PENGUKURAN REGANGAN(STRAIN GAGE)

(Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah sistem instrumentasi elektronika)

oleh :Vita Permatasari (0810630102)Irfan Habiburrahman (0810633054)

JURUSAN TEKNIK ELEKTROFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYAMALANG

2011

1

KATA PENGANTAR

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Sistem Instrumentasi

Elektronika semester genap tahun ajaran 2010/2011. Banyak permasalahan timbul

karena kesalahan dalam pengukuran, pengetahuan mengenai pengukuran penting untuk

upaya antisipasi maupun pemeliharaan. Penulis mengangkat makalah berjudul

“Pengukuran Regangan (Strain Gage)” dengan tujuan memberikan pengetahuan

mengenai pengukuran regangan

Metode kajian yang digunakan dalam pembuatan makalah ini berupa studi

pustaka.

Puji syukur penulis panjatkan terhadap Allah SWT karena dengan rahmat dan

hidayahNya makalah ini dapat selesai dengan baik. Selain itu, penulis mengucapkan

terima kasih kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan baik

yang bersifat langsung maupun tidak langsung.

Karena isi makalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis mengharapkan

kritik maupun saran sehingga penyempurnaan makalah ini dapat bermanfaat untuk

pembaca. Penulis berharap semoga makalah ini dapat menjadi acuan referensi dalam

berkomunikasi nonverbal dengan baik.

Malang, 13 April 2011

Penulis

2

DAFTAR ISI

Cover iKata Pengantar iiDaftar Isi iiiDaftar Gambar ivBAB 1 PENDAHULUAN 11.1 Latar Belakang 11.2 Batasan Masalah 11.3 Tujuan 1BAB II TINJAUAN PUSTAKA 22.1 Sensor 22.1.1 Strain Gage 22.1.1.1 Strain, Stress dan Poisson’s Ratio 22.1.1.2 Pengertian Strain Gage 42.1.1.3 Karakteristik Strain Gage 52.1.1.4 Jenis-jenis Strain Gage 62.1.1.5 Elemen Pengindra Metal 132.1.1.6 Konfigurasi Strain Gage 142.1.1.7 Kompensasi Strain gage 152.1.1.8 Pemasangan Strain gage 172.1.1.9 Pemilihan Strain gage yang tepat 182.1.1.10 Aplikasi Strain gage 202.1.2 Rangkaian Jembatan Wheatstone 222.2 Penguat Instrumentasi 242,3 ATmega 8 262.4 LCD (Liquid Cristal Display) 28BAB 3 PEMBAHASAN 313.1 Spesifikasi rancangan 313.2 Diagram Blok 313.3 Pemilihan dan Perancangan sistem sensor 313.4 Perancangan rangkaian Pengkondisi sinyal 333.5 Resolusi 343.6 Bagian Penampil (display) 353.7 Gambar rancangan keseluruhan 40BAB 4 PENUTUP 414.1 Kesimpulan 414.2 Saran 42Lampiran datasheet vDaftar Pustaka vi

3

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Batang yang mengalami gaya tarik dan gaya tekan 2Gambar 2. Bentuk dari Transduser daya Strain Gage 5Gambar 3. Bentuk-bentuk dasar dari Metal Wire Strain Gage 7Gambar 4. Metal Foil Strain Gage 9Gambar 5. Macam-macam Rosette untuk Gage Foil 10Gambar 6. Jenis-jenis konfigurasi Strain Gage Semikonduktor 11Gambar 7. Strain Gage Aplikasi Khusus 13Gambar 8. Thermal output fungsi dari temperatur 20Gambar 9. Faktor Gauge (K) fungsi dari temperatur 20Gambar 10. Aplikasi sensor strain gauge pada pemantauan beban pada lift 20Gambar 11. aplikasi sensor strain gauge pada pemantauan beban penimbang timbangan 21Gambar 12.Sensor strain gauge sebagai sensor tekanan udara 21Gambar 13. Strain gage pada robot bipedal untuk mengetahui berapa besar beban tiap lengan

22Gambar 14. Digunakan untuk mengukur besar retakan pondasi. 22Gambar 15.Susunan strain gage dalam jembatan wheatstone 23Gambar 16. Jembatan Wheatstone 23Gambar 17. Penguat Instrumentasi 24Gambar 18. ATmega 8 26

Gambar 19. Konfigurasi pin ATmega 8 26Gambar 20. Bentuk fisik LCD 30Gambar 21. Perancangan sensor 32Gambar 22. Perancangan RPS 34Gambar 23. Gambar Rancangan keseluruhan 40

4

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Mechanical Properties of Industrial Materials 4Tabel 2. Nilai factor gage 5Tabel 3 Konfigurasi pin-pin LCD 29

5

DAFTAR PUSTAKA

“Analog to Digital Conversion in AVR”.winavr.scienceprog.com. 14 April 2011

“How Sensor Work- Strain Gage”.www.sensorland.com. 13 April 2011

“Measuring Strain with Strain Gages”www.zone.ni.com.13 April 2011“Sensor dan Transducer”.www.hamimnova.files.wordpress.com.13 April 2011 “Strain”.www.soliton.ae.gatech.edu. 13 april 2011

“Strain Gage”.www.en.wikipedia.org. 13 April 2011

Universitas Petra.”Mikrokontroler AVR ATMega8.” www.allaboutcircuits.com. 14 April 2011

“Strain Gage”.http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/18552/3/Chapter%20II.pdf 4 Juli 2011

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengukuran tidak dapat dipisahkan dari kehidupan manusia. Banyak

permasalahan timbul akibat adanya kesalahan dalam pengukuran. Salah satunya

adalah pengukuran regangan atau Strain gage Strain gage adalah suatu alat yang

digunakan untuk mengukur besarnya regangan yang terjadi pada suatu objek.

Pengukuran regangan berperan sangat penting dalam bidang teknik, misalnya pada

kasus analisis tegangan. Dengan mengetahui regangan-regangan yang terjadi pada

suatu objek, maka dapat dianalisis tegangan-tegangan yang terjadi.

Penggunaan strain gage dalam jangka waktu pengukuran yang panjang dapat

menyebabkan terjadinya pergeseran (drift) pada hasil pengukuran strain gage itu

sendiri.

6

1.2 Batasan Masalah

1. Strain gage yang digunakan dalam perancangan adalah metal foil, tidak

membahas jenis-jenis lainnya secara mendalam.

2. Strain gage yang digunakan dalam perancangan untuk mengukur keretakan

3. Dalam perancangan srain gage dianggap ideal, tidak berpengaruh pada

lingkungan sekitar

4. Menganggap material bahan yang diukur tidak berpengaruh pada perhitungan.

5. Tidak memperhitungkan dissipasi daya

6. Tidak membahas rossete terlalu mendalam

1.3 Tujuan

Tujuan dari makalah Perancangan Sistem Pengukuran Regangan antara lain:

1. Mengetahui prinsip dari strain gage (sensor regangan).

2. Merancang rangkaian pengkondisi sinyal untuk strain gage.

3. Merancang sistem strain gage.

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor

Sensor adalah divais (device) yang menerima signal/stimulus non elektrik

(yang me-representasikan sifat-sifat fisis) sebagai masukan dan memberikan

tanggapan (response) berupa sinyal elektrik sebagai keluarannya

2.1.1 Strain Gage

2.1.1.1 Strain, Stress dan Poisson’s Ratio

Ketika sebuah material menerima gaya tarik (tensile force) P, material akan

mengalami tekanan (stress) yang berhubungan dengan gaya yang dialaminya itu. Secara

proporsional dengan tekanan tersebut, penampang akan berkontraksi dan bertambah panjang

sebesar ΔL dari panjang material mula-mula L

7

Gambar 1. Batang yang mengalami gaya tarik dan gaya tekan

Rasio dari pertambahan panjang dengan panjang mula-mula disebut tensile strain dan

dirumuskan sebagai berikut:

ε=∆ LL

ε : Strain

L : Panjang mula-mula

ΔL : Pertambahan panjang

Apabila material menerima gaya tekan (compressive force), maka material akan

mengalami compressive strain yang dirumuskan sebagai berikut:

ε=−∆ LL

Strain adalah bilangan absolut dan dituliskan dengan nilai numeriknya beserta ×10-6

strain, μ ε atau μm/m. Hubungan dari stress dan strain yang diinisiasikan pada sebuah

material yang menerima gaya dirumuskan oleh hukum Hooke sebagai berikut:

8

σ=Eε

σ : Stress

E : Elastic modulus

ε : Strain

Stress diperoleh dengan mengkalikan strain dengan elastic modulus material. Ketika

material mengalami gaya tarik maka material akan memanjang pada arah axial dan juga akan

berkontraksi pada arah transversal. Perpanjangan pada arah axial dinamakan longitudinal

strain dan kontraksi pada arah transversal dinamakan transverse strain. Nilai absolut dari

perbandingan antara longitudinal strain dan transverse strain dinamakan Poisson’s ratio,

yang dirumuskan sebagai berikut:

v=|ε1

ε2|

v : Poisson’s ratio

ε1 : Longitudinal Strain

ε2 : Transverse Strain

Poisson’s ratio berbeda-beda tergantung dari material. Berikut adalah properti-

properti dari material yang sering digunakan pada aplikasi industri, termasuk pada property

tersebut adalah Poisson’s ratio.

Tabel 1. Mechanical Properties of Industrial Materials

2.1.1.2 Pengertian Strain Gage

9

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).

Gf =

∆ RR

∆ LL

atau

∆ RRε

10

Nilai faktor gage bahan berbeda beda contohnya

Tabel 2. Nilai factor gage

Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Gauge_factor

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).

Gambar 2. Bentuk dari Transduser daya Strain Gage (a) Kawat; (b) Foil; (c) Load

Cell.

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

2.1.1.3 Karakteristik strain gage:

Konstanta kalibrasi untuk gage stabil. Tidak bervariasi dengan waktu,

temperature atau factor-faktor lingkungan lainnya.

11

Gage mampu mengukur stain dengan ketelitian ± 1µm/m. dalam range strain

besar ±10%.

Ukuran gage kecil sehingga strain diperirakan dengan kesalahan kecil.

Respon gage, sebagian besar dikontrol oleh inersia, memungkinkan untuk

merekam strain dinamik dengan komponen-komponen melebihi 100 kHz.

Sistem gage mudah penempatan dan pembacaannya.

Keluaran gage selama periode pembacaan tidak bergantung kepada temperature

dan parameter lingkungan lainnya.

Gage dan peralatan pendukungnya rendah biaya dan dapat dipakai secara luas.

System gage mudah diinstal dan dioperasikan

Gage menunjukkan respon linier terhadap strain pada range lebar.

Gage cocok dipakai dalam elemen pengindera di dalam system transduser

lainnya dimana sebuah kuantitas tidak diketahui seperti tekanan diukur dalam

bentuk strain

2.1.1.4 Jenis-jenis Strain Gage

Metal Wire Strain Gage

Metal Wire Strain Gage adalah gage yang terdapat dalam konfigurasi yang bisa

diikat, permukaan bisa di transfer dan bisa di lebur, dan ini adalah jenis awal dari

Strain Gage yang sudah berkembang. Wayar yang dipakai pada gage tersebut

biasanya berdiameter kurang dari 0,025 mm. Pemasangan gage ini ada dua macam:

1. Bounded metal wire : direkatkan pada benda yang diukur

2. Unbounded metal wire : diikat atau ujung-unjungnya dipaku pada benda yang

diukur

pada sebuah metal bar (basis stabil) dan diletakkan antara dua piringan logam tipis

dan dikelilingi oleh bahan penyekat, kemudian dilakukan encapsulasi dengan

mengetatkan dua piringan bersamaan disekitar ujung gage.

Permukaan yang bisa di transfer di maksudkan untuk dihilangkan secara teliti

dari carriernya dan kemudian ditempatkan pada permukaan yang telah diukur dan ini

cenderung menekan kemungkinan-kemungkinan kebocoran arus dari wayar ke

permukaan. Gambar 3 adalah bentuk-bentuk dasar dari Metal wire Strain gage yang

bisa diikat, dan wayar dirangkai dengan pola zig-zag.

12

Gambar 3. Bentuk-bentuk dasar dari Metal Wire Strain Gage. (a) Konfigurasi dasar;

(b) Desain pelindung gage;(c) Desain pelindung gage yang dapat di pindah-

pindahkan.

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

Karakteristik dari filamen adalah Faktor Gage tertinggi, Koefisien suhu

resistansi rendah, Resitivitas tinggi, Kekuatan mekanis tinggi, Potensial termo listrik

minimum disekitar lead

Diantara material-material yang dipakai adalah paduan (alloy) tembaga–nikel

(constantan yang sering dipakai pada gage elongasi tinggi). Paduan nikel-kronium

dan paduan besi kronium–aluminium sering dipakai untuk applikasi pada suhu tinggi

ataupun yang sangat rendah. Seleksi material wayar dengan koefisien suhu

memungkinkan dua material yang akan dipakai dapat bekerja lebih efisien, untuk

satu gage masing–masing material itu memiliki koefisien suhu dengan besaran yang

sama. Gage konpensasi demikian bisa dibuat dengan menggunakan dua grid parohan

yang dihubungkan secara seri dan terbuat dari dua material. Material ini berupa

tembaga dan nikel, akan tetapi yang sering dipakai adalah nikel–cled dan cled-baja

tahan karat. Adapun material lain yang sering dipakai adalah nikel-cled, paduan

nikel–kronium dan berylium.

Penghantar yang digunakan Strain Gage terdiari dari dua jenis dasar yaitu

penghantar permanen yang dipakai untuk gage yang bisa diikat, dan penghantar

temporer atau sementara dipakai untuk gage dengan permukaan yang bisa ditransfer.

Plastik yang bisa dipatahkan seperti Vinyl sering dibuat dalam bentuk rangka

13

digunakan untuk gage wayar, jenis inilah yang paling umum dipakai untuk gage

permukaan yang bisa ditransfer.

Carrier permanen biasanya sangat tipis ketebalannya kurang lebih 0,03mm.

Penggunaan kertas nitrocellulosa biasanya untuk gage yang memiliki batas suhu

moderat, pemakaian kertas phenolik infrekmanated dapat meningkatkan batas suhu

operasi, pemakaian serat kaca (sebagai limenasi) juga akan meningkatkan batas suhu

operasi. Ressin polimida memberikan carrier yang cocok untuk suhu yang sangat

rendah ataupun suhu yang sangat tinggi.

Strain Gage Metal foil

Penyaringan dalam teknik photo acting memungkinkan perkembangan Strain

Gage Metal foil menjadi suatu alat yang tidak memakan banyak biaya, jenis gage ini

sekarang dipakai secara luas yang pada dasarnya bukan dikarenakan biaya yang

relatif murah, tetapi karena Strain gage Metal foil memberikan keuntungan yang

berarti. Strain gage Metal foil ini bisa dibuat dengan beberapa ukuran yang sangat

kecil, Strain gage Metal foil ini menunjukkan stabilitas yang lebih besar selama

penguatan tetap diberikan, gage ini juga lebih stabil selama eksprosur terhadap suhu,

dan dikarenakan permukaan yang besar menyebabkan gage ini mampu mengikuti

variasi suhu dari permukaan yang diukur.

Gage biasanya dibuat dengan photo ecting tipis, perlakuan panas alloy– metal

menjadikannya memiliki ketebalan sekitar μm, proses ini melibatkan pembuangan

bahan yang tidak diinginkan sehingga bentuk grid yang sesuai dapat diperoleh.

Material foil, carrier dan lead pada dasarnya sama dengan bentuk yang digambarkan

untuk gage wayar. Banyak gage foil tidak dilengkapi dengan lead, melainkan

dilengkapi dengan tab besar integral dengan pola grid yang terkadang dilengkapi

dengan titik lebur, kemudian lead bisa diikat oleh pemakai. Metal Foil Strain Gage

terlihat pada Gambar 4.

14

Gambar 4. Metal Foil Strain Gage

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

Gambar 4 menunjukkan beberapa contoh yang keseluruhannya memiliki ukuran

yang dan aplikasi yang berbeda. Jenis-jenis dari Metal Foil Strain Gage lain dapat

dilihat pada Gambar 5 di bawah, diantaranya 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.

Rosette 450 memberikan resolusi anguler yang lebih besar dari rosette 600,

namun demikian hal ini dapat diketahui apabila arah regangan utama diketahui.

Persamaan–persamaan serta program komputer telah dikembangkan untuk

penentuan tekanan dan regangan dasar apabila rosette dipakai.

15

Gambar 5. Macam-macam Rosette untuk Gage Foil

(a) Rosette dua elemen foil datar 90o.

(b)Rosette dua elemen foil geser datar 90o.

(c)Rosette dua elemen tumpukan 90o.

(d)Rosette tiga elemen 45o yang persegi empat timpang tindih.

(e)Rosette tiga elemen 45o.

(f) Rosette tiga elemen foil datar 60o.

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

Strain gage Semikonduktor

Sejak eksperimen dilakukan pada tahun 1950, telah ditemukan bahwa pengaruh

piezoresistiv jauh lebih besar pada semikonduktor atau konduktor, sejumlah

laboratorium pemerintah maupun komersial melakukan pengembangan terhadap

Strain Gage Semikonduktor. Sejak itulah berbagai jenis Strain Gage serupa dengan

karakteristi performa yang memuaskan dan bisa dikontrol telah tersedia dipasaran

yang menyebabkan pengetahuan mengenai alat ini makin meningkat.

16

Faktor gage dari Strain Gage Semikonduktor adalah antara 50 sampai 200 dan

biasanya adalah 125, sedangkan faktor gage dari Strain Gage logam tidak lebih dari

6 dan biasanya sekitar 2. Namun demikaian Strain Gage Semikonduktor cenderung

lebih sulit dipakai pada permukaan yang akan diukur, karena pada dasarnya terbuat

dari silikon tipis yang mudah pecah. Batas pengukuran regangannya baisanyan

terbatsa sekitar 3000μm, sedangkan batas dari Strain Gage metal mencapai

40.000μm.

Perubahan tahanan Strain Gage Semikonduktor dengan regangan yang dipakai

sifatnya tidak linier, suhu operasi maksimum lebih terbatas dan konpensasi suhu

lebih sulit. Karena kemampuan memberi sinyal keluaran dengan respon pada

regangan kecil, Strain gage Semikonduktor sedikit digunakan terutama dalam

transduser. Keunggulannya hanya pada percepatan, daya, dan tekanan yang membuat

elemen–elemen jauh lebih rendah difleksinya, misalnya diafragma dan tiang

pembengkok daripada gage logam yang memungkinkan pemakaian stifer. Pada

dasarnya elemen pengindera jauh lebih stabil dan memberikan respon dengan

frekuensi yang jauh lebih tinggi. Gambar di bawah menunjukkan jenis–jenis

konfigurasi Strain gage Semikonduktor.

Gambar 6. Jenis-jenis konfigurasi Strain Gage Semikonduktor

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

Permukaan gage yang bisa ditransfer ataupun enkapsulasi pada carrier Rosette

dual element ataupun jembatan penuh bisa dibuat sehingga bisa mengkompensasi

17

sendiri untuk regangan. Dimensinya berkisar antara 1 sampai 5 mm, material untuk

lead biasanya terbuat dari emas, perak wayar ataupun pita nikel. Kompensasi untuk

potensial termolistrik yang dibangkitkan disekitar gage (silikon) cukup penting

karena silikon mengembangkan potensial termolistrik yang sangat tinggi.

Dengan menghamburkan doping secara langsung kedalam beberapa bagian

wafer silikon ataupun diafragma memungkinkan untuk mengolah elemen–elemen

pengindera tranduksi yang komplit. Karena densitasnya yang rendah dan kekuatan

silikon yang tinggi, maka elemen–elemen demikian dikenal dengan frekuensi

natural. Penyesuaian dan kompensasi gage bisa dipengaruhi oleh kontrol doping

yang tepat.

Strain Gage Aplikasi Khusus

Salah satu jenis dari Strain Gage aplikasi khusus adalah Gage Fatigue-life

yang terbuat dari konstantan kuat dengan carrier elongasi tinggi digunakan apabila

regangan hasil akhir yang akan diukur yaitu yang terjadi setelah spesimen tes

dimuati diluar titik hasil. Gage tersebut memiliki range pengukuran regangan antara

10 dan 20 % (anatara 100.000 dan 200.000 μe). Gage ini akan menunjukkan

perubahan nol pada regangan siklus besar.

Gage Fatigue-life memiliki bentuk seperti Srain gage foil dan dipasang dengan

cara yang sama, Material foil dipilih dan diuji untuk memberikan karakteristik

masing–masing transduser. Pemuatan siklus akan mengakibatkan perubahan tahanan

yang tidak beraturan. Nilai ohm perubahan resistansi tergantung pada besaran

regangan yang dipakai selama siklus pemuatan. Jika regangan dipertahankan pada

besaran konstan untuk pengujian komplit dimana spesimen difokuskan pada

pemuatan siklus, perubahan tahanan akan berakumulasi dan perubahan komulatif

tahana gage adalah sebuah fungsi dari sejumlah siklus pemuatan. Karakteristik gage

harus dipilih untuk menyesuaikan karakteristik material spesimen pada range

(daerah) regangan yang akan dipakai.

Pada beberapa aplikasi lainnya, seperti pada pengujian struktur besar, adalah

penting untuk mendapatkan gage Fatigue-life yang lebih besar daripada yang

dialami oleh permukaan yang diukur. Multiplier mekanis (Strain multiplier)

kemudian bisa dipakai. Multipiler ini mengandung gage Fatigue-life pada bagian

pusat desain khusus, kemudian diikatkan pada permukaan yang diukur. Multipikasi

18

regangan antara 2 kali dan 20 kali, tergantung pada pilihan multiplier, umumnya

telah tersedia Strain Gage reguler biasa yang dimasukkan kedalam multiplier.

Data induktif untuk mengetahui kerusakan Fatigue-life berikutnya bisa

didasarkan pada hasil pengukuran sebelumnya, dimana sensor dipasang pada

spesimen replika yang didapat dari permukaan yang telah diukur, kemudian

disikluskan pada sebuah mesin penguji, sehingga kerekatan yang terjadi tidak ada

perubahan tahanan komulatif pada gage Fatigue-life pada saat kerekatan dimulai.

Gage dipasang pada sebagian permukaan yang diukur, dimana keretakan

diharapkan terjadi dengan konduktor yang menghubungkan keretakan yang

diharapkan itu. Jika keretakan merambat dibawah gage, maka setiap konduktor

dihubungkan secara paralel, tahanan yang diukur pada tab bus menigkat bila setiap

bagian sirkuit pecah. Bentuk dari Strain Gage aplikasi khusus dapat dilihat pada

gambar 7.

Gambar 7. Strain Gage Aplikasi Khusus

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

2.1.1.5 Elemen Pengindra Metalik

Strain Gage metalik dibentuk dari kawat tahanan tipis atau dietsa dari lembaran

kawat logam tipis. Umumnya, ukuran kawat gage adalah kecil, mengalami kebocoran

paling kecil, dan dapat digunakan pada temperatur tinggi. Elemen-elemen foil sedikit

lebih besar dalam ukuran dan lebih stabil dari pada gage kawat. Kedua elemen tersebut

19

dapat digunakan pada kondisi temperatur yang ekstrim dan dalam pembebanan yang

lama, dan juga bisa mendisipasikan panas yang diinduksi sendiri dengan mudah.

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 10oC sampai 200oC.

b. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk pengukuran strain

statik sampai 375oC. dengan kompensasi temperatur, paduan ini dapat digunakan

untuk pengukuran static sampai 650oC dan pengukuran dinamik sampai 1000oC.

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 350oC 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 700oC dan pengukuran dinamik

850°C.

2.1.1.6 Konfigurasi Strain Gage

Bentuk elemen pengindera dipilih menurut regangan yang akan diukur, satu sumbu

(uniaksial), dua sumbu (biaksial), atau arah ganda (banyak). Pemakaian satu sumbu

paling sering menggunakan elemen-elemen pengindera yang panjang dan kecil untuk

memaksimalkan bahan pengidera regangan dalam arah yang diselidiki. Sampel-sampel

ujung dibuat sedikit dan pendek, sehingga sensitivitas terhadap regangan adalah rendah.

Panjang gage dipilih menurut bidang regangan yang akan deselidiki. Pada kebanyakan

pengukuran regangan, gage yang panjangnya 6 mm memberikan prestasi yang baik dan

pemasangan yang mudah. Pengukuran regangan secara simultan dalam arah lebih dari

satu dapat dilakuakan dengan menempatkan gage elemen tunggal pada lokasi yang

20

sesuai. Namun untuk menyederhanakan pekerjaan ini dan untuk menghasilkan ketelitian

yang lebih besar, tersedia gage elemen ganda atau rosette.

Rosette dua elemen yang diperlihatkan pada Gambar 5. a,b, dan c, sering

digunakan dalam transduser gaya. Gage dirangkai dalam sebuah rangakian jembatan

Wheatstone guna memberikan keluaran yang paling besar. Untuk analisis tegangan

geser, elemen-elemen aksial dan melintang bisa memiliki tahanan yang berbada dan

dapat dipilih sehingga gabungan keluaran sebanding tegangan geser, sedangkan keluaran

dari elemen aksial sendiri sebanding dengan regangan. Rosette tiga elemen sering

digunakan untuk menentukan arah dan besarnya regangan utama yang dihasilkan dari

pembebanan utama yang dihasilkan dari pembebanan structural yang kompleks. Jenis

yang paling terkenal memiliki simpang sudut sebesar 45° atau 60° antara elemen-elemen

pengindera seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.d,e, dan f. Rosette 60° digunakan bila

arah regangan utama tidak diketahui. Rosette 45° memberikan resolusi sudut yang lebih

besar dan biasanya digunakan bila arah regangan utama diketahui.

2.1.1.7 Konpensasi Strain gage

1 Nol Offset - Jika impedansi dari empat lengan pengukur tidak persis sama

setelah ikatan ukur ke kolektor kekuatan, akan ada offset nol yang dapat

dikompensasikan dengan memperkenalkan sebuah resistor paralel dengan satu

atau lebih dari lengan ukur.

2 Suhu Koefisien Faktor Gage (TCGF) - Ini adalah perubahan sensitivitas

perangkat untuk strain dengan perubahan suhu. Ini umumnya

dikompensasikan dengan pengenalan resistensi tetap di kaki masukan, dimana

tegangan yang diberikan yang efektif akan meningkat dengan suhu,

kompensasi untuk penurunan sensitivitas dengan suhu.

3 Pergeseran nol dengan suhu - Jika TCGF dari ukur masing-masing tidak sama,

akan ada pergeseran nol dengan suhu. Hal ini juga disebabkan oleh anomali

dalam kolektor berlaku. Hal ini biasanya dikompensasi dengan satu atau lebih

resistor strategis ditempatkan dalam jaringan kompensasi.

4 Linearitas - Ini adalah kesalahan dimana perubahan sensitivitas di berbagai

tekanan. Ini umumnya fungsi dari pilihan gaya koleksi ketebalan untuk

tekanan yang dimaksudkan dan / atau kualitas ikatan.

21

5 Histeresis - Ini adalah kesalahan kembali ke nol setelah kunjungan tekanan.

6 Pengulangan - Kesalahan ini seringkali berkaitan-dengan histeresis tetapi di

kisaran tekanan.

7 EMI disebabkan kesalahan - Sebagai alat pengukur regangan tegangan output

dalam kisaran mV, bahkan jika nv jembatan Wheatstone hard tegangan tetap

rendah untuk menghindari pemanasan diri dari elemen, perawatan khusus

harus diambil dalam amplifikasi output sinyal untuk menghindari amplifing

juga suara ditumpangkan . Sebuah solusi yang sering diadopsi adalah dengan

menggunakan "frekuensi pembawa" amplifier yang mengubah variasi

tegangan menjadi variasi frekuensi (seperti pada VCOs) dan memiliki

bandwidth yang sempit sehingga mengurangi keluar dari band EMI.

8 Overloading - Jika strain gauge dimuat melampaui batas desain (diukur dalam

microstrains) kinerja degradasi dan tidak dapat dipulihkan. Biasanya praktek

rekayasa yang baik menyarankan untuk tidak stres pengukur regangan luar + /

-3000 microstrains.

9 Kelembaban - Jika kabel yang menghubungkan strain gauge untuk

pengkondisi sinyal tidak dilindungi terhadap kelembaban (kawat telanjang)

resistensi parasit menciptakan antara kabel dan substrat dimana strain gauge

adalah terpaku, atau antara dua kabel sendiri. Resistensi ini memperkenalkan

kesalahan yang sebanding dengan perlawanan dari strain gauge. Untuk alasan

ini pengukur regangan resistansi rendah (120 Ohm) kurang rentan terhadap

jenis kesalahan. Untuk menghindari kesalahan ini adalah cukup untuk

melindungi pengukur regangan kabel dengan isolasi enamel (misalnya epoksi

atau polyurethanic jenis). Saring pengukur dengan kabel yang tidak dilindungi

dapat digunakan hanya dalam lingkungan laboratorium kering tetapi tidak

dalam satu industri.

22

2.1.1.8 Pemasangan Strain Gage

Pembersihan Permukaan.

Tidak peduli apa jenis strain gauge digunakan, permukaan benda uji harus

disiapkan sebelum instalasi. Fungsi utama dari proses persiapan adalah untuk

menciptakan permukaan bersih dan bebas dari partikulat lemak, debu dan lainnya

yang dapat mengganggu kualitas obligasi. Metode persiapan permukaan dapat

sedikit berbeda tergantung pada material dari benda uji. Logam seperti baja dan

aluminium disusun dengan membersihkan permukaan dengan pelarut, seperti

aseton, kemudian melakukan cahaya etch dengan asam ringan dan amplas halus.

Plastik dapat dipengaruhi oleh beberapa pelarut, sehingga mereka harus

dibersihkan dengan air dan surfaktan ringan, kemudian dikeringkan dengan kain

bersih.

Instalasi Bonded Strain Gauge

Pengukur regangan Berikat yang diinstal ke bagian pengujian menggunakan

perekat cyanoacrylate. Perekat ini cepat kering dan membentuk ikatan kaku yang

transfer regangan dengan kehilangan minimal dari potongan uji dengan strain

gauge. Untuk memudahkan proses instalasi, menggunakan sepotong tape yang

jelas untuk mengambil strain gauge. Hindari menyentuh mengukur dengan

tangan kosong, karena hal ini dapat mentransfer minyak kulit untuk mengukur

dan mengganggu ikatan. Posisi pita berisi mengukur ke potongan uji, kemudian

kupas salah satu ujung dari pita kembali untuk mengekspos sisi belakang

mengukur. Terapkan setetes perekat cyanoacrylate ke belakang mengukur, lalu

cepat-cepat mendorong pita kembali ke potongan uji. Terapkan tekanan lembut

seluruh permukaan mengukur keseluruhan selama sekitar satu menit. Tinggalkan

pita pada mengukur selama setidaknya 10 sampai 15 menit, atau sampai siap

untuk memimpin solder ke bantalan mengukur.

23

Instalasi Welded Strain Gauge

Pengukur regangan dilas dipasang ke benda uji baja menggunakan tempat tukang

las portabel yang dirancang khusus untuk pengukur regangan. Pengukur dilas

sering digunakan di mana kondisi tidak kondusif untuk menggunakan perekat,

atau kondisi cuaca dapat membahayakan instalasi terikat dari waktu ke waktu.

Alat ukur regangan adalah pra-terikat pada shim logam tipis yang ditempelkan

pada potongan uji dengan menggunakan las. Ketika menginstal mengukur,

gunakan tukang las untuk membuat garis tipis las pada shim tersebut. Jauhkan

tempat lasan sebagai dekat dengan mengukur mungkin tanpa menyentuh

permukaan Polimida mengukur

2.1.1.9 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

24

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. Untuk lebih jelasnya hubungan antara nilai thermal output

terhadap suhu dapat dilihat pada contoh kurva dibawah ini.

25

Gambar 8. Thermal output fungsi dari temperatur

Selain regangan, suhu temperature juga mempengaruhi nilai faktor gauge.

Berikut adalah sampel kurva hubungan antara perubahan faktor gauge

terhadap perbedaan temperatur.

Gambar 9. Faktor Gauge (K) fungsi dari temperatur

2.1.1.10 Aplikasi Strain Gage

Gambar 10. Aplikasi sensor strain gauge pada pemantauan beban pada lift

26

Gambar 11. aplikasi sensor strain gauge pada pemantauan beban penimbang

timbangan

Gambar 12.Sensor strain gauge sebagai sensor tekanan udara

27

Gambar 13. Strain gage pada robot bipedal untuk mengetahui berapa besar

beban tiap lengan

Gambar 14. Digunakan untuk mengukur besar retakan pondasi.

2.1.2 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Strain menginisiasikan perubahan hambatan dengan sangat kecil. Oleh karena

itu, untuk pengukuran strain sebuah jembatan Wheatsone

Rangkaian jembatan ini digunakan untuk mengkonversi perubahan impedansi

menjadi perubahan tegangan, terutama untuk fraksi perubahan yang kecil

Keluarannya dapat dibuat berubah di sekitar nol, sehingga penguatan dapat

digunakan untuk memperbesar level sinyal (guna meningkatkan sensitivitas terhadap

perubahan impedansi).

28

Gambar 15.Susunan strain gage dalam jembatan wheatstone

Pada perancangan menggunakan strain gage case 1

Gambar 16. Jembatan Wheatstone

dengan Va = potensial titik a terhadap titik c

Vb = potensial titik b terhadap titik c

29

ΔV =V a−V b

∆V akan sama dengan nol (setimbang) bila:

2.2 Penguat Instrumentasi

Penguat instrumentasi adalah penguat yang paling bermanfaat, cermat dan

serbaguna yang ada pada saat ini. Penguat ini dibuat dari tiga penguat operasional

dan tujuh resistor seperti terlihat dalam Gambar 3. Untuk menyederhanakan analisis

rangkaian, perlu diketahui bahwa penguat instrumentasi sesungguhnya dibuat dengan

menghubungkan dua buah penguat penyangga dengan sebuah penguat deferensial

dasar.

Gambar 17. Penguat Instrumentasi

30

Vout

R3R2

R2+

-

R1

R1

RG

+

+

-

-

R3

V1

V2

V a=VR3

R1+R3

V b=VR 4

R2+R4

ΔV =VR3

R1+R3−

VR4

R2+R4=V

R3 R2−R1 R4

( R1+R3)( R2+R4 )

R3 R2=R1 R4 .

Op Amp A3 dan dua resistor R2 dan dua resistor R3 membentuk sebuah

penguat deferensial dasar dengan gain sebesar R3/R2. Seperti yang terlihat dalam

Gambar 3, ada satu buah resistor lagi yang digunakan untuk menyetel penguatan,

yaitu RG. Persamaan tegangan adalah sebagai berikut:

V out=(1+2 R1

RG)(R3

R2) (V 2−V 1 )

Ciri-ciri penguat instrumentasi dapat diringkas sebagai berikut:

1. Penguatan tegangannya, dari masukkan diferensial (E1 - E2) ke keluaran

berujung tunggal, disetel oleh satu resistor.

2. Resistansi masukkan dari kedua masukkannya sangat tinggi dan tidak

berubah jika penguatannya berubah.

3. Vo tidak tergantung pada tegangan bersama E1 maupun E2, melainkan hanya

pada perbedaan antara keduanya.

31

2.3 ATmegs 8

Merupakan salah satu jenis mikrokontroler yang di dalamnya terdapat erbagai

macam fungsi. Perbedaannya dengan mikro pada umumnya seperti MCS 51 adalah

pada AVR tidak perlu menggunakan oscillator eksternal karena di dalamnya sudah

terdapat oscillator internal. Selain itu kelebihan dari AVR adalah mempunyai Power-

On-Reset, tidak perlu adanya tombol reset dari luar karena cukup hanya dengan

mematikan supply maka otomatis akan melakukan reset.Pada ATMega8 mempunyai

funngsi khusus, salah satunya adalah ADC. Sehingga kita tidak memerlukan

rangkaian ADC khusus, melainkan hanya memprogram ATMega8 itu sendiri.

Gambar 18. ATmega 8

Gambar 19. Konfigurasi pin ATmega 8

Kegunaan kaki-kaki pada aATMega8:

32

33

2.4 LCD ( Liquid Cristal Display )

LCD adalah suatu jenis media tampilan yang menggunakan kristal cair

sebagai penampil utama. Pada LCD berwarna semacam monitor terdapat banyak

sekali titik cahaya (pixel) yang terdiri dari satu buah kristal cair sebagai sebuah titik

cahaya. Walau disebut sebagai titik cahaya, namun kristal cair ini tidak

memancarkan cahaya sendiri. Sumber cahaya di dalam sebuah perangkat LCD

adalah lampu neon berwarna putih di bagian belakang susunan kristal cair tadi.

Titik cahaya yang jumlahnya puluhan ribu bahkan jutaan inilah yang

membentuk tampilan citra. Kutub kristal cair yang dilewati arus listrik akan berubah

karena pengaruh polarisasi medan magnetik yang timbul dan oleh karenanya akan

hanya membiarkan beberapa warna diteruskan sedangkan warna lainnya tersaring.

LCD (Liquid Crystal Display) yang dipakai 16 character x 2 baris (type

LMB1632A). LCD module ini bisa dipakai untuk interface dengan mikrokontroler /

mikroprosesor dengan lebar data 8 bit atau 4 bit. Setiap baris dan kolom character di

LCD mempunyai alamatnya sendiri-sendiri.

Pengiriman data ke LCD ada dua macam yaitu data sebagai instruksi dan data

sebagai character yang kita tampilkan di layer. Keduanya dibedakan oleh sebuah

kaki yang diberi nama RS (Register Select) dimana bila logika = ‘1’ (high) maka data

yang diterima LCD adalah data character sedangkan bila RS = ‘0’ (low) maka data

34

yang diterima LCD adalah data instruksi bagi LCD. Tabel 1 menunjukkan

konfigurasi pin-pin LCD.Tabel 3. Konfigurasi Pin-Pin LCD

35

No.

KakiSimbol Level Fungsi

1 VSS - Ground

2 VDD - Power supply for

logic (+5Volt)

3 VO - Power Supply for

LCD

4 RS H/L Register Selection

H : Display data L :

Instruksi code

5 R/W H/L Read/Write Selection

H : Read operation L :

Write operation

6 E H,

L

Enable Signal

7 DB0 H/L In 8-bit mode, used as

low order

bidirectional data bus.

In 4-bit mode, open

these terminals.

8 DB1 H/L

9 DB2 H/L

10 DB3 H/L

11 DB4 H/L In 8-bit mode, used as

high order

bidirectional data bus.

In 4-bit mode, used as

both high and low

order data bus.

12 DB5 H/L

13 DB6 H/L

14 DB7 H/L

15 LED A - LED Power Supply

(+5 Volt)

16 LED K - LED Power Supply (0

Volt)

LCD yang dipergunakan mempunyai spesifikasi sebagai berikut

1) Terdiri atas 32 karakter yang tersusun dalam dua baris (masing-masing 16

karakter) dengan display dot matrik 5 x 7

2) Karakter generator ROM denagan 192 tipe karakter

3) Karakter generator RAM dengan 8 tipe karakter

4) Display data RAM ukuran 80 x 8 bit

5) Catu daya + 5 volt

6) Reset pada saat power on

Bentuk fisik sebuah LCD (Liquid Cristal Display) ditunjukkan

Gambar 20. Bentuk fisik LCD

36

BAB 3

PEMBAHASAN

3.1 Spesifikasi Rancangan

Pada perancangan kali ini menggunakan sensor pengukur regangan. Sinyal

dari sensor tersebut akan dikuatkan dan noise nya akan dikurangi dengan

menggunakan rangkaian pengkondisi sinyal. Setelah itu, hasil dari rangkaian

pengkondisi sinyal akan dikonversikan ke dalam bentuk digital dan ditampilkan pada

display.

3.2 Diagram Blok

Gambar 21. Diagram Blok

3.3 Pemilihan dan Perancangan Sistem Sensor

1. Sensor untuk mengukur keretakan tembok

2. Jenis yang digunakan adalah metal foil strain gage karena tahan temperatur

tinggi

3. Rossete 60° karena arah reganga utama diketahui.

4. GF = 2 untuk metal foil

5. Lebar gage = 0.3 mm (datasheet)

6. Toleransi regangan 10 % = 10*20mm = 0.2 mm

7. Pemasangan pada jembatan wheatstone menggunakan case 1.

8. Resistansi 120 Ω

37

SENSOR(STRAIN GAGE)

RPS ATMega8 DISPLAY

Gambar 21. Perancangan sensor

Dengan menganggap ΔR kecil maka V a−V b=V ∆ R4 R

R = 120 ohm, dan V = 10 volt, maka nilai ΔV menjadi ¿10 ∆ R480

= 48

Misalkan ΔR=2.28 Ω, maka 48

=0.06 v

Semakin besar V maka nilai ΔV akan semakin besar pula.

38

Va

Vb

ΔV =VR3

R1+R3−

VR4

R2+R4=V

R3 R2−R1 R4

( R1+R3)( R2+R4 )

=V R . R−R .(R+ΔR )( R+R )( R+R+ΔR )

=V −ΔR4 R+2ΔR

3.4 Perancangan rangkaian pengkondisi sinyal

Rangkaian pengkondisi sinyal ini diperlukan untuk memperkuat ΔV

. Penguat ini

mampu meredam frekuensi noise, memiliki impedansi masukan besar dan memiliki

variable yang dapat diubah-ubah. RPS yang sesuai adalah rangkaian penguat

instrumentasi.

Diinginkan tanpa regangan keluarannya adalah 0 volt dan jika regangannya

maksimum maka keluarannya adalah 5 volt. Karena hubungan antara keluaran dan

masukan rangkaian tersebut linier, maka hubungan tersebut dapat dinyatakan dalam

bentuk persamaan garis lurus :

Vout = mVi + Vo

dengan: m = kemiringan garis, yang menyatakan penguatan

Vo = tegangan ofset keluaran

Untuk nilai keluaran 0 dan 5 volt diperoleh persamaan :

0 = m (0) + Vo

5 = m (0.06) + Vo

Dari kedua persamaan ini, kalau diselesaikan secara serentak maka akan diperoleh

nilai m = 83.33 dan Vo = 0 V sehingga persamaannya menjadi :

Vout = 83.33Vin

yang merupakan persamaan penguat diferensial. Karena disyaratkan impedansi

masukannya harus tinggi, maka digunakan penguat instrumentasi.

Dari rumus tegangan keluaran rangkaian penguat instrumentasi:

V out=(1+2 R1

RG)( R3

R2) (V 2−V 1 )

Misalkan dipilih penguatan sebesar 10 kali sehingga R2 = 10 kΩ dan R3 = 100 kΩ

Penguatan yang tersisa adalah 83.33

10=8.33

39

Dengan mengatur

(1+2 R1

RG) dan menetapkakan R1=100 kΩ

Maka RG = 27,27 kΩ.

Gambar 22. Perancangan RPS

3.5 Resolusi

Pada perancangan, saat pertambahan regangan 0 %, tegangan yang dihasilkan 0 V,

saat pertambahan regangan maksimum 10 % tegangan 0.06 V. ADC 10 bit dengan

tegangan acuan (VR)5 V. Jadi sensitifitas =

Regangan maksimum terukur= 11111111111111

V x=5( 12+ 1

4+ 1

8+ 1

16+ 1

32+ 1

64+ 1

128+ 1

256+ 1

512+ 1

1024 )V x=4.995 v

Gain yang diperlukan ¿4.9950.06

=83.25

Perubahan tegangan masukan tegangan yang menghasilkan perubahan 1 bit LSB:

∆ V =V R∗2−n=5∗2−10=4.883∗10−3 V

40

V1

V2

Vout

Perubahan tegangan tersebut bersesuaian dengan perubahan tegangan keluaran

sensor sebesar:

∆ V T=4.883∗10−3

83.25=5.865∗10−5 V

Resolusi pembacaan pertambahan regangan:

∆ %=5.865∗10−5 V0.006 V /%

=9.775∗10−3

41

3.6 Bagian penampil ( display )

Untuk menggunakan ADC dan LCD maka kita perlu menulis sebuah program

menggunakan CVAVR seperti berikut ini:

/*****************************************************

This program was produced by the

CodeWizardAVR V1.24.8d Professional

Automatic Program Generator

© Copyright 1998-2006 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l.

http://www.hpinfotech.com

Project :

Version :

Date : 4/13/2011

Author : F4CG

Company : F4CG

Comments:

Chip type : ATmega8

Program type : Application

Clock frequency : 8.000000 MHz

Memory model : Small

External SRAM size : 0

Data Stack size : 256

*****************************************************/

#include <mega8.h>

#include <delay.h>

#include <stdio.h>

// Alphanumeric LCD Module functions

#asm

.equ __lcd_port=0x18 ;PORTB

#endasm

42

#include <lcd.h>

#define ADC_VREF_TYPE 0x40

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)

ADMUX=adc_input|ADC_VREF_TYPE;

// Start the AD conversion

ADCSRA|=0x40;

// Wait for the AD conversion to complete

while ((ADCSRA & 0x10)==0);

ADCSRA|=0x10;

return ADCW;

// Declare your global variables here

unsigned int x;

float y;

char data_adc[33];

void main(void)

// Declare your local variables here

// Input/Output Ports initialization

// Port B initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTB=0x00;

DDRB=0x00;

43

// Port C initialization

// Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTC=0x00;

DDRC=0x00;

// Port D initialization

// Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In

// State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T

PORTD=0x00;

DDRD=0x00;

// Timer/Counter 0 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 0 Stopped

TCCR0=0x00;

TCNT0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 1 Stopped

// Mode: Normal top=FFFFh

// OC1A output: Discon.

// OC1B output: Discon.

// Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge

// Timer 1 Overflow Interrupt: Off

// Input Capture Interrupt: Off

// Compare A Match Interrupt: Off

// Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=0x00;

TCNT1H=0x00;

TCNT1L=0x00;

ICR1H=0x00;

44

ICR1L=0x00;

OCR1AH=0x00;

OCR1AL=0x00;

OCR1BH=0x00;

OCR1BL=0x00;

// Timer/Counter 2 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: Timer 2 Stopped

// Mode: Normal top=FFh

// OC2 output: Disconnected

ASSR=0x00;

TCCR2=0x00;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

// External Interrupt(s) initialization

// INT0: Off

// INT1: Off

MCUCR=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

TIMSK=0x00;

// Analog Comparator initialization

// Analog Comparator: Off

// Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off

ACSR=0x80;

SFIOR=0x00;

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 125.000 kHz

// ADC Voltage Reference: AVCC pin

ADMUX=ADC_VREF_TYPE;

ADCSRA=0x86;

45

// LCD module initialization

lcd_init(16);

while (1)

x=read_adc(0);

y=(float)x/102.3;

delay_ms(300);

lcd_gotoxy(0,1);

sprintf(data_adc," regangan: %f ",y);

lcd_puts(data_adc);

lcd_gotoxy(9,1);

sprintf(data_adc,"%");

;

46

3.7 Gambar Perancangan Kesel

Gambar 23. Gambar Rancangan keseluruhan

47

BAB 4

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Sistem pengukuran regangan menggunakan sensor regangan sebagai pengubah

besaran gaya menjadi besaran elektrik berupa resistansi, Jembatan wheatstone

sebagai pengubah besaran resistansi menjadi besaran tegangan, Pengkondisi sinyal

sebagai penyelaras tegangan menggunakan penguat instrumentasi yang kemudian

akan diproses oleh ATMega8 dan ditampilkan dalam LCD

.Sistem pengukuran regangan penerpannya sangat luas, misalnya pada robot

bipedal digunakan sebagai sensor berat beban yang terdapat pada tiap lengan,

digunakan untuk mengetahui friksi gripper pada tangan, digunakan untuk

mengetahui besar retakan pada pondasi bangunan.

4.2 Saran

Makalah sistem pengukuran regangan ini dapat dijadikan referansi dalam

pembuatan alat yang membutuhkan sensor regangan.

48