Blog kuliah sensor dan praktikum ESD: Tugas sensor 1

[MENUJU AKHIR]
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

Strain Gauge dan Aplikasinya

DAFTAR ISI

1.Tujuan

1.Tujuan
-Mengetahui dan memahami sensor Strain Gauge
-Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor Strain Gauge
-Mampu mengaplikasikan sensor Strain gauge pada rangkaian
[KEMBALI]

2.Komponen
a. resistor

gambar 1. resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai teminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V = I.R).

b. load cell

gambar 2. load cell

Load cell merupakan sensor gaya yang sering digunakan untuk mengukur berat. Load cell tersusun dari satu atau lebih strain gauge yang ditempelkan pada batang berbahan logam yang berbentuk cincin, dimana strain gauge digunakan sebagai patokan perubahan pada load cell

c. alternator

gambar 3. alternator

Alternator merupakan komponen elektronika berupa generator listrik arus bolak balik yang berfungsi sebagai penyuplai energi atau daya.

d. relay

gambar 4. relay

Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal.Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang memiliki tegangan lebih tinggi.

e. baterai

gambar 5. baterai

Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.

f. op-amp

gambar 6. op-amp

Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp).

g. lampu

gambar 7. lampu

Lampu merupakan komponenn elektronika yang berfungsi sebagai indikator pada rangkaian

[KEMBALI]

3.Dasar teori
Strain gauge merupakan sensor yang dapat mendeteksi tekanan dan gaya. Strain gauge terdiri dari selembar kertas foil logam tipis, yang dibentuk sedemikian rupa menjadi benang-benang yang sangat halus. Kertas foil ini terbungkus seluruhnya oleh lapisan film plastik.

gambarstruktur strain gauge

Perubahan tekanan yang dideteksi Strain gauge akan menyebabkan perubahan resistansinya. Strain gauge dipasangkan pada objek yang akan diberi tekanan mekanik. Ketika objek terkena tekanan, kertas foil mengalami hal yang sama sehingga benang-benangnya akan tertarik memanjang. Ketika hal ini terjadi, benang-benang tersebut menjadi lebih panjang dan tipis sehingga tahanan listriknya bertambah. Perubahan nilai tahanan ini sangat kecil, sehingga diperlukan rangkaian khusus untuk mengukurnya.

Dimana R dapat dicari dengan rumus:

Keterangan:

GF : Gauge Faktor

ΔR : Perubahan resistansi karena pergangan

R : Resistansi tanpa peregangan

ϵ : regangan (strain)

L : panjang bahan

A : luas permukaan bahan

𝘱 : hambat jenis bahan

Jika panjang (l) suatu bahan berubah maka resitansi bahan tersebut akan berubah, begitu pula jika luas permukaan (A) yang dilalui arus listriknya berubah.Sensor strain gauge umumnya diaplikasikan pada jembatan whetston dan jembatan penimbangan kendaraan. Pada jembatan Wheatstone persamaan sederhana tegangan pada kabel AB jika jembatan Wheatstone tidak seimbang adalah sebagai berikut:

gambar 9. aplikasi strain gauge pada jembatan wheatstone

Karakteristik

-Memiliki sensitivitas yang cukup tinggi.grafik perubahan resistansi sensor terhadap pembebanan

gambar 10. grafik resistansi terhadap beban

-Memiliki ketelitian ± 1µm/m dalam range strain ±10%

-Output selama periode pembacaan relatif tidak bergantung kepada temperature dan parameter lainya

-Strain gauge dan peralatan pendukungnya rendah biaya dan dapat dipakai secara luas.

-Sistem Strain gauge mudah diinstal dan dioperasikan

[KEMBALI]

4.Cara kerja
Rangkaian menyeleksi benda berdasarkan berat

Pada simulasi ini, strain gauge diganti dengan load cell. Hal ini dilakukan karena tidak tersedianya strain gauge pada library proteus.Prinsip kerja strain gauge adalah jika diberikan tekanan dari sebuah benda, maka foil atau kawat akan terdeformasi, dan tahanan listriknya akan berubah. Prinsip kerja load cell adalah selama proses penimbangan akan menimbulkan reaksi terhadap elemen logam pada load cell yang mengakibatkan gaya secara elastis. Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini dikonversi ke dalam sinyal elektrik oleh strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada load cell. Sinyal elektrik berupa tegangan yang dihasilkan strain gauge sangat kecil sehingga dibutuhkan rangkaian penguat sinyal dengan menggunakan operator amplifier.

Saat tekanan atau beban yang diberikan berada dalam batas ukur, maka tegangan yang dihasilkan oleh strain gauge pada load cell lebih kecil (Vo<4.5 mV). Tegangan ini akan diperkuat menjadi 1000 kali oleh rangkaian operator amplifier (Vo<4.5 V). Tegangan keluaran dari operator amplifier akan diteruskan menuju relay, karena tegangan tersebut tidak memenuhi tegangan minimum untuk mengaktifkan relay maka lampu tidak menyala karena tidak terhubung dengan alternator

Saat tekanan atau beban yang diberikan berada luar batas ukur, maka tegangan yang dihasilkan oleh strain gauge pada load cell lebih besar(Vo>=4.5 mV). Tegangan ini akan diperkuat menjadi 1000 kali oleh rangkaian operator ampilifier (Vo>=4.5 V). Tegangan keluaran dari operator amplifier akan diteruskan menuju relay, karena tegangan tersebut memenuhi tegangan minimum untuk mengaktifkan relay maka lampu akan menyala karena terhubung dengan alternator.

[KEMBALI]

5.Gambar rangkaian
Rangkaian menyeleksi benda berdasarkan berat