Aplikasi Pengukur Berat Benda (Sensor Strain Gauge)

 


 sumber : terinspirasi dari gambar 17.9 pada halaman 801

  • Memahami tentang sensor strain gauge pada penggunaan pengukuran berat benda.
  • Mampu memahami rangkaian.
  • Mampu menggunakan proteus dan mengaplikasikannya.
  • Mengetahui komponen-komponen apa saja yang di perlukan.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

    1. Sensor Strain gauge
Karakteristik :
1. Konstanta kalibrasi untuk gage stabil. Tidak bervariasi dengan waktu, temperature atau factor-faktor lingkungan lainnya.
2. Gage mampu mengukur stain dengan ketelitian ± 1µm/m. dalam range strain besar ±10%.
3. Ukuran gage kecil sehingga strain diperirakan dengan kesalahan kecil.
4. Respon gage, sebagian besar dikontrol oleh inersia, memungkinkan untuk merekam strain dinamik dengan komponen-komponen melebihi 100 kHz.
5. Sistem gage mudah penempatan dan pembacaannya.
6. Keluaran gage selama periode pembacaan tidak bergantung kepada temperature dan parameter lingkungan lainnya.
7. Gage dan peralatan pendukungnya rendah biaya dan dapat dipakai secara luas.
8. System gage mudah diinstal dan dioperasikan
9. Gage menunjukkan respon linier terhadap strain pada range lebar.
10. Gage cocok dipakai dalam elemen pengindera di dalam system transduser lainnya dimana sebuah kuantitas tidak diketahui seperti tekanan diukur dalam bentuk strain


    2. Relay
Spesifikasi Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.
Konfigurasi pin Relay 
  • dihubungkan ke 5V
  • GND dihubungkan ke GND
  • IN1/Data dihubungkan ke pin 2
Pada rangkaian proteus, saya menggunakan relay sebanyak 1 buah.

    3. Resistor
    Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( 1 M: (mega ohm) = 1000 K: (kilo ohm) = 106 :  (ohm)). Kebanyakan rangkaian listrik menggunakan penghantar berupa kawat tembaga, karena tembaga adalah bahan penghantar yang baik. Akan tetapi , sejumlah sambungan pada rangkaian listrik memerlukan tahanan listrik yang lebih besar oleh sebab itu perlu menggunakan tahan atau resistor.
Pada rangkaian proteus, saya menggunakan resistor 2 buah.


    4. Operational Amplifier (Op-Amp)

Pada rangkaian proteus, saya menggunakan Op-amp 1 buah komponen.

    5. Voltmeter

Spesifikasi :
  1. Angka rangkuman masukan biasanya di mulai dari ± 1,000000 V hingga s/d ± 1000, 000 V (Metode pemilihan rangkuman dilakukan dengan cara otomatis dan indikasi beban lebih).
  2. Ketelitian mutlak tercatat mencapai ± 0,005 persen dari pembacaan yang sudah dilakukan.
  3. Angka stabilitas untuk jangka pendek sebesar 0,002 persen dari pembacaan (periode 24 jam). Sedangkan untuk jangka panjang sebesar 0,008 persen pembacaan (periode 6 bulan).
  4. Resolusi untuk 1 bagian dalam 106 yaitu 1 μV bisa dibaca pada rangkuman dari masukan 1 V.
  5. Karakteristik masukannya yaitu tahanan masukan khas sebesar 10 MΩ dengan kapasitas masukan 40 pF.
  6. Kalibrasi yang standar (internal) tidak tergantung pada rangkaian ukuran yang mana telah diperoleh dari sumber referensi yang sudah stabil.
  7. Ada beberapa sinyal keluaran seperti perintah mencetak.
    6. POT-HG
    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.
    7. Alternator
    Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Pada prinsipnya, generator listrik arus bolak-balik disebut dengan alternator, tetapi pengertian yang berlaku umum adalah generator listrik pada mesin kendaraan.
    8. Lampu
    Lampu adalah sebuah benda yang berfungsi sebagai penerang, lampu memiliki bentuk seperti botol dengan rongga yang berisi kawat kecil yang akan menyalah apabila disambungkan ke aliran listrik.
    9. Baterai
    10. Ground
3. Dasar Teori [Kembali]

    1. Sensor Strain Gauge
    Dalam sistim pengukuran, transduser merupakan elemen masukan yang fungsi kritisnya adalah mengubah sebuah besaran fisis menjadi sinyal listrik yang sebanding. Srtain Gage adalah sebuah transduser pasif yang mengubah suatu pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Alat ini ditemukan pertama kali oleh Edward E.Simmons pada tahun 1938. Strain gage merupakan sebuah alat seperti biskuit tipis (wafer), yang dapat disatukan (bonded) ke berbagai bagian guna mengukur regangan yang diberikan padanya. Strain Gage terbuat dari foil atau kawat tahanan berdiameter kecil. Tahanan dari foil / kawat berubah terhadap panjang jika pada gage yang disatukan mengalami tarikan atau tekanan. Perubahan tahanan ini sebanding dengan regangan yang di berikan dan diukur dengan jembatan Wheatstone yang dipakai secara khusus. Sensitivitas sebuah Strain Gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut dengan faktor gage (gage factor).  



Nilai faktor gage bahan berbeda beda contohnya

Nilai factor gage


    Idealnya resistansi dari strain gage akan berubah hanya merespon adanya perubahan strain. Akan tetapi material strain gage, seperti halnya jenis material yang dipilih sebagai pembentuknya akan dapat merspon perbuhan temperatur. Perusahan pembuat strain gage  berusaha meminimalis sensitivitas terhadap suhu (temperatur).



 Bentuk dari Transduser daya Strain Gage (a) Kawat; (b) Foil; (c) Load Cell.Kurva hubungan antara nilai thermal output terhadap suhu
Simbol :


Grafik :


Gambar 8. Thermal output fungsi dari temperatur

Selain regangan, suhu temperature juga mempengaruhi nilai faktor gauge. 
Kurva hubungan antara perubahan faktor gauge terhadap perbedaan temperatur.


Gambar 9. Faktor Gauge (K) fungsi dari temperatur

    2. Relay
    Relay adalah sebuah komponen elektronik yang difungsikan sebagai sakelar elektrik. Relay berfungsi dengan adanya arus listrik. Adanya relay juga akan membuat komponen dapat mengendalikan arus listrik yang besar. Selain itu relay merupakan salah satu bagian komponen elektronika yang dapat mengimplementasikan Logical Switching.
Simbol Relay :










Cara Kerja :
  1. Apabila coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnetik yang dapat menarik armature untuk merubah switch contact point.
  2. Apabila coil tersebut sudah tidak dialiri arus listrik, maka Armature akan kembali lagi ke posisi Normally Close.
  3. Umumnya, coil yang digunakan oleh relay untuk mengubah switch contact point ke posisi NC hanya membutuhkan arus listrik yang kecil.

    3. Resistor
    Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).
Simbol Resistor :






Cara menghitung nilai resistor :
  • Membaca Kode Warna Resistor
  • Membaca Resistor SMD
  • Menggunakan Multimeter Analog/Digital
Rumus :

    
    1. Jika rangkaian seri, maka :
    2. Jika rangkaian paralel, maka :



    4. Operational Amplifier (Op-Amp)
    Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.
Simbol :
Karakteristik Op-Amp :
    Karakteristik Faktor Penguat atau Gain pada Op-Amp pada umumnya ditentukan oleh Resistor Eksternal yang terhubung diantara Output dan Input pembalik (Inverting Input). Konfigurasi dengan umpan balik negatif (Negative Feedback) ini biasanya disebut dengan Closed-Loop configuration atau Konfigurasi Lingkar Tertutup.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu
Bentuk Gelombang I/O :

    5. Voltmeter
    Voltmeter adalah sebuah alat ukur yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada dalam sebuah rangkaian listrik. Susunannya paralel sesuai dengan lokasi komponen yang diukur. Ada tiga lempengan tembaga yang ada di dalamnya. Semua lempengan itu terpasang pada Bakelit yang sudah terangkai dalam sebuah tabung plastik maupun kaca. Lempengan luarnya dinamakan anode, sedangkan lempengan tengahnya dinamakan katode. Ukuran tabung yang dimaksud biasanya sekitar 15 x 10 cm (tinggi x diameter).
Simbol :
Cara Menggunakan :
  • Rangkai komponen yang memiliki potensial berbeda secara paralel.
  • Sesuaikan rangkaian arus yang mana harus searah dengan pemasangan kutub-kutub voltmeter.
  • Pastikan bahwa kutub positif dan negatif memiliki potensial yang berbeda. Dari keduanya, kutub positif memiliki potensial yang tinggi.
  • Periksa kabel hitam, biru, dan merah, jika ada penyimpangan mengarah ke kiri berarti pemasangannya terbalik. Namun, hal itu tidak akan menjadi masalah untuk rangkaian arus bolak balik.

    6. Potensiometer (POT)
    Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya. Gambar dibawah ini menunjukan Struktur Internal Potensiometer beserta bentuk dan Simbolnya.
Cara Kerja :

Sebuah Potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya berada di tengah) adalah Penyapu (Wiper) yang dipergunakan untuk menentukan pergerakan pada jalur elemen resistif (Resistive). Pergerakan Penyapu (Wiper) pada Jalur Elemen Resistif inilah yang mengatur naik-turunnya Nilai Resistansi sebuah Potensiometer.

Elemen Resistif pada Potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam) dan Keramik ataupun Bahan Karbon (Carbon).

Berdasarkan Track (jalur) elemen resistif-nya, Potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu Potensiometer Linear (Linear Potentiometer) dan Potensiometer Logaritmik (Logarithmic Potentiometer).

Fungsi :
  1. Sebagai pengatur Volume pada berbagai peralatan Audio/Video seperti Amplifier, Tape Mobil, DVD Player.
  2. Sebagai Pengatur Tegangan pada Rangkaian Power Supply
  3. Sebagai Pembagi Tegangan
  4. Aplikasi Switch TRIAC
  5. Digunakan sebagai Joystick pada Tranduser
  6. Sebagai Pengendali Level Sinyal

    7. Alternator
    Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Pada prinsipnya, generator listrik arus bolak-balik disebut dengan alternator, tetapi pengertian yang berlaku umum adalah generator listrik pada mesin kendaraan.
Simbol :


Cara kerja :
Menghasilkan arus listrik dari stator coil yang kemudian diatur oleh IC regulator agar tegangan listrik yang dihasilkan tidak berlebih dan dapat digunakan untuk mengisi listrik pada aki mobil dan dapat digunakan oleh komponen lainnya.

    8. Ground
    Grounding listrik adalah suatu sistem instalasi listrik yang bisa meniadakan beda potensial sebagai pelepasan muatan listrik berlebih pada suatu instalasi listrik dengan cara mengalirkannya ke tanah sehingga istilah sehari hari yang sering digunakan yaitu pentanahan atau arde.
Simbol :






    a. Prosedur Percobaan
  1. Siapkan alat dan bahan pada library proteus
  2. letakan alat dan bahan tadi pada papan pcb di proteus
  3. selanjutnya hubungkan setiap komponen pada rangkaian dengan kabel,jangan sampai salah karena jika salah maka rangkaian tidak akan bisa berjalan dengan semestinya.
  4. selanjutnya ubah Baterai menjadi 12 volt dan relay nya juga 12 volt.
  5. setelah itu masukan data library sensor strain gauge dengan mencarinya pada file c pc ,jika tidak ada bisa mendownload nya pada link download di bawah
  6. setelah itu tinggal mengetes rangakaian di proteus.
    b. Rangkaian 
    Prinsip Kerja :
    Strain Gauge pada umumnya adalah tipe metal-foil, dimana konfigurasi grid di bentuk oleh proses photoeching. Cara kerja dari strain gauge ini adalah saat strain gauge mendapat tarikan maka akan menyebabkan perubahan panjang pada kawat tipis penyusunnya sehingga menyebabkan bertambahnya resistansi yang dihasilkan, perubahan resistansi inilah yang akhirnya dimanfaatkan sebagai patokan perubahan pada sensor beban (Load Cell). Sinyal elektrik berupa tegangan yang dihasilkan strain gauge sangat kecil sehingga dibutuhkan rangkaian penguat sinyal dengan menggunakan operator amplifier.
      Saat rangkaian telah diberi beban dan dihubungan ke sumber tegangan maka tegangan yang dikeluarkan oleh loadcell menunjukan hasil yang lebih kecil, agar relay dapat bekerja untuk menghidupkan lampu maka tegangan yang dikeluarkan oleh loadcell akan diperkuat oleh op-amp sehingga tegangan akan mencapai angka minimum. Setelah mencapai tegangan yang dapat menghidupkan relay, maka switch akan berpindah posisi ke arus yang menghubungan lampu dan alternator sehingga lampu dapat menyala, sehingga dinyatakan bahwa rangkaian tersebut mendeteksi beban dari sebuah objek yang diberikan dalam rangkaian.

5. Video [Kembali]
File HTML : Klik Disini...
File Rangkaian Proteus : Klik Disini...
File Video Rangkaian : Klik Disini...
Datasheets :

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Langganan: Postingan (Atom)