PENGUKUR BERAT BENDA OTOMATIS
( SENSOR STRAIN GAUGE )
Acuan Gambar Subchapter 14.5 Hal 647
-Mengetahui dan memahami sensor Strain Gauge
-Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor Strain Gauge
-Mampu mengaplikasikan sensor Strain gauge pada rangkaian
Alat:
1. Voltmeter DC
Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.
2. Alternator
Alternator ini merupakan generator kebalikan dari motor starter, jika motor starter merubah dari energi lisrik menjadi energi gerak maka sistem pengisian merubah energi gerak menjadi energi listrik. Begitu juga dengan komponennya, jika pada motor starter yang berfungsi untuk membangkitkan medan magnet adalah yang diam (dalam hal ini field coil), maka pada sistem pengisian yang berfungsi untuk membangkitkan medan magnet adalah yang berputar (rotor).
Bahan:
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).
2. Strain gauge (load cell)
Strain gauge merupakan salav satu jenis sensor mekanik yang digunakan untuk mengukur tegangan (stress) atau tegangan (strain). Output strain gauge adalah perubahan hambatan yang kemudian dikondisikan menggunakan rangkaian divider atau rangkaian jembatan wheatstone. Strain gauge digunakan dengan cara menempelkan pada bagian benda yang akan diukur tegangan atau regangannya.
3. 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.
4. Baterai
Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan pada rangkaian.
5. 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).
6. Lampu (led)
Lampu merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai indikator pada rangkaian.
7. Ground
Berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah.
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. 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.
Rumus:
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:
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
Karakteristik:
· Sensitivitas yang cukup tinggi.grafik perubahan resistansi sensor terhadap pembebanan.
· 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
2. IC OP AMP
Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.
Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:
a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)
b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)
c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)
d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)
  |
Grafik input dan output sensor |
3. Resistor
Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Rumus dari Rangkaian paralel Resistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I
4. Percobaan
a) Prosedur percobaan
· Buka aplikasi proteus
· Ambil komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutuhkan komponen berupa baterai, resistor, op amp, load cell, relay, lamp, motor
· Rangkai setiap komponen
· Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
· Tambahkan voltmeter
· Jalankan rangkaian
Jika ingin naik pesawat, kita harus meperhatika berapa berat dari koper yang akan kita gunakan, biasanya koper yang akan di letakkan di dalam kabin tidak boleh lebih berat dari 7 kg. 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<3.6 mV). Tegangan ini akan diperkuat menjadi 1000 kali oleh rangkaian operator amplifier (Vo<3.6 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>=3.6 mV). Tegangan ini akan diperkuat menjadi 1000 kali oleh rangkaian operator ampilifier (Vo>=3.6 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.
File rangkaian: disini
Video: disini
Data sheet resistor: disini
Data sheet strain gauge: disini
Data sheet op amp: disini
Data sheet komponen: disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar