Disain Alat Pengukur Kecepatan Aliran Air Digital dengan Pengindera Strain Gauge

? / ~ p /

/ $ q z / o - / g

DISAIN

A l A T

PENGLIRUR KECEPATAN ALlRWBQ ABW DIGI"BL

OENGAH PENGlNDERA

STRAIN

GAUGE

Ole

h

ALFlRA WlBlKSANA

F

24.

1381

1 9 9 2

FAKULIAS TEKMOLOGl PERTAMIM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

A l f i r a W i b i ksana. F24.1381. D i s a i n A l a t Pengukur Kecepatan

A l i r a n A i r dengan Pengindera S t r a i n Gauge. D i bawah bim-

b i n g a n I r . S o e s i l o Sarwono dan I r . Dewa Made Subrata.

RINGKASAN

D i I n d o n e s i a s a a t i n i i l m u dan t e k n o l o g i berkembang

dengan p e s a t , t a k t e r k e c u a l i d i bidang e l e k t r o n i k a . Salah

s a t u penemuan dalam bidang e l e k t r o n i k a adalah s u a t u komponen

yang d i s e b u t s t r a i n gauge, yang dapat dimanfaatkan sebagai

Pengindera tekanan.

D i bidang p e r t a n i a n , Khususnya yang b e r k a i t a n dengan

b i d a n g Teknik Tanah dan A i r , a i r merupakan s a l a h s a t u unsur

yang d i b u t u h k a n dan sangat p e n t i n g . D e b i t a l i r a n a i r harus

d i p e r h i t u n g k a n secara cermat agar menghasilkan k o n d i s i yang

optimum dan h a s i 1 yang maksimum. Pengukuran d e b i t a1

i

r a n

a i r dapat d i lakukan s e c a r a iangsung dan t i d a k iangsung.

Pengukuran secara langsung d i l a k u k a n dengan bangunan-bangun-

an u k u r , sedangkan secara t i d a k langsung dapat d i l a k u k a n

dengan metoda kecepatan penampang ( V e l o c i t y - a r e a Method),

u n t u k menunjang ha1 t e r s e b u t , ~ e d e p a t a n a l i r a n a i r sangat

p e n t i n g untuk d i k e t a h u i .

A l a t pengukur kecepatan a i r yang d i b u a t , pada dasarnya

t e r d i r i d a r ? 1 ima s i s t e m utama y a i t u Pencatu Daya Pemantap

Tegangan, Sistem Pengindera, Sistem Penguat, Sistem Konversi

S i s t e m P e n c a t u Daya Pemantap Tegangan b e r f u n g s i u n t u k

m e n j a l a n k a n A l a t d e n g a n c a r a member? t e g a n g a n paaa s i s t e m

l a i n n y a . S i s t e m p e n g i n d e r a ~ e r f u n g s i u n t u k merubah t e k z n a n

a i r m e n j a d i p e r u b a h a n h a m b a t a n l i s t r i k p a d a s t r a i n g a u g e ,

p e r u b a h a n h a m b a t a n i n i menyebabkan t e r j a d i n y a p e r u b a h a n

t e g a n g a n pada S i s t e m i n i y a n g k e m u d i a n a i k u a t k a n p a d a

s i s t e m p e n g u a t . S i s t e m ' p e n g u a t yang d i b u a t a d a l a h s i s i e m

p e n g u a t o p e r a t i f ( O p A m p ) . S i s t e m k o n v e r s i a n a l o g k e d i g i t

b e r f u n g s i u n t u k m e r u b a h b e s a r a n a n a l o g k e p u l s a - p u l s a .

S i s t e m p e r a g a d i g i t a l b e r f u n g s i u n t u k merubah p u l s a - p u l s a

m e n j a d i s a n d i d e n g a n s i s t e m d e c o d e r t u j u h s e g m e n t .

T u j u a n p e n e l i t i a n i n i a d a l a h r n e n d i s a i n A l a t P e n g u k u r

K e c e p a t a n A i i r a n A i r D i g i t a l dengan P e n g i n d e r a S t r a i n Gauge,

n i e l a k u k a n u j i c o b a k a r a k t e r i s t i k dan kemampuan i n s t r u n l e n

s e r t a k a l i S e r a s i .

P e n g u j i a n d i 1 a k u k a n d e n g a n c a r a mei 1 h a t n c o u f l g a n a n t a r - a

k e c e p a t a n a l i r a n a i r d e n g a n c e g a n g a n yang d i n a s i l k a n p e n g l n -

d e r a . Has1 1 p e r i g u j i a n n l e n u n j u k k a n hubunga:i yang t n r j a o i

a d a l a h l i n i e r .

A l a t Peng~:i;ur K e c e p a t a i i A 1 1 r a r i 1 4 - r G i g i t a i .uen3;ri:

P e n g i n d e r a S t r a i t i Gauge i iii niempunyai Keniarvpiia:i mer;gut.ur

D I S A I N A L A T PENGUKUR KECEPATAN A L I R A N A I R D I G I T A L

DENGAN PENGINDERA S T R A I N GAUGE

O l e h :

A L F I R A W I B I K S A N A

F 24.1381

S K R I P S I

S e b a g a i s a i a h s a t u s y a r a t u n t u k m e m p e r o l e h g e l a r

SARJANA TEKNOLOGI P E R T A N I A N

p a d a Jurusan M E K A N I S A S I PERTANIAN

F a k u i t a s T e k n o l o g i P e r t a n i a n

I n s t i t u t P e r t a n i a n E o g o r

1 9 9 2

FAKULTAS TEKNOLOGI P E R T A N I A N

I N S T I T U T P E R T A N I A N BOGOR

I N S T I T U T P E R T A N I A N BOGOR

: A K U L T A S TEKNOLOGI P E R T A N I A N

D I S A I N A L A T PENGUKUR KECEPATAN A L I R A N A I R D I G I T A L

DENGAN PENGINDERA S T R A I N GAUGE

S K R I P S I

S e b a g a i s a l a h s a t u s y a r a t u n t u k m e r n p e r o i e h g e l a r

SARJANA T E K N O L O G I P E R T A N I A N

pada Jurusan M E K A N I S A S I PERTANIAN

i a k u l t a s T e k n o l o g i P e r t a n i a n

I n s t i t u t P e r t a n i a n B o g o r

O l e h :

A L F I R A W I B I K S A N A

F 2 4 . 1 3 8 1

D i l a h i r k a n pada t a n g g a l 2 9 M a r e t 1 9 6 9

d l C i m a h i

D i s e t u j u ! ,

S o g o r ,

g

J a n u a r i 1 9 9 2

.

S o e s i l o S a r w o n o

KATA PENGANTAR

P u j i s y u k u r p e n u l i s p a n j a t k a n ke h a d i r a t Tuhan Yang

Maha Esa, Yang t e l a h memberi rahmat dan anugerahnya s e r t a

b i m b i n g a n kepada p e n u l i s .

T u l i s a n i n i d i s u s u n b e r d a s a r k a n h a s i l p e n e l i t i a n yang

t e l a h d i l a k u k a n selama 8 b u l a n d i l a b o l a t o r i u m Ergonomika

dan E l e k t r o n i k a dan d i L a b o l a t o r i u m T e k n i k Tanah dan A i r

pada J u r u s a n M e k a n i s a s i P e r t a n i a n .

P e n u l i s mengucapkan t e r i m a k a s i h kepada :

1 . I r . Soesi l o Sarwono dan I r . Dewa Made S u b r a t a s e b a g a i

dosen pembimbing yang t e l a h memberikan b i m b i n g a n dan

pengarahan dalam penyusunan l a p o r a n i n i .

2 . Budi Mulyono dan K e l u a r g a

I r .

Oetomo D j a j a n e g a r a yang

t e l ah menyedi akan f a s i 1

i

t a s dan bimbingan kepada penu-

l i s .

3 . I r . G o d f r i e d S i t o m p u l s e b a g a i dosen p e n g u j i dan semua

p i h a k yang t e l a h rnemberi b a n t u a n , b i m b i n g a n dan p e t u n -

j u k yang b e r h a r g a selarna p e n e l i t i a n .

4 . Ayah, i b u , k a k a k ; a d i k dan a d i k R i t a yang t e l a h mem-

b e r i b a n t u a n , b i a y a , dorongan s e r t a doa r e s t u .

A k h i r n y a p e n u l i s b e r h a r a p t u l i s a n i n i d a p a t berman-

f a a t b a g i p i h a k yang memerlukan.

Bogor, 2 4 Desember 1 9 9 1

i i i

DAFTAR I S 1

H a 1 a m a n

. . .

KATA PENGANTAR

iii

DAFTAR GAMBAR

. . .

v

i

DAFTAR T A B E L

. . .

v i i i

. . .

DAFTAR L A M P I R A N i x

. . .

I

.

PENDAHULUAN 1

A

.

LATAR BELKAKANG

. . .

1

B

.

TUJUAN P E N E L I T I A N

. . .

2

.

. . .

I 1 T I N J A U A N PUSTAKA 3

.

. . .

A A I R DAN FUNGSINYA 3

B

.

K A R A K T E R I S T I K M A T E R I A L LOGAM

. . .

4

C

.

S T R A I N GAUGE

. . .

7

.

. . .

D PEREKAT S T R A I N GAUGE 1 3

.

. . .

E PENCATU DAYA PEMANTAP TEGANGAN 1 4

.

. . .

F S I S T E M PENGINDERA 1 6

.

. . .

G S I S T E M PENGUAT 18

H

.

S I S T E M PERAGA

. . .

2 2

.

. . .

I DASAR-DASAR T E K N I K D I G I T 2 4

.

I11 PENDEKATAN RANCANGAN

. . .

3 2

.

. . .

A PENCATU DAYA PEMANTAP TEGANGAN 3 3

B

.

S I S T E M PENGINDERA

. . .

3 4

.

. . .

C S I S T E M PENGUAT 3 6

.

D S I S T E M KONVERSI ANALOG KE D I G I T

. . .

3 7

E

.

S I S T E M PERAGA

. . .

4 0

. . .

.

I V METODE P E N E L I T I A N

. . .

.

A WAKTU DAN TEMPAT

. . .

.

8 BAHAN DAN A L A T

.

. . .

C TAHAP P E N G U J I A N

. . .

.

D

METODE P E N G U J I A N

E

.

PROSEDUR P E N G U J I A N

. . .

.

. . .

V H A S I L DAN PEMBAHASAN

A

.

HUBUNGAN ANTARA KECEPATAN A L I R A N A I R

. . .

DENGAN S I S T E M PENGINDERA

B

.

HUBUNGAN ANTARA SESARNYA TEGANGAN

MASUKAN PADA S I S T E M KONVERSI ANALOG K E D I G I T DENGAN BESARNYA ANGKA PADA

. . .

S I S T E M PERAGA

. . .

.

C KEMAMPUAN A L A T

. . .

.

D K E T E L I T I A N PENGUKURAN

. . .

.

V I KESIMPULAN DAN SARAN

. . .

.

A KESIMPULAN

. . .

.

B SARAN

. . .

DAFTAR PUSTAKA

. . .

[image:9.605.90.505.155.728.2]

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 . K u r v a s t r e s s - s c r a i n u n t u k "medium-car- bon s t e e l ' '

. . .

Gambar 2 . K o n s t r u k s i d a s a r s t r a i n gauge t i p e " b o n d e d "

. . .

amb bar

3. H i s t e r i s t i s pada s t r a i n gauge t i p e "bonded gauge"

. . .

Gambar 4 . C a t u daya t a n p a pemantap t e g a n g a n

. . .

Gambar 5. I C 7 2 3 . s Q b a g a i pemantap t e g a n g a n

. . .

Gambar 6 . I C t i p e 78XX dan 79XX s e b a g a i p e m a n t a p t e g a n g a n DC

. . .

Gambar 7. R a n g k a i a n Jembatan W h e a t s t o n e

. . .

Gambar 8 . R a n g k a i a n p e n g u a t a n dengan T r a n s i s t o r

Gambar 9 . P e n g u a t t a k m e n j u n g k i r k a n

. . .

Gambar 10. P e n g u a t m e n j u n g k i r k a n

. . .

Gambar 1 1 . P e n g u a t D i f f e r e n t i a l

. . .

Gambar 12.. P e n g u a t dengan masukan l e b i h d a r i s a t u

Gambar 1 3 . Metode m e n y a l a k a n LED Dada S i s ~ e m Pe- r a g a Common Anoda

. . .

;.

Gambar 1 4 . SR F l i p - f l o p dan s i m b o l n y a

. . .

Gambar 1 5 . Bagan A l a t Pengukur K e c e p a t a n A l i r a n

A i r D i g i t a l dengan P e n g i n d e r a S t r a i n Gauge

. . .

Gambar 1 6 . P e n c a t u Daya Pemantap Tegangan

. . .

Gambar 1 7 . C a r a K e r j a S i s t e m P e n g i n d e r a Mekanik

.

Gambar 1 8 . R a n g k a i a n S i s t e m P e n g i n d e r a

. . .

. . .

Gambar 20. Skema K o n v e r s i A n a l o g k e D i g i t

. . .

Gambar 21. S i s t e m K o n v e r s i A n a l o g ke D i g i t

Gambar 22. S i s t e m Pencacah

. . .

Gambar 23. Simbol L o g i k a S i s t e m K o n v e r s i Sandi

.

. . .

Gambar 24. Rangkaian S i s t e m P e r a g a D i g i t a l

Gambar 25. Hubungan a n t a r a Gaya ( F l ' d e n g a n Peru- bahan Panjang K a r e t ( X )

. . .

Gambar 26. Hubungan a n t a r a k e c e p a t a n a l i r a n a i r dengan S i s t e m P e n g i n d e r a

. . .

Gambar 27. Hubungan a n t a r a t e g a n g a n masukan pada S i s t e m ADC dengan b e s a r n y a angka pada S i s t e m Peraga

. . .

Gambar 28. Hubungan a n t a r a k e l u a r a n pada S i s t e m P e n g i n d e r a dengan tegangan masukan pada S i s t e m K o n v e r s i A n a l o g ke D i g i t

Gambar 29. K a r a k t e r i s t i k S i s t e m Penguat

. . .

DAFTAR TABEL

Hal aman

Tabel 1 . Hukum A l j a b a r Boole dengan Sistem S a k l a r 2 6

Tabel 2 . J e n i s - j e n i s gerbang l o g i k a

. . .

2 8

Tabel 3 . Tabel kebenaran S i s t e m Pencacah b i l a n g a n

. . .

B i n n e r 30

Tabel 4 . Tabel Kebenaran Dekoder ke U n i t Penampil 3 1

Tabel 5 . Pengaruh Beban (m) Terhadap Perbahan Pan-

j a n g K a r e t ( X )

. . .

48

Tabel 6 . Pengaruh Kecepatan A l i r a n A i r ( C ) Terha- dap Tegangan K e l u a r a n Kecepatan ( V ) pada

. . .

Sistem Pengindera 5 0

DAFTAR LAMPIRAN

'Ha 1 arnan

L a m p i r a n 1 . D a t a h a s i l p e n g u k u r a n k e c e p a t a n a l i r a n

a i r

. . .

6 4

L a m p i r a n 2 . D a t a h a s i l p e n g u k u r a n S i s t e m P e n g i n d e r a 6 5

L a m p i r a n 3 . D a t a h a s i l p e n g u k u r a n S i s t e r n K o n v e r s i

A n a l o g k e D i g i t dan k e S i s t e r n P e r a g a

. .

6 6

L a m p i r a n 4 . Hubungan a n t a r a Tegangan k e l u a r a n pada S i s t e m P e n g i n d e r a dengan t e g a n g a n

rnasukan pada S i s t e m K o n v e r s i A n a l o g

. .

. . .

k e D i g ~ t 6 7

L a m p i r a n 5 . D a t a H a s i l Pengukuran S i s t e r n Penguat

. .

6 8

. . .

L a m p i r a n 6 . B a g i a n M e k a n i k S i s i e r n P e n g i n d e r a 6 9

L a m p i r a n 7 . R a n g k a i a n A l a t Pengukur K e c e p a t a n A l i r - an A i r D i g i t a l dengan P e n g i n d e r a S t r a i n

I . PENDAHULUAN

A. L a t a r B e l a k a n g

D i I n d o n e s i a s a a t i n i i l m u dan t e k n o l o g i berkernbang

dengan p e s a t , t a k t e r k e c u a l i d i b i d a n g e l e k t r o n i k a

.

T e k n i k pembuatan r a n g k a i a n yang semakin berkernbang

memungkinkan p e r a l a t a n e l e k t r o n i k a d a p a t d i b u a t aengan

u k u r a n yang k e c i l , t e t a p i r n e r n i l i k i daya guna dan k e t e l i -

t l a n yang cukup t i n g g i .

S a l a h s a t u penernuan dalam b i d a n g e l e k t r o n i k a a d a l a h

s u a t u komponen yang d i s e b u t s t r a i n gauge. S t r a i n gauge

i n i d a p a t d i m a n f a a t k a n s e b a g a i p e n g i n d e r a pada i n s t r u m e n

pengukur t e k a n a n .

D i b i d a n g p e r t a n i a n , khususnya yang b e r k a i t a n dalam

b i d a n g T e k n i k i a n a h dan A i r , rnaka penentuan d e b i t a l r

yang d i a i i r k a n h a r u s d i p e r h i t u n g k a n s e c a r a cermas agar-

mernberikan h a s i : yang optimum. Dalam penerapannya

d e b i t a i r hanya d a p a t d i k e t a h u i m e l a l u i s e r a n g k a i a n

p e n g u k u r a n .

Pada umumnya i n s t r u m e n - i n s t r u m e n pengukur kesepatar'

a i r yang banyak d i pergunakan a d a l a t i C u r r e n t m e t e r dan

pengukur k e c e p a t a n permukaan a l i r a n a i r . Kelemahan d a r i

C u r r e n t meter d i a t i t a r a n y a a d a l a h t i d a k d a p a t mengc:icu~-

k e c e p a t a n a i r d l dasar a l i r a n dan d i s e k i s a r dind;ng-

k e c e p a t a n permukaan a l i r a n a i r , y a i t u nanya d a p a t mengu-

k u r k e c e p a t a n a i r pada perrnukaan a1 i r a n s a j a .

Penemuan l a i n d a l a m b i d a n g e l e k t r o n i k a a d a l a n

a d a n y a s i s t e r n p e n e r a a n s e c a r a d i g i t a l . K e l e b i h a n s i s t e m

i n i d i b a n d i n g s i s t e r n yang l a i n a d a l a h d a p a t rnenghi l a n g -

k a n k e t e r g a n t u n g a n k s t a j a r n a n p e n g l i h a t a n pengamat dan

m e n g h i n d a r i k e s a l a h a n pendugaan pada angka d e s i m a l

t e r a l t h i r .

Dengan p e r t i m b a n g a n t e r s e b u t dan rnemanfaatkan kema-

j u a n d i b i d a n g e l e k t r o n i k a , rnaka akan d i c o b a u n t u h

rnernbuat a l a t p e n g u k u r k e c e p a t a n a l i r a n a i r d i g i t a l

dengan s t r a i n gauge s e b a g a i p e n g i n d e r a .

€3. T u j u a n P e n e l i t i a n

T u j u a n p e n e l i t i a n a d a l a h merancang dan membuat a l a t

p e n g u k u r k e c e p a t a n a l i r a n a i r d i g i t a l dengan p e n g i n o e r a

s t r a i n gauge, m e l a k u k a n u j i c o b s k a r a k t e r i s t i k

can

11.

TINJAUAN PUSTAKA

A . A i r dan F u n g s i n y a

A i r merupakan s u a t u z a t yang b e r b e n t u k c a i r yang

s a n g a t d i b u t u h k a n o l e h semua mahkluk h i d u p d i d u n i a i n i .

D i b i d a n g p e r t a n i a n , s a l a h s a t u f u n g s i a i r a d a l a h u n t u k

memberikan rnakanan b a g i tanaman agar d a p a t tumbuh dengan

b a i k . Adapun p e r j a l a n a n a i r d a r i sumbernya sampai

kepada tanaman d a p a t d i l a k u k a n dengan b e r b a g a i c a r a ,

d i a n t a r a n y a dengan s i s t e m i r i g a s i . I r i g a s i a d a l a h

p e k e r j a a n p e n g a t u r a n a i r u n t u k membantu kskurangan a i r

h u j a n b a g i k e p e r l uan tanaman.

Pengukuran d e b i t a1

i

r a n a i r d a p a t d i la k u k a n s e c a r a

langsung dan t i d a k langsung. Pengukuran s e c a r a langsung

d i l a k u k a n dengan bangunan-bangunan u k u r , sedangkan

pengukuran t i d a k langsung d a p a t d i l a k u k a n oenganrnetoda

k e c e p a t a n penampang ( v e l o c i t y - a r e a method). Pengukuran

t e r s e b u t d a p a t d i c a r i dengan persarnaan :

dirnana : Q

=

d e b i t a l i r a n ( L 3 T - ' )

V

=

kecepatan a l i r a n ( L T - ' )

4

A i r yang mengal

i

r dengan k e c e p a t a n t e r t e n t u , mempu-

n y a i e n e r g i k i n e t i k yang b e s a r n y a d a p a t d i t e n t u k a n

dengan persamaan :

dirnana : Ek

=

E n e r g i k i n e t i k ( J )

m

=

masa ( M )

V

=

k e c e p a t a n a1 i r a n ( L T - ' )

B.

K a r a k t e r i s t i k M a t e r i a l Logarn

1 . S t r e s s dan S t r a i n

S t r e s s a d a l a h gaya i n t e r n a l s u a t u m a t e r i a l p e r

u n i t l u a s a n yang t i m b u l u n t u k menahan gaya l u a r yang

d i k e n a k a n pada m a t e r i a l t e r s e b u t . Secara m a t e m a t i s

s t r e s s d i r u m u s k a n s e b a g a i b e r i k u t :

dirnana

a

=

u n i t s t r e s s ( F L - ~ )

F

=

gaya yang b e k e r j a ( F )

A

=

l u a s penampang benda ( L ~ )

S t r a i n a d a l a h perubahan b e n t u k ( d e f o r r n a s i ) p e r

u n i t p a n j a n g . D e f o r m a s i t e r j a d i k a r e n a adanya gaya

yang d i b e r i kan pada m a t e r i a l t e r s e b u t . S t r a i n d a p a t

dimana :

=

s t r a i n

61

=

perubahan panjang (m)

1

=

p a n j a n g sebelum d i b e r i gaya ( m )

2. Hukum Hooke

Kurva s t r e s s - s t r a i n d i b u a t berdasarkan percobaan

dan d i gunakan u n t u k me1

i

h a t k a r a k t e r i s t i k d a r i bahan

yang d i u j i j i k a dikenakan gaya a t a u beban (Nash,

1983).

Pada Gambar 1. d i bawah i n i , d i p e r l i h a t k a n k u r v a

s t r e s s - s t r a i n untuk m a t e r i a i iogam j e n i s "medium-

[image:17.602.130.532.63.264.2]

carbon s t e e l " .

Gambar 1 . k u r v a s t r e s s - s t r a i n untuk "medium-carbon s t e e l " (Nash, 1983)

Pada Gambar 1. t e r l i h a t d a r i t i t i k 0 sampai A

s t r e s s dan s t r a i n dalam keadaan p r o p o r s i o n a l .

T i t i k A d i s e b u t j u g a t i t i k batas p r o p o r s i o n a l (Pro-

p o r s i o n a l L i m i t ) . T i t i k B merupakan b a t a s e l a s t i s

logam ( b a t a s a t a s logam dimana logam akan kembali ke-

bentuk semula j i k a gaya a t a u beban pada logam t e r s e -

b u t d i l e p a s ) . - S e t e l a h t i t i k B , maka bahan akan

mengalami deformasi . t e t a p . Antara t i t i k C dan t i t i k

D t e r j a d i k e n a i k a n s t r a i n tanpa kenaikan s t r e s s dan

t i t i k - t i t i k i n i d i s e b u t " Y i e l d P o i n t " . T i t i k

E

merupakan maksimum s t r e s s , t i t i k i n i b i a s a d i s e b u t

".Ultimate S t r e n g t h " . S e t e l a h t i t i k E s t r e s s t e r u s

menurun dan logam akan p a t a h pada t i t i k F a t a u t i t i k

"Br,eaking S t r e n g t h " .

A n t a r a t i t i k 0 dan t i t i k A t e r j a d i hubungan s t r e s s - s t r a i n yang l i n i e r . Pada keadaan i n i l a h

.R,obert Hooke merumuskan hubungan i n i dengan persamaan

sebagai b e r i k u t :

dimana a

=

s t r e s s (FL-')

E

=

modulus e l a s t i s i t a s ( F L - ' )

C. S t r a i n Gauge

1 . Hambatan L i s t r i k dan Perpanjangan Kawat

Tahun 1856 W i l l i a m Thomson menghasilkan p e r c o -

baan yang rnenyatakan bahwa hambatan 1 i s t r i k pada

s e u t a s kawat akan b e r v a r i a s i s e s u a i dengan t e n s i yang

d i k e n a k a n pada kawat t e r s e b u t . J i k a s e u a i u kawat

d i b e r i gaya t e n s i a t a u kompresi akan t e r j a d i p e r u -

bahan d i m e n s i yang mengaki b a t k a n t e r j a d i n y a p e r u -

bahan hambatan pada kawat t e r s e b u t . H a l i n i s e s u a i

dengan persamaan :

d i mana R

=

Hambatan l i s t r i k ('2)

P

=

_{Hambatan j e n i s kawat (R.mj} I

1

=

Panjang kawat (rn)

2

A

=

Luas penampang kawat (m )

J i k a A dan

f

dianggap t e t a p , maka sernakin pan-

j a n g kawat semakin besar hambatan l i s t r i k yang t e r j a -

d i dan s e b a l i k n y a , semakin pendek kawat semakin k e c i l

hambatan l i s t r i k yang t e r j a d i .

A n t a r a Hambatan l i s t r i k , a r u s l i s t r i k dan beda

dirnana

.

V

=

Beda p o t e n s i a l ( V )

i

=

Arus l i s t r i k yang r n e n g a l i r ( A )

R

=

Harnbatan l i s t r i k

( R )

2. T i p e S t r a i n Gauge

S t r a i n gauge ( e l e c t r i c a l r e s i s t a n c e s t r a i n

gauge), pada dasarnya d i b a g i rnenjadi dua t i p e y a i t u

"

t i p e "unbonded" dan "bonded". S ~ r a i n gauge t i p e

"bonded" s e r i ng d i gunakan d a l am pengukuran k a r e n a

s t r a i n gauge t i - p e i n i l e b i h rnudah digunakan d i b a n -

d i n g k a n dengan t i p e "unbonded".

Pada dasarnya s t r a i n gauge t i p e "Bonded" t e r d i r i

d a r i s u a t u k o n d u k t o r yang s e n s i t i p t e r h a d a p s t r a i n .

Konduktor i n i d i l e k a t k a n pada p l a s t i k a t a u k - e r t a s

(guna i a p i s a n i n i u n t u k rnernperrnudah penanganannya).

Pada Gambar 2. d i p e r l

i

h a t k a n k o n s t r u . k s i dasar d a r i

s t r a i n gauge t i p e "bonded".

Sesuai dengan pernbuatannya, s t r a i n gauge t i p e

"bonded" d i b a g i rnenjadi ernpat j e n i s y a i t u : F l a t w i r e

gauge, wrapped around w i r e gauge, f o i 1 gauge dan

semikonduktor s t r a i n gauge ( K u h l , 1972)

F o i l s t r a i n gauge d i s u s u n d a r i kawat berpe-

narnpang p e r s e g i panjang yang mernpunyai k e t e b a l an

s e c a r a k i m i a w i dengan p a n j a n g gauge b e r v a r i a s i d a r i

0 . 2 sampai 2 5 . 4 mm.

G a u g e l e n ~ t h

I

!

c o n d u c t o r b a c k i n g m a t e r i a l

Garnbar 2. K o n s t r u k s i d a s a r s t r a i n gauge t i p e "bonded" ( K u h l . 1 9 7 2 ) .

K a r a k t e r i s t i k S t r a i n Gauge

a. Gauge F a k t o r

Gauge f a k t o r adal ah s u a t u

i

ndeks s e n s i t i -

v i t a s d a r i s t r a i n gauge. Menurut Kuhi ( 1 9 7 2 3 ,

s e n s i t i v i t a s s t r a i n gauge a d a l a h 'perbandingan

a n t a r a s t r a i n n e g a t i p a t a u s t r a i n p o s i t i p dengan

perubahan hanibatan l i s t r i k . N i l a i gauge f a k t o r

dimana : F

=

gauge f a k t o r

6R

=

perubahan hambatan l i s t r i k

( R )

R

=

hambatan l i s t r i k awal

( a )

1

=

p a n j a n g s t r a i n gauge (m)

61

=

perubahan p a n j a n g (m)

5

=

s t r a i n

D a r i persamaan d i a t a s d a p a t d i ambi 1 kesim-

p u l a n bahwa b e s a r n y a gauge f a k t o r d i p e n g a r u h i o l e h

dua k e j a d i a n y a i t u d e f o r m a s i dan perubahan ham-

b a t a n 1 i s t r i k d a r i m a t e r i a l elemen s t r a i n

gauge.

Semakin b e s a r n i l a i gauge i a k t o r , semakin

s e n s i t i f s t r a i n gauge t e r s e b u t dan semakin b e s a r

k e l u a r a n 1 i s t r i k yang d i h a s i l k a n . a e s a r n y a gauge

f a k t o r d i p e n g a r u h i o l e h j e n i s bahan k o n d u k t o r yang

digunakan. Menurut Kuhl (19721, d e f o r m a s i u n t u k

semua bahan elemen hampir sama, sehingga yang

membuat perbedaan n i l a i gauge f a k t o r a d a l a h ham-

b a t a n j e n i s bahan yang d i p e r g u n a k a n .

Menurut K u h l ( 1 9 7 2 ) , gauge f a k t 0 . r d a p a t

berubah k a r e n a beberapa h a l , y a i t u : t e m p e r a t u r

k i b a t k a n p e r u b a h a n d i r n e n s i pada bahan e 1 ernen,

s e h i n g g a k e j a d i a n i n i akan rnerubah p a n j a n g dan

a k h i r n y a akan rnerubah n i l a i gauge f a k t o r .

H i s t e r e s i s a d a l a h s u a t u k e j a d i a n dirnana j i k a

s t r a i n gauge d i b e r i t e l t a n a n t e r u s rnenerus, maka

akan t e r j a d i hubungan a n t a r a s t r a i n dengan d R / R

s e p e r t i pada Gambar 3. S e t e l a h t i t i k A , hubungan

[image:23.595.73.534.56.766.2]

a n t a r a s t r a i n dengan 6 R / R t i d a k l i n i e r l a g i .

Gambar 3 . H i s t e r i s t i s pada s t r a i n gauge t i p e "bonded g a u g e " ( K w h l , 1 9 7 2 ) .

b . Gaya T r a n s v e r s a l

Gaya t r a n s v e r s a l a d a l a h gaya yang t e g a k I u r u s

t e r h a d a p s t r a i n . Pada s t r a i n gauge, gaya i c i

t e r j a d i pada u j u n g - u j u n g elernen dan mengaki baLkan

t e r j a d i n y a s t r a i r , yang t i d a k d i h e h e n d a k i . Paca

f o i l s t r a i n gauge gaya i n i d a p a t d i a b a i k a n , k s r e n a

c . E f e k V a r i a s i Temperatur

Menurut K u h l

(1972),

perubahan t e m p e r a t u r

berpengaruh t e r h a d a p t i ga ha1

,

y a i t u n a i knya

hambatan l i s t r i k pada elemen, perubahan dimen-

s i s t r a i n gauge dan perubahan d i m e n s i pada m a t e r i -

a l t e m p a t s t r a i n gauge dipasang. Hubungan d a r i

k e t i g a n y a d a p a t d i l i h a t dalam persamaan :

dimana R,

=

Hambatan l i s t r i k k a r e n a perubahan

t e m p e r a t u r ( 0 )

Ro

=

Hambatan l i s t r i k mula-mula ( R )

a

=

k o e f i s i e n muai bahan

fR/CO)

d t

=

Perubahan t e m p e r a t u r

(CO)

d. K a p a s i t a s A r u s pada S t r a i n Gauge

Menurut Kuhl

(19721,

k a p a s i t a s a r u s yang

d a p a t d i a l i r k a n k e s t a r i n gauge berbeda-beda

t e r g a n t u n g d a r i f a k t o r - f a k t o r sebagai b e r i k u c :

j e n i s s t r a i n gauge, j e n i s bahan tempat m e l e k a t n y a

s t r a i n gauge, j e n i s p e r e k a t yang digunakan, kon-

d u k s i panas obyek yang d i u k u r , p i n d a h panas a n t a r a

bahan-bahan yang digunakan, pemakaian p e l i n d u n g

Maksud d a r i .pernbatasan a r u s yang b o l e h menga-

1

i

r a d a l a h menghi i i d a r i t s r j a d i n y a panas yang

b e r l e b i h a n yang d a p a t mempengaruhi k e t e p a t a n

p e n g u k u r a n .

e. B a t a s S t r a i n

B e s a r n y a S t r a i n yang d a p a t d i u k u r o l e n s t r a i n

gauge d i p e n g a r u h i o l e h b e r b a g a i f a k t o r , y a i t u

p a n j a n g s t r a i n gauge, s i f a t e l a s t i s p e r e k a t ,

b e s a r n y a t e m p e r a t u r , k o n d i s i keiembaban s t r a i n

gauge, gaya a d h e s i a n t a r a p e r e k a t dan s t r a i n gauge

d a n s i f a t mekanis d a r i bahan elemen dan bahan

t e m p a t m e r e k a t n y a elemen.

D. P e r e k a t S t r a i n Gauge

S t r a i n gauge t i p e "bonded" d a p a t rnengukur s t r a i n

yang t e r j a d i pada s u a t u obyek pengukur j i k a p e n g i n -

d e r a d i l e . k a t k a n pada obyek t e r s e b u t . Biasanya s t , r a i n

gauge d i l e k a t k a n dengan rnenggunakan p e r e k a t .

Menurut Kuhl ( 1 9 7 2 ) , s y a r a t p e r e k a t a n s t r a i n gauge

a d a l a h d a p a t m e n y a l u r k a n s t r a i n yang t e r j a d i pada obyek

yang d i u k u r k e p e n g i n d e r a s t r a i n gauge s e c a r a sempurna,

mernpunyai s i f a t i s o l a s i yang b a i k , t a h a n lama, p e c e k a t a n

c u k u p t i p i s , t i d a k b e r s i f a t h i g r o s k o p i s , rnudah d i g u n a -

k a n , dan t i d a k b e r u b a h s i f a t j i k a t e r j a d i perubahan

E. P e n c a t u Daya Pemantap Tegangan

P e n c a t u Daya Pemantap Tegangan (PDPT) a d a l a h s u a t u

a1 a t u n t u k merubah tegangan b o l a k - b a l

i

k (AC) menjadi

t e g a n g a n s e a r a h (DC)

.

Suatu PDPT t e r d i r i a t a s dua

b a g i a n , y a i t u b a g i a n pengubah tegangan b o J a k - b a l i k

ke

t e g a n g a n s e a r a h dan b a g i a n pemantap tegangan searah.

Pada Gambar 4. d i p e r l i h a t k a n sebuah r a n g k a i a n c a t u

d a y a DC yang belum d i l e n g k a p i o l e h pemantap tegangan.

Gambar 4 . Catu daya t a n p a pemantap tegangan

Tegangan k e l u a r a n c a t u daya pada Gambar 4. besarnya

berubah-ubah t e r g a n t u n g d a r i tegangan AC yang masuk,

a g a r tegangan k e l u a r a n c a t u claya t e r s e b u t t e t a p h a r u s

d i l e n g k a p i o l e h r a n g k a i a n pemantap tegangan.

Rangkai an pemantap tegangan ( V o l t a g e R e g u l a t o r )

t e l a h banyak d i j u m p a i dalam bentuk I C { I n t e g r a t e d C i r -

c u i t ) . S a l a h s a t u c o n t o h yang banyak digunakan a d a l a h

b a i k d i b u t u h k a n t e g a n g a n rnasukan ( S u p p l y V o l t a g e ) yang

b e s a r n y a b e r k i s a r a n t a r a 9 . 5 v o l t sampai 40 V o l t , adapun

t e g a n g a n k e l u a r a n yang d a p a t d i h a s i l k a n b e r k i s a r a n t a r a

2 . 0 V o l t sarnpai 37 V o l t t e g a n g a n rnantap. R a n g k a i an

[image:27.599.110.526.189.719.2]

pernantap t e g a n g a n i n i d a p a t d i l i h a t p a d a G a m b a r 5 .

Gambar 5 . I C 723 s e b a g a i pernantap t e g a n g a n . ( M a r s t o n

dalam

Muhadhy, 1 9 8 7 )

N i l a i t e g a n g a n k e l u a r a n d i p e n g a r u h i o l e h n i l a i

t a h a n a n R, dan R, s e s u a i dengan persamaan b e r i k u t :

J e n i s I C l a i n yang d a p a t d i p e r g u n a l t a n a d a l a h I C

t i p e 7 8 X X u n t u k t e g a n g a n k e l u a r a n p o s i t i p ( 7 8 0 5 u n t u k

t e g a n g a n k e l u a r a n 5 v o l t , 787 2 u n t u k t e g a n g a n k e l u a r a t i

1 2 V o l t , 7815 u n t u k t e g a n g a n k e l u a r a n 1 5 V o l t dengan

I C t i p e 79XX u n t u k tegangan k e l u a r a n n e g a t i p (7905 u n t u k

t e g a n g a n k e l u a r a n -5 V o l t , 7912 u n t u k tegangan k e l u a r a n

-12 V o l t ) . Cara merangkai I C i n i d a p a t d i l i h a t pada

Gambar 6.

78XXa XXa V o l t

79XXb -XXb V o l t

Gambar 6. I C t i p e 78XX dan 7 9 X X sebagai pemantap tegangan DC.

F . S i s t e m P e n g i n d e r a

Besaran-besaran f i s i s yang akan d i u k u r misa2nya

d a p a t b e r u p a suhu, d e r a j a t warna, i n t e n s i t a s cahaya,

t e k a n a n dan sebagainya rnerupakan fenomena yang t i d a k

b e r u p a s i n y a l 1 i s t r i k . Untuk menerapkan metode dan

t e k n i k pengukuran s i s t e m e l e k t r o n i k , maka fenomena

t e r s e b u t h a r u s d i u b a h a t a u d i k o n t r o l menjadi s i n y a l

l i s t r i k dengan bantuan p e n g i n d e r a .

A l i r a n a i r akan rnempunyai tekanan yang berbeda p a d a

k e c e p a t a n yang berbeda. Dengan m e l i h a t ha1 t e r s e b u t

k i t a d a p a t mempergunakan s t r a i n gauge u n t u k mengukur

[image:28.595.96.512.76.367.2]

hambatan 1 i s t r i k yang d i t i m b u l kan a p a b i l a k i t a memberi-

kan tegangan yang k o n s t a n pada s t r a i n gauge.

Ben-tuk d a r i s i s t e m p e n g i n d e r a yang s e r i n g d i g u n a k a n

s e b a g a i a l a t pengukur e l e k t r o n i k a a d a l ah r a n g k a i a n

j e m b a t a n Wheatstone

.

Rangkaian i n i d i b e n t u k o l e h

empat buah hambatan R,, R,, R, dan R,. S e p e r t i yang

d i

t u n j u k k a n dalam Gambar 7 . . V o l t m e t e r akan menun- j u k k a n angka

0

v o l t a p a b i i a tegangan pada El sama

dengan tegangan pada E,. H a l i n i t e r j a d i a p a b i l a R,/R,

=

R,/R,.

A p a b i i a R,- a t a u R, pad2 Gambar 7 . d i g a n t i dengan

p e n g i n d e r a , maka perubahan hambatan d a r i p a r a m e t e r f i s i s

yang d i u k u r akan menyebabkan adanya a r u s yang m e l a l u i

V o i t m e t e r

.

A r u s t e r s e b u t merupakan b e s a r a n s i n y a l

1 i s t r i k yang d i b u t u h k a n s e b a g a i masukkan a i a t pengukur

e l e k t r o n i k u n t u k mengukur k a r a k t e r i s t i ' k d a r i suati:

o b y e k .

G.

S i s t e m Penguat

S i s t e m p e n g u a t b e r i u n g s i u n t u k menguatkan perubahan

besaran l i s t r i k d a r i p e n g i n d e r a , s e h i n g g a perubahan

s i n y a l yang k e c i l d a p a t d i u k u r l e b i h t e l i t i .

Sebagai p e n g u a t d a p a t d i gunakan t r a n s i s t o r a t a u

p e n g u a t o p e r a t i f (Op Amp). Penggunaan t r a n s i s t o r seba-

g a i s i s t e m p e n g u a t mempunyai beberapa kelemahan a n t a r a

l a i n impedansi masukan dan impedansi k e l u a r a n rendah,

s e h i n g g a cukup banyak menyerap daya l i s t r i k d a r i besaran

yang akan d i k u a t k a n dan d i u k u r . Disamping i t u t r a n s i s -

t o r mempunyai penguatan yang r e l a t i f rendah, 1 i n i e r i ta s

k u r a n g dan c a r a u n t u k mengatur penguatan l e b i h s u l i t .

Penguat o p e r a t i f ( 3 p Amp) mempunyai s i f a t yang

l e b i h b a i k s e b a g a i penguat d i bandingkan dengan

t r a n s i s t o r k a r e n a penguat o p e r a t i f mempunyai impedansi

rnasukan yang t i n g g i dan impedansi k e l u a r a n yang r e n d a h ,

s e h i n g g a menyerap daya yang cukup k e c i 1, d i s a m p i n g i t u

penguatan tegangannya cukup t i n g g i dan mudah u n t u k

d i a t u r .

1 . Penguatan dengan T r a n s i s t o r

T r a n s i s t o r sebagai penguat d i k a t a k a n b e k e r j a

a p a b i l a ada a r u s yang m e n g a l i r d i a n t a r a t e r m i n a l

k o l e k t o r - e m i t o r ( a r u s I c ) . Arus

Ic

i n i hanya akan

b a s i s-erni t o r ( a r u s

I d ) .

P e r b a n d l tngan a n t a r a k u a t

a r u s

I

dan

I,

d i s e b u t f a k t o r penguatan t r a n s i s i t o r

(13).

Besarnya penguatan i n i b e r v a r i e s i u n t u k s e t i a p

j e n i s t r a n s i s t o r . Rangkaian sederhana t r a n s i s t o r

[image:31.599.72.534.71.740.2]

s e b a g a i penguat d a p a t d i l i h a t pada Gambar 8 .

Gambar 8 . Rangkaian penguatan dengan T r a n s i s t o r ( S u t r i s n o , 1986)

pada rangl,a?an t e r s e b u t ,

Vc

dan Rc a a a i a h k o n s t a n dar?

Ic

v a r i a b e l , rnaka d i d a p a t persamaar? u n t u k tegangail

2. Penguat dengan Penguat O p e r a t i f (Op Amp)

Penguat o p e r a t i f mempunyai dua j a l a n masuk

( i n p u t ) , s a t u j a l a n masuk d i t a n d a i ( + ) d i s e b u t j a l a n

masuk t a k rnenjungki r k a n i n o n - i n v e r t i n g i n p u t ) dan

s a t u j a l a n masuk d i t a n d a i

1-1

d i s e b u t j a l a n masuk

menjungkirkan ( i n v e r t i n g i n p u t ) . Pada Gambar 9 .

d a p a t d i l i h a t penguat t a k menjungkirkan.

Vout

=

(

R 2 / R i

+ 1 )

*

Vin

Gambar 9 . Penguat t a k menjungkirkan.

Pada Garnbar 10. dapat d i l i h a t penguat menjung-

k i r k a n dan persamaannya.

-

"out

-

-

R 2 / R 1

*

" i n

Gambar 11. rnernperlihatkan penguatan r n e i a l u i

rnasukan rnenjungki r k a n dan t a k menjungki r k a n (Penguat

D i f f e r e n t i a l ) .

Gambar 11. Penguat D i f f e r e n s i a i

Gambar 12. rnemperl

i

hatkar: penguatan l e b i h d a r i

s a t u masukan.

G. S i s t e m Peraga

Untuk menampilkan d a t a pengukuran agar d a p a t dime-

n g e r t i o l e h i n d e r a manusia d a p a t d i l a k u k a n dengan bebe-

r a p a c a r a , a n t a r a l a i n dengan j a r u m penunjuk p a d a s u a t u

s k a l a m e t e r , k e r t a s g r a f

i

k , tabung i n d i k a t o r angka dan

p e r a g a angka dengan menggunakan peraga t u j u h r u a s

( " s e v e n segment d i s p l a y " ) . Peragaan dengan j a r u m

p e n u n j u k , mempunyai beberapa kelemahan dalam pembacaan

s k a l a y a i t u s e r i n g t e r j a d i k e s a l ahan p a r a l a k s dan dalam

menduga angka d e s i m a l t e r a k h i r .

Peragaan dengan mempergunakan k e r t a s g r a f i k mempu-

n y a i beberapa kelemahan y a i t u k u r a n g b a i k b i l a digunakan

untuic mendeteksi s u a t u obyek yang berubah s e c a r a c e p a t

dan mendadak, s u l i t perawatan dan k a l i b e r a s i :

Peragaan dengan tabung angka memerlukan tegangan

yang cukup t i n g g i , s u l i t dalam pembuatannya dan memerlu-

kan b i a y a yang cukup t i n g g i .

Peragaan dengan menggunakan peraga t u j u h r u a s

merupakan t e k n i k pe-agaan yang s e r i n g digunakan dalam

pembuatan a1 a t - a l a t u k u r . S i s t e m peraga i n i mernpunyai

k e l e b i h a n dalam pembacaan l e b i h o b y e k t i f dan mudah

d i k a l

i

b e r a s i

.

S i s t e m peraga angka urnurnnya mempunyai t u j u h segrnen

yang d i i s i o l e h masing-masing f i l a m e n ( L E D ) yang b e ~ p i -

t u k angka delapan Gambar 13. menunjukan metode u n t u k

[image:35.602.110.540.79.611.2]

menyalakan LED pada s i s t e m p e r a g a Common Anoda.

Gambar 13. Me-tode menyalakan LED pada S i s t e m Peraga Common Anoda

P r i n s i p k e r j a u n t u k menyalakan LED pada ganbar

t e r s e b u t a d a l a h dengan c a r a memberi tegangan sebesar 5

V o l t pada k a k i anoda, u n t u k k a k i k a t o d a dihubungkan

dengan s i n y a l

( 0

dan 1 ) d a r i dekoder l e w a t tahanan ( R

=

150 R )

.

Apabi l a s a k l a r menutup, maka k a t o d a mendapat

s ~ n y a l 0 ( d i b u m i k a n ) dan LED menyala k a r e n a r a n g k a ~ a n m e n j a d i p e n c a t u daya t e r t u t u p .

H. Dasar-Dasar Tekni k D i g i t

1 . P e n g e r t i a n L o g i k a dan D i g i t

L o g i ka d a p a t d i k a t a k a n s u a t u h a s i 1 yang d a p a t

d i a n d a l k a n dengan c a r a mendapatkan i n f o r m a s i yang

Pada l o g i k a manusia banyak kemungkinan yang

d a p a t t e r j a d i , a t a u d a p a t d i k a t a k a n h a s i l k e p u t u s a n

manusi a d a p a t memberi kan bermacam-macam jawaban,

s e p e r t i : " y a " , " t i d a k " , "Mungkin", " b i s a j a d i " ,

" h a m p i r " dan sebagainya. Pada l o g i k a b i n e r hanya

mengenal dua macam t a n d a s e h i n g g a l o g i k a b i n e r l e b i h

mudah d i p e r g u n a k a n u n t u k keputusan yang j e l a s dan

t e p a t .

Dalam s i s t e m d i g i t , besaran k e l u a r a n berubah

s e c a r a d i s k r i t t e r g a n t u n g d a r i i n f o r m a s i masukan.

K e i u a r a n hanya memberikan s a t u d a r i dua kemungkinan,

y a i t u k o n d i s i " b e n a r " a t a u " s a l a h " . Secara n u m e r i k

b i a s a digunakan " 1 " a t a u " 0 " . Pernyataan i n i i d e n t i k

dengan "ada tegangan" a t a u " t i d a k ada t e g a n g a n " .

2 . . A l j a b a r B o o l e

Pada t a h u n 1815 - 1864, ah1 i matemati k a b e r k e -

bangsaan i n g g r i s bernama George Booie menciptakan

l o g i k a ungkapan dalam b e n t u k matematis dengan h u r u f

dan s i m b o l n y a , p r i n s i p t e r s e b u t d i k e n a l menjadi

A l j a b a r B o o l e yang d i d a s a r i s i s t e m b i l a n g a n b i n e r .

Kaidah i n i kemudian dikembangkan o l e h E . Shanon dalam

b i d a n g e l e k t r o n i k a dengan dua k o n d i s i , y a i t u 1 dan 0 .

Penentuan keputusan h a r u s d i d a s a r i o l e h l o g i k a

juga dinamakan A1 jabar Sakl

ar karena di terapkan

terutama dalam rangkaian-rangkaian yang menerapkan

sistem saklar.

A d a sepuluh hukum yang digunakan dalam Aljabar

Boole

.

Untuk memudahkan pengertian hukum-hukum

tersebut

1

ima hukum di antaranya di

jel

askan dengan

sistem saklar yang terlihat pada Tabel

1 .

a. Hukum Identitas

A=B dan B=C, maka A=C

b.

Hukum Pembalikan D u a Kali

=

A

=

A

c. Hukum Absorbsi

A

+

(A.B)

=

A

d .

Hukum Penjalinan dengan Konstanta

1.

A . l

=

A

2.

A.0

=

0

3.

A+l

=

1

4.

A+O

=

A

e.

Hukum-hukum De Morgan

-

-

-

1. A.6

=

A.B

- -

-

T a b e l 1. Hukum A l j a b a r B o o l e dengan S i s t e m Sa.klar

f . A s o s i a t i f

-

A . ( B . C ) = ( A . B ) . C

-

(A+B)+C=A+(B+C)

Nama Hukum

g . Komplementasi A + A = O

S i s t e m S a k l a r _I

h . Idernpotent

P . = A . A . A

A = A + A + A

i . K o m u t a t i f

[image:38.595.99.524.134.695.2]

3. Rangkaian Logika

Rangkaian L o g i k a (gerbang l o g i k a ) dinamakan

j u g a r a n g k a i a n p i n t u . Rangkaian i n i t i d a k p e r l u

d i b u a t sambung menyambung, sebab d i pasaran sudah

t e r s e d i a dalam bentuk

iC.

J e n i s - j e n i s rangkaian

T a b e l 2. J e n i s - j e n i s gerbang l o g i k a

N a m a G e r b a n g S i m b o l A

a

F

I

AND

I

I

NAND

I

NOR

I

E X C L U S I V E - O R

A

I

0

0

!

I

E X C L U S I V E - N C R

6

,

,

! V

I

1

i

I i

YES

NOT 1 0

4 . F l i p - f l o p Elementer

F l i p - f l o p adalah r a n g k a i a n yang dapat menyimpan

i n f o r m a s i selama sumber 1

i

s t r i k belum d i p u t u s k a n .

B e k e r j a a t a s dasar a r u s b a l i k .

Rangkaian i n i dapat dibangun d a r i dua buah P i n t u

.

Nand a t a u dua buah P i n t u Nor yang s a l i n g dihubungkan

menyi l a n g , y a i t u k e l u a r a n d a r i p i n t u yang pertama

menjadi masukan pada p i n t u yang kedua dan k e l u a r a n

d a r i p i n t u yang kedua menjadi masukan pada p i n t u yang

pertama. Dua j a l a n masukan masing d i b e r i tanda S

( s e t ) dan R ( R e s e t ) , sedangkan dua buah k e l u a r a n

d i b e r i tanda Q dan

b .

Bentuk sederhana d a r ~ F l i p - f l o p adalah SR F l i p -

f l o p yang d i b u a t d a r i dua buah P i n t u Nand. Men-Set

F l i p - f i o p b e r a r t i membuat Q

=

I . Me-Rese~ F l i p -

-

f l o p b e r a r t i membuat agar Q

=

0 . Pada Gambar 1 4 . [image:41.608.122.550.104.791.2]

dapat d i l i h a t SR F l i p - f l o p b e s e r t a simbolnya.

5 . Rangkai an Pencacah

Mencacah d a p a t j u g a b e r a r t i m e n g h i t u n g . A l a t

u n t u k rnencacah d i s e b u t Pencacah ( C o u n t e r ) . Hampir

semua r a n g k a i a n l o g i k a rnerupakan pencacah. S a l a h

s a t u pencacah yang banyak d i p a k a i a d a l a h r a n g i t a i a n

F l i p - f l o p yang d a p a t mencacah b i l a n g a n b i n e r . Peru-

.bahan b i l a n g a n b i n e r m e n j a d i d e s i m a l d a p a t d i l i h a t

pada T a b e l 3.

T a b e l 3 . Tabel Kebenaran S i s t e m Pencacah Bilanga:: B i n e r

K e l u a r a n Pencacah P u l s a rnasukan ke

A B C D

Ada t i g a c a r a pencacahan, y a i t u rnencacah r n a j k ,

mencacah rnundur dan mencacah maju-mundur. S a l a h s a t u

[image:42.599.128.550.50.658.2] [image:42.599.143.532.356.650.2]

maju BCD s i n k r o n a t a u d i s e b u t j u g a pembagi s e p u l u h .

Pada t i p e pencacah i n i

,

d e n y u t yang ke 10, r a n g k a i a n

d i - R e s e t u l a n g k e 0 .

K o n v e r s i Sandi

Agar b i l a n g a n b i n e r d a p a t diperagakan, maka

d i p e r l u k a n p e n g a l i h a n ( K o n v e r s i ) d a r i b i l a n g a n BCD

( B i n a r y Coded Desimal ) ke b i 1 angan d e s i ma1

.

Untuk

p e n g a l i h a n b i l a n g a n t e r s e b u t d a p a t digunakan k o n v e r s i

s a n d i ( D e k o d e r ) . Cara k e r j a Dekoder BCD sarnpai k e

u n i t d i p e r l i h a t k a n pada Tabel 4 .

Tabel 4 . Tabel Kebenaran Dekoder ke U n i t Penampil

1

Masuk Ke 1 u a r

Desimal

[image:43.595.132.513.407.643.2]

111. PENDEKATAN RANCANGAN

A l a t pengukur kecepatan a i r d ~ g i t a l yang d i b u a t ,

pada dasarnya t e r d i r i d a r i l i m a s i s t e m utama, y a i t u

Pencatu Daya Pemantap Tegangan ( P D P T ) , s i s t e m pengin-

d e r a , s i s t e m penguat, s i s t e m k o n v e r s i a n a l o g k e d i g i t

dan s i s t e m peraga d i g i t a l . Bagan k e s e l u r u h a n d a r i a:at

[image:44.605.72.542.77.662.2]

d i s a j i k a n pada Garnbar 15.

Gambar 1 5 . Bagan a l a t pengukur kecepatan a i r d i g i t a l dengan p e n i n d e r a s t r a i n gauge P

-D

P

T

I

P E N G I N D E R A

I

I

PENGUAT

I

K O N V E R S I ANALOG

K E

D I G I T

I

A. P e n c a t u Daya Pemantap Tegangan

U n i t i n i u-ntuk mensuplai semua .days yang d i p e r -

l u k a n o l e h i n s t r u m e n . Rangkaian yang akan d i b u a t

mernbutuhkan 4 macam daya DC, y a i t u : - 1 2 V ( V o l t ) , 5

V , 1 2 V dan 1 5 V . Skema r a n g k a i a n Pencatu Daya

[image:45.595.95.534.114.639.2]

Pemantap Tegangan yang akan d i b u a t d a p a t d i l i h a t pada

Gambar 1 6 .

8 . S i s t e r n P e n g i n d e r a

P e n g i n d e r a b e r f u n g s i u n t u k m e n g k o n v e r s i k a n

b e s a r a n bukan l i s t r i k m e n j a d i b e s a r a n l i s t r i k . U n t u k

i n s t r u m e n i n i menerapkan k o n v e r s i d a r i s i s t e m m e k a n i k

m e n j a d i s i s t e m 1 i s t r i k . S i s t e m mekanik t e r s e b u t

b e r u p a renggangan yang t e r j a d i pada S i s t e m P e n g i n d e r a

Mekanik (dimana s t r a i n gauge di.pasang) k a r e n a adanya

a l i r a n a i r s e p e r t i yang d i p e r l i h a t k a n paaa Gambar

1 7 .

k e t e r a n g a n :

a : K a r e t tempat m e l e k a t n y a s t r a i n gauge

5 _{: S t r a i n gauge}

Renggangan t e r s e b u t dapat' d i t e r j e m a h k a n se-bagai

k e l u a r a n a1 i r a n 1 i s t r i k berupa tegangan pada S i s t e m

P e n g i n d e r a E l e k t r o n i k . U n t u k merubah b e s a r a n t e r s e -

b u t , maka P e n g i n d e r a d i r a n g k a i k a n dengan r e s i s t o r

l a i n n y a l a l u d i h u b u n g k a n dengan daya.

S i s t e m P e n g i n d e r a yang d i t e r a p k a n a d a l a h s i s t e m

j e m b a t a n Wheatstone, dengan persamaan :

dengan memberi tegangan s e b e s a r 5 V o l t , sedang s t r a i n

gauge d a p a t d i a l i r i a r u s s e b e s a r sampai 90 mA den

mempunyai besar hambatan s e b e s a r 1 2 0

R ,

maka b e r d a -

s a r k a n persamaan d i a t a s n i l a i R e s i s t o r yang d i r a n g -

k a i s e r i sebesar 6 8

R .

S i s t e m P e n e i n d e r a yang d i b u a t

d i p e r l i h a t k a n pada Gambar 78.

[image:47.602.126.533.46.757.2]

s t r a i n gauge

C. Sistem Penguat

H a s i l tegangan k e l u a r a n d a r i Sistem Pengindera

rnasih t e r l a l u k e c i l . Agar dapat t e r b a c a dalam satuan

yang l e b i h b e s a r , maka per'lu d i k u a t k a n . Karena

tegangan k e l u a r a n yang d i h a s i l k a n Sistem Pengindera

berupa tegangan s e l i s i h , .rnaka untuk menguatkan d i p a -

[image:48.616.93.514.116.725.2]

k a i .p.enguat s e l i s i h s e . p e r t i t e r i i h a t .pac!a

Gambar

19.

Gambar 19. Rangkaian Sistern Penguat

D a r i d a t a h a s i l p e r h i t u n g a n , r a n g k a i a n harus

d i k u a t k a n sebesar 3 5 0 9 k a l i . Untuk

R,

dan R, di-guna-

kan harnbatan sebesar 2 . 2 M, yang dimaksudkan untuk

mempertinggi n i l a i R, dan R, dan mempertinggi irnpe-

dansi masukan pada Sistem Penguat. O a r i h a s i l p e r h i -

tungan Hambatan R, dan

R,

adalah sebesar 6 2 7 0 ,

karena t i d a k d i d a p a t d i pasaran, maka d i p a k a i Trirnpot

D. S i s t e m Konversi Analog ke D i g i t

Besaran yang d i h a s i l k a n o i e h s i s t e m pengindera

dan s i s t e m penguat masih besaran analog. Besaran i n i

dalam s i s t e m d i g i t a l harus d i u b a h ke bentuk d i g i t

berupa p u l s a - p u l s a , Sehingga mudah u n t u k d i c a c a h .

A l a t yang b i a s a d i p a k a i adalah k o n v e r t e r d a r i anaiog

ke d i g i t . Skema b l o k d a r i K o n v e r t e r Analog ke D i g i t

dapat d i l i h a t pada Garnbar 20.

Vin ( A n a l o g )

T

Tegangan G i g i " i n

J

-

Gergaj i

Penadi ng Comparator

Penghas~ 1

-.J--

S t a r t

I

Lonceng

"out ( D i g ~ t )

denyut lonceng

r r t

Penghasi l

I

G i g i G e r g a j i [image:49.599.122.513.338.685.2]

Pencacah

Gambar 20. Skema Konversi Analog ke D i g i t

I

I

Penamp1 1

Vin yang akan d i b a c a s e c a r a d i g i t dimasukkan k e

d a l am r a n g k a i a n dengan u r u t a n , k e r j a s e b a g a i b e r i -

k u t :

I . Rangkaian s t a r t d i h i d u p k a n , menghidupkan pembang-

k i t p u l s a l o n c e n g dan p e m b a n g k i t p u l s a g i g i g e r -

g a j i T i n i e r .

2 . Denyut yang d i k e l u a r k a n pembangkit p u l s a l o n c e n g

d i c a c a h o l e h pencacah. Tegangan yang d i k e l u a r k a n

p e m b a n g k i t p u l s a g i g i g e r g a j i dan V i n diumpankan

k e p e n a n d i n g ( C o m p a r a t o r ) .

3 . A p a b i l a tegangan g i g i g e r g a j i sudah s e t i n g g i V i n ,

maka Comparator mengeluarkan d e n y u t ke p e n g h a s i l

pu:sa l o n c e n g , maka pencacahan b e r h e n t i

.

K o n v e r t e r a n a l o g ke d i g i t i n i sudah t e r g a b u n g

d a l a m s a t u kemasan I C L M 3900.

IC

LM 3900 i n i me-

ngandung empat buah op-Amp t i p e N o r t o n yang ,masing-

masing a d a l a h : p e n g h a s i l p u l s a l o n c e n g , p e n g h a s i l

p u l s a g e r g a j i dan Comparator yang yang t e l a h d i r a n g -

k a i m e n j a d i s a t u .

M e n u r u t Muhadhy ( 1 9 8 5 ) s e t i a p s i k l u s p e n g u k u r a n

d i m u l a i d a r i p u l s a R e s e t d a r i A,. Op-Amp i n i mengna-

s i l k a n p u l s a s e t i a p dua d e t i k , s e h i n g g a p e r a g a a n

pengukuran d i u k u r t i a p dua d e t i k s e k a l i . H a l i n i

l e b a r p u l s a d a p a t a i a t u r m e l a l u i t r i r n p o t , l e b a r yang

n o r m a l m e n d e k a t i 25 m i k r o d e t i k . R a n g k a i a n S i s t e r n

K o n v e r s i A n a l o g k e D i g i t d a p a t d i l i h a t pada Gambar

21. _.-

..

U"'

I

[image:51.595.119.545.56.587.2]

E . S i s t e m Peraga

Pada umumnya S i s t e m Peraga t e r d i r i d a r i t i g a

s i s t e m utama, y a i t u s i s t e m pencacah, s i s t e m k o n v e r s i

sand? dan s i s t e m .penampil.

1 . S i s t e m Pencacah

U n i t i n i b e r f u n g s i u n t u k mencacah p u l s a

( f r e k w e n s i ) yang d i h a s i l k a n unit sebelurnnya.

t i n t u k S i s t e m Pencacah d l g u n a k a n d a s a r - d a s a r b i -

i a n g a n b i n n e r , y a i t u 0 dan 1 . yang d i s e b u t s i s t e m

BCD ( E i n a r y Coded Desima! ) dengan 4 b i t . S i s t e m

Pencacah d a p a t d i l i h a t pada Gambar 2 2 .

4~ppJJph%p

d t k d t k d t k d t k

k R

I

k R { k R

k R

I

[image:52.602.107.537.67.770.2]

I I

Gambar 22. S i s t e m Pencacah

FFA, FFB, FFC dan FFD a d a l a h t i p e - t i p e f l i p -

f l o p J K yang d a p a t mencacah p u l s a b e r t u r u t - t u r u t

1 , 2 , 4 dan 8 . Untuk mendapatkan n i l a i dalam s a t u a n , p u l uhan dan r a t u s a n d i p e r l u k a n t i g a buah

S i s t e m Pencacah s e p e r t i d i a t a s yang sudah t e r s e -

S i s t e m K o n v e r s i Sandi

Simbol l o g i k a d a r i S i s t e m K o n v e r s i Sandi i n i

[image:53.595.161.516.192.659.2]

d a p a t d i l i h a t pada Gambar 2 3 .

U n i t i n i b e r f u n g s i u n t u k menglrbah sand1 BCD ke

b i l a n g a n d e s l m a l . Untulc mendapatkan S i s t e m KOG-

v e r s i Sandi S e p e r t i d i a t a s d i p a k a i I C MC 1 4 5 1 1

3. U n i t Penampil

U n t u k u n i t p e n a m p i l d i g u n a k a n p e n a m p i l 7

segmen (Seven Segment D i s p l a y ) . S i s t e m Peraga

s e c a r a k e s e l u r u h a n d a p a t d i l i h a t pada Gambar 24.

[image:54.605.76.540.332.661.2]

I V . METODE PENELITIAN

A . Waktu dan Ternpat

P e n e l i ti an d i 1 aksanakan pada b u l a n Mei s a m p a i ~

Desember 1 9 9 1 , b e r t e m p a t d i L a b o l a t o r i u m Ergonomika dan

e l e k t r o n i k a dan L a b o l a t o r i u m T e k n i k Tanah dan A i r .

B. Bahan dan A l a t

1 . Bahan

a . Bahan u n t u k pembuatan r a n g k a i a n e l e k t r o -

n i k a , m e l i p u t i beberapa macam I C , k a p a s i t o r ,

s t r a i n gauge dan hambatan, d i o d a , p e r a g a t u j u h

r u a s , t r a n s f o r m a t o r , s a k l a r , s o k e t I C , t i m a h ,

k a b e l , PCB, L a r u t a n F e r r i K l o r i d a , dan b a t e r a i .

b: Bahan-bahan l a i n s e p e r t i a i r , c a i r a n t e r t e n t u

u n t u k p e n g u j i a n dan k a r e t tempat m e l e k a t n y a

s t r a i n gauge.

2 . A l a t

a . A l a t - a l a t yang dipergunaltari u n t u k m e r a k i t kompo-

nen e l e k t r o n i k a m e l i p u t i s o l d e r l i s t r i k , m u l t i m e -

t e r dan b o r m i n i .

b . A l a t - a l a t b a n t u l a i n s e p e r t i t a n g , g u n t i n g ,

c . S a l u r a n p e n g a t u r k e c e p a t a n a l i r a n A i r ( H i d r a u l i c

Channel ) dan S t o p Watch u n t u k rnengetahui .kecepa-

t a n a l i r a n a i r u n t u k k a l i b e r a s i a l a t .

C . Tahap Penguj i a n

1 . P e n g u j i a n Kepekaan S i s t e m P e n g i n d e r a

P e n g u j i a n i n i b e r t u j u a n u n t u k mencari hubungan

a n t a r a v a r i a s i k e c e p a t a n a? r dengan t i n g k a t tegangan

k e l u a r a n d a r i s i s t e m p e n g i n d e r a yang d i b u a t .

2 . P e n g u j i a n S i s t e m K o n v e r s i Analog k e D i g i t dan S i s t e m

Peraga

P e n g u j i a n i n i b e r t u j u a n u n t u k mengarnati hubungan

a n t a r a tegangan yang diurnpankan pada s i s t e r n pengubah

a n a l o g ke d i g i t dengan angka y a n g d i h a s i l k a n o l e h

s i s t e r n ,peraga d i g i t a l .

3. P e n g u j i a n ~ i s t e m Penguat

P e n g u j i a n i n i b e r t u j u a n u n t u k mencar1 b e s a r n y a

penguatan yang d i p e r l u k a n agar tegangan k e l u a r a n pada

S i s t e m P e n g i n d e r a s e s u a i dengan Tegangan rnasukan oada

D . Metode P e n g u j i a n

Metode yang d i g u n a k a n a d a l a h metode r e g r e s i l i n e a r

sederhana. Metode i n i d i g u n a k a n u n t u k mendapatkan

f u n g s i l i n e a r i t a s d a r i hubungan a n t a r a kecepatan a i r ( X )

dengan tegangan yang d i k e l u a r k a n 01 eh s i s t e m p e n g i n d e r a

(Y).

Menurut W a l p o l e ( 1 . 9 8 2 ) , s e c a r a m a t e m a t i k persamaan

r e g r e s i 1

i

nea-r a d a l a h :

n i l a i a dan b s e c a r a m a t e m a t i k d i t u n j u k k a n pada p e r s a -

maan b e r i k u t :

d imana : n

=

j u m l a h pengamatan

Sedangkan u n t u k mengetahui k e e r a t a n hubungan a n t a r a

kedua p a r a m e t e r d i t e r a p k a n a n a l i s a k o r e l a s i , yang a i t u n -

untuk kesalahan pengamatan dapat d i c a r i dengan persamaan

(S.E. )'

=

(n-1 ) / ( n - 2 ) ( ~ y " b2 SX')

dimana :

sy2

=

( n

1x2

-

( ~ x ) ' ) / ( n ( n - l ) )

E. Prosedur P e n g u j i a n

1. P e n g u j i a n Tegangan K e l u a r a n pada S i s t e m Pengindera

P e n g u j i a n d j la k u k a n pada a1 i r a n a i r , d i m u l a i

pada kecepatan a l i r a n yang p a l i n g rendah sampai

kecepatan a l i r a n yang p a l i n g t i n g g i . Pengindera

dimasukkan ke dalam a i r yang m e n g a l i r , maka akan

d i d a p a t tegangan k e l u a r a n pada Pengindera.

P e n g u j i a n d i l a k u k a n d i L a b o l a t o r i u m Teknik Tanah

dan A i r , menggunakan H i d r a u l y c Channel. Kecepatan

a l i r a n d i a t u r d i m u l a i pada k e m i r i n g a n 0 % sampai dengan 30 % ( b a t a s maksimum H i d r a u l y c Channel dapat

digunakan).

Sebagai k a l i b e r a s i kecepatan a1

i

r a n d i gunakan

c a i r a n . Caranya dengan menandai j a r a k t e r t e n t u ,

kemudian c a i r a n dimasukkan ke dalam a l i r a n a i r dan

2. P e n g u j i a n Sistem K o n v e r s i Analog ke D i g i t dan S i s t e m

Peraga d i g i t a l

.

Untuk menguji kedua s i s t e m i n ] , d i b u a t beberapa

tegangan yang berbeda-beda ( d a r i Potensiometer m u l a i

d a r i 2.10 V o l t sampai 5.91 V o l t ) untuk diumpankan ke

Sistem Konversi Analog ke D i g i t dan d i a m a t i perubahan

yang t e r j a d i pada Sistem Peraga. Data pengamatan

d i a m b i l d a r i nubungan a n t a r a tegangan masukan yang

d i b e r i k a n dengan angka yang diperagakan pada S i s t e m

V . HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hubungan A n t a r a Kecepatan A l i r a n A i r dengan Sistem

Pengindera

Hasi 1 Penguj i a n terhadap k a r e t ternpat melekatnya

s t r a i n gauge d i s a j i k a n pada Tabel 5.

Tabel 5 . Pengaruh Beban (m) Terhadap Perubahan Panjang

K a r e t ( X )

-

Dengan u j i f i s i k a d i d a p a t n i l a i t e t a p a n pegas k a r e t

in

(gram)

k

=

( 4 6 3 ) x 10' dyne/cmZ, dengan k e t e n t u a n n i l a i

I

X k

=

m.g/X

1

K r a t a - r a t a

-

k

(cm)

I

(dynelcm)

I

10

I

0 . 2

g r a v i t a s i bumi g

=

9 7 8 c m / d e t i k 2 . Kurva hubungan a n t a r a

4 8 9 0 0 4 8 9 0 0 4 8 9 0 0 4 8 9 0 0 2 0

3 0 4 0

gaya ( F

=

m.g) dengan perubahan panjang dapat d i l i h a t

2759 2759 2 7 5 9 0 . 4

0 . 6 0 . 8 5 0

6 0 7 0

I

80

9 0 1 0 0

oada Garnbar 2 5 .

I

2 7 5 9

1 . 0

I

4 8 9 0 0 2 7 5 9

1 . 3

1

4 5 1 3 8

I

1 0 0 3

1 . 5

R a t a - r a t a

-

4 5 6 4 0 5 0 1

N i l a i K ( 4 6 t