Timbangan Digital Menggunakan Sensor Strain Gauge

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Pembahasan

3. Komponen

4. Rangkaian

5. Video

6. Link Download

1. Tujuan

• Mampu menjelaskan prinsip kerja dari sensor Strain Gauge
• Mampu merangkai rangkaian aplikasi sensor Strain Gauge

2. Pembahasan

APLIKASI SENSOR STRAIN GAUGE

RANGKAIAN TIMBANGAN DIGITAL

Sensor resistif adalah sensor yang bilamana ada suatu besaran fisika yang mengenainya, maka resistansinya akan berubah (R-nya berubah). Contohnya sensor strain-gauge, sensor ini adalah sensor gaya dan tekanan; apabila dikenai gaya atau tekanan maka bentuknya akan berubah, perubahan bentuknya ini menyebabkan resistansinya berubah pula.

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.

Pada rangkaian timbangan digital yang dibuat dengan aplikasi proteus 8, digunakan prinsip jembatan Wheatstone. Pada salah satu variabel  tahanannya bisa divariasikan tergantung dari pengaruh strain gauge sehingga digunakan potensio untuk mewakilkan sensor strain gauge pada rangkaian jembatan wheatstone tersebut.

Sebuah strain gauge atau pengukur tekanan mekanis, sangat sensitif terhadap perubahan gaya mekanik. Sensor strain gauge adalah sensor yang digunakan untuk mengukur berat atau beban dari suatu benda dalam ukuran besar. Sensor strain gauge ini sering diaplikasikan pada jembatan timbang mobil atau alat ukur berat dalam skala besar. Sensor strain gauge adalah grid metal-foil yang tipis yang dilekatkan pada permukaan dari struktur. Apabila komponen atau struktur dibebani, terjadi strain dan ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding dengan strain induksi beban.

Sensor strain gauge pada umumnya adalah tipe metal-foil,  dimana konfigurasi grid dibentuk oleh proses photoeching. Karena prosesnya sederhana, maka dapat dibuat bermacam macam ukuran gauge dan bentuk grid. Untuk macam gauge yang terpendek yang tersedia adalah 0,20 mm; yang terpanjang adalah 102 mm. Tahanan gauge standard adalah 120 mm dan 350 ohm, selain itu ada gauge untuk tujuan khusus tersedia dengan tahanan 500, 1000, dan 1000 ohm.

Stranin gauge menunjukan perubahan tahanan ΔR/R yang dihubungkan dengan strain ε dalam arah grid diekspresikan oleh :

S_g adalah factor gauge atau konstanta kalibrasi untuk gauge. Factor S_g selalu lebih kecil dari sensitivitas alloy metallic S_akarena konfigurasi grid dari gauge dengan konduktor transverse lebih kecil responsifnya ke strain axial dari pada konduktor lurus uniform.

Grafik Output Sensor Strain Gauge

Keluaran gauge strain ΔR/R biasanya dikonversikan ke sinyal tegangan dengan jembatan wheatstone.Apabila gauge tunggal dipakai dalam satu lengan, tegangan keluarannya adalah.

sehingga diperoleh

Tegangan masukan dikontrol oleh ukuran strain gauge dan tahanan awal gauge. Hasilnya sensitivitas sebagai berikut :

Aplikasi Strain Gauge Pada Jembatan Wheatstone

Rumus dasar Jembatan Wheatstone :

Kelebihan dan kekurangan 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.

3. Komponen

 1. 7SEG-COM-CATHODE atau Seven Segment Display


 
2. 74LS248
 Dekoder BCD ke 7 Segmen digunakan untuk mengubah masukan yang berupa sandi Binary Coded Decimal (BCD) menjadi sandi yang sesuai dengan format  7 segmen

 
 3. ADC0804
sebagai pengkonversi tegangan analog menjadi tegangan digital

 
 4. BATTERY
sebagai sumber tegangan

 
 5. RESISTOR
sebagai penghambat arus


 

4. Rangkaian 

Prinsip kerja rangkaian : 

Sensor mempengaruhi nilai strain gauge( disimbolkan potensio) Nilai Resistansi total dari jembatan wheatstone tu masuk ke Vin(input) Inputnya ada dua yaitu positif dan negatif. Input positif tergantung arah kutub baterai diawal dan sebaliknya. Dengan menekan tombol switch berarti kapasitor meluruh sebagai trigger (pemicu) untuk mendapatkan nilai sensor sebenarnya pada ADC. Pada sensor ADC, nilai analog tadi berubah menjadi bilangan digital 8 bit. 4 bit pertama untuk sevent segment pertama dan 4 bit sisanya untuk sevent segment kedua.

5. Video 

 

6. Link Download 
    Download simulasi rangkaian disini
    Simulasi rangkaian = DOWNLOAD
    Video rangkaian = DOWNLOAD
    HTML FILE download