JOBSHEET
SENSOR BEBAN (STRAIN GAUGE)
A. TUJUAN
1. Mahasiswa
dapat mengetahui dan memahami sensor strain gauge
2. Mahasiswa
dapat menjelaskan rangkaian sensor strain gauge
3. Mahasiswa
dapat mempraktekkan rangkaian sensor strain gauge
B. DASAR TEORI
1.
Sensor Strain Gauge
Strain Gauge adalah komponen
elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan (deformasi atau strain). Alat
ini berbentuk foil logam atau kawat logam yang bersifat insulatif (isolasi)
yang ditempel pada benda yang akan diukur tekanannya, dan tekanan berasal dari
pembebanan. Prinsipnya adalah jika tekanan pada benda berubah, maka foil atau
kawat akanter deformasi, dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan
tahanan listrik ini akan dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Whetstone yang
kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gauge. Tegangan
keluaran dari jembatan Wheatstone merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi
akibat tekanan dari setiap elemen pengindera Strain Gauge. Tekanan itu kemudian
dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus
elastis adalah rasio tekanan dan regangan. Dengan demikian jika modulus elastis
adalah sebuah permukaan benda dan regangan telah diketahui, maka tekanan bisa
ditentukan.
Hukum Hook
dituliskan sebagai:
dimana:
σ
= regangan, Δl/l (tanpasatuan)
s
= tegangangeser , kg/cm2
E
= modulus Young , kg/cm2
Bila dua gauge atau lebih
digunakan, maka tekanan pada pelacakan arah setiap gauge bisa ditentukan dengan
menggunakan perhitungan. Namun demikian persamaannya memiliki tingkat
kompleksitas yang berbeda tergantung pada kombinasi dan orientasi gauge
tersebut. Kepekaan sebuah Strain Gauge disebut dengan faktor gauge dan
perbandingan antara unit resistansi dengan perubahan unit panjang adalah :
Faktor gauge:
dimana :
K = Faktor gage
ΔR = Perubahan tahanan gauge
Δl= Perubahan panjang bahan
R = Tahanan gage nominal
l = Panjang normal bahan
Jadi regangan diartikan sebagai
perbandingan tanpa dimensi, perkalian unit yang sama, misalnya mikro inci /
inci atau secara umum dalam persen (untuk deformasi yang besar) atau yang
paling umum lagi dalam mikro strain.
Perubahan tahanan ΔR pada sebuah
konduktor yang panjangnya (l) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bagi
tahanan dari sebuah konduktor yang penampangnya serba sama, yaitu
=
…………….(3) dimana :
ρ
= tahanan spesifik dari bahan konduktor
l
= panjang konduktor
d
= diameter konduktor
a.
Karakteristik Strain Gauge
Karakteristik dari filamen adalah sebagai
berikut :
·
Faktor Gauge tertinggi
·
Koefisien suhu resistansirendah
·
Resitivitas tinggi
·
Kekuatan mekanis tinggi
·
Potensial termolistrik minimum
disekitar lead
b.
Bahan- bahan yang bisa dijadikan
Strain Gauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah
dikembangkan untuk pemakaian dalam gauge-gauge kawat dan foil, seperti:
1) Constantan
adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien temperatur rendah.
Biasanya Constantan ditemukan
dalam Gauge yang digunakan untuk strain dinamik, dimana perubahan level strain
tidak melebihi ± 1500 μcm/cm. Batas temperatur kerja adalah dari 10 oC sampai
200oC.
2) Nichrome
V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk pengukuran strain statik
sampai 375 oC dengan kompensasi temperatur, paduan ini dapat digunakan untuk
pengukuran static sampai 650 oC dan pengukuran dinamik sampai 1000 oC.
3) Dynaloy
adalah paduan nikel-besi dengan FaktorGauge yang rendah dan ketahanan yang
tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk pengukuran strain dinamik
bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat di tolerir.
4) Stabiloy
adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan rangkuman kompensasi
temperatur yang lebar. Gauge ini memiliki stabilitas yang sangat baik dan
temperatur cryogenic sampai sekitar 350oC dan ketahanan yang baik terhadap
kelelahan.
5) Paduan-paduan
platina tungsten memberikan stabillitas yang sangat baik dan ketahanan yang
tinggi terhadap kelelehan pada temperatur tinggi. Gauge ini disarankan untuk
pengukur anuji static sampai 700oC dan pengukuran dinamik 850oC.
c.
Beberapa Jenis Strain Gauge
Jenis-jenis dari Metal Foil
Strain Gauge:
1) Rosette
90̊ yang dapat mengukur aksial dan regangan trasfer sekaligus. Variasi desain
ini adalah stress gauge dimana dua elemen meliliki tahanan yang berbeda.
Tahanan juga di pilih sehingga hasilnya memberikan sebuah sensor yang
keluarannya sebanding dengan takanan dan keluaran elemen aksial sebanding
dengan regangan.
2) Rosette
45o memberikanreaksi angular lebihbesardari rosette 90̊
3) Rosette
60o
2.
Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah
rangkaian jembatan yang paling sederhana dan paling umum. Rangkaian ini
digunakan dalam aplikasi pengkondisi sinyal dimana transduser mengubah tahanan
dengan perubahan variabel dinamik. Beberapa modifikasi dari jembatan dasar ini
juga dipakai untuk aplikasi spesifik lainnya. Dalam aplikasi paling modern,
detektor setimbang adalah amplifier diferensial impedansi input sangat tinggi.
Dalam beberapa kasus, Galvanometer yang sensitif dengan impedansi yang relatif
rendah bisa digunakan, khususnya untuk kalibrasi atau instrumen-instrumen
pengukuran tunggal.
Rangkaian Jembatan Wheatstone
merupakan rangkaian yang terdiri dari resistor dan catu daya (power supply).
Jembatan wheatstone sendiri adalah rangkaian jembatan yang pada umunya digunakan
untuk mengukur presisi tahanan dengan nilai 1 ohm sampai denganmega ohm. Pada
umumnya rangkaian jembatan wheatstone banyak digunakan untuk menghitung
resistansi yang tidak diketahui dengan bantuan dari rangkaian jembatan. Dua
kaki yang terdapat pada rangkaian wheatstone harus disimpan seimbang dan satu
kaki yang lainnya termasuk resistansi yang tidak di ketahui.
Gambar 1.3 Rangkaian Jembatan Wheatstone
3.
Power Supply
Pengertian Power Supply
Power supply atau dalam
bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat
menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.
Pada dasarnya catu daya ini memerlukan sumber energi listrik yang kemudian
mengubahnya menjadi energi listrik yang dibutuhkan oleh perangkat elektronika
lainnya. Dalam praktikum ini power suppply yang digunakan adalah mengubah
tegangan AC 220 V menjadi tegangan DC dengan range tegangan 0 V – 10 V DC.
C. ALAT DAN BAHAN
Trainer
Strain Gauge 1
buah
Power
Supply 5volt 1
buah
Beban (Timbel)
50 gram 4
buah
Avometer 1
buah
Kabel
jumper secukupnya
E. LANGKAH KERJA PRAKTIKUM
1.
Kesehatan dan Keselamatan kerja
a. Pelajari
dan pahami petunjuk praktikum pada lembar kegiatan praktikum.
b. Pastikan
tegangan keluaran catu daya sesuai yang dibutuhkan.
c. Periksalah
komponen modul trainer sebelum digunakan.
d. Sebelum
catu daya dihidupkan hubungi dosen pendamping untuk mengecek kebenaran
rangkaian.
e. Yakinkan
tempat anda bekerja aman dari sengatan listrik.
f.
Hati-hati dalam penggunaan peralatan
praktikum!
2.
Langkah Percobaan
a.
Siapkan Trainer Strain Gauge dan
kabel jumper secukupnya.
b.
Siapkan power supply. Atur power
supply sehingga tegangan Vout nya sebesar 5 Volt menggunakan multimeter.
c.
Hubungkan tegangan +5V power supply pada terminal VCC dan GND power
supply pada terminal GND Trainer Strain Gauge.
d.
Lakukan langkah kalibrasi dengan
menghubungkan probe + (positif) AVO pada Vo1 dan probe -(negatif)
pada Vo2 Trainer Strain Gauge.
e.
Atur tegangan Vout dengan memutar
potensiometer (VR2 ADJ) sehingga Vout yang terukur sebesar 0 V.
f.
Letakkan beban pada papan Trainer Strain Gauge.
g.
Ukur tegangan Vout dan hambatan sensor
pada trainer strain gauge.
h.
Ulangi percobaan f & g sesuai
dengan tabel.
i.
Catat hasil percobaan.
j.
Analisis hasil percobaan.
F. DATA HASIL PERCOBAAN
Tabel 1.1
Hasil Pengukuran Tegangan Output Rangkaian Sensor Strain Gauge
No
|
Beban yang diukur
|
Tegangan Ouput (V)
|
Hambatan Sensor (Ω)
|
1
|
50 gram
|
||
2
|
100 gram
|
||
3
|
150 gram
|
||
4
|
200 gram
|
||
5
|
500 gram
|
G. ANALISA DATA
H. KESIMPULAN
I.
DAFTAR
RUJUKAN
Dedi. 2012. Jembatan WheatStone. (Online),
(http://dedy4brother.blogspot.com) diakses pada 1 Desember 2015.
Pramono, Hadi. 2014. Panduan Praktikum
Semester 2. Cirebon : Pusat Laboratorium
IAIN.
J.
Soal
Latihan!
1. Bagaimana
prinsip kerja sensor strain gauge?
2. Perbahan
apa saja yang terjadi ketika sensor strain gauge menerima beban yang berbeda?
Jelaskan!
3. Buat
pengaplikasian sensor strain gauge dalam kehidupan sehari-hari!
EmoticonEmoticon