SENSOR BERAT

TUGAS TERSTUKTUR  INSTRUMENTASI

SENSOR BERAT

Oleh : Devi Se Setyo Erbahari

(A1H009002)

Jamas Axtria Linda

(A1H009004)

Vivi Medianofari

(A1H009015)

Meity Wuri Rutrini

(A1H009035)

A. Faruq Abujihad

(A1H009064)

Triani Purma

(A1H009072)

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN FAKULTAS PERTANIAN PURWOKERTO 2011

KATA PENGANTAR 

Puji Puji syukur syukur Alhamd Alhamduli ulillah llah kami kami panjatk panjatkan an kehadi kehadirat rat Allah Allah SWT atas atas segala rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan menyelesaikan tugas terstruktur terstruktur mata kuliah kuliah instru instrumen mentas tasii tentan tentang g sensor sensor berat berat tepat tepat pada pada waktu waktu yang yang di tentuk tentukan. an. Tidak lupa kami mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Arif sudarmadji ST.M ST.MT, T, yang yang tela telah h memb member erik ikan an tuga tugass ini ini sert sertaa semu semuaa piha pihak k yang yang tela telah h memmba memmbantu ntu kami kami dalam dalam menyus menyusun un tugas tugas kami kami ini terutam terutamaa atas inform informasi asi-informasi yang telah diberikan kepada kami tentang sensor. Tugas ini merupakan gambaran mengenai sensor berat dari beberapa jenis sensor. Meskipun tugas ini telah disusun dengan se cermat mungkin, namun tidak  tert tertut utup up kemu kemung ngki kina nan n bahw bahwaa di dala dalam m tuga tugass kami kami ini ini terd terdap apat at seju sejuml mlah ah kekurangan dan kekeliruan terutama pada aspek format dan pengetikanya. Oleh karena itu, kami sebagai penyusun mengharapkan banyak kritik dan saran yang membangun kepada saudara pembaca agar kami dapat menyusun tugas yang lebih  baik mi waktu mendatang. Kami sebagai penyusun berharap agar tugas ini bermanfaat bagi kami pada khususnya serta saudara pembaca pada umumnya.

Purwokerto, April 2011 Tim Penyusun

I.

PENDAHULUAN

A. Lata Latarr B Bel elak akan ang g

KATA PENGANTAR 

Puji Puji syukur syukur Alhamd Alhamduli ulillah llah kami kami panjatk panjatkan an kehadi kehadirat rat Allah Allah SWT atas atas segala rahmat dan hidayah-Nya kami dapat menyelesaikan menyelesaikan tugas terstruktur terstruktur mata kuliah kuliah instru instrumen mentas tasii tentan tentang g sensor sensor berat berat tepat tepat pada pada waktu waktu yang yang di tentuk tentukan. an. Tidak lupa kami mengucapkan banyak terimakasih kepada Bapak Arif sudarmadji ST.M ST.MT, T, yang yang tela telah h memb member erik ikan an tuga tugass ini ini sert sertaa semu semuaa piha pihak k yang yang tela telah h memmba memmbantu ntu kami kami dalam dalam menyus menyusun un tugas tugas kami kami ini terutam terutamaa atas inform informasi asi-informasi yang telah diberikan kepada kami tentang sensor. Tugas ini merupakan gambaran mengenai sensor berat dari beberapa jenis sensor. Meskipun tugas ini telah disusun dengan se cermat mungkin, namun tidak  tert tertut utup up kemu kemung ngki kina nan n bahw bahwaa di dala dalam m tuga tugass kami kami ini ini terd terdap apat at seju sejuml mlah ah kekurangan dan kekeliruan terutama pada aspek format dan pengetikanya. Oleh karena itu, kami sebagai penyusun mengharapkan banyak kritik dan saran yang membangun kepada saudara pembaca agar kami dapat menyusun tugas yang lebih  baik mi waktu mendatang. Kami sebagai penyusun berharap agar tugas ini bermanfaat bagi kami pada khususnya serta saudara pembaca pada umumnya.

Purwokerto, April 2011 Tim Penyusun

I.

PENDAHULUAN

A. Lata Latarr B Bel elak akan ang g

Didunia industri tidak akan luput dari apa yang namanya sensor, sebab umumnya umumnya industri-in industri-indust dustri ri mempunyai mempunyai sejumlah sejumlah mesin-mesin mesin-mesin produksi produksi yang serba otomatis yang digerakan oleh sensor-sensor tersebut sebagai pemberi sinyal masukan untuk diproses lebih lanjut oleh bagian controler. Sensor dalam bahasa indonesia berarti pengindera, pengindera terhadap suhu, tekanan, cahaya, berat dll. Oleh karena itu terdapat berbagai jenis sensor  yang ada dilapangan sesuai dengan besaran atau nilai yang hendak dideteksi. Sedangakan macam-macam sensor sensor antara lain adalah : Sensor tekanan (Pressure switch), Sensor suhu (Thermostat, Sensor aliran / Flow switch), Sensor ketinggian (Level switch), Sensor pembatas (Limit switch, Sensor jarak / Proximity switch), Sensor magnet (Reed switch), Sensor berat (Load cell, Sensor cahaya / Photo switch), dll. Masing-maing dari sensor tersebut mempunyai karakteristik dan cara kerja yang berbeda-beda tetapi pada prinsipnya sama yaitu keluaran dari sensor tersebut umumnya berupa kontak n.o dan kontak n.c, namun cara sensor mendeteksi object tergantung dari jenis sensor tersebut. Hasil dari pendeteksian ini diperlukan guna memberikan sinyal masukan ke bagian kontroler. Pada sistem kontrol otomatis, sensor ini mutlak mutlak diperlukan diperlukan karena sangat menunjang untuk membantu/mengontrol gerakan-gerakan mesin agar mesin dapat  berjalan dengan sendirinya, tanpa banyak campur tangan manusia sehingga mesin dapat bekerja secara efective dan efisien. Pada makalah ini kami akan membahas lebih dalam mengenai sensor berat.

B. Tujuan

1. Mengetahui pengertian sensor berat. 2. Mengetahui jenis-jenis sensor berat. 3. Mengetahui aplikasi sensor berat

II. PEMBAHASAN Pengertian Sensor

Sensor dan

transduser merupakan

peralatan

atau komponen yang

mempunyai peranan penting dalam sebuah sistem pengaturan otomatis. Ketepatan dan kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari sistem pengaturan secara otomatis. Besaran masukan pada kebanyakan sistem kendali adalah bukan besaran listrik, seperti besaran fisika, kimia, mekanis dan sebagainya. Untuk memakaikan   besaran

listrik pada sistem pengukuran, atau sistem manipulasi atau sistem

 pengontrolan, maka biasanya besaran yang bukan listrik diubah terlebih dahulu menjadi suatu sinyal listrik melalui sebuah alat yang disebut transducer  Sebelum lebih jauh kita mempelajari sensor dan transduser ada sebuah alat lagi yang selalu melengkapi dan mengiringi keberadaan sensor dan transduser  dalam sebuah sistem pengukuran, atau sistem manipulasi, maupun sistem  pengontrolan yaitu yang disebut alat ukur. 1.1.1 Definisi-definisi D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang   berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari  perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi  biologi, energi mekanik dan sebagainya.. Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR ( light dependent resistance ) sebagai sensor  cahaya, dan lainnya. William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas). Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan sebagainya.

William D.C, (1993), mengatakan alat ukur adalah sesuatu alat yang   berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi. Contoh: voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik; tachometer, speedometer  untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya, dan sebagainya. 1.1.2 Peryaratan Umum Sensor dan Transduser  Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum sensor   berikut ini : (D Sharon, dkk, 1982) a.

Linearitas Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah

secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini, biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran dibandingkan dengan masukannya berupa sebuah grafik. Gambar 1.1 memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda. Garis lurus pada gambar  1.1(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan pada gambar 1.1(b). adalah tanggapan non-linier.

r r

ut ar e p m e T

ut ar e p m e T

)

n a k u s 1a m(

0

10 0

 Tegangan (keluaran)

)

n a k u s a 1m (

0

(a) Tangapan linier

10 0

 Tegangan (keluaran)

(b) Tangapan non linier

Gambar 1.1. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982),

b.

Sensitivitas Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor terhadap

kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan dengan bilangan yang menunjukan “perubahan keluaran dibandingkan unit perubahan masukan”. Beberepa sensor panas dapat memiliki kepekaan yang dinyatakan dengan “satu volt per derajat”, yang berarti  perubahan

satu derajat pada

masukan akan menghasilkan  perubahan satu volt pada keluarannya. Sensor    panas lainnya dapat saja memiliki kepekaan “dua volt per derajat”, yang   berarti memiliki kepakaan dua kali dari sensor yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas dari sensor. Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan paga gambar 1.1(b) akan lebih peka  pada temperatur yang tinggi dari pada temperatur yang rendah. c.

Tanggapan Waktu Tanggapan

waktu

pada

sensor

menunjukan

seberapa

cepat

tanggapannya terhadap perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah termometer merkuri.

Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi merkuri. Misalkan perubahan temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan kontinyu terhadap waktu, seperti tampak pada gambar 1.2(a). Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan dalam satuan hertz (Hz). { 1 hertz berarti 1 siklus per detik, 1 kilohertz berarti 1000 siklus per detik]. Pada frekuensi rendah, yaitu pada saat temperatur berubah secara lambat, termometer akan mengikuti perubahan tersebut dengan “setia”. Tetapi apabila perubahan temperatur sangat cepat lihat gambar 1.2(b) maka tidak diharapkan akan melihat perubahan besar pada termometer merkuri, karena ia bersifat lamban dan hanya akan menunjukan temperatur rata-rata. ut ar e p m e T

-

at a R

r

50

40

30

Wakt u 1 siklus

(a) Perubahan lambat

at ar 50

40

30

(b) Perubahan cepat

Gambar 1.2 Temperatur berubah secara kontinyu (D. Sharon, dkk, 1982) Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah sensor. Misalnya “satu milivolt pada 500 hertz”. Tanggapan frekuensi dapat pula dinyatakan dengan “ decibel  (db)”, yaitu untuk membandingkan daya keluaran  pada frekuensi tertentu dengan daya keluaran pada frekuensi referensi. Yayan I.B, (1998), mengatakan ketentuan lain yang perlu diperhatikan dalam memilih sensor yang tepat

adalah dengan mengajukan beberapa

 pertanyaan berikut ini: a. Apakah ukuran fisik sensor cukup memenuhi untuk dipasang pada tempat yang diperlukan?  b. Apakah ia cukup akurat?

c. Apakah ia bekerja pada jangkauan yang sesuai? d. Apakah ia akan mempengaruhi kuantitas yang sedang diukur?. Sebagai contoh, bila sebuah sensor panas yang besar dicelupkan kedalam  jumlah air air yang kecil, malah menimbulkan efek memanaskan air tersebut,  bukan menyensornya. e. Apakah ia tidak mudah rusak dalam pemakaiannya?. f. Apakah ia dapat menyesuaikan diri dengan lingkungannya? g. Apakah biayanya terlalu mahal? 1.1.3

Jenis Sensor dan Transduser

Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan teknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka semakin banyak jenis sensor yang digunakan. Robotik adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang kompleks, disini sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis sensor yaitu: (D Sharon, dkk, 1982) a.  Internal sensor , yaitu sensor yang dipasang di dalam bodi robot.

Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan akselerasi berbagai sambungan mekanik pada robot, dan merupakan bagian dari mekanisme servo. b.  External sensor , yaitu sensor yang dipasang diluar bodi robot.

Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu: 1) Untuk keamanan dan 2) Untuk penuntun. Yang dimaksud untuk keamanan” adalah termasuk keamanan robot, yaitu  perlindungan terhadap robot dari kerusakan yang ditimbulkannya sendiri, serta keamanan untuk peralatan, komponen, dan orang-orang dilingkungan dimana robot tersebut digunakan. Berikut ini adalah dua contoh sederhana untuk  mengilustrasikan kasus diatas. Contoh pertama: andaikan sebuah robot bergerak keposisinya yang baru dan ia menemui suatu halangan, yang dapat berupa mesin lain misalnya. Apabila robot

tidak memiliki sensor yang mampu mendeteksi halangan tersebut, baik sebelum atau setelah terjadi kontak, maka akibatnya akan terjadi kerusakan. Contoh kedua: sensor untuk keamanan diilustrasikan dengan problem robot dalam mengambil sebuah telur. Apabila pada robot dipasang pencengkram mekanik ( gripper ), maka sensor harus dapat mengukur seberapa besar tenaga yang tepat untuk mengambil telor tersebut. Tenaga yang terlalu besar akan menyebabkan pecahnya telur, sedangkan apabila terlalu kecil telur akan jatuh terlepas. Kini bagaimana dengan sensor untuk penuntun atau pemandu?. Katogori ini sangatlah luas, tetapi contoh berikut akan memberikan pertimbangan. Contoh pertama: komponen yang terletak diatas ban berjalan tiba di depan robot yang diprogram untuk menyemprotnya. Apa yang akan terjadi bila sebuah komponen hilang atau dalam posisi yang salah?. Robot tentunya harus memiliki sensor yang dapat mendeteksi ada tidaknya komponen, karena bila tidak ia akan menyemprot tempat yang kosong. Meskipun tidak terjadi kerusakan, tetapi hal ini  bukanlah sesuatu yang diharapkan terjadi pada suatu pabrik. Contoh kedua: sensor untuk penuntun diharapkan cukup canggih dalam  pengelasan. Untuk melakukan operasi dengan baik, robot haruslah menggerakkan tangkai las sepanjang garis las yang telah ditentukan, dan juga bergerak dengan kecepatan yang tetap serta mempertahankan suatu jarak tertentu dengan  permukaannya. Sesuai dengan fungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan meng-informasikan sinyal tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan fungsi sensor akan dilanjutkan oleh transduser. Karena keterkaitan antara sensor dan transduser    begitu erat maka pemilihan transduser yang tepat dan sesuai juga perlu diperhatikan. 1.1.4 Klasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu: a. sensor thermal (panas)   b. sensor mekanis

c. sensor optik (cahaya)

1.2 Pengertian sensor berat Sensor berat adalah suatu alat yang dapat mendeteksi berat dan kemudian diubah menjadi sinyal-sinyal listrik. Sensor berat ini termasuk bagian dari sensor  mekanis. Jenis jenis sensor berat : 1.2.1

Load cell

Sel Load, komponen sensor berat yang digunakan dalam skala, menimbang industri, tank berat, konveyor berat, kontrol mesin. •

cara kerja mirip dengan sensor tekanan yaitu mengubah gaya menjadi

 perpindahan •

menggunakan rangkaian jembatan untuk pembacaan, kalibrasi dan

kompensasi temperatur  •

alternatif lain menggunakan kristal piezoelektrik untuk mengukur 

 perubahan gaya. •

konfigurasi load cell

Gambar 3.34. Beberapa Contoh Konfigurasi Load Cell 

• Spesifikasi Error dan Nonlinearitas pada Sensor 

Gambar 3.35. Respon sensor secara umum (a) Simpangan dari garis linear (b) Bentuk sinyal terdefinisi

Macam macam jenis load cell adalah: Load Cell jenis berdasarkan prinsip kerja •

Balok kantilever atau tekukan

•

Kompresi

•

Tarik 

•

Universal

•

Geser 

•

Momen

•

Berongga

Load Cell berdasarkan jenis konstruksi •

Bending balok 

•

Paralel balok atau Teropong Beam

•

Kaleng kecil

•

Geser balok 

•

Single kolom

•

Multi-kolom

•

Serabi

•

Tombol Load

•

Single geser balok berakhir 

•

Double berakhir balok geser 

•

"S" tipe

•

Batang Inline akhir 

•

Digital elektro Angkatan

•

Diafragma / membran

•

Torsi cincin

•

Bending cincin

•

Membuktikan cincin

•

Load Pin

Load Cell jenis berdasarkan sifat listrik  •

Resistif 

•

Piezoelektrik 

•

Kapasitansi

•

Analog

•

Digital

•

Wireless

Contoh load cell: Compression Weigh Modules

Modul Timbang digunakan untuk tangki berat, hopper berat, sisik conveyor, konversi skala. Kompresi menimbang modul dirancang untuk diinstal di bawah kaki, mounting lugs, atau dukungan balok dari struktur. Berat yang sedang diukur  memampatkan berat load cell modul, menyebabkan perubahan pada sinyal keluaran. Kami menawarkan model untuk memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi  berat statis dan dinamis dalam berbagai kapasitas.

Tension Weigh Modules

Modul Timbang digunakan untuk tangki berat, hopper berat, sisik conveyor, konversi skala. Ketegangan menimbang modul dirancang untuk digunakan dengan tangki dihentikan, hopper dosis dan perangkat lainnya yang tersuspensi dari sebuah struktur dukungan. Kami menawarkan berbagai kapasitas untuk  memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi berat

Canister/Ring Load Cell

Sel beban Ring dan sel beban tabung digunakan dalam skala tangki, kapal  berat, sisik silo, truk berat, timbangan kendaraan, skala rel. Kami menawarkan sel  beban digital dan sel beban analoge dengan persetujuan OIML dan NTEP juga untuk digunakan di daerah berbahaya.

Double Ended Beam Load Cells

Double berakhir balok mencakup pusat dan mengakhiri gaya dimuat untuk  tangki dan hopper berat dan skala kendaraan.

S-Beam Load Cells/Tension Load Cells

Load sel digunakan untuk tangki berat, hopper berat, konveyor berat, konversi skala. Ketegangan S-sel yang dirancang untuk digunakan dengan tangki dihentikan, hopper dosis dan perangkat lainnya yang tersuspensi dari sebuah struktur dukungan. Kami menawarkan berbagai kapasitas load cell untuk  memenuhi kebutuhan berbagai aplikasi berat.

Analog Junction Boxes

Mettler Toledo kotak penyambung analog yang cocok untuk koneksi yang cepat dan sederhana sel beban ganda untuk elektronik berat. Trim pot terpadu memungkinkan seseorang untuk meminimalkan kesalahan sudut dengan hanya menggunakan obeng - tidak resistor solder atau terpisah diperlukan. Perumahan stainless steel menyediakan kehandalan terbaik.

Single Ended Beam Load Cells

Beam load cell digunakan dalam kelipatan dalam skala lantai, weighers ikat  pinggang, berat sistem, skala palet, skala cek, skala conveyor. Kebanyakan sel  balok beban Mettler Toledo sepenuhnya disetujui acc. untuk OIML, NTEP, FM

dan ATEX sebagai standar. Dengan demikian mereka dapat secara global digunakan dalam sistem menimbang hukum. Mereka sebagian besar terbuat dari stainless steel untuk mengatasi lingkungan industri yang keras.

1.2.2

Strain Gauge

Strain adalah jumlah deformasi dari suatu bagian dalam kaitannya dengan gaya. Secara rinci strain (e) digambarakn sebagai perubahan panjang, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.

Gambar.1 Pengertian Strain “Strain Gauge” pertama kali ditemukan oleh Edward E. Simmons pada 1983 dalam bentuk foil logam yang bersifat insulif (isolasi) yang menempel pada benda yang akan diukur tekanan beratnya. Secara prinsip apabila strain gauge diberi tekanan maka tahanan listrik  strain gauge akan berubah karena proses deformasi  pada strain gauge dengan besarnya perubahan tahanan listrik tersebut akan mengikuti esarnya perubahan tekanan yang diterima strain gauge. Elastisitas strain gauge erupakan perbandingan perubahan panjang terhadap  panjang mula – mula :

Parameter dasar dari strain gauge sensitivitas terhdap starin (tegangan), yan dinyatakan

besaranya

sebagai

faktor

gauge.

Faktor

gauge

merupakan

 perbandingan fraksi perubahan resistansi (∆R) terhadap fraksi perubahan panjang (strain), secara matematis ditulis sebagai berikut :

 Nilai faktor gauge bahan berbeda beda contohnya • Metal incompressible Gf = 2 • Piezoresistif Gf =30 Idealnya resistansi ari strain gauge akan berubah hanya merespon adanyan  berubahan strain. Akan tetapi material strain gauge, seperti halnya jenis material yang dipilih sebagai pembentuknya akan dapat merspon perbuhan temperatur. Perushan pembuat starin gauge berusaha meminimalis sensitivitas terhadap suhu (temperatur). Contoh : untuk memperkirakan kompensasi suhu terhadap resistansi, misal alumunium yang mempunyai koefisens temperatur 23 ppm/ oC dengan nilai resistansi 1000 ; dan faktor gauge 2 , mempunyai ralat terhadap suhu sebesar  11,5 /oC. Oleh karena itu pengaruh suhu sangat penting terhadap strain gauge. Pengukuran Strain (Ketegangan)

Pengukuran ketegangan menggunakan strain gauge dilakukan dengan menempatkan strain gauge pada rangkaian jembatan. Dalam prakteknya, orde pengukuran strain tidak lebih dari milistrain (e x 10 3

), oleh karena itu pengukuran ketegangan memerlukan pengukuran yang sangat

akurat dari perubahan yang sangat kecil dari resistansinya.sebagai contoh : suatu   bahan mengalami stran sebesar 500 με, dengan faktor gauge 2 akan memperlihatkan resistansi hanya 2 (500 x 10 -6) = 0,1 %, maka untuk 120 Ω gauge dari bahan tersebut hanya mengalami perubahan resistansi 0,12 Ω. Prinsip Kerja Strain Gauge

Ketika terjadi regangan pada suatu benda uji (specimen) yang telah di  pasangi strain gauge , maka regangan itu terhantarkan melalui alas gauge (isolatif)  pada foil atau penghantar resistif di dalam  gauge tersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini berbanding lurus terhadap besarnya regangan. Alasan Memilih Strain Gauge

Strain gauge hadir dengan menawarkan segenap keistimewaan fiturnya jika dibandingkan dengan metode lain. Bentuknya yang sederhana dengan massa / berat yang dapat diabaikan dan ukurannya yang kecil, sehingga tidak menimbulkan interferensi (gangguan   pengaruh luar) pada tegangan dalam  specimen. Dapat digunakan untuk  melokalisir bagian evaluasi pengukuran karena jarak titik ukur yang pendek. Memiliki kepekaan yang tinggi terhadap frekuensi sehingga dapat digunakan untuk menelusuri rambatan fluktuasi tegangan. Memungkinkan melakukan   pengukuran di sejumlah titik secara bersamaan dan pengukuran jarak jauh. Dengan output berupa sinyal elektrik, memudahkan pengolahan data ( data-

 processing ).  Namun demikian, di samping sejumlah keunggulan yang ditawarkan tadi,

 strain gauge juga memiliki beberapa keterbatasan. Setiap Strain gauge memiliki keterbatasan dalam hal suhu,  fatigue (kelelahan), batas kemampuan regangan, dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan pengukuran. Semua keterbatasan keterbatasan tersebut harus diuji dan dipastikan terlebih dahulu sebelum  strain

 gauge tersebut digunakan.

Gambar ilustrasi strain gauge

  Nilai perubahan tahanan pada strain gauge yang mengalami perubahan tekanan tidak signifikan, sehingga untuk dapat memberikan perubahan nilai elektrik maka perubahan tahanan pada strain gauge ini dimasukan ke dalam rangkaian jembatan wheatstone seperti gambar berikut.

Besarnya tekanan yang diterima strain gauge dinyatakan dalam bentuk  faktor gauge, GF yang di definisikan sebagai berikut.

Dimana RG adalah tahanan sebelum strain gauge diberi tekanan atau sebelum ada deformasi, AR adalah perubahan tahanan listrik yang terjadi dan e adalah tekanannya. Strain gauge adalah bagian yang sangat penting dari sebuah load cell. Fungsi dari strain gauge adalah untuk mendeteksi besarnya perubahan, dalam hal ini berupa dimensi jarak, yang disebabkan oleh suatu elemen gaya. Strain gauge digunakan untuk pengukuran presisi gaya, berat, tekanan, torsi, perpindahan dan kuantitas mekanis lainnya yang dapat dikonversi menjadi ketegangan dalam anggota mekanis. Strain gauge menghasilkan perubahan nilai tahanan yang  proporsional dengan perubahan panjang atau jarak (length).

Pada umumnya strain gauge dipasang sebagai bagian dari rangkaian  jembatan Wheatstone untuk aplikasi sirkuit elektrik. Ada dua tipe dasar strain gauge, yaitu yang terikat (bonded) dan yang tidak  terikat (unbonded). Bonded strain gauge seluruhnya terpasang pada elemen gaya (force member) dengan menggunakan semacam bahan perekat. Selagi elemen gaya tersebut meregang, strain gauge tersebut juga memanjang. Unbonded strain gauge memiliki salah satu ujung yang dipasang pada elemen gaya dan ujung satunya dipasang pada pengumpul gaya (force collector). Setiap perubahan panjang, baik pada bonded maupun unbonded gauge menyebabkan perubahan nilai tahanan listrik. Strain gauge dibuat dari logam dan   bahan-bahan semikonduktor. Strain gauge sangat akurat, bisa digunakan baik   pada arus searah (DC) maupun arus bolak-balik (AC) dan memiliki respons statis dan dinamis yang sangat bagus. Sinyal yang dihasilkan oleh strain gauge sangat lemah, tetapi kelemahan ini dapat diperbaiki dengan menggunakan peralatan  bantu yang baik. Strain gauge memiliki elemen merasakan ketegangan yang melekat atau  berpegang pada materi subjek. Ketika bahan pokok tegang, hambatan dari elemen merasakan perubahan dalam proporsi pengalaman ketegangan. Perubahan resistansi dalam elemen penginderaan seperti dikompres atau memanjang diukur  dan digunakan untuk menghitung ketegangan dalam materi subjek. Regangan terbuat dari bahan yang berbeda-beda dalam menanggapi resistensi terhadap deformasi

bentuknya,

dengan

ketegangan,

kompresi,

atau

puntiran.

Pada strain gauge terjadi perubahan tahanan R yang akan diukur dan perubahan ini biasanya kecil. ∆R memiliki harga sangat kecil. Untuk mengukur tahanan  pertama kita harus menemukan cara untuk mengkonversikan perubahan tahanan menjadi sebuah arus atau tegangan unutk ditampilkan pada amperemeter atau voltmeter. Rangkaian Sensor Berat

P ada bagian ini akan dijelaskan tentang perancangan sistem yang dibagi atas dua bagian utama yaitu perancangan perangkat keras dan perancangan  perangkat lunak. Dalam perancangan ini diperhatikan kondisi alat timbang badan

  pada nilai pendekatan yang menunjukkan nilai stabil dari pembacaan yang dilakukan terhadap obyek yang terukur. 3.1 Perancangan sistem hardware

Pada perancangan hardware menguraikan proses pengolahan sinyal tegangan yang dihasilkan melalui alat ukur dalam hal ini load cell sebagai   pengukur berat dan resistor geser yang dihasilkan dari sistem gulungan email sebagai pengukur tinggi badan. Dari kedua alat tersebut diolah hingga menghasilkan suara melalui proses digital. Proses pengolahan tegangan tersebut seperti pada blok diagram berikut ini.

Gambar 3.1 Diagram blok pengolahan tegangan pada sistem timbang badan 3.2 Sensor berat dan tinggi badan

Pada sistem penimbang tinggi badan ujung-ujung kumparan geser diberikan tegangan 5 volt sedangkan penggeser menggunakan batang ferit dimana titik   pergeseran ferit tersebut menghasilkan tegangan keluaran berdasar prinsip resistor   pembagi tegangan. Sehingga pada sistem pengukur tinggi badan ini menggunakan  prinsip rangkaian sebagai berikut :

Gambar 3.2 Rangkaian detektor tegangan pada resistor geser  Dengan metode tersebut maka tegangan keluaran dihasilkan melalui  perbandingan sebagai berikut :

Dengan prinsip rangkaian diatas maka semakin tinggi ferit maka semakin  besar tegangan yang dihasilkan oleh sistem ini. Pada penimbang berat badan menggunakan sensor berat jenis load cell dimana pada sensor ini merupakan jenis transducer yang akan langsung menghasilkan nilai tegangan dari perubahan tekanan yang membebani sensor  tersebut. Kenaikan tegangan pada sensor ini terjadi secara linier dimana seiring  penambahan beban maka tegangan yang dihasilkan pada sisi keluarannya akan secara linier naik. Perancangan sistem kalibrasi tegangan Rangkaian kalibrasi tegangan atau sering juga disebut kompensasi isyarat merupakan rangkaian yang terdiri dari kombinasi Op-Amp yang diperlukan sebagai pengatur komposisi tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor  sehingga melalui sistem ini dihasilkan suatu kelinieran tegangan dari ketidak  stabilan dan ketidak tepatan tegangan yang dihasilkan oleh masing-masing sensor  secara langsung. Rangkaian kalibrasi ini berupa rangkaian penguat inverting yang terpasang secara bertingkat, sehingga mempunyai dua fungsi yaitu untuk memperbesar  amplitudo tegangan DC yang dihasilkan oleh keluaran sensor sekaligus sebagai  pengatur ofset DC nya. Pemilihan jenis penguat inverting secara bertingkat ini dimaksudkan untuk.

Gambar 3.3 Rangkaian kalibrasi tegangan keluaran sensor. Sistem kompensasi/kalibrasi tegangan seperti pada gambar diatas terpasang   pada masing-masing sensor yang digunakan dalam sistem timbangan VR-50K    pada input noninverting Op-amp I berfungsi sebagai pengatur offset untuk 

menentukan nilai awal dari tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian kalibrasi ini. Sedangkan VR-50K pada Op-Amp II berfungsi sebagai penguat tegangan dari tegangan awal yang dihasilkan oleh sensor pada sisi masukan. Untuk memilih jenis pengukuran pada timbangan ini dilakukan dengan melalui sebuah selektor switch yang memilih tipe timbangan berat ataupun tipe timbangan tinggi. Dengan selektor ini maka pengukuran dapat dilakukan secara   bergantian untuk menghindari benturan alamat pada mikrokontroller sebagai  pengalamatan kode suara untuk IC ISD 1420. Perancangan sistem ADC Tegangan yang dihasilkan oleh sensor berat dan sensor tinggi yang dilewatkan pada masing-masing rangkaian kompensasinya merupakan tegangan analog, sedangkan untuk semua proses pengalamatan pada mikrokontroler ini yang diperlukan adalah tegangan digital, untuk itu tegangan analog ini perlu diubah dalam bentuk digital. Untuk keperluan pengubahan analog ke digital ini diperlukan rangkaian converter analog ke digital, dalam hal ini menggunakan IC ADC 0804. Rangkaian ADC 0804 yang digunakan adalah respon terkendali, dimana   perubahan pembacaan data masukan dikendalikan oleh clock yang dihubungkan  pada pin WR sehingga perubahan data dimulai setelah input WR tinggi. Untuk itu rangkaian ini dilengkapi dengan rangkaian clock dengan IC CMOS 4081 untuk  memberikan kepastian detak ADC 0804. Dengan menambahkan clock pada ADC 0804 ini menyebabkan keluaran biner ADC 0804 lebih stabil yang juga berimbas terhadap angka-angka digital yang ditampilkan. Sistem minimum rangkaian ADC 0804 adalah sebagai berikut:

Gambar 3.4 Sistem minimum rangkaian ADC 0804 ADC 0804 ini mempunyai masukan (Vin +) yaitu kaki 6 sebagai masukan sinyal analog, kaki 9 (Vref/2) berfungsi untuk menentukan tegangan referensi (Vref) yang dapat dilakukan dengan mengatur tegangan pada Vref/2 dengan  potensio tegangan VR 10K. Kaki chip select (CS) dan Rd aktif low, output enable dihubungkan ke ground. Kaki WR untuk memulai pengubahan atau yang lebih dikenal dengan start conversion (SC) yang diberi clock dari IC CMOS 4081 yang memberikan perubahan detak dari pulsa rendah kemudian pulsa tinggi untuk  memulai perubahan biner ketika masukan berubah. Tegangan biner yang dihasilkan dari ADC 0804 ini memanfaatkan 8 titik  keluarannya (D7 sebagai MSB hingga D0 sebagai LSB) sehingga pada kondisi maksimal tegangan biner yang dihasilkan oleh ADC ini adalah 1111 1111 atau 255 kondisi masukan analog. IC program mikrokontrol AT89C51 Mikrokontroler

yang

digunakan

dalam

perancangan

mikrokontroler AT89C51 yang memiliki kemampuan sebagai berikut: 

Kompatibel dengan produk dan program assembler MCS-51



Dapat di simpan program sebesar 4 kByte Flash.



32 pin Input/Output yang dapat diprogram.



128 x 8 bit internal RAM



Dua buah timer / counter 16 bit.

ini

adalah

Dengan kemampuan sesuai fasilitas mikrokontrol AT89C51 diatas maka pada mikrokontroller ini mampu melakukan pemrograman untuk pengalamatan data masukan sebagai penampil suara sekaligus mampu melakukan pengalamatan untuk menampilkan angka yang diukur pada seven segment. Untuk proses  pengalamatan kode suara pada system ini menggunakan data pada port 2 yang terhubung dengan port masukan IC ISD 1420 sedangakan untuk pengalamatan kode yang ditampilkan kedalam seven segment menggunakan port 3. kedua port keluaran tersebut mengambil data dari port 0 yang terhubung dengan data masukan dari ADC 0804. Sementara port 1 digunakan sebagai pengendali system kompensasi sehingga jenis timbangan dapat di-select untuk mode ukur tinggi dan ukur berat. Pada aplikasi ini untuk pengukuran berat dan tinggi badan port 1.0 sebagai chip select harus selalu dihubungkan dengan kondisi aktif r endah sehingga untuk setiap mode pengukuran yang ingin ditampilkan, selector harus dihubungkan dengan tegangan low (0 volt). Rangkaian mikrokontroler AT89C51 didisain dalam bentuk minimum seperti yang terlihat pada gambar 3.5.

Gambar 3.5 Konfigurasi sismin mikrokontroller AT89C51 Perancangan sistem ISD 1420

Information Storage Device (ISD) 1420 merupakan suatu chip yang bila secara terintegrasi terhadap komponen pendukung bisa digunakan sebagai   penyimpan data suara yang direkam dan didownloadkan didalamnya. Metode  penyimpanan data suara pada ISD dibatasi oleh lama waktu yang ditentukan oleh masing-masing chip ISD tersebut. Seperti halnya ISD 1420 diartikan mampu menyimpan data suara hingga maksimal 20 detik. Pada perancangan sistem timbangan dengan tampilan suara ini data yang disimpan kedalam ISD dilakukan dengan memasukkan setiap suku kata dari keseluruhan kata yang harus ditampilkan pada kemungkinan pengukuranyang terjadi. Metode pengisian data suara kedalam ISD ini dilakukan melalui perekam suara yang dapat disimpan dalam bentuk wave. Setelah melalui proses editing untuk mendapatkan kualitas suara yang baik ,dari program wave suara di down load dengan menekan tombol REC pada rangkaian terintegrasi ISD melalui port LPT yang dihubungkan dengan port ISD tersebut . Suara yang didownload kedalam ISD disimpan dalam bit-bit biner dengan satu alamat data untuk setiap satu suku kata. Untuk menampilkan suara dari data yang disimpan dilakukan dengan memanggil data biner tersebut. Sebagai suatu contoh untuk menampilkan suara “lima kilogram” maka data biner untuk masing-masing suku kata lima, dan kilogram dipanggil secara berurutan. Sistem minimum dari rangkaian ISD 1420 yang terintegrasi dengan sistem rekam data adalah sebagai berikut :

Gambar 3.6 Skematik rangkaian ISD 1420 Dekoder seven segment BCD 74LS248

Pemilihan dekoder seven segment menggunakan IC dekoder 74LS248,  pemilihan ini berdasar pada beberapa kriteria diantaranya adalah kemampuan IC dekoder tersebut dalam menampilkan model angka pada led seven segment secara sempurna terutama dalam menampilkan angka 9 dan angka 6. Kriteria lain adalah karena jenis seven segment yang digunakan adalah jenis katoda bersama dimana 0 menjadi common dan hal ini sangat sesuai dengan karakteristik dekoder 74LS248 dimana keluaran dekoder ini merupakan logika output tinggi atau sering disebut dengan istilah aktif high. Metode penyambungan dekoder 74LS248 yang teraplikasi pada seven segment penunjuk berat dan tinggi badan pada pembuatan alat ini dilakukan dengan model scanning melalui port mikrokontroller sehingga untuk sebuah IC bisa digunakan untuk menjalankan seven segment hingga sejumlah port yang dimanfaatkan. Sedangkan IC dekoder ini hanya mengaktifkan common seven segmet tersebut melalui sebuah transistor untuk setiap seven segment yang digunakan. Dengan sistem rangkaian seperti ini maka dapat melakukan penghematan IC dekoder tersebut.

Gambar 3.7 Rangkaian scanning seven segment katoda bersama IC ini masukannya  berupa bilangan biner 4-bit yang ditunjukkan pada oleh bilangan A,B,C,D. Pada gambar 3.7 bilangan BCD tersebut dikodekan, maka hasilnya akan ditampilkan  pada tujuh segmen. Dua masukan lainnya yaitu masukan uji lampu yang berfungsi untuk menguji apakah semua lampu segment beroperasi dengan memberi kondisi rendah (active low). Selanjutnya masukan pengosongan dan pengosongan akan mematikan semua segmen dan mengosongkan penampil hanya bila berisi 0. Keduanya diaktifkan oleh masukan rendah (active low). Keluaran dari IC ini juga merupakan keluaran yang aktif tinggi. Gambar 3.7 memperlihatkan sebuah  pendekode BCD ke tujuh segment digunakan untuk mengendalikan sebuah LED

tampilan tujuh segmen. Untuk menjelaskan rangkaian ini, kita anggap bahwa masukan BCD adalah D=0, C=1, B=0, A=1, yang berarti BCD untuk 5. Dengan masukan–masukan ini, keluaran dekoder atau penggerak a,f,g,c,d akan digerakkan dengan logika tinggi (High) memungkinkan arus melalui bagian LED a,f,g,c, dan d; yang akan menampilkan angka 5, keluaran b dan e akan low (open), sehingga  bagian LED b dan e tidak menyala.. Karena keluaran dari IC ini aktif tinggi maka digunakan tujuh segment katoda bersama. Perancangan sistem software

Pada sistem perangkat lunak ini berisi tahap-tahap perancangan program  pada mikrokontroller AT89C51. Dimana didalam IC program ini merupakan otak  dari sistem yang ingin daijalankan pada perancangan alat timbangan digital ini. Untuk merancang suatu pengalamatan program terlebih dahulu harus disisun suatu diagram alir agar pengalamatan program terorganisir dengan baik  didalamnya. Diagram alir dalam perancangan sofware ini sebagai berikut :

Gambar 3.8 Diagram alir perancangan software. Pada diagram alir diatas terdapat beberapa instruksi yang harus dipilih oleh operator penimbang. Saklar mode dimaksudkan untuk memilih jenis pengukuran yang ingin dilakukan (berat atau tinggi), pada sistem ini untuk membedakan mode  pengukuran berat dilakukan dengan menghubungkan dengan ground pada saklar  yang terhubung dengan port P1.0. Sedangkan untuk pengukuran tinggi badan dilakukan dengan menguhubungkan dengan VCC pada saklar yang terhubung dengan port P1.0 tersebut. Setelah mode dipilih ADC akan membaca besaran masukan baik berat maupun tinggi untuk dialamatkan pada mikrokontroller AT89C51. Pada IC  program ini dilakukan pengolahan data biner tersebut menjadi alamat suara dan alamat

BCD

untuk

mengaktifkan

sevensegment.

Pengalamatan

suara

diterjemahkan melalui ISD 1420 menjadi output suara yang terangkai berdasar  alamat masukannya. Data yang dihasilkan oleh suara ataupun seven segment ini merupakan data pengukuran yang dilakukan. Untuk melakukan pengukuran lagi dilakukan dengan menekan saklar mode pengukuran kembali yang sekaligus sebagai reset dari sistem yang telah dilakukan. 1.3

Aplikasi Sensor Berat

Aplikasi sensor berat dan pengontrolan motor servo pada robot pembuat kopi otomatis berbasis mikrokontroler avr atmega 8535. Robot banyak digunakan dalam kebutuhan sehari-hari, baik di industri maupun di rumah tangga, salah satunya difungsikan sebagai pembuat kopi otomatis. Adapun tujuan dari pembuatan robot pembuat kopi otomatis adalah untuk mengetahui prinsip kerja sensor berat yang merupakan input dari mikrokontroler AVR ATMega 8535, serta mempelajari prinsip kerja motor servo sebagai penggerak yang merupakan output dari mikrokontroler AVR ATMega 8535. Dari data yang ada dapat dilihat bahwa beban dari berat dapat mengubah nilai tegangan pada sensor berat. Dari hasil deteksi sensor berat akan menuju ke mikrokontroler AVR ATMega 8535 yang akan mengeksekusi input sensor berat agar memerintahkan robot untuk bergerak. Dari data tersebut dapat dianalisa  bahwa semakin besar berat yang dideteksi maka semakin besar nilai tegangan

yang dihasilkan. Kesimpulan dari proyek akhir ini bahwa sensor berat dapat mendeteksi berat dengan pengubahan sifat mekanis (tekanan) menjadi energi listrik. Pada saat sensor berat belum mendeteksi berat (0 gram) maka tegangannya

sebesar 0,2 volt, pada saat mendeteksi berat cangkir (200 gram) maka tegangan sebesar 1 volt sedangkan pada saat mendeteksi berat cangkir dengan penambahan  berat air (400 gram) maka tegangan sebesar 2,2 volt. Aplikasi lain dari sensor berat antara lain: a. Timbangan digital  b. Timbangan berat badan c. Timbangan per  d. Alat pelengkap robot e. Penyortir buah f. Pengatur pemasukan batubara pada mesin pembersih/penghancur 

III.

PENUTUP

A. Kesimpulan

1. Sensor berat adalah suatu alat yang dapat mendeteksi berat dan kemudian diubah menjadi sinyal-sinyal listrik. Sensor berat ini termasuk bagian dari sensor mekanis. 2. Sensor berat terbagi dari load cell dan strain gauge. 3. Aplikasi sensor berat salah satunya adalah pengontrolan motor servo pada

robot pembuat kopi otomatis berbasis mikrokontroler avr atmega 8535. Timbangan digital, timbangan berat badan, timbangan per, alat pelengkap robot,

penyortir

buah,

 pembersih/penghancur.

pengatur

pemasukan

batubara

pada

mesin