengembang karena saling menolak, dan lebar sudut daun itu paling banter memberi gambaran kasar besar kecilnya muatan tanpa angka. Voltmeter elektrostatik memberi angka dalam volt pada rentang 100 sampai 5.000 volt, memakai dua kelompok sudu logam yang saling tarik sehingga memutar jarum melawan pegas sampai seimbang.

Bisakah multimeter dipakai untuk mengukur listrik statis?

Tidak bisa diandalkan, karena multimeter mengukur tegangan dengan mengalirkan arus kecil melalui dirinya sendiri, dan arus itu sudah cukup untuk menghabiskan muatan statis yang jumlahnya memang sangat sedikit. Yang terbaca akhirnya nol atau angka acak bukan karena tidak ada muatan, melainkan karena muatannya sudah dihabiskan oleh alat ukurnya, jadi pembacaan nol pada multimeter tidak boleh dijadikan bukti sebuah benda sudah bebas muatan.

Kenapa amplifier elektrostatik paling sensitif?

Karena ia memakai rangkaian penguat dengan impedansi masukan yang sangat tinggi, sehingga tegangan kecil dari benda bisa diambil tanpa arus yang berarti, lalu dikuatkan di dalam rangkaian sebelum ditampilkan. Kuncinya adalah pemisahan dua sumber, yaitu benda hanya menjadi sumber informasi sedangkan tenaga untuk menggerakkan penunjuk diambil dari catu daya alat, berbeda dengan voltmeter biasa yang mengambil keduanya dari tempat yang sama.

Sumber

• TPC Training, Basic Electricity and Electronics, Course 201, Lesson 2, bagian Measuring Static Electricity (modul internal Motor Academy).
• Rentang voltmeter elektrostatik 100 sampai 5.000 volt dan batas bawah amplifier elektrostatik 0,1 volt, keduanya dari slide modul.
• Prinsip impedansi masukan tinggi pada alat ukur yang tidak boleh membebani sumber yang diukur.