strain gauge

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

MENDETEKSI BERAT BENDA PADA SEBUAH OBJEK

DAFTAR ISI

1. tujuan

2. alat dan bahan

3. dasar teori

4. prinsip kerja

5. rangkaian simulasi

6. video

7. link download

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

2.alat dan bahan
[kembali]
   alat dan bahan yang digunakan dalam rangkaian pada simulasi proteus :

1. resistor
         
2. loadcell
    
3. baterai DC
    
4. POT-HG
 
5. Op-AMP
    
6. relay
 
7. alternator
    
8. lampu
   
9. voltmeter DC
     
10.ground
    


3.dasar teori
[kembali]

STRAIN GAUGE

A. Pengertian Strain Gage

    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.

B.  Karakteristik strain gage:

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

Pemilihan Strain Gage yang tepat

     Beberapa perameter teknis perlu diperhatikan pada saat memilih dan menentukan strain gauge mana yang sesuai untuk pengukuran yang akan dilakukan, diantaranya:

1. Panjang Gage

    Pemilihan panjang gauge bergantung pada objek / specimen. Gauge yang pendek, dapat digunakan untuk lokalisasi pengukuran regangan, sedangkan gauge yang panjang lebih banyak dipilih dan digunakan untuk mengukur regangan rata-rata yang mewakili seluruh permukaan. Sebagai contoh pada pengukuran regangan rata-rata pada beton pondasi (concrete), dibutuhkan panjang gauge yang lebih panjang karena strukturnya yang terdiri atas semen dan campuran pasir dan krikil.

Berikut adalah acuan panjang gauge merk Showa Instruments dan aplikasi-aplikasinya:

• ≤ 1 mm Untuk pengukuran terpusat

• 2 ~ 6 mm Untuk logam dan penggunaan umum

• 10 ~ 20 mm Untuk mortar (semen campuran), kayu, FRP, dll

• ≥ 30 mm Untuk beton pondasi (concrete) dan material campuran kasar

2. Resistansi Gage

    Menunjukkan nilai resistansi dalam besaran “Ω” [ohm], yang diukur pada keadaan tanpa beban dan pada temperatur suhu ruang oleh pabrikan.

3. Mampu Ukur Regangan (Measurable Strain)

   Menunjukkan besarnya regangan yang mampu diukur. Umumnya berkisar 2 sampai 4% maksimum. Namun dengan strain gauge foil-yielding dapat mencapai 10%.

4. Rentang Suhu (Temperature Range)

    Menunjukkan batasan suhu lingkungan yang disanggupi oleh strain gauge, dengan kata lain strain gauge masih dapat menghasilkan nilai pengukuran yang akurat. Umumnya berkisar antara -30ºC ~ +80ºC. Untuk jenis high-temperature strain gauge, dapat mencapai +180ºC

5. Faktor Gage (K)

   Nilai keluaran dari strain gauge adalah dalam besaran elektrik – resistansi. Sedangkan besarnya yang menjadi tujuan pengukuran adalah nilai regangan. Dengan demikian diperlukan suatu nilai konversi yang disebut factor gauge (K).

6. Sensitifitas Transfers (Kt)

   Pada kenyataanya nilai resisitansi strain gauge dapat juga berubah akibat pengaruh adanya regangan yang arahnya tegak lurus terhadap aksis gauge – regangan transfersal (εt). karena keduanya memiliki relasi kesebandingan, maka ditetapkanlah suatu konstanta yang disebut dengan sensitifitas transfers (Kt). Nilai ini biasanya ditulis dalam persen (%)

7. Termal Output

  Didefinisikan sebagai adanya pergeseran / penyimpangan nilai regangan akibat perbedaan temperatur suhu. Umumnya bernilai pada kisaran ±2µε/ºC. Pada jenis strain gauge temperature tinggi diatas suhu 160 ºC, nilainya mencapai ±5µε/ºC. 

Kurva hubungan antara nilai thermal output terhadap suhu

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

4.prinsip kerja
[kembali]
 
      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.rangkaian simulasi
[kembali]
 rangkaian sebelum di beri beban :



rangkaian setelah diberi beban :



6.video
[kembali]

7.link download
[kembali]
materi strain gauge dapat didownload di sini
rangkaian  dapat didownload di sini
video dapat didownload di sini
datasheet dapat didownload di sini