KALIBRASI SENSOR PADA MESIN UJI PUNTIR SEDERHANA (SENSOR CALIBRATION FOR SIMPLE TORSION TESTER MACHINE)
Christopher Manorek, Cahyo Budi Nugroho, Wowo Rosbandrio Prodi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Batam
ceper_topherz@yahoo.com
ABSTRAK
Mesin uji puntir sederhana adalah salah satu alat bantu pada bidang permesinan yang berguna untuk menentukan pemilihan material yang tepat berupa suatu poros ataupun benda berbentuk silinder untuk suatu produk. Mesin ini juga memerlukan suatu system sensor yang dapat mengukur hasil suatu percobaan. Tetapi sensor tidak dapat bekerja dengan sendirinya. Pada awalnya sensor perlu di kalibrasi agar mendapatkan kesesuaian perbandingan pada mesin, antara gaya dan tegangan pada sensor. Hal ini membuat kalibrasi sensor sangatlah penting. Hasil dari kalibrasi sensor ini adalah berupa satuan tegangan (voltage) yang dapat menjadi perbandingan dalam penentuan hasil torsi (Nm) yang dihasilkan. Pada tulisan ini, penulis membahas bagaimana cara mengkalibrasi sensor strain gage 120 ohm dan bagaimana dari kalibrasi ini dapat menentukan jumlah torsi yang dihasilkan oleh mesin.
Kata kunci : Torsi, Sensor, Kalibrasi, Tegangan
ABSTRACT
Simple Torsion Tester Machine is a helpful tool at the machining section that used to choose the precise material that have the shape of cylinder for a random product. This machine also needed a sensor system to testing a specimen. But a sensor will doesn’t work by itself. In the beginning, a sensor need a calibration for a precise comparison between force and voltage of the sensor. This reason make the sensor calibration very important. The result of this calibration is a unit of voltage amount that can be compared for the act of determining the torque (Nm) from the specimen. In this paper, the writer examine how to do calibrate a 120 ohm strain gage sensor and how this calibration can determine the torque that have been tested from the machine.
Keyword : Torque, Sensor, Calibration, Voltage
PENDAHULUAN
Sensor pada saat ini adalah suatu benda yang sangat umum digunakan karena dapat memberikan hasil perhitungan yang terkadang tidak dapat dilakukan dengan perhitungan manual. Sensor ini sangat berguna karena dapat mempercepat proses pekerjaan dan perhitungan. Pada mesin uji puntir sederhana ini, sensor juga menjadi bagian penting untuk mendapatkan hasil torsi yang akurat. Tetapi sensor tidak dapat berfungsi dengan sendirinya. Sensor jenis strain gage yang digunakan pada mesin ini perlu mendapati proses awal berupa kalibrasi, sehingga memenuhi tujuan awal dari mesin ini, yaitu memberikan hasil torsi yang dapat diketahui oleh pengguna. Jika proses ini tidak dilakukan, maka mesin akan beroperasi tanpa tujuan dan tanpa
hasil yang ingin dicapai. Tujuan dari kalibrasi ini sendiri adalah agar penulis dapat menentukan hasil torsi maksimal yang ingin diketahui ketika mesin ini beroperasi terhadap suatu spesimen silinder. Hasil yang diharapkan dari kalibrasi ini adalah suatu besaran tegangan (voltage) yang dapat diperbandingkan dengan torsi hasil percobaan pada specimen dengan mesin uji torsi ini.
METODE
Penelitian ini lakukan pada bulan Februari 2014 dengan menggunakan dua metode yaitu, analisa secara teoritis dan pengujian lapangan. Analisa secara teoritis dilakukan untuk mendapatkan cara perbandingan yang akan digunakan. Yang perlu pertama perlu diketahui adalah bagaimana cara mengetahui torsi secara manual dengan menggunakan rumus. Rumus torsi sendiri adalah T = R x F [1,2], dimana T adalah torsi (Nm), R adalah panjang lengan (m) dan F adalah gaya (N) [1,2]. Setelah mengetahui rumus mencari torsi tersebut, maka terlihat parameter apa saja yang diperlukan untuk mendapati perbandingannya. Yang pertama adalah panjang lengan kalibrasi. Penulis menggunakan lengan kalibrasi sepanjang 40 cm atau 0,4 m. Yang kedua adalah gaya yang dapat menjadi variable yang berubah dalam kalibrasi, dengan memberikan gaya yang berbeda – beda dalam setiap pengujian. Variable – variable ini akan digunakan dalam proses kalibrasi. Lengan kalibrasi menjadi variable yang tetap, sedangkan gaya akan menjadi variable yang berubah – ubah. Dalam variable gaya, penulis menggunakan beban berupa 10 buah batu seberat 2 kg untuk menghasilkan suatu gaya sehingga gaya yang dihasilkan dapat berubah – ubah. Perubahan dari gaya tersebut juga harus secara linear dari 2 kg, 4 kg, 6 kg dan seterusnya sehingga mempermudah perolehan perbandingan [2].
Untuk cara kerja sensor sendiri, sensor ini menghasilkan perubahan tegangan karena setiap terjadi pergeseran akibat beban, maka tahanan dari sensor pun berubah [3]. Rangkaian sensornya adalah seperti gambar dibawah ini.
Gambar 1. Wheatstone Bridge
Rangkaian pada gambar 1 adalah sebuah rangkaian yang disebut juga dengan wheatstone bridge [3]. Komponen – komponen yang digunakan pada rangkaian ini adalah 1 buah strain gage dengan tahanan 120 ohm, 3 buah resistor dengan tahanan 120 ohm, tegangan input dengan menggunakan 4 buah baterai AAA dengan masing – masing tegangannya adalah 1,5 V, output tegangan dengan menggunakan volt meter, dan kabel tunggal untuk menyatukan komponen –
dengan tahanan pada strain gage. Tujuannya adalah menghasilkan perbandingan tahanan yang sama dimana R1 : R2 = R3 : R4 [3].
Metode yang kedua adalah pengujian lapangan. Alat dan bahan yang digunakan pada saat pengujian adalah 1 unit mesin uji torsi, sensor yang sudah terpasang pada mesin, lengan kalibrasi, beban berupa batu dari berat 2 kg sampai 20 kg, kalkulator, dan multimeter. Sensor sendiri di pasang dengan cara pengeleman pada as mesin uji puntir. As ini berhubungan langsung dengan chuck pada poros tetap penjepit mesin yang terlihat pada gambar 2. Letak sensor terlihat pada anak panah di gambar 2.
Gambar 2. Poros Tetap Penjepit Mesin
Analisa pengujian lapangan ini dilakukan untuk mengamati secara langsung jumlah kenaikan tegangan pada sensor strain gage ketika beban diberikan. Langkah yang pertama adalah dengan menjepit lengan kalibrasi pada chuck yang terlihat pada gambar 2. Setelah itu, tegangan dialirkan ke sensor. Setelah itu, beban diberikan pada lengan secara bertahap dari 2 kg sampai 20 kg. Beban yang diberikan harus di ubah satuannya menjadi newton dengan cara mengalikan dengan 10 (n.10g) [1] sehingga beban seberat 2 kg berarti 20 N. Cara ini dilakukan untuk memenuhi variable rumus perhitungan torsi (T=R.F) dimana satuan gaya (F) haruslah newton.
Setelah beban diubah menjadi satuan gaya (N), lalu gaya itu diubah lagi untuk menjadi satuan torsi (Nm) dengan cara mengalikannya dengan panjang lengan kalibrasi yang sepanjang 0,4 m. Jadi untuk gaya sebesar 20 N, berarti torsi sebesar 8 Nm (20 N x 0,4 m), gaya sebesar 40 N berarti torsi sebesar 16 N, dan seterusnya.
Langkah yang terakhir adalah memberikan torsi pada lengan kalibrasi, dengan kondisi rangkaian wheatstone bridge telah aktif dan dialiri arus listrik. Torsi itu diberikan secara bertahap dari 8 Nm, 16 Nm, dan seterusnya sehingga mencapai 80 Nm. Pada setiap tahap pemberian torsi,
angka pada voltmeter akan naik, dan angka yang tertera pada setiap tahap itu di rangkum dalam table, untuk mencari kesimpulan yang di cari.
HASIL
Beban Torsi Tegangan Output 0 kg 0 Nm 12,3 mV 2 kg 8 Nm 12,5 mV 4 kg 16 Nm 12,6 mV 6 kg 24 Nm 12,7 mV 8 kg 32 Nm 12,8 mV 10 kg 40 Nm 12,9 mV 12 kg 48 Nm 13,0 mV 14 kg 56 Nm 13,1 mV 16 kg 64 Nm 13,2 mV 18 kg 72 Nm 13,3 mV 20 kg 80 Nm 13,4 mV Tabel 1. Tabel Data Perbandingan
Tabel 1 adalah hasil dari 11 kali pengujian untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat. Dari table di atas, interval setiap beban yang digunakan adalah 2 kg atau 20 newton. Interval torsi yang didapat adalah sebesar 8 Nm, dan selisih kenaikan tegangan adalah sebesar 0,1 mV. Setiap kenaikan torsi sebesar 8 Nm, terjadi juga kenaikan tegangan sebesar 0,1 mV.
PEMBAHASAN
Untuk menciptakan perbandingan yang lurus, pengujian harus memiliki interval yang sejajar, seperti pada beban yang digunakan, yaitu interval seberat 2 kg. Lalu seterusnya di lakukan perhitungan dengan beban yang lebih berat secara bertahap, tetapi panjang lengan yang dipakai harus tetap sama untuk menghasilkan perbandingan yang sejajar.
Setelah hasil torsi dari setiap gaya yang digunakan selesai di hitung, maka dilanjutkan dengan penggunaan sensor yang sudah terpasang dan multimeter. Yang perlu di ketahui dari sensor ini, adalah tegangan awal pemasangan yang selalu berubah, tetapi interval kenaikan tegangannya tetap sama. Dalam percobaan ini, tegangan awal yang dihasilkan adalah 12,3 mV pada gaya 0. Ketika di lakukan gaya 20 N dengan menggunakan beban 2 kg, tegangan naik menjadi 12,4 mV. Lalu gaya ditambah lagi menjadi 40 N dan tegangan naik lagi menjadi 12,5 mV, dan tetap seperti itu seterusnya hingga gaya yang dipakai sebesar 200 N dan torsi sebesar 80 Nm.
Jadi, ketika dilakukan pengujian pada spesimen langsung dengan mesin ini, multimeter tetap dipasangkan pada rangkaian. Dan ketika mesin mulai memuntir spesimen, maka tegangan pun akan berubah seperti pada kalibrasi awal dan kesimpulan yang diambil untuk sensor pun tetap sama bahwa setiap kenaikan tegangan 0,1 mV, maka torsi yang di ukur juga adalah 8 Nm.
KESIMPULAN
Berdasarkan analisa dan hasil pengujian yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan bahwa setiap perubahan tegangan pada rangkaian dengan jumlah sebesar 0,1 mV, berarti terjadi juga perubahan pada perhitungan torsi sebesar 8 Nm. Persamaan ini yang akan dipakai dalam pengujian spesimen – spesimen pada mesin uji puntir sederhana ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Handayani, Sri. 2005. Fisika Dasar Untuk SMA dan MA Kelas X 2. Rakesh, Dogra. 2000. Engineering Physics
