PENGGUNAAN LOAD CELL PADA JEMBATAN
TIMBANG SEBAGAI SENSOR PENGUKUR BERAT
( Aplikasi di PT. MEDISAFE TECHNOLOGIES )
O
L
E
H
NAMA : ZULFADHLI
NIM : 015203051
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
PENGGUNAAN LOAD CELL PADA JEMBATAN TIMBANG SEBAGAI SENSOR PENGUKUR BERAT
( Aplikasi di PT. MEDISAFE TECHNOLOGIES )
Oleh :
Zulfadhli NIM : 015203051
Disetujui Oleh :
Pembimbing
Ir.M. Zulfin MT. NIP : 131 945 356
Diketahui Oleh :
KETUA PROGRAM DIPLOMA IV TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK
FAKULTAS TEKNIK USU
Ir. Nasrul Abdi, MT, NIP : 131 459 554 PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
PENGGUNAAN LOAD CELL PADA JEMBATAN TIMBANG SEBAGAI SENSOR PENGUKUR BERAT
( Aplikasi di PT. MEDISAFE TECHNOLOGIES )
Oleh : ZULFADHLI
015203051
Karya Akhir ini diajukan untuk Melengkapi Salah Satu Persyaratan untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Terapan
PROGRAM DIPLOMA IV
TEKNOLOGI INSTRUMENTASI PABRIK FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Sidang tanggal 16 Bulan Febuari Tahun 2008 didepan Penguji : 1. Ir. Arman Sani, MT : Ketua Penguji ………. 2. Ir. M. Zulfin, MT : Anggota Penguji ………. 3. Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc : Anggota Penguji ……….
Diketahui Oleh : Disetujui Oleh
Ketua Pembimbing Karya
Akhir
Abstrak
Jembatan Timbang yang menggunakan Load Cell sebagai penyangga dan juga sensor pengukur berat adalah instrumen yang digunakan di PT. Medisafe Technologies. Jembatan timbang ini berfungsi untuk menimbang berat dari truk pengangkut bahan baku untuk membuat sarung tangan (Latex).
Adapun prinsip pengukuran yang dilakukan oleh Load Cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaatkan Strain Gage sebagai pengindera (sensor).
Strain Gage adalah sebuah transducer pasif yang merubah suatu pergeseran
mekanis menjadi perubahan tahanan, karena adanya tekanan dari beban yang ditimbang, akan menyebabkan tahanan dari foil kawat (timah atau perak yang berukuran tipis) berubah terhadap panjang jika bahan pada mana gage disatukan mengalami tarikan atau tekanan. Perubahan tahanannya sebanding dengan perubahan regangan. Perubahan ini kemudian diukur dengan jembatan
Wheatstone dan tegangan keluaran yang dihasilkan selanjutnya dikonversikan
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat ALLAH SWT, karena berkat kuasa dan kehendak-NYA sehingga penulis dapat menyelesaikan buku Karya Akhir ini dengan baik.
Karya Akhir ini dibuat sebagai syarat kelulusan program Diploma IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis menyusun Karya Akhir ini dengan judul “PENGGUNAAN LOAD CELL PADA JEMBATAN TIMBANG SEBAGAI SENSOR PENGUKUR BERAT( Aplikasi di PT. MEDISAFE TECHNOLOGIES )”
Dalam melakukan penulisan Karya Akhir ini penulis banyak sekali menemui kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak dan kerja keras yang dilakukan akhirnya penulis dapat menyelesaikan Karya Akhir ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Armansyah Ginting, M. Eng, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT, selaku Ketua Program Diploma IV Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. T. Ahri Bachriun, Msc, selaku Koordinator Program Diploma IV Program Studi Teknologi Instrumentasi Pabrik Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. Zulfin, MT, selaku Dosen Pembimbing penulis dalam menyusun Karya Akhir ini.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai Universitas Sumatera Utara Yang tecinta kedua orang tuaku Seluruh keluarga dan kerabat yang telah memberikan masukan dan saran pada penulis selama ini.
7. Teman-temanku Mahasiswa / i khususnya stambuk “2001” TIP D-IV Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Dalam menyusun buku Karya Akhir ini penulis menyadari bahwa buku ini belum sempurna dan jauh dari kesempurnaan, baik dari segi ilmu pengetahuan dan tata bahasa. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran demi lebih baiknya buku Karya Akhir ini.
Akhir kata, segala bantuan dan budi baik yang penulis dapatkan, penulis menghaturkan terima kasih dan hanya ALLAH SWT yang dapat memberikan ridho dan rahmad-NYA, sehingga penulis dapat menyusun buku Karya Akhir ini. Semoga buku Karya Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua dan bagi penulis sendiri tentunya.
Medan, Januari 2008 Penulis,
ABSTRAK……….…...i
KATA PENGANTAR……….ii
BAB I : PENDAHULUAN………..1
I.1 Latar Belakang Masalah …...1
I.2 Tujuan Pembahasan ...2
I.3 Rumusan Masalah ...2
I.4 Batasan Masalah...2
I.5 Metode pembahasan... ...3
I.6 Sistematika Pembahasan ...3
BAB II : LANDASAN TEORI ……...………...5
II.1 Transducer Pasif StrainGage……….……….5
II.2 Elemen Pengindera Metalik ………6
II.3 Konfigurasi Strain Gage...7
II.4 Prinsip-prinsip Dasar strain Gage……….…..8
II.5 Jenis-jenis Strain Gage……….……….….10
II.5.1 Metal WireStrainGage………...10
II.5.2 StrainGageMetal Foil……….……….12
II.5.3 StrainGage Semikonduktor………..14
II.5.4 StrainGage aplikasi khusus...16
II.6 Karakteristik Desain...18
BAB III : JEMBATAN TIMBANG...21
III.2 Konstruksi Jembatan Timbang ...22
III.3. Bagian-bagian terpenting dari Jembatan Timbang …………...23
III.3.1 Plat Form ………...23
III.3.2 Pondasi………..23
III.3.3 Badan Timbangan………...…...23
III.3.4 Load Cell………....23
III.3.5 Jembatan Wheatstone……….24
III.3.6 Amplifier………28
III.3.7 Indikator Digital ………...………28
BAB IV : APLIKASI STRAIN GAGE PADA JEMBATAN TIMBANG ...29
IV.1Prinsip Dan Cara Kerja...29
IV.2. Instalasi Pemasangan StrainGage…...……...31
IV.3 Perhitungan...32
IV.4 Analisa Data...36
BAB V : PENUTUP...38
V.1.Kesimpulan...38
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Bentuk dari transduser Daya Strain Gage
Gambar 2.2. Bentuk-bentuk Dasar dari Metal Wire Strain Gage
Gambar 2.3. Metal Foil Strain Gage
Gambar 2.4. Macam-macam Rosette untuk Gage Foil
Gambar 2.5. Jenis-jenis Konfigurasi Strain Gage Semikonduktor
Gambar 2.6. Strain Gage Aplikasi Kusus
Gambar 2.7. Tahanan Relatif Terhadap Temperatur Untuk beberapa logam Murni Gambar 3.1. Konstruksi Jembatan Timbang
Gambar 3.2. Konstruksi dari Load Cell
Gambar 3.3. Konfigurasi Jembatan Wheatstone
Gambar 3.4. Pemakaian Teorema Thevenin terhadap Jembatan Wheatstone
Gambar 3.5. Indikator Digital
DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
Lam piran 1. Spesifikasi Load Cell.
Abstrak
Jembatan Timbang yang menggunakan Load Cell sebagai penyangga dan juga sensor pengukur berat adalah instrumen yang digunakan di PT. Medisafe Technologies. Jembatan timbang ini berfungsi untuk menimbang berat dari truk pengangkut bahan baku untuk membuat sarung tangan (Latex).
Adapun prinsip pengukuran yang dilakukan oleh Load Cell menggunakan prinsip tekanan yang memanfaatkan Strain Gage sebagai pengindera (sensor).
Strain Gage adalah sebuah transducer pasif yang merubah suatu pergeseran
mekanis menjadi perubahan tahanan, karena adanya tekanan dari beban yang ditimbang, akan menyebabkan tahanan dari foil kawat (timah atau perak yang berukuran tipis) berubah terhadap panjang jika bahan pada mana gage disatukan mengalami tarikan atau tekanan. Perubahan tahanannya sebanding dengan perubahan regangan. Perubahan ini kemudian diukur dengan jembatan
Wheatstone dan tegangan keluaran yang dihasilkan selanjutnya dikonversikan
BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Masalah
Instrumen merupakan alat yang sangat penting dari suatu sistim pengukuran, instrumen ini harus ada dan berfungsi dengan baik sesuai dengan kebutuhan dimana instrumen tersebut ditempatkan. Instrumen merupakan salah satu faktor yang sangat menentukan hasil dari produksi, karena instrumen yang mengukur, mengontrol, mendeteksi, menutup, membuka, menganalisa, baik secara manual maupun secara otomatis.
Pada proses industri, pengendalian dilakukan dengan mengukur salah satu atau lebih variabel. Hasil pengukuran ini digunakan untuk perbandingan apakah proses variabel yang diukur sesuai dengan yang di inginkan.
Setiap industri senantiasa memiliki peralatan elektronik sebagai peralatan kontrol maupun sebagai pelaralatan instrumen. Alat kontrol maupun instrumen tersebut bermacam–macam bentuk dan fungsinya, salah satunya adalah alat pengukur berat dari truk pengangkut latex (bahan baku untuk membuat sarung tangan) yang digunakan di P.T Medisafe Technologies, bertujuan untuk mengetahui berat latex yang berada didalam truk tersebut, alat untuk menimbang tersebut adalah Strain Gage, tetapi pada jembatan timbang Strain Gage berada didalam Load Cell supaya pengukuran bisa dilakukan. Gambar Load Cell bisa dilihat pada Gambar 2.1.b. Dengan memanfaatkan perubahan regangan dari foil
jembatan Weatstone, prubahan tahanan sebanding dengan perubahan regangan, dan selanjutnya dikonversikan kedalam bentuk digital. Oleh karena itu, penulis merasa tertarik untuk membahas tentang Strain Gage sebagai judul Karya Akhir.
I.2.Tujuan Pembahasan
Adapun yang menjadi tujuan penulisan dalam pembahasan karya akhir ini adalah :
1. Untuk memahami prinsip kerja Strain Gage.
2. Untuk lebih mengenal lagi tentang Strain Gage dan cara-cara penggunaannya sekaligus aplikasi didalam dunia industri.
I.3. Rumusan Masalah
Dari latar belakang yang telah dipaparkan dapat dirumuskan pembahasan pokok yang akan dibahas adalah tentang bagaimana sistem kerja dari jembatan timbang yang menggunakan Strain Gage sebagai sensor pendeteksi berat dari beban yang diberikan terhadap jembatan timbang.
I.4. Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis membatasi penulisannya hanya pada hal-hal berikut ini:
1. Hanya membahas prinsip kerja Strain Gage.
I.5. Metode Pembahasan
Metode Pembahasan yang dipergunakan dalam penulisan Karya Akhir ini antara lain sebagai berikut :
1. Dengan mempelajari teoritis dan pengamatan langsung di lapangan selama Kerja Praktek (KP), serta melakukan diskusi dengan pembimbing lapangan dan juga operator dilapangan.
2. Melakukan diskusi dengan Dosen Pembimbing Fakultas.
I.6. Sistematika Pembahasan
Untuk mempermudah pembahasan dalam penulisan Karya Akhir ini, maka penulis membuat suatu sistematika pembahasan. Sistematika pembahasan ini merupakan urutan bab demi bab termasuk isi dari sub–sub babnya. Adapun sistematika pembahasan tersebut adalah :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang Latar Belakang Masalah, Tujuan Pembahasan, Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tinjauan Pustaka, Metode Pembahasan, dan Sisitematika Pembahasan.
BAB II : LANDASAN TEORI
BAB III : JEMBATAN TIMBANG
Gambaran umum dan konstruksi jembatan timbang dan digital indikator.
BAB IV : APLIKASI STAIN GAGE PADA JEMBATAN TIMBANG
Prinsip dan cara kerja, instalasi pemasangan dan perhitungan.
BAB V : PENUTUP
BAB II
LANDASAN TEORI II.1 Transduser Pasif Strain Gage
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 denga faktor gage
(gage factor).
(a) (b) (c)
Gambar 2.1 Bentuk dari Transduser daya Strain Gage (a) Kawat; (b) Foil; (c) Load Cell.
II.2 Elemen Pengindera 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 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
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 850oC.
II.3 Konfigurasi Strain Gage
pekerjaan ini dan untuk menghasilkan ketelitian yang lebih besar, tersedia gage elemen ganda atau rosette.
Rosette dua elemen yang diperlihatkan pada Gambar 2.4. 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 45o atau 60o antara elemen-elemen pengindera seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.d,e, dan f. Rosette 60o digunakan bila arah regangan utama tidak diketahui. Rosette 45o memberikan resolusi sudut yang lebih besar dan biasanya digunakan bila arah regangan utama diketahui.
II.4 Prinsip-pinsip dasar Strain Gage
Selain Strain Gage ada juga sensor lain yang dugunakan untuk mengukur regangan, seperti sensor Reluktif dan Photo optikal atau Photo stress, akan tetapi pengukuran beban pada jembatan timbang menggunakan Strain Gage.
Strain Gage adalah komponen elektronika yang dipakai untuk mengukur
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 Whetstone yang kemudian akan diketahui berapa besar tahanan pada Strain Gage. Tegangan keluaran dari jembatan Wheatstone
merupakan sebuah ukuran regangan yang terjadi akibat tekanan dari setiap elemen pengindera Strain Gage. Tekanan itu kemudian dihubungkan dengan regangan sesuai dengan hukum Hook yang berbunyi : Modulus elastis adalah rasio tekanan
dan regangan. Dengan demikian jika modulus elastis adalah sebuah permukaan
benda dan regangan telah diketahui, maka tekanan bisa ditentukan..Hukum Hook dituliskan sebagai
σ =
E s
……….(1)
dimana σ = regangan, ∆l/l (tanpa satuan)
s = tegangan geser, kg/cm 2
E = modulus Young, kg/cm2
Bila dua gage atau lebih digunakan, maka tekanan pada pelacakan arah setiap gage bisa ditentukan dengan menggunakan perhitungan. Namun demikian persamaannya memiliki tingkat kompleksitas yang berbeda tergantung pada kombinasi dan orientasi gage tersebut.
Faktor gage K =
Jadi regangan diartikan sebagai perbandingan tanpa dimensi, perkalian unit yang sama, misalnya mikroinci / inci atau secara umum dalam persen (untuk deformasi yang besar) atau yang paling umum lagi dalam mikrostrain.
Perubahan tahanan ∆R pada sebuah konduktor yang panjangnya l dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang penampangnya serba sama, yaitu :
R = ρ
d = diameter konduktor
II.5 Jenis jenis 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 biasanya diikat atau ditempelkan 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 2.2 adalah bentuk-bentuk dasar dari Metal wire Strain gage yang bisa diikat, dan wayar dirangkai dengan pola zig-zag.
(a) (b) (c)
Gambar 2.2 Bentuk-bentuk dasar dari Metal Wire Strain Gage.
(c) Desain pelindung gage yang dapat di pindah- pindahkan.
Gambar 2.2.b dan Gambar 2.2.c menunjukan gage yang dapat di transfer. Karakteristik dari filamen adalah sebagai berikut :
1) Faktor Gage tertinggi
2) Koefisien suhu resistansi rendah 3) Resitivitas tinggi
4) Kekuatan mekanis tinggi
5) 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 nikel-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.
ditransfer. Plastik yang bisa dipatahkan seperti Vinyl sering dibuat dalam bentuk rangka 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.
II.5.2 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
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 2.3.
Gambar 2.3Metal Foil Strain Gage
Gambar 2.3 menunjukkan beberapa contoh yang keseluruhannya memiliki ukuran yang dan aplikasi yang berbeda. Jenis-jenis dari Metal Foil Strain Gage lain dapat dilihat pada Gambar 2.4, diantaranya Rosette 90o yang dapat mengukur aksial dan regangan trasfer sekaligus. Variasi desain ini adalah stress gage
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.
(a) (b) (c)
(d) (e)
(f)
Gambar 2.4 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.
(f) Rosette tiga elemen foil datar 60o.
II.5.3 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.
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 Gagemetal mencapai 40.000μm.
pemakaian stifer. Pada dasarnya elemen pengindera jauh lebih stabil dan memberikan respon dengan frekuensi yang jauh lebih tinggi. Gambar 2.5 menunjukkan jenis–jenis konfigurasi Strain gage Semikonduktor.
Gambar 2.5 Jenis-jenis konfigurasi Strain Gage Semikonduktor
Permukaan gage yang bisa ditransfer ataupun enkapsulasi pada carrier
Rosette dual element ataupun jembatan penuh bisa dibuat sehingga bisa
mengkompensasi 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.
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.
II.5.4 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.
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 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 gageFatigue-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 2.6
Gambar 2.6 Strain Gage Apalikasi Khusus
II.6 Karakteristik Desain
Dimensi gage tidak hanya meliputi panjang gage dan lebar grid, akan tetapi keseluruhan panjang, luas dan terminal termasuk kedalam dimensi dari gage itu sendiri. Untuk gage multi element (rosette ataupun kombinasi gage aktif / dummy) sifat dan tujuan pola gage harus digambarkan. Bila gage adalah sebuah kompensasi suhu untuk koefisien muai termal dari sebuah permukaan yang diukur, maka material permukaan yang akan diukur harus dijelaskan juga.
Tahanan gage ditunjukkan dalam ohm dengan sebuah toleransi, untuk setiap
gage maupun untuk masing–masing gage dalam rosette. Arus eksitasi maksimum yang diizinkan untuk sebuah gage harus diketahui. Untuk gage yang bisa dilebur dan gage enkapsulasi, resistansi insulasi juga harus dijelaskan.
Faktor gage selalu ditunjukkan untuk sebuah besaranya tekana terhadap
Strain Gage, bersamaan dengan toleransinya. Range regangan harus ditunjukkan dalam persen dengan memahami bahwa range pada toleransi linieritas yang dijelaskan, histerisis akan berlaku. Selain itu kemampuan over range bisa diketahui (batas regangan). Sensitivitas juga harus di jelaskan. Range opersi selalu dijelaskan untuk sebuah gage ataupun rosette dan pengaruh termal pada faktor
gage, tahanan gage harus ditunjukkan, biasanyan diartikan untuk eksposur jangka pendek.
Pengaruh pemuaian panas Strain Gage dan pengaruh muai panas difrensial antara gage dan permukaan yang diukur sering diartikan sebagi “regangan nyata” bahkan untuk jenis gage kompensasi suhu sendiri (untuk pemuaian
dijelaskan dengan keakuratan gage yang dipasang, dengan metode tertentu pada spesimen yang telah diketahui dengan baik. Defenisi berikut bisa dipakai pada
Sratin Gage untuk sistem – sistem pengukuran regangan.
1. Indicated Strain adalah keluaran dari sebuah Strain Gage yang
dipasang dan setelah kesalahannya dikoreksi dengan sistem pengukuran.
2. Real Strain adalah deformasi pengukuran yang diukur karena muatan
yang dipakai maupun perubahan thermal.
3. Apparent Strain adalah beda antara regangan nyata dan regangan yang
ditunjukkan.
4. Thermal Strain adalah doformasi spesimen yang belum diregangkan
karena perubahan suhu.
5. Mechanical Strain adalah beda antara regangan nyata dan thermal. 6. Thermal out put adalah hasil regangan yang ditunjukkan dari regangan
nyata dan regangan thermal.
Definisi–definisi ini sangat penting guna memahami beberpa fenomena yang terjadi selama pengukuran regangan aktual, tetapi bukan yang ditunjukkan dalam spesifikasi gage.
negatif, yang menandakan bahwa tahana tersebut berkurang terhadap kenaikan temperatur.
. Material-material dasar yang digunakan dalam pembuatan Strain Gage menggunakan besi, nikel, tembaga, perak dan platina, akan tetapi dengan berkembangnya pengetahuan tentang alat ini bahan untuk membuat Strain Gage
sudah berupa material-material paduan (alloy), cotohnya tembaga-nikel, nikel-besi dan lain-lainnya yang telah disesuaikan dengan kebutuhan, seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya (bab 2.2). Material-material ini memiliki koefisien tahanan temperatur yang positif . Gambar 2.7 memperlihatkan variasi tahanan terhadap temperatur untuk berbagai bahan yang sering digunakan.
BAB III
JEMBATAN TIMBANG III.1. Gambaran Umum
Jembatan timbang adalah salah satu instrumen yang digunakan di PT. Medisafe Technologies yang berfungsi untuk menimbang berat dari truk beserta latex ( bahan baku untuk membuat sarung tangan ) dan hasil produksi.
Dengan adanya jembatan timbang pada saat ini sangat membantu manusia dalam mengukur berat dari suatu benda, sekalipun benda tersebut memiliki bobot yang berat. Biasanya jembatan timbang ini digunakan pada pabrik–pabrik atau industri besar, yang berfungsi untuk menimbang bahan baku atau hasil proaduksi dalam jumlah besar.
Jembatan timbang ini memakai prinsip tekanan yang menggunakan Load Cell sebagai penyangga badan dari timbangan dan sekaligus sebagai sensor. Kapasitas beban yang bisa ditampung oleh jembatan timbangan adalah 10 ton hingga 60 ton.
dikonversikan kedalam bentuk angka-angka dengan menggunakan indikator digital.
III.2. Konstruksi Jembatan timbang
Adapun konstruksi dari jembatan timbang dapat dilihat peda Gambar 3.1
A. Pandangan samping dari Jembatan Timbang.
B. Pandangan atas dari Jembatan Timbang.
III.3. Bagian-bagian terpenting dari Jembatan Timbang.
III.3.1. Platform
Platform merupakan lantai bagian atas dari jembatan. Platform ini
berfungsi sebagai landasan dari beban yang di timbang atau sebagai pondasi truk yang akan ditimbang. Platform ini dibuat dari plat baja yang tahan terhadap tekanan dan tidak akan melengkung apabila dibebani. Untuk menjamin kekuatan dari Platform ini maka dipasang besi penyangga di bagian bawah konstruksi ini seperti yang terlihat pada Gambar 3.1
III.3.2. Pondasi
Pondasi berfungsi sebagai dasar untuk menahan beban timbangan dan pada dasar timbangan diletakkannya tapak Load Cell yang disusun sedemikian rupa untuk menahan tekanan dari beban maupun badan timbangan itu sendiri. Dasar timbangan atau pondasi ini juga menentukan ketepatan dari penimbangan, untuk itu Pondasi harus benar-benar rata dan kuat. Gambarnya dapat dilihat pada Gambar 3.1
III.3.3 Badan Timbangan
Badan Timbanagan merupakan kerangka dasar dari jembatan timbangan dan sekaligus merupakan tempat komponen dari jembatan diikatkan seperti
III.3.4. Load Cell
Load Cell merupakan suatu komponen yang berperan sebagai pendeteksi
berat dari beban yang ditimbang. Jumlah Load Cell ini disesuaikan dengan ukuran dari Platform ataupun kemampuan dalam mengukur beban. Pada jembatan ini penggunaan Load Cell berjumlah 6 buah karena beban maksimum yang diukur adalah 60 ton, sedangkan penggunaan 4 buah Load Cell untuk beban maksimum 40 ton. Sensor yang digunakan didalam Load Cell ini adalah sensor pengukur regangan atau sering disebut dengan Strian gage. Keluaran dari sensor ini berupa sinyal analog yang kemudian dikonversikan ke suatu pengubah digital dengan keakuratan tinggi. Konstruksi dari Load Cell dapat dilihat pada Gambar 3.2
Gambar 3.2 Konstruksi dari LoadCell
guncangan dan ayunan) akibat adanya beban yang diberikan masih bisa melakukan pengukuran dengan respon yang baik seperti yang terlihat pada Gambar 3.2
III.3.5. Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah sebuah rangkaian yang memiliki empat lengan resistif beserta sebuah sumber ggl dan sebuah detektor nol yang biasanya adalah galvanometer atau alat ukur arus sensisif lainnya. Arus melalui galvanometer bergantung pada beda potensial antara titik c dan d. Jembatan disebut setimbang jika beda potensial pada galvanometer adalah 0 V, artinya tidak ada arus yang melalui galvanometer. Kondisi ini terjadi apabila tegangan dari titik
c ke a sama degan tegangan dari titik d ke a ; atau dengan mendasarkan ke terminal lainnya, jika tegangan dari titik c ke b sama dengan tegangan dari titik d
ke b. Jadi jembatan adalah setimbang jika:
I2R2 = I3R3...(4) Jika araus galvanometer adalah nol, kondisi berikut juga dipenuhi :
I1 = I3 =
Gambar 3.3. Konfigurasi Jembatan Wheastone
Dari Gambar 3.3 dapat dilihat bahwa jembatan Wheatstone terdapat empat lengan yaitu lengan standar, lengan yang tidak diketahui resistansinya, dan lengan pembanding. Pada kondisi ini jembatan berada dalam keadaan tidak setimbang karena ada resistansi yang tidak sama dengan tiga resistansi lainnya, artinya tegangan pada galvanometer atau alat ukur sensitif tidak sama dengan nol. Kodisi seperti inilah yang digunakan untuk mengukur berat dari truk pada jembatan timbang degan menggunakan out put dari jembatan Wheatstone yang telah dikuatkan, dikalibrasi dan akhirnya ditampilkan pada Indikator digital.
Thevenin ditentukan dengan memeriksa terminal galvanometer c dan d dalam
Gambar 3.4. Pemakaian teorema Thevenin terhadap jembatan Wheatstone. (a) Konvigurasi Wheatstone;
(b) Tahanan dengan memeriksa terminal c dan d ; (c) Rangkaian lengkap Thevenin dengan galvanometer tersambung ke terminal c dan d.
Tegangan Thevenin atau tegangan rangkaian terbuka diperoleh dengan menunjukkan kembali ke Gambar 3.4 (a) dan menuliskan :
di mana I1 =
Dengan memperhatikan Gambar 3.4 (b) dapat dilihat bahwa, hubungan singkat akan terjadi antara titik a dan b bila tahanan-dalam batere dianggap nol. Dengan demikian tahanan Thevenin, dengan memeriksa terminal c dan d menjadi
Bila galvanometer dihubungkan ke terminal-terminal keluaran rangkaian pengganti Thevenin, arus galvanometer menjadi :
jembatan Wheatstone masih kecil, maka diperlukan penguatan (gain) sesuai dengan kebutuhan peralatan, dengan gain yang sesuai maka Indikator digital baru bisa bekerja.
III.3.7. Indikator Digital
Alat ini telah dikembangkan sebagai alat untuk mengubah suatu keluaran analog menjadi suatu tampilan digital. Alat ini juga sering digunakan pada industri-industri yang menggunakan sistim penimbangan dengan menggunakan
Load Cell sebagai sensor indikator. Indikator ini telah dirancang khussus yang telah disesuakan dengan dengan Load Cell yang digunakan, biasanya diproduksi oleh perusahaan yang memiliki merek dagang yang sama.
BAB IV
APLIKASI STRAIN GAGE PADA JEMBATAN TIMBANG IV.1. Prinsip dan Cara Kerja
Sebelum menjelaskan prinsip dan cara kerja dari Jembatan Timbang ada baiknya kalau kita mengulang kembali untuk memahami tentang Srtain Gage,
Load cell dan Jembatan Weatstone.
a. Strain Gage adalah transduser pasif yang mengubah suatu besaran mekanis
menjadi perubahan tahanan. Strain Gage merupakan sebuah alat seperti biskuit tipis (wafer), yang dapat disatukan ke berbagai bahan guna mengukur regangan yang diberikan padanya. Strain Gage yang digunakan pada Jembatan Timbang adalah jenis Metal foil, yaitu terbuat dari kawat tahanan tipis dan memiliki ukurang kecil. Ukuran dan tahanan dari gage ini bervariasi dari 0.02 sampai 10 cm (0.008 sampai 4 in) dan nilai tahanannya dari 30 sampai 3000 ohm dan 120 sampai 350 ohm, degan Faktror gage 2 sampai 5. Prisip kerjanya adalah jika takanan pada bahan (metal bar) dimana gage
ditempatkan berubah, maka tahanan dari gage akan berubah yang diakibat kan oleh deformasi pada gage.
b. Load Cell adalah sebuah kompoen yang berfungsi sebagai penyangga antara
platform dengan pondasi, dan juga sekaligus pendeteksi dari berat beban yang berada diatas Jembatan. Pada aplikasi di Jembatan Timbang, Strain Gage
berada didalam Load Cell, dengan kata lain Strain Gage dan Load Cell
c. Jembatan Wheatstone adalah sebuah rangkaian yang memiliki empat lengan resistif beserta sebuah sumber ggl dan sebuah detektor nol yang biasanya adalah Galvanometer atau alat ukur arus sensisif lainnya, akan tetapi pada aplikasi di Jembatan Timbang menggunakan Indikator digital sebagai tampilan dari berat beban yang ditimbang. Dalam jembatan Wheatstone
terdapat empat buah lengan jembatan, yaitu dua lengan pembanding, satu lengan standar dan lengan yang diukur tahananya, apabila tahanan pada keempat legannya sama maka nilai outputnya adalah 0. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar III.3.4.
Adapun prinsip kerja dari Jembatan timbang ini adalah sebagai berikut Beban yang akan ditimbang berada di atas jembatan timbangan, dengan adanya beban yang masuk ke timbangan maka secara otomatis badan dari jembatan mengalami gaya tekan yang mengakibatkan Load Cell ikut mengalami tekanan, ini dikarenakan posisi Load Cell pada jembatan timbang adalah sebagai penyangga. Akibat tekanan dari beban terhadap Load Cell maka akan timbul perubahan (tension) dan perubahan ini yang dideteksi oleh sensor yang terdapat pada Load Cell (Strain Gage).
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa perubahan panjang bahan akibat tekanan akan mengubah besaran tahanan dari foil, ini terjadi karena gage
yang diletakkan pada bahan tersebut mengalami tekanan yang sebanding dengan bobot benda. Hal tersebut mengakibatkan terjadi ketidak setimbangan pada jembatan Wheatstone, artinya out putnya ada dan sebanding dengan perubahan panjang dan tahanan.
IV.2. Instalasi Pemasangan Strain Gage
Strain Gage merupakan suatu transduser yang berbeda dari sekian banyak
a. Persiapan permukaan
Permukaan yang dijadikan sebagai tempat dimana Strain Gage diikat haruslah dibersihkan terlebih dahulu dengan baik dan benar, hindari penggunaan air karena akan mempengaruhi kinerja dari alat ini. Akantetapi pada Jembatan Timbang proses ini tidak perlu dilakukan karena Strain Gage sudah menjadi satu kesatuan dengan Load Cell.
b. Pemakaian perekat (Lem)
Dalam pemakaian perekat ini, haruslah benar-benar diperhatikan dan harus dipilih perekat yang benar-benar bagus dan sesuai seperti : tahan terhadap air (kedap air), tidak mudah meleleh pada suhu tinggi, dan tidak mudah lepas.
c. Pemasangan
Dalam pemasangan Strain Gage (Load Cell) ini, harus dipasang pada permukaan yang benar-benar rata dan posisi pemasangannya harus dilekatkan pada bahan yang akan mengalami tekanan, sehingga nantinya dapat mengukur pada batas yang maksimum.
IV.3. Perhitungan
Sebelum melakukan perhitungan, ada baiknya membahas spesifikasi dari alat untuk memudahkan dalam perhitungan dan menghindari kesalahan. Adapun spesifikasinya sebagai berikut :
a. Load Cell
Beban minimum penimbangan 10 ton.
Terbuat dari baja.
Modulus elastis (E) baja tipe ST 60 sebesar 2.000.000 kg/cm2.
b. Strain Gage
Jenis yang dipakai adalah Metal Foil Strain Gage. Panjang 4 cm.
Tahanan nominal 350 Ω.
Faktor gage 2.
Untuk mengetahui perubahan regangan, tahanan, dan tegangan keluaran dari alat dapat di hitung dengan menggunakan persamaan (1),(2) dan (6).
b. Mengukur perubahan tahanan.
c. Menghitung tegangan keluaran.
Untuk mengetahui besarnya tegangan keluaran yang dihasilkan dari enam buah Load Cell dapat kita tentukan dengan membuat suatu perhitungan sebagi berikut :
IV.4. Analisa data
Pada jembatan timbang ini menggunakan 6 buah Load cell yang pada saat pembebanan tidak merasakan pembebanan yang sama diantara ke 6 buah load cell, artinya tegangan keluaran dari 6 buah Load cell pada saat pembebanan 10 ton yang seharusnya 5 mV menjadi tidak sama (bervariasi). Jadi untuk menentukan tegangan rata-rata dapat dicari dengan melakukan perhitungan sebagai berikut :
BAB V
PENUTUP V.1. KesimpulanDari Karya Akhir yang telah dibuat dapat di ambil kesimpulan bahwa: 1. Starin 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.
2. Ditinjau dari betuk dasar Strain Gage terbagi tiga yaitu : Metal Wire
Strain Gage, Metal Foil Strain Gage, dan Semikonduktor Strain Gage.
3. Jembatan timbang adalah salah satu instrumen yang digunakan di PT. Medisafe Technologies yang berfungsi untuk menimbang berat dari truk. Jembatan timbang ini memakai prinsip tekanan yang menggunakan Load Cell
sebagai penyangga badan dari timbangan dan sekaligus sebagai sensor.
V.2. Saran
1. Sebelum melakukan pemasangan terhadap jembatan timbang ini haruslah dilakukan pengecekan terhadap areal yang akan digunakan untuk penempatan jembatan timbang ini, untuk penentuan areal harus disesuaikan dengan standar yang telah ditentukan agar proses penimbangan tidak terganggu.
2. Harus menyediakan tempat belokan yang sama panjangnya dengan jembatan guna menghindari mobil melakukan pembelokan ketika masih berada diatas timbangan, karena jika itu terjadi maka akan mepengaruhi hasil pengukuran. 3. Untuk menjaga atau merawat dari jembatan timbang ini haruslah dilakukan
DAFTAR PUSTAKA
1. AC,Srivatastava 1987 “Teknik Instrumentasi” Terjemahan Sutanto, Diterbitkan Oleh Universitas Indonesia Jakarta.
2. William De Cooper 1994 “Instrumetasi Elektronik Dan Teknik Pengukuran” Terjemahan Ir.Sahat Pekpahan. Diterbitkan oleh erlangga Jakarta.
3. Dean, M. III Ed, 1962. “Semiconductor And Conventional Strain Gage” New York Academik Press, Inc.
4. www.wikipedia.org
