BAB II

DASAR TEORI

2.1 Load cell

Load cell digunakan pada hampir semua system elektrik pengukuran berat/beban. Sebuah load cell adalah suatu alat tranduser yang menghasilkan output yang proporsional dengan beban atau gaya yang diberikan/diaplikasikan. Load cell digunakan untuk mengkonversikan regangan pada logam ke tahan variable (variable resistance).

Konfigurasi bridge dari strain gauges memungkinkan load cell tersebut menghasilkan output yang berupa tegangan rendah (low-level voltage) yang nilainya tergantung pada nilai tegangan input (yang diperhatikan pada level konstan dan stabil) dan besarnya regangan atau beban yang diberikan pada load cell tersebut. Pada kondisi beban penuh,nilai nominal tegangan output dengan menggunakan input tegangan bernilai 10 volt DC adalah berkisar antara 20 milivolt sampai 30 milivolt. Jenis cell yang digunakan tergantung pada rancangan mekanis, beban maksimum dan efek sampingan pembebanan (side loading effect).

Load cell dapat diklasifikasikan dari pelindung lingkungannya. Penggolongan ini meliputi:

1. Penyegelan secara hermatik2. Dilindungi dari faktor-faktor lingkungan 3. Lingkungan yang terkontrol

Hermatik yang benar membutuhkan konstruksi load cell yang menggunakan hanya konstruksi logam atau kaca ke logam untuk melindungi konstruksi internal/load cell. Dengan menggunakan proses penyatuan dengan pengelasan atau solder load cell data dibuat keda[ gas dan tahan air.

Load cell yang diberi pelindung terhadap faktor-faktor lingkungan memakai beberapa tipe potting material yang biasanya berupa suatu material tipe karet yang fleksibel dan atau perlindungan anti-air, seperti sedikit neoprene diatas daerah strain gauge dari load cell.

Controlled environment load cell membutuhkan pengamanan dari lingkungan dimana desain tidak menggunakan pelapis pada bagian elektrik dari cell. Biasanya tipe cell ini mempunyai hanya satu pelapis penahan debu di sekeliling daerah gauge (gaugaed area).

Load cell umumnya digunakan pada skala tipe flatform. Pada dasarnya cell diaper oleh dua lempengan baja. Cell tersebut dipasang dengan lempengan atas dan bawah menggunakan rigid bolt. Ukuran nominal dari lempengan tersebut berkisar dari 10 inci persegi untuk kapasitas ringan dan sampai 28 inci untuk cell berkapasitas lebih berat dikarenakan efek side loading telah dapat dihilangkan, kurang 25% dari kapasitas dapat ditempatkan pada ujung luar lempengan.

2.1.1 Cara kerja dasar dari load cell

Load cell dikelompokkan sebagai tranduser gaya (force tranducer). Alat ini mengubah gaya atau beban/berat menjadi sinyal elektrik. Strain gauge adala bagian utama dari load cell. Strain gauge adalah sebuah alat yang memiliki nilai tahanan yang dapat berubah apabila alat ini mengalami penekanan.

Gauge-gauge tersebut terbuat dari lembaran logam yang sangat tipis sudah mengalami pengerjaan panas dan terikat secara kimia pada sebuah lapisan dielektrik yang tipis. Lalu “gauge patches” tersebut dipasang atau diletakkan pada elemen regang (strain element) dengan alat perekat yang telah diformulasikan secara khusus. Posisi yang sesuai dari gauge, prosedur pemasangan (mounting procedur) dan material yang digunakan semuanya memiliki efek yang dapat diukur pada unjuk kerja keseluruhan dari load cell tersebut.

Setiap gauge patch terdiri dari satu atau lebih kabel, baik yang terlekat pada permukaan batang penahan (beam), cincin(ring), atau colums(elemen regang atau strain element) di dalam load cell. Pada saat permukaan dimana gauge melekat mulai meregang, kawat pada strain gauge memanjang atau memendek sehingga timbul perubahan nilai tahanan yang sesuai atau proporsional dengan beban yang timbul atau beban yang diberikan. Satu atau lebih strain gauge digunakan dalam pembuatan load cell.

Strain gauge dalam jumlah banyak disambungkan untuk menciptakan keempat kaki dan konfigurasi jembatan wheat stone. Ketika voltase input dikenalkan pada jembatan, timbul tegangan output yang proporsional atau sesuai dengan beban yang ditimbulkan atau diberi. Output ini dapat diperkuat dan diproses dengan menggunakan peralatan elektrik konvensional.

2.1.2 Strain gauge

Strain gauge adalah bagian yang sangat penting dari sebuah load cell, fungsi dari strain gauge adalah untuk mendeteksi besarnya perubahan, dalam hal ini berapa dimensi jarak, yang disebabkan oleh suatu elemen gaya. Strain gauge menghasilkan perubahan nilai tahanan yang proporsional dengan perubahan panjang atau jarak (length). Pada umumnya Strain gauge dipasang sebagai bagian rangkaian jempat wheatstone untuk aplikasi sirkuit elektrik.

Ada dua tipe dasar strain gauge, yaitu terikat (bonded) dan tidak terikat (unbonded). Bonded Strain gauge seluruhnya terpasang pada elemen gaya (foce 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 pengumpulan gaya (foce collection).

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 respon 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.

2.1.3 Jembatan Wheat-Stone

Gunanya adalah untuk mengukur hambatan dengan cara menyeimbangkan kedua sisi rangkaian jembatan (bridge circuit). Satu sisi jembatan terdapat komponen yang tak diketahui nilai resistansinya sedangkan sisi lain diketahui nilai resistansinya. Operasi ini juga mirip dengan potensiometer. Jembatan ini dibuat dengan merangkai empat buah hambatan dalam susunan seperti Gambar 2.3.

Pada Gambar 2.3, Rx adalah komponen yang ingin diketahui hambatannya. R1, R2, dan R3 adalah resistor yang diketahui hambatannya dan hambatan pada R2 dapat diubah dan disesuaikan. Jika perbandingan antara kedua hambatan di sisi yang diketahui (R2/R1) sama dengan perbandingan sisi yang dicari, teangan antara kedua titik potong (B dan D) akan menjadi nol dan tidak ada arus listrik yang mengalir melalui galvanometer Vg. Jika jembatan tak seimbang (atau nilai salah satu sisi hambatan lebih besar dari hambatan lainnya), ara arus yang mengalir akan mengindikasikan apakan R2 terlalu tinggi atau terlalu rendah. R2 akan bervariasi atau diubah-ubah nilainnya sampai tidak ada arus mengalir melalui galvanometer, yang berarti terbaca nol.

Pada posisi seimbang, perbandingan antara R2/ R1 = Rx/ R3Atau dapat ditulis Rx = (R2 / R1) x R3Selain itu, jika R1, R2 dan R3 diketahui namun R2 tidak dapat diubah-ubah nilai

hambatannya, perbedaan tegangan yang ada atau arus yang mengalir melalui galvanometer dapat digunakan untuk mengukur nilai Rx. Kita dapat menggunakan hukum kirchoff (disebut juga dengan aturan kirchoff) untuk melakukannya.

Untuk mendapatkan persamaan tersebut digunakan hukum kirchoff. Lebih tepatnya hukum kirchoff pertama untuk mencari arus yang mengalir pada simpul B dan D.

Kemudian hukum kirchoff kedua untuk mencari tegangan pada loop ABD dan BCD.

Jika dianggap jembatan dalam keadaan seimbang, Ig = 0, sehinggu persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut:

Kemudian persamaan-persamaan tersebut dibagi dan disusun menjadi:

Dari aturan pertama, I3 = Ix and I1 = I2 Sehingga nilai Rx sekarang diketahui dengan persamaan:

Jika keempat nilai resistor dan sumber tegangan diketahui dan hambatan galvanometer cukup tinggi sehingga arus Ig dapat diabaikan , tegangan pada jembatan (VG) dapat diketahui dengan cara memeriksa tegangan setiap pembagi tegangan dan mengurangi nilainya dari masing-masing komponen lain, contohnnya:

Persamaan ini dapat disederhanakan menjadi:

Dimana VG adalah tegangan simpul B relatif terhadap simpul D.

2.3 Adjustable Infrared sensor switch

Switch Sensor Adjustable Inframerah adalah seperangkat pemancar dan penerima di salah satu sensor saklar fotolistrik. Jarak deteksi dapat disesuaikan dengan permintaan.

Sensor ini memiliki jangkauan deteksi 3-80cm. Switch Sensor Adjustable Inframerah adalah kecil, mudah digunakan, murah, mudah untuk merakit dan dapat secara luas digunakan dalam robot untuk menghindari rintangan, media interaktif, garis industry perakitan, dan banyak kesempatan lainnya. Output sinyal beralih berbeda ssuai dengan hambatan. Ini tetap tinggi bila tidak ada hambatan dan tetap rendah bila ada hambatan. Ada cahaya terang di belakang probe untuk mendeteksi lingkup 3cm-80cm.

Berikut keterangan untuk konfigurasi pin Adjustable Infrared sensor switch:

1. Vss (ground)2. Vdd(tegangan supply sebesar 5 volt)3. I/O pin (sebagai jalur data )

2.3 LCD (Liquid Crystal Display)

Liquid Crystal Derdiri dari beberapa pin yang berfungsi untuk pengontrolan pemaisplay merupakan suatu Kristal cair yang akan aktif bila dihubungkan dengan tegangan. Input untuk mengendalikan modul ini dapat berupa bus data dari sebuah microkontroler. Liquid Crystal Display adalah komponen ayang biasa digunakan untuk menampilkan symbol, angka maupun huruf. Liquid Crystal Display terdiri dari beberapa pin yang berfungsi untuk pengontrolan pemakaiannya . Liquid Crystal Display yang digunakan pada alat ini adalah LCD dengan BC1602A atau 16 x 2 (enam belas karakter dengan dua baris).