BABIII TINJAUAN PUSTAKA Sistem Pengukuran Regangan ...eprints.umm.ac.id/56226/3/BAB II.pdf ·...
Transcript of BABIII TINJAUAN PUSTAKA Sistem Pengukuran Regangan ...eprints.umm.ac.id/56226/3/BAB II.pdf ·...
`
5
BABIII
TINJAUAN PUSTAKA
Untuk terwujudnya alat yang akan dibuat, maka diperlukan adanya suatu
tinjauan pustaka. Bab ini akan menjelaskan paparan penelitian terdahulu atau jurnal
atau saduran buku yang mempunyai hubungan terhadap judul “Rancang Bangun
Sistem Pengukuran Regangan Tegangan pada Alat Percobaan Batang di
Tumpuan Engsel Roll menggunakan Modul BF 350 AA”
2.1 Tegangan dan Regangan
2.1.1 Tegangan
Setiap benda akan mengalami deformasi, jika mendapatkan gaya luar
bekerja pada benda tersebut. Gaya tiap satuan luas didefinisikan seabagai tegangan.
Tegangan dianggap terbagi merata pada luas penampang melintang pada benda.
Tetapi ini bukanlah keadaan yang umum. Pada gambar 2.1 dibawah
menggambarkan sebuah benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya
luar P1, P2, . . . . , Pn. Ada dua macam gaya luar yang dapat bekerja pada benda
yaitu gaya bodi dan gaya pada permukaan benda. Tekanan hidrostatik atau tekanan
oleh benda yang satu dengan benda lainya disebut gaya permukaan, merupakan
gaya yang terbagi pada permukaan benda. Gaya gravitasi, gaya magnetik, atau gaya
inersia (untuk benda yang bergerak) disebut gaya bodi, merupakan gaya yang
terbagi pada volume benda. Gaya sentrifugal sebagai akibat putaran berkecepatan
tinggi dan gaya sebagai akibat perbedaan temperatur pada benda merupakan kedua
jenis gaya bodi yang umum dijumpai pada praktek rekaya.(Achmad, 2006)
6
Gambar 2. 1 a) Benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya-gaya luar. b) Gaya
yang bekerja pada bagian benda
Sumber : Buku Elemen Mesin 1, 2006
2.1.2 Bidang Tegangan
Pada gambar 2.2 merupakan tegangan tegangan yang terjadi pada suatu
bidang. Dimana pada gambar a. 3 demensi menunjukan ada tegangan normal ϭx,
ϭy dan ϭz, semuanya bersifat positif, dan enam tegangan geser τxy, τyx, τyz, τzy,
τzx, dan τxz. Elemen tersebut berada dalam keseimbangan statis, sehingga.
τxy= τyx, τyz=τzy, τzx=τxz (2.1)
Gambar 2. 2 a. 3 dimensi b. 2 dimensi
Sumber : https://slideplayer.info/slide/10624289/
Tegangan tarik dan dinyatakan positif merupakan tegangan normal yang
arahnya keluar. Tegangan geser yang dinyatakan positif bila arahnya positif
menurut sistem koordinat tersebut. Huruf awal pada notasi tegangan menyatakan
nama bidang, sedangkan huruf yang kedua menyatakan arah tegangan.
7
Gambar 2.2.b menggambarkan suatu kondisi dari tegangan pada bidang atau
tegangan pada sistem koordinat kartesien atau disebut dua dimensi, yaitu keadaan
umum yang terjadi.
Putaran arah jarum jam atau berlawanan dengan putaran jarum jam
menyatakan arah komponen tegangan geser. Jadi dalam gambar 2.2.b τxy adalah
berlawanan dan τyx searah jarum jam. (Achmad, 2006)
2.1.3 Tegangan Normal
Menurut (Mulyati, 2008) tegangan dan regangan merupakan konsep paling
dasar pada mekanikan bahan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang
paling mendasar dengan melihat pada batang prismatis yang mengalami gaya
aksial. Elemen struktur lurus yang mempunyai penampang konstan di seluruh
panjangnya, dan gaya aksial adalah beban yang mempunyai arah yang sama dengan
sumbu elemen, sehingga mengakibatkan terjadinya tarik atau tekan pada batang
merupakan pengertian dari batang prismatis. Kondisi tarik atau tekan terjadi pada
struktur, seperti contoh pada elemen di rangka batang di jembatan, dan kondisi
tekan terjadi pada strukur, yaitu pada elemen kolom di gedung. Contoh
Pembebanan batang secara aksial dapat dilihat gambar 2.3 dibawah ini.
Gambar 2. 3 Pembebanan batang secara aksial
Sumber : Bahan ajar – Mekanika Bahan – Mulyati, ST., M
8
Terlihat gambar 2.3 diatas suatu batang dengan luas penampang konstan,
dibebani melalui kedua ujungnya dengan sepasang gaya linier dengan arah saling
berlawanan yang berimpit pada sumbu longitudinal batang dan bekerja melalui
pusat penampang melintang masing-masing.
Keseimbangan statis besarnya gaya-gaya harus sama. Gaya-gaya diarahkan
menjauhi batang, maka batang disebut ditarik, sedangkan gaya- gaya diarahkan
pada batang, maka batang disebut ditekan. Aksi pasangan gaya-gaya tarik atau
tekan, hambatan internal terbentuk di dalam bahan dan karakteristiknya dapat
dilihat pada potongan melintang di sepanjang batang.
Intensitas gaya (gaya per satuan luas) disebut tegangan dan diberi notasi σ
(sigma). Jadi gaya aksial P yang bekerja pada penampang adalah resultan dari
teganagan yang terdistribusi kontinu.
Dengan mengasumsikan bahwa tegangan terbagi rata di seluruh potongan
penampang, kita dapat melihat bahwa resultannya harus sama dengan intensitas σ
dikalikan dengan luas penampang A dari batang tersebut. Dengan demikian,
besarnya tegangan dapat dinyatakan dengan rumus:
σ = 𝑃
𝐴 (2.2)
Intensitas gaya normal per unit luasan, yang dinyatakan dalam satuan
N/m2
disebut juga pascal (Pa) atau N/mm2
disebut juga megapascal (MPa)
merupakan difenisi dari tegangan normal.
Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang dalam arah
menjahui dari batang, sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi suatu
tegangan tarik pada batang, selanjutnya dapat dinyatakan dengan rumus:
9
σ tr =𝑃𝑡𝑟
𝐴 (2.3)
Jika batang -gaya dikenakan pada ujung-ujung batang dalam arah menuju
ke batang, sehingga batang dalam kondisi tertekan, maka terjadi tegangan tekan,
batang, selanjutnya dapat dinyatakan dengan rumus:
σ tk =𝑃𝑡𝑘
𝐴 (2.4)
2.1.4 Regangan normal
Pada batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani
secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika
mengalami tekan. Sebagai contoh pada gambar 2.4, perpanjangan dari batang
tersebut merupakan hasil komulatif merupakan perpanjangan semua elemen bahan
pada seluruh volume batang. (Budiman, 2010)
Gambar 2. 4 Pertambahan panjang beban
Sumber : https://www.coursehero.com/file/10748193/Materi-Pertemuan-IIIIII/
Pada gambar 2.4 bahwasanya pertambahan panjang pada batang
disimbolkan dengan ∆ (delta), s dimana satu satuan panjang dari batang
mendapatkan perpanjangan yang sama dengan 1/L kali perpanjangan total ∆.
Perpanjangan batang dapat diukur setiap kenaikan dari beban aksial. Demikian
10
konsep dari perpanjangan / satuan panjang disebut regangan, disimbolkan ε atau
epsilon maka dihitung menggunakan persamaan :
ε = 𝐿
𝐿 (2.5)
Jadi Perpanjangan per unit panjang disebut regangan normal, merupakan
tidak berdimensi, artinya regangan tidak mempunyai satuan. Regangan ε disebut
regangan normal karena regangan ini berkaitan dengan tegangan normal. Jika
batang mengalami tarik maka regangan tersebut ialah regangan tarik, yang
menunjukkan perpanjangan bahan. Hal tersebut juga terjadi jika batang mengalami
tekan maka regangan tersebut ialah regangan tekan, dan batang tersebut akan
memendek. Regangan tekan bertanda negatif dan untuk regangan tarik bertanda
positif.
Dalam kontek aplikasi, strain dihubungkan dengan deformasi dan dapat
dimanfaatkan untuk mengukur strain dan deformasi yang dialami suatu elemen.
Sensor yang dimanfaatkan fenomena tegangan-regangan yaitu strain gauge.
2.2 Hubungan Tegangan Regangan
2.2.1 Grafik Tegangan vs Regangan
Pada jurnal (Budiman, 2006) menjelaskan hubungan tegangan dan regangan
seringkali digambarkan dalam grafik tegangan vs regangan, grafik ini dapat
menjadi gambaran karakteristik suatu material. Grafik pada gambar 2.5 dapat
diperoleh dengan menggambarkan strain (ϭ) di sumbu y dan strain (ԑ) di sumbu x.
Maka dari itu didapatkan grafik sebagai berikut :
11
Gambar 2. 5 Grafik Stress vs Strain pada Ductile dan Brittle Material
Sumber : https://www.quora.com/Will-you-explain-stress-strain-diagrams-of-dIfferent-materials-
clearly
Dalam grafik stress-strain dikenal dua jenis grafik, yaitu grafik stress-strain
dan grafik engineering stress-strain. Perbedaan antara keduanya adalah pada
definisi luas permukaan (A) yang dijadikan pembagi terhadap gaya untuk
mendapatkan besaran stress. Pada grafik engineering stress-strain nilai A dianggap
sama dengan A mula-mula sehingga rumus teganganya adalah:
ϭ =𝑃
𝐴0 (2.6)
Sedangkan pada grafik TRUE stress-strain perubahan luas pada setiap
perubahan gaya yang diberikan diperhitungkan sehingga rumusnya menjadi sebagai
berikut,
ϭ = lim𝑛→∞
(𝑃
𝐴) (2.7)
2.2.2 Modulus Elastisitas / Modulus young
Sifat benda akan kembali pada ukuran dan bentuk awalnya ketika gaya-gaya
yang mendeformasikanya dihilangkan merupakan elastisitas. Modulus young atau
modulus elastisitas merupakan salah satu dari tiga nilai modulus elastisitas yang
12
menyatakan elastisitas panjang suatu benda. Modulus young (Y), didefinisikan
sebagai :
Modulus Young =𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘
𝑟𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 (2.8)
Tegangan tarik (σ) yang dialami pada suatu padatan merupakan besarnya
gaya yang bekerja atau disimbolkan F, dibagi dengan luas (A) dimana gaya tersebut
bekerja. Regangan tarik (ε) didefinisikan seabagai perbandingan perubahan panjang
( 𝐿) terhadap panjang awal benda (L). Maka dari persamaan tegangan tarik dan
regangan tarik dapat ditulis :
Y=𝑃/𝐴
𝐿/𝐿 =
𝑃𝐿
𝐴𝐿 (2.9)
Modulus Young merupakan salah satu nilai modulus elastisitas yang hanya
bergantung pada materi sebuah benda dan tidak tergantung pada ukuran atau bentuk
benda. Modulus young memiliki satuang yang sama dengan tegangan yaitu N/m²
atau Pa karena regangan adalah nilai tak derdimensi (Bueche dan Hect, 2006;
Giancoli,2001; Serway dan Jewett, 2009).
2.3 Sensor
Device yang menerima sinyal atau stimulus non elektrik sebagai masukan
dan memberikan tanggapan berupa sinyal elektrik sebagai keluarannya merupakan
pengertian dari sensor.
2.3.1 Sensor Strain Gauge
Strain Gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan atau
berat pada suatu objek. Gaya yang diberikan pada suatu benda logam (material ferrit
/ konduktif), selain menimbulkan deformasi bentuk fisik juga menimbulkan
13
perubahan sifat resistansi elektrik benda tersebut. Dengan menempelkan jenis
material tersebut pada suatu benda uji (specimen) menggunakan suatu perekat yang
isolatif terhadap arus listrik, maka material tadi akan menghasilkan adanya
perubahan resistansi yang nilainya sebanding terhadap deformasi bentuknya. Strain
Gauge dibuat dari sehelai kertas logam resistif yang dikikis tipis (etced-foil) dan
berbentuk kisi (grid) – sebagai elemen utama (sensor) – serta dilapisi dengan
sepasang selaput sebagai pelindung sekaligus isolator. Kemudian ditambahkan
sepasang kawat timah (lead-gauge) yang terhubung pada kedua ujung elemen
sensor. (Prima Aprilliana, 2018)
Sensor strain gauge dapat digunakaan untuk mengukur deformasi berupa
tekan dan Tarik jika strain gauge menempel pada material uji yang tergantung pada
pengukurannya. Penempelan strain gauge akan mengahantarkan resistansi elektrik
yang mengasilkan berupa perubahan hambatan tergantung dari besarnya
pengukuran.
Gambar 2. 6 sensor strain gauge
Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf
2.3.2 Strain, Strain, Poisson’s Ratio
Dilihat pada gambar 2.6 jika suatu material menerima gaya tarik, material
akan mengalami tekanan (strain) yang berhubungan dengan gaya yang dialaminya
itu, penampang akan bertambah panjang sebesar ΔL dari panjang material mula-
mula L.
14
Gambar 2. 7 Batang yang mengalami gaya tarik dan tekan
Sumber : http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf
Pertambahan panjang dengan panjang mula-mula disebut tensile strain dan
dinyatakan persamaan berikut:
𝜀 = ∆𝐿
𝐿 (2.10)
L : Panjang mula-mula benda
ε : Regangan
ΔL : Pertambahan panjang benda
Saat benda menerima gaya tekan ,maka benda akan mengalami regangan
tekan yang dinyatakan sebagai berikut:
𝜀 = −∆𝐿
𝐿 (2.11)
Regangan merupakan bilangan yang absolut dan dinyatakann dengan nilai
numeriknya beserta ×10-6 strain, μ ε atau μm/m. Hubungan dari regangan dan
tegangan pada sebuah material yang menerima gaya dirumuskan oleh Hukum
Hooke sebagai berikut:
𝜎 = 𝐸𝜀 (2.12)
Dimana :
𝜎 : Tegangan
E : Modulus Elastisitas
ε : Regangan
15
Dalam menentukan suatu tegangan pada benda ialah mengkalikan regangan
dengan modulus elastisitas. Saat kondisi benda mengalami tensile force maka
benda akan memanjang pada arah axial dan benda juga akan berkontraksi pada arah
transversal. Perpanjangan pada arah axial dinamakan longitudinal strain dan
kontraksi pada arah transversal dinamakan transverse strain. Nilai absolut dari
perbandingan antara longitudinal strain dan transverse strain dinamakan poisson’s
ratio, yang dinyatakan sebagai berikut:
𝑣 = | 𝜀1
𝜀2 | (2.13)
Dimana :
ε1 : Longitudinal Strain
ε2 : Transverse Strain
v : Poisson’s ratio
Poisson’s ratio berbeda-beda tergantung dari material. Berikut adalah
properti-properti dari material yang sering digunakan pada aplikasi industri,
termasuk pada property tersebut adalah poisson’s ratio.
Tabel 2.1 Mechanical Properties of Industrial Materials
Sumber : https://docplayer.info/43713505-Bab-iii-sensor-pengkondisian-sinyal-dan-akuisisi-
data.html
2.4 Modul BF 350 AA
BF 350 AA adalah modul tegangan regangan, yang memiliki prinsip kerja
mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan
mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul
melakukan komunikasi dengan computer atau mikrokontroller. Struktur yang
16
sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki
sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.
Gambar 2. 8 Modul BF 350 AA
Sumber : https://www.cytron.io/p-bf350-high-precision-pressure-module
Pada gambar 2.13 merupakan modul BF 350 AA yang mana modul
tersebut secara umum dipakai dalam mengukur tegangan regangan dan biasanya
digunakan pada bidang mekanik, elektrik, kimia, konstruksi, farmasi dan
lainnya, digunakan untuk mengukur gaya, gaya tekanan, perpindahan, gaya
tarikan, torsi, dan percepatan. Dengan spefikasi working voltage 5 VDC, analog
output 0-3,5 VDC, potiontiometer to adjust the zero point dengan dimensi 30x15
mm.
2.4.1 Rangkaian Penguat ( Operational AmplIfiers )
Operational Amplifier atau di singkat op-amp ialah komponen analog
yang digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronik. Aplikasi op-amp
yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter,
integrator dan differensiator. Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential
ampllifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan.
INPUT (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi ada yang
dinamakan INPUT inverting dan non- inverting. Op-amp ideal memiliki open
loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti
17
misalnya op-amp LM358D yang sering digunakan oleh banyak praktisi
elektronika, memiliki karakteristik tipikal Large DC voltage gain 100 dB.
Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan
penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative
feedback (umpan balik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai
menjadi aplikasi dengan nilai penguatanyang terukur (finite). Impedasi INPUT
op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus INPUT
pada tiap masukannya adalah 0.
2.4.2 LM 358 D
Gambar 2. 9 LM 358 D
Sumber : http://www.htckorea.co.kr/Datasheet/Signal%20Conditioning/LM358D.pdf
LM 358 D IC adalah kekuatan besar, rendah serta gampang dipakai dual
channel op-amp IC. Ini dirancang serta diperkenalkan oleh semikonduktor nasional.
Pada gambar 2.14 terlihat bahwasanya ic terdiri dari dua kompensasi internal, gain
tinggi, op-amp independen. IC ini dirancang untuk khusus beroperasi dari catu daya
tunggal melewati beberapa tegangan. v terdapat dalam paket berkapasitas chip serta
software op amp ini tergolong rangkaian op-amp konvensional, blok penguatan DC,
serta amplIfier transduser. LM 358 D IC adalah penguat operasional standar yang
bagus serta amatlah tepat untuk kebutuhan Anda. Bisa menangani pasokan &
sumber DC 3-32V sampai 20mA per saluran. Op-amp ini amatlah tepat, apabila
18
ingin mengoperasikan dua op-amp terpisah untuk catu daya tunggal. Ini terdapat
dalam paket DIP 8-pin.(Juhadi, 2018)
Pin Konfigurasi LM358D IC
Gambar 2. 10 Diagram pin LM358 IC terdiri dari 8 pin
Sumber : https://elektro-hoby.blogspot.com/2018/05/pengertian-ic-lm358-dan-fungsinya.html
Pada gambar 2.10 dilihat terdapat 8 pin yang mana pin tersebut berfungsi sebagai
berikut :
Pin-1 dan pin-8 adalah o / p dari komparator
Pin-2 dan pin-6 adalah pembalik i / id
Pin-3 dan pin-5 adalah non inverting i / id
Pin-4 adalah terminal GND
Pin-8 adalah VCC +
Fitur dari LM 358 D IC adalah
Internally frequency compensated For unity gain
Large DC voltage gain : 100dB
Wide power supply range : 3V~32V(or±1.5V~16V)
INPUT common-mode voltage range includes ground
Large output voltage swing : 0V DC to VCC-1.5V DC
Power drain suitable for battery operation
Moisture Sensitivity Level
19
2.5 Rangkaian Jembatan Wheatstone
Jembatan wheastone adalah alat ukut yang ditemukan oleh Samuel Hunter
Christie pada 1833. Alat ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui
hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu
kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya
potensiometer. Jembatan wheastone adalah suatu alat pengukur, alat ini
dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran
terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali. Jembatan wheastone
teridiri dari tahanan R1,R2,R3 dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang
diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur. Metode jembatan wheastone
adalah susunan komponen-komponen elektronika yang berupa resistor dan catu
daya seperti tampak pada gambar berikut :
Gambar 2. 11 Susunan Komponen dalam Jembatan Wheastone
Sumber : http://fsk16a-damanik.blogspot.com/2017/05/jembatan-wheatstone-
pengertian-jembatan.html
Hasil kali antara hambatan hambatan berhadapan yang satu akan sama
dengan hasil kai hambatan hambatan berhadapan lainnya jika beda potensial antara
c dan d bernilai nol. Persamaan R1 . R3 = R2 . R4 dapat diturunkan dengan
menerapkan Hukum Kirchoff dalam rangkaian tersebut. Hambatan listrik suatu
penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang
20
mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang
secara matematis dapat dituliskan:
R = 𝜌. (𝐿
𝐴) (2.14)
Dimana:
R : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)
ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)
L : Panjang penghantar (m)
A : Luas penghantar ( m²)
2.5.1 Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone
Hubungan antara resitivitas dan hambatan, yang berarti setiap penghantar
memiliki besar hambatan tertentu. Dan juga menentukan hambatan sebagai fungsi
dari perubahan suhu. Hukum Ohm yang menjelaskan tentang hubungan antara
hambatan, tegangan dan arus listrik. Yang mana besar arus yang mengalir pada
galvanometer diakibatkan oleh adanya suatu hambatan.
Hukum Kirchoff 1 dan 2, yang mana sesuai dari hukum ini menjelaskan
jembatan dalam keadaan seimbang karena besar arus pada ke-2 ujung galvanometer
sama besar sehingga saling meniadakan.
2.5.2 Macam-macam Jembatan Wheatstone
a. Sirkuit seperempat jembatan (Quarter Wheastone Bridge)
Susunan dengan elemen (sensor) tunggal pada jembatan wheastone
disebut juga dengan quarter bridge strain gauge circuit. nilai tahanan pada
21
(R1,R2 dan R3 ) disetel sama satu sama lain. dengan demikian, tanpa gaya
yang diterapkan pada pengukur regangan, jembatan akan seimbang secara
simetris dan voltmeter akan menunjukan nol volt.
Gambar 2. 12 Rangkaian Seperempat Jembatan
Sumber : https://www.aliexpress.com/item/32351634369.html
Susunan dengan elemen tunggal jembatan yang mengubah tahanan
sebagai respon terhadap variabel terukur(gaya mekanis), dikenal sebagai
sirkuit seperempat jembatan. Pada modul BF 350 AA menggunakan
rangkaian seperempat jembatan untuk mendapatkan nilai regangan sebagai
berikut :
Vout = Vin [𝑅3
𝑅3+𝑅𝑔 -
𝑅2
𝑅1+𝑅2] (2.15)
Jika (R1/R2) = (Rg/R3), maka Vout = 0
Strain gauge memiliki sebuah angka konstanta yang dijadikan
perbandingan antara beda hambatan yang terjadi pada grid foil strain gauge
dengan regangan yang terjadi pada benda yang meregang akan
menghasilkan persamaan 2.16. Kepekan sebuah strain gauge disebut
dengan faktor gauge dan perbandingan antara unit resistansi dengan
perubahan unit panjang adalah :
GF = 𝑅𝑔/𝑅𝑔
ϭ (2.16)
22
Dari persamaan (2.16) mempunyai hubungan antara Vout dengan
Vin dimana dapat ditulis dengan persamaan :
𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛 = [
𝑅3
𝑅3+𝑅𝑔 -
𝑅2
𝑅1+𝑅2] (2.17)
Persamaan diatas berlaku untuk kedua kondisi disaat strained dan
unstrained. Dalam menentukan nilai saat kondisi unstrained dari resistansi
ialah nilai Rg, nilai dari regangan resistensi adalah Rg + Rg diamana
persamaan diatas dihubungkan dengan persamaan Rg/Rg mendapatkan
persamaan :
𝑅𝑔
𝑅𝑔 =
−4𝑉𝑟
1+2𝑉𝑟 (2.18)
Hubungan antara persamaan dengan persamaan akan menghasilkan
persamaan regangan. Berikut uraian dari persamaan regangan
ԑ = −4𝑉𝑟
𝐺𝐹 (1+2𝑉𝑟) (2.19)
b. Sirkuit setengah jembatan (Half Wheastone Bridge)
Susunan dengan memiliki dua elemen (sensor) pada jembatan
wheastone sebagai pengukur untuk menanggapi ketegangan disebut juga
dengan half bridge strain gauge circuit.
Gambar 2. 13 Rangkaian Setengah Jembatan
Sumber : https://fujihita.wordpress.com/2017/11/06/memo-strain-gauge-bridge-circuits/
23
Karena kedua pengukur regangan akan meningkatkan atau
menurunkan resistansi dengan proporsi yang sama sebagai respon terhadap
perubahan suhu, efek perubahan suhu tetap dibatalkan dan sirkuit akan
mengalami suhu minimum yang disebabkan oleh suhu.
c. Sirkuit jembatan Penuh (Full Wheastone Bridge)
Susunan dengan memiliki empat elemen (sensor) pada jembatan
wheastone sebagai pengukur untuk menanggapi ketegangan disebut juga
dengan Full bridge strain gauge circuit.
Gambar 2. 14 Rangkaian Jembatan Penuh Wheastone
Sumber : https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-9/strain-
gauges/
Konfigurasi half-bridge dan full-bridge memberikan sensitivitas
yang lebih besar pada sirkuit quarter-bridge. konfigurasi jembatan penuh
baik untuk digunakan. karena lebih sensitif dan linear daripada yang lain,
Sirkuit quarter-bridge dan half-bridge memberikan sinyal output
(ketidakseimbangan) yang hanya sebanding dengan gaya pengukur
regangan yang diterapkan. Linearitas, atau proporsionalitas, dari rangkaian
jembatan ini adalah yang terbaik ketika jumlah resistansi berubah karena
gaya yang diberikan sangat kecil dibandingkan dengan resistansi nominal
gauge. Namun, dengan jembatan penuh, tegangan output berbanding lurus
dengan gaya yang diberikan, tanpa perkiraan (asalkan perubahan resistansi
24
yang disebabkan oleh gaya yang diterapkan sama untuk keempat pengukur
regangan).
2.6 Mikrokontroller Arduino Uno
Menurut Abdul Kadir (2013 : 16), Arduino Uno adalah salah satu produk
berlabel arduino yang sebenarnya adalah kit elektronik atau papan rangkaian
elektronika open source yang di dalamnya terdapat komponen utama, yaitu sebuah
chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Piranti ini dapat
dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronik dari yang sederhana hingga
yang kompleks. Pengendalian LED hingga pengontrolan robot dapat
diimplementasikan dengan menggunakan papan berukuran relatif kecil ini. Bahkan
dengan penambahan komponen tertentu, piranti ini bisa dipakai untuk pemantauan
kondisi pasien di rumah sakit dan pengendalian alat-alat di rumah. (Sumber: B.
Gustomo, 2015 ) Pada gambar merupakan contoh dari arduino uno.
Gambar 2. 15 Mikrokontroler Arduino Uno
Sumber : https://ariefeeiiggeennblog.wordpress.com/2014/02/07/pengertian-fungsi-dan-kegunaan-
arduino/
Secara umum, Arduino terdiri dari dua bagian, yaitu:
1. Hardware berupa papan INPUT atau output (I/O) yang open source.
2. Software Arduino yang juga open source, meliputi software Arduino IDE
untuk menulis program dan driver untuk koneksi dengan komputer.
25
2.6.1 Kelebihan Arduino Uno
Arduino bertujuan untuk menyederhanakan berbagai macam kerumitan
maupun detail rumit pada pemograman mikrokontroller sehingga menjadi paket
mudah digunakan (easy-to use), sekaligus menawarkan berbagai macam kelebihan
antara lain:
Murah.
Sederhana dan mudah pemogramannya..
Perangkat lunaknya Open Source.
Perangkat kerasnya Open Source.
Tidak perlu prangkat chip programmer.
Sudah memiliki sarana komunikasi USB.
Bahasa pemograman relative mudah.
2.6.2 Bagian – bagian Papan Mikrokontroller Arduino Uno
Saptaji (2015:38) menjelaskan pada papan arduino uno terdapat bagian –
bagian antara lain ialah seperti terlihat pada gambar berikut:
Gambar 2. 16 Bagian bagian arduino uno
Sumber : http://electronicsbot.blogspot.com/2017/12/mengenal-bagian-bagian-dan-features.html
26
1. Pin INPUT/output digital (diberi Label „0 sampai 13‟)
Secara umum pin I/O ini adalah pin digital, yakni pin yang bekerja pada
level tegangan digital (0V sampai 5V) baik untuk INPUT atau
output.namaun pada bebrapa pin output analog, yang dapat mengeluarkan
tegangan analog 0V sampai 5V, pin tersebut adalah pin 3,5,6,9,10 dan 11,
selain itu untuk pin 0 dan 1 juga memiliki fungsi khusus sebagai pin
komunikasi serial.
2. Pin INPUT analog (diberi Label „A0 sampai A5‟).
Pin tersebut dapat menerima INPUT tegangan analog antara 0V sampai
5V, tegangan ini akan direpresentasikan sebagai bilangan 0 – 1023 dalam
program.
3. Pin untuk sumber tegangan
Kelompok pin ini merupakan kumpulan pin yang berhubungan dengan
sumber tenaga, missalnya output 5V, Output 3,3V, GND (2 pin) dan Vref
(tegangan referensi untuk pembacaan ADC internal)
4. IC ATMega328
Seperti yang telah dijelaskan IC ini bertindak sebagai pusat kendali
pemrosesan data.
5. IC ATMega16U
IC ini deprogram untuk menangani komunkasi data dengan PC melalui port
USB.
6. Jack USB
Merupakan soket USB tipe B sebagai penghubung data serial dengan PC
7. Jack Power
27
Merupakan Soket untuk catu daya eksternal antara 9V sampai 12V DC.
8. Port ICSP (In-Circuit Serial Programing)
Port ini digunakan untuk memprogram arduino tanpa bootloader.
9. Tombol Reset
Digunakan untuk mereset papan mikrokontroller arduino untuk memulai
program dari awal.