STRAIN GAUGE
OLEH :
M.RESTU RAMADHANI : 130309217793
M. CAKRA GUNA CIPTA : 130309217393
IRANA DEWI : 130309217193
POLITEKNIK NEGERI BALIKPAPAN
JURUSAN ELEKTRONIKA INDUSTRI BALIKPAPAN
2014
Dasar Teori
Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur tekanan (deformasi atau strain). Alat ini berbentuk foil logam atau kawat logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang ditempel pada benda yang akan diukur tekanannya, dan tekanan berasal dari pembebanan. Prinsipnya adalah jika tekanan pada benda berubah, maka foil atau kawat akan terdeformasi, dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan tahanan listrik ini akan dimasukkan kedalam rangkaian jembatan Whetstone yang kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gage. Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekanan dari setiap elemen pengindera Strain Gage. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan dan regangan. Dengan demikian jika modulus elastis adalah sebuah permukaan benda dan regangan telah diketahui, maka tekanan bisa ditentukan..Hukum Hook dituliskan sebagai :
σ =Es…………………………………………….(1)
dimana σ = regangan, Δl/l (tanpa satuan)
s = tegangan geser , kg/cm2
E = modulus Young , kg/cm2
Bila dua gage atau lebih digunakan, maka tekanan pada pelacakan arah setiap gage bisa ditentukan dengan menggunakan perhitungan. Namun demikian persamaannya memiliki tingkat kompleksitas yang berbeda tergantung pada kombinasi dan orientasi gage tersebut.
Kepekaan sebuah Strain Gage disebut dengan faktor gage dan perbandingan antara unit resistansi dengan perubahan unit panjang adalah :
Faktor gage K = R/R l/l …………..(2)
Dimana : K = Faktor gage
ΔR = Perubahan tahanan gage
Δl = Perubahan panjang bahan
R = Tahanan gage nominal
l = Panjang normal bahan
Jadi regangan diartikan sebagai perbandingan tanpa dimensi, perkalian unit yang sama, misalnya mikroinci / inci atau secara umum dalam persen (untuk deformasi yang besar) atau yang paling umum lagi dalam mikrostrain.
Perubahan tahanan ΔR pada sebuah konduktor yang panjangnya l dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang penampangnya serba sama, yaitu :
R= ρPanjangLuas=ρxlπ4d2…………….(3)
dimana : ρ = tahanan spesifik dari bahan konduktor
l = panjang konduktor
d = diameter konduktor
Karakteristik Strain Gauge
Karakteristik dari filamen adalah sebagai berikut :
1) Faktor Gage tertinggi
2) Koefisien suhu resistansi rendah
3) Resitivitas tinggi
4) Kekuatan mekanis tinggi
5) Potensial termo listrik minimum disekitar lead
[email protected]
Bahan- bahan yang bisa dijadikan Strain Gauge
Berbagai jenis bahan tahanan telah dikembangkan untuk pemakaian dalam gage-gage kawat dan foil, seperti:
a. Constantan adalah paduan (alloy) tembaga-nikel dengan koefisien temperatur rendah. Biasanya Constantan ditemukan dalam Gage yang digunakan untuk strain dinamik, dimana perubahan level strain tidak melebihi ± 1500 μcm/cm. Batas temperatur kerja adalah dari 10 oC sampai 200oC.
b. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk pengukuran strain statik sampai 375 oC. dengan kompensasi temperatur, paduan ini dapat digunakan untuk pengukuran static sampai 650 oC dan pengukuran dinamik sampai 1000 oC.
c. Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan Faktor Gage yang rendah dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan. Bahan ini digunakan untuk pengukuran strain dinamik bila sensitivitas temperatur yang tinggi dapat di tolerir.
d. Stabiloy adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan rangkuman kompensasi temperatur yang lebar. gage ini memikiki stabilitas yang sangat baik dan temperatur cryogenic sampai sekitar 350 oC dan ketahanan yang baik tehadap kelelahan.
e. Paduan-paduan platina tungsten memberikan stabillitas yang sangat baik dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan pada temperatur tinggi. Gages ini disarankan untuk pengukuran uji static sampai 700 oC dan pengukuran dinamik 850 oC.
Beberapa Jenis Strain Gauge
Jenis-jenis dari Metal Foil Strain Gage
a) Rosette 90o yang dapat mengukur aksial dan regangan trasfer sekaligus. Variasi desain ini adalah stress gage dimana dua elemen meliliki tahanan yang berbeda. Tahanan juga di pilih sehingga hasilnya memberikan sebuah sensor yang keluarannya sebanding dengan takanan dan keluaran elemen aksial sebanding dengan regangan.
b) Rosette 45o memberikan reaksi angular lebih besar dari rosette 90o
c) Rosette 60o
Pengujian Sensor Strain Gauge
Alat dan bahan :
1. Power supply (2 buah)
2. Avometer digital (1 buah)
3.Resistor 1 (3 buah), 120 (2buah), 560k (2buah), 1k (2buah).
4.Potensiometer 10k
5.Strain gauge 120 (1buah)
6.IC LM741 (4 buah)
Data percobaan
Beban
V (tanpa op amp)
V (dengan op amp)
500 gram
1.9 mV
0.95 V
1000 gram
3.2mV
1.62 V
1500 gram
4.5 mV
2.25 V
2000 gram
5.7 mV
2.85 V
2500 gram
7 mV
3.54V
Sensitivitas Perbandingan input dan ouput
Pada saat beban karakteristik maksimum (2 kg)
V outV in x 100%= 2,85 V5 V x 100%=57 %
Aplikasi Strain Gage
Untuk mengukur tekanan ataupun berat suatu objek, contohnya:
1. Digunakan pada pengkur berat badan digital
2. Alat pengukur pertambahan retakan pada pondasi/dinding bangunan
3. Bisa diaplikasikan pada jembatan wheatstone
Perhitungan perancangan jembatan WheatStone
Sebelum kita melakukan percobaan,kita akan terlebih dahulu melakukan perhitungan terhadap rangkaian dibawah ini untuk mengetahui nilai resistor–resistor yang kita butuhkan
Dari rangkaian diatas ini yang kita inginkan adalah ketika jembatan diatas ini dalam keadaan setimbang nilai dari Vg =0.Seperti kita ketahui bahwa strain gauge yang kita gunakan pada percobaan ini memiliki resistansi sebesar 120 .Untuk mencari nilai resistansi ,kita masukkan kedalam rumus berikut:
Vg=R3R1+R3Vin R4R2+R4Vin
0=R3R1+R3Vin R4R2+R4Vin
R3R1+R3Vin= R4R2+R4Vin
Dari persamaan diatas maka didapat rumus:
R1.R4=R2.R3
Kita tahu bahwa R4=120 (tahanan dari strain gaguenya. Kita ambil gunakan R2 dan R3 sebesar 118.4 , maka nilai R1:
Pada percobaan kami menggunakan R1 yang terdiri dari resistor 120 yang diparalelkan dengan potentiometer 10k . Hal ini kami lakukan untuk memperoleh hambatan sebesar 116.8213 yang akurat.
Kesimpulan :
Strain gauge adalah sensor strain yang mengubah regangan menjadi hambatan, kemudian dengan rangkaian Jembatan Wheatstone dikonversi menjadi Tegangan namun karena tegangan yang dihasilkan sangatlah kecil (skala mili Volt) dibutuhkan rangkaian Penguat sehingga sensor starin gauge dapat menjadi actuator.
