Aplikasi Rangkaian Strain Gauge

[Menuju Bawah] 

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Landasan Teori

3. Alat dan Bahan

4. Gambar Rangkaian

5. Video Simulasi

6. Prinsip Kerja

7. Link Download 

1. Tujuan [kembali]

• Untuk mengetahui strain gauge dan prinsip kerjanya
• Mengetahui aplikasi dari strain gauge
• Mampu membuat rangkaian menggunakan aplikasi strain gauge

2. Landasan Teori [kembali]
A. Strain Gauge

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.

Pada rangkaian timbangan digital yang dibuat dengan aplikasi proteus 8, saya menggunakan 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 .

Gambar 1. Konfigurasi Strain Gauge

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.

Strain 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_a karena konfigurasi grid dari gauge dengan konduktor transverse lebih kecil responsifnya ke strain axial dari pada konduktor lurus uniform.

Grafik Output Sensor Strain Gauge

Gambar 2. Grafik output 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

 

Gambar 3. Pembacaan Strain Gauge

 Rumus dasar Jembatan Wheatstone :

 

Gambar 4. Rangkaian Strain Gauge

B. IC ADC0804

Analog to Digital Converter (ADC) adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi bentuk sinyal digital. IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan dari rangkaian yang akan dibuat. IC jenis ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan secara cepat suatu masukan tegangan.

Gambar 5. Konfiguasi  IC ADC0804

Diagram konfigurasi pin ADC0804 ditunjukkan pada gambar, Pin 11 sampai 18 (keluaran digital) adalah keluaran tiga keadaan, yang dapat dihubungkan langsung dengan bus data bilamana diperlukan. Apabila CS (pin 1) atau RD (pin2) dalam keadaan high (“1”), pin 11 sampai 18 akan mengambang (high impedanze), apabila CS dan RD rendah keduanya, keluaran digital akan muncul pada saluran keluaran. Sinyal mulai konversi pada WR (pin 3). Untuk memulai suatu konversi, CS harus rendah. Bilamana WR menjadi rendah, konverter akan mengalami reset, dan ketika WR kembali kepada keadaan high, konversi segera dimulai.

Konversi detak konverter harus terletak dalam daereh frekuensi 100 sampai 800kHz. CLK IN ( pin 4) dapat diturunkan dari detak mikrokontroller, sebagai kemungkinan lain, kita dapat mempergunakan pembangkit clock internal dengan memasang rangkaian RC antara CLN IN ( pin 4) dan CLK R ( pin 19). Pin 5 adalah saluran yang digunakan untuk INTR, sinyal selesai konversi. INTR akan menjadi tinggi pada saat memulai konversi, dan akan aktif rendah bila konversi telah selesai. Tepi turun sinyal INTR dapat dipergunakan untuk menginterupsi sistem mikrokontroller, supaya mikrokontroller melakukan pencabangan ke subrutine pelayanan yang memproses keluaran konverter. Pin 6 dan 7 adalah masukan diferensial bagi sinyal analog. A/D ini mempunyai dua ground, A GND (pin 8) dan D GND ( pin10). Kedua pin ini harus dihubungkan dengan ground. Pin 20 harus dihubungkan dengan catu daya +5V. Pada A/D 0804 merupakan tegangan referensi yang digunakan untuk offset suatu keluaran digital maksimum. Dengan persamaan sebagai berikut:

Tabel Konversi  :

Vin (volt)	Data Digital (biner)	Data Digital (desimal)
0,000	0000 0000	0
0,0196	0000 0001	1
0,0392	0000 0010	2
…	…	…
5	1111 1111	255

 Gambar 6. Tabel Konversi dari analog ke digital

A/D ini dapat dirangkai untuk menghasilkan konversi secara kontinu. Untuk melaksanakannya, kita harus menghubungkan CS, dan RD ke ground dan menyambungkan WR dengan INTR. Maka dengan ini keluaran digital yang kontinu akan muncul, karena sinyal INTR menggerakkan masukan WR. Pada akhir konversi INTR berubah menjadi low, sehingga keadaan ini akan mereset konverter dan mulai konversi.

Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan dan waktu konversinya. Ada banyak cara yang dapat digunakan untuk mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital yang nilainya proposional. Jenis ADC yang biasa digunakan dalam perancangan adalah jenis Successive Approximation Convertion (SAR) atau pendekatan bertingkat yang memiliki waktu konversi jauh lebih singkat dan tidak tergantung pada nilai masukan analognya atau sinyal yang akan diubah.

CARA KERJA ADC0804

Pertama-tama chip select ( CS ) diaktifkan dahulu dengan cara memberikan logika nol, apabila ADC yang dipakai hanya satu maka cukup hubungkan saja kaki CS ke ground, sehingga ADC akan selalu dalam keadaan aktif. Kemudian Start of Conversion ( SOC ) dilakukan dengan mememberi logika High-Low-High pada kaki WR. Setelah menerima kondisi tersebut, ADC 0804 mulai melakukan konversi yang memerlukan waktu sekitar 64 periode sinyal denyut pada kaki clock. Setelah proses konversi selesai , ADC akan memberikan logika nol pada kaki INTR yang akan menginterupsi mikrokontroller, sehingga mikrokontroller tahu bahwa proses konversi telah selesai. Berikutnya mikrokontroller mulai mengambil data hasil konversi yang telah selesai, untuk mengambil data mikrokontroller harus meberikan logika nol terlebih dulu pada kaki RD. setelah logika nol diterima oleh kaki RD, akan mengakibatkan penyangga ( tristate buffer ) pada DB0-DB7 “membuka”, sehingga data hasil konversi bisa diambil oleh mikrokontroller.

C. IC 74LS243
Sebagai ouput dari IC ADC0804
D. Seven Segment
Tujuh Segmen adalah komponen Elektronika yang dapat menampilkan angka desimal melalui kombinasi-kombinasi segmennya. Seven Segment Display pada umumnya dipakai pada Jam Digital, Kalkulator, Penghitung atau Counter Digital, Multimeter Digital dan juga Panel Display Digital seperti pada Microwave Oven ataupun Pengatur Suhu Digital

Gambar 7. Seven segment

E. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.

Gambar 8. Resistor

F. Kapasitor

Berfungsi untuk menghilangkan riak yang tersisa setelah gelombang disearahkan oleh diode bridge

Gambar 9. Kapasitor

G. Switch 
Berfungsi sebagai saklar

Gambar 10. Saklar

H. Baterai 

Sebagai sumber arus DC.

Gambar 11. Baterai

3. Alat dan bahan [kembali]

1. IC ADC0804
    
   Gambar 12. IC ADC0804
2. IC 74LS243
    
   Gambar 13. IC 74LS243
3. Seven Segment
    
   Gambar 14. Seven Segment
4. Resistor
    
   Gambar 15. Resistor
5. Kapasitor
    
   Gambar 16. Kapsitor
6. Switch
    
   Gambar 16. Switch
7. Baterai
    
   Gambar 17. Baterai

4. Gambar Rangkaian [kembali]

Gambar 18. Rangkaian Aplikasi Strain Gauge

5. Video Simulasi [kembali]

6. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian Strain gauge tersusun seperti jembatan wheatstone yang terdapat 3 buat resistor dan satu lagi merupakan sebuah potensiometer. Rangkaian ini terhubung ke IC ADC0804 sebagai input analog, IC ADC0804 akan mengubah besaran analog dari pembacaan strain gauge kedalam besaran digital. Nantinya hasil yang telah dikonversi menjadi digital akan dikirimkan ke 2 buah IC 74LS243. IC ini dihubungkan dengan dua buah seven segmen yang satu sebagai puluhan dan yang satu lagi sebagai satuan. Setiap perubahan tekanana akan merubah nilai resistansi, nilai perubahan resistansi pada strain gauge diwakili dengan menggunakan potensiometer, jadi semakin nilai besar perubahan potensio maka nilai yang terbaca pada seven segmen juga akan besar, begitu sebaliknya.

7. Link Download [kembali]
1. Video Simulasi
    Download File
2. File Rangkaian
    Download File
3. Data sheet Strain Gauge
    Download File
4. HTML
    Download File

[Menuju Atas]