- RoHS Status : RoHs Complient

RANGKAIAN MENDETEKSI 

TEKANAN DAN BERAT BENDA

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Gambar Rangkaian

6. Prinsip Kerja Rangkaian

7. Video Simulasi

8. Link Download 

Saya membuat rangkaian strain gauge ini bersumber dari gambar 7.26 pada buku kimia halaman 304 seperti gambar diatas. 

1. Tujuan  [back]

- Memahami prinsip kerja dari rangkaian sensor strain gauge.

- Membuat sebuah rangkaian sensor strain gauge.

- Memenuhi tugas mata kuliah kimia dasar

2. Alat dan Bahan  [back]
Berikut komponen yang di gunakan :

- Baterai DC 12 dan 9 Volt;

                                                 

Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

Baterai bertujuan untuk memberikan tenaga listrik ke rangkaian agar rangkaian dapat hidup dengan baik.

- Strain Gauge (Load Cell);

                                                

Spesifikasi Strain Gauge:

a. kapasitas 5Kg 

b. Beker pada tegangan rendah 5 -10VDC / 5 - 10VAC.

c. ukuran sensor yang kecil dan praktis.

d. Input / output resistance rendah

350±50Ω.

 e. Zero balance 0.024 mV/Vf. Nonlineritas 0.05%g. Range temperature kerja -10°C ~ +50°C

- Potensiometer;

                                                   

Spesifikasi :

- Rentang resistansi: 10Ω-20KΩ
- Toleransi ketahanan: +/-5%
- Total mekanik perjalanan: 300
- Peringkat daya: 1.2 w

- Hidup: 15000    

- Resistor;

                                                    

Spesifikasi :

- Resistance (Ohms) : 220 V

- Power (Watts) : 0,25 W, ¼ W

- Tolerance : ± 5%

- Packaging : Bulk

- Composition : Carbon Film

- Temperature Coefficient : 350ppm/°C

- Lead Free Status : Lead Free

- RoHS Status : RoHs Complient      

- Op-Amp;

                                                    

spefikasi Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

-Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)

-Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)

-Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)

-Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)

-Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)

-Karakteristik tidak berubah dengan suhu

Kknfigurasi Op Amp

Pin1 & Pin5 (Offset N1 & N2): Pin ini digunakan untuk mengatur tegangan offset jika perlu

Pin2 (IN-): Pin Inverting Op-amp

Pin3 (IN +): Pin Non-inverting dari Op-amp

Pin4 (Vcc-): Pin ini terhubung ke ground jika tidak rel negatif

Pin6 (Output): output daya pin Op-amp

Pin7 (Vcc +): Pin ini terhubung ke + ve rail dari supply tegangan

Pin8 (NC): Tidak ada koneksi

- Relay;

                    

Spesifikasi :

- Trigger Voltage (Voltage across coil) : 5V DC

- Trigger Current (Nominal current) : 70mA

- Maximum AC load current: 10A @ 250/125V AC

- Maximum DC load current: 10A @ 30/28V DC

- Compact 5-pin configuration with plastic moulding

- Operating time: 10msec Release time: 5msec

- Maximum switching: 300 operating/minute (mechanically)

Konfigurasi Pin

- Coil End 1 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other        end to ground.

- Coil End 2 : Used to trigger(On/Off) the Relay, Normally one end is connected to 5V and the other        end to ground.

- Common (COM) : Common is connected to one End of the Load that is to be controlled.

- Normally Close (NC) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NC    the load remains connected before trigger.

- Normally Open (NO) : The other end of the load is either connected to NO or NC. If connected to NO    the load remains disconnected before trigger.

- LED.

                                    

Tegangan kerja / jatuh tegangan pada sebuah menurut warna yang dihasilkan:

1. Infra merah : 1,6 V
2. Merah : 1,8 V – 2,1 V
3. Oranye : 2,2 V
4. Kuning : 2,4 V
5. Hijau : 2,6 V
6. Biru : 3,0 V – 3,5 V
7. Putih : 3,0 – 3,6 V
8. Ultraviolet : 3,5 V

3. Dasar Teori [back]
 

- SENSOR STRAIN GAUGE

Strain Gauge 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 Wheatstone yang kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gauge.

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 dalam berbagai ukuran gauge dan bentuk grid. Untuk gauge yang terpendek yang tersedia adalah 0,20 mm; yang terpanjang adalah 102 mm. Tahanan gauge standard adalah 120 mm dan 350 ohm.

Kepekaan sebuah Strain Gauge disebut dengan faktor Gaugedan perbandingan antara unit resistansi dengan perubahan unit panjang adalah :

Dimana :
ΔR = Perubahan tahanan Gauge
Δl = Perubahan panjang bahan
R = Tahanan Gauge nominal
l = Panjang normal bahan

Grafik Output Sensor Strain Gauge :

Tabel Tekanan

-  POTENSIOMETER

                        

        Potensiometer (POT) adalah salah satu jenis Resistor yang Nilai Resistansinya dapat diatur sesuai dengan kebutuhan Rangkaian Elektronika ataupun kebutuhan pemakainya. Potensiometer merupakan Keluarga Resistor yang tergolong dalam Kategori Variable Resistor. Secara struktur, Potensiometer terdiri dari 3 kaki Terminal dengan sebuah shaft atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.

Rumus untuk Potensiometer

    

- RESISTOR

                        

        Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Sebuah resistor biasanya terbuat dari bahan campuran Carbon. Namun tidak sedikit juga resistor yang terbuat dari kawat nikrom, sebuah kawat yang memiliki resistansi yang cukup tinggi dan tahan pada arus kuat. Contoh lain penggunaan kawat nikrom dapat dilihat pada elemen pemanas setrika. Jika elemen pemanas tersebut dibuka, maka terdapat seutas kawat spiral yang biasa disebut dengan kawat nikrom.

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan,  I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan.

Di dalam resistor, terdapat ketentuan untuk membaca nilai resistor yang diwakili dengan kode warna dengan ketentuan di bawah ini :

Sebagian besar resistor yang kita lihat memiliki empat pita berwarna . Oleh karena itu ada cara membacanya seperti ketentuan dibawah ini :

1. Dua pita pertama dan kedua menentukan nilai dari resistansi

2. Pita ketiga menentukan faktor pengali, yang akan memberikan nilai resistansi.

3. Dan terakhir, pita keempat menentukan nilai toleransi.

- OP AMP

        Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai Penguat Sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa Transistor, Dioda, Resistor dan Kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan Gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan Penguat Operasional.

Cara Kerja Operational Amplifier

                                        Rumus :

- RELAY 

                      

        Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Grafik

- LED

    Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Tabel. Warna dan Material LED

	Warna	Panjanggelombang [nm]	Material semikonduktor
	Infrared	λ > 760	Gallium arsenide (GaAs)Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)
	Red	610 < λ < 760	Aluminium gallium arsenide (AlGaAs)Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Orange	590 < λ < 610	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Yellow	570 < λ < 590	Gallium arsenide phosphide (GaAsP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Gallium(III) phosphide (GaP)
	Green	500 < λ < 570	Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN)Gallium(III) phosphide (GaP)Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP)Aluminium gallium phosphide (AlGaP)
	Blue	450 < λ < 500	Zinc selenide (ZnSe)Indium gallium nitride (InGaN)
	Violet	400 < λ < 450	Indium gallium nitride (InGaN)
	Purple	multiple types	Dual blue/red LEDs, blue with red phosphor, or white with purple plastic
	Ultraviolet	λ < 400	Diamond (235 nm) Boron nitride (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN)Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) – (down to 210 nm)
	Pink	multiple types	Blue with one or two phosphor layers: yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards, or white with pink pigment or dye.
	White	Broad spectrum	Blue/UV diode with yellow phosphor

4. Percobaan [back]

a. Prosedur Percobaan

    1. Susunlah semua komponen rangkaian seperti pada gambar di bawah ini

    2. Sambungkan rangkaian dengan kabel jumper ( Wire ) seperti pada gambar         di bawah ini

    3. Jalankan rangkaian simulasi, jika tidak ada kesalahan sama sekali, maka            rangkaian akan berjalan dengan lancar

b. Gambar Rangkaian  [back]

    1. Rangkaian sebelum diberi beban

    2. Rangkaian sesudah diberi beban

           

c.Prinsip Kerja Rangkaian  [back]

Ketika sensor strain gauge diberi masukan dan dihubungkan dengan sumber maka, strain gauge akan mengeluarkan tegangan keluaran yang lebih kecil agar relay mampu untuk beroperasi dan mengaktifkan komponen LED. Tegangan keluaran dari strain gauge akan dinaikkan oleh komponen amplifier (Op-Amp) sampai menuju tingkat tegangan yang diperlukan oleh relay untuk berfungsi. Ketika tegangan yang diperlukan cukup maka switch pada relay akan berpindah ke posisi yang akan menghubungkan LED sehingga, LED akan menyala.

d. Video Simulasi [back]

e. Link download [back]

1. Download Datasheet Sensor Strain Gauge Di Sini

2. Download File Rangkaian Di Sini

3. Download Video Simulasi Di Sini

4. Download File HTML Di Sini