7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tegangan
Jika sebuah benda elastis ditarik oleh sebuah gaya, benda tersebut akan
bertambah panjang sampai ukuran tertentu. Besarnya tegangan adalah
perbandingan antara gaya tarik yang bekerja terhadap luas penampang
benda. Tegangan dinotasikan dengan σ (sigma), satuannya N/ . Secara
matematis, tegangan dirumuskan dengan:= atau = E. (2.1)
Dimana :
F = gaya yang diberikan (N)
A = Luas Penampang
E = Modulus young bahan
= regangan
2.2 Regangan
Regangan(ℇ) merupakan perubahan bentuk atau ukuran yang dialami pada
suatu benda karena adanya gaya yang bekerja pada benda tersebut. Regangan
diukur untuk mengetahui besarnya deformasi pada saat terjadinya tegangan
mekanik sehingga didapat besaran gaya yang terjadi seperti beban ataupun
tegangan, selain itu juga digunakan untuk memperoleh nilai keamanan / kekuatan
8
suatu bahan atau suatu elemen struktural yang mengandung bahan tersebut.
Regangan rata-rata dinyatakan oleh Perubahan Panjang(ΔL)per-satuan Panjang
awal (L). Regangan(Strain) memiliki besaran yang tidak berdimensi, tetapi pada
umumnya diberikan dimensi meter per-meter atau m/m (E.P. Popov. 1978, hal :
38). Secara Matematis Persamaan Regangan dapat dituliskan :
ℇ =∆
(2.2)
Dengan :
ℇ = Regangan
ΔL = Pertambahan Panjang batang (m) = L1-L
L1 = Akhir Panjang Batang(m)
L = Panjang Awal (m)
Apabila suatu spesimen struktur material diikat pada jepitan mesin penguji dan
beban serta pertambahan panjang spesifikasi diamati serempak, maka dapat
digambarkan pengamatan pada grafik dimana ordinat menyatakan beban dan absis
menyatakan pertambahan panjang.
Batasan sifat elastis perbandingan regangan dan tegangan akan linier akan
berakhir sampai pada titik mulur. Hubungan tegangan dan regangan tidak lagi
linier pada saat material mencapai pada batasan fase sifat plastis. Pada daerah
elastis, besarnya tegangan berbanding lurus dengan regangan.
9
2.3 Modulus Elastisitas
Modulus elastisitas adalah angka yang digunakan untuk mengukur objek
atau ketahanan bahan untuk mengalami deformasi elastis ketika gaya diterapkan
pada benda itu. Modulus elastisitas suatu benda didefinisikan sebagai kemiringan
dari kurva tegangan-regangan di wilayah deformasi elastis (Wikipedia, 2018).
Perbandingan antara tegangan dan regangan benda tersebut disebut modulus
elastisitas atau modulus Young (serway dan Jewett,2009). Pengukuran modulus
Young dapat dilakukan dengan menggunakan gelombang akustik, karena
kecepatan jalannya bergantung pada modulus Young. Secara matematis
dirumuskan:
E = (2.3)
E =.. (2.4)
Dengan :
E = Modulus Young (N/m 2)
F = gaya (N)
L = panjang mula-mula (m)
ΔL = pertambahan panjang (m)
A = luas penampang (m2)
= Tegangan (N/m 2)
= Regangan
Nilai modulus Young hanya bergantung pada jenis benda (komposisi benda),
tidak bergantung pada ukuran atau bentuk benda. Nilai modulus Young beberapa
10
jenis bahan dapat kalian lihat pada Tabel 2.1. Satuan SI untuk E adalah pascal
(Pa) atau Nm2.
Tabel 2.1 Nilai Modulus Young beberapa jenis bahan
(sumber : https://sainsmini.blogspot.com/2015/11/penjelasan-tentang-tegangan-dan.html)
2.4 Diagram Tegangan-Regangan
Diagram Tegangan–Regangan merupakan suatu diagram yang
membandingkan hubungan antara tegangan dan regangan yang terjadi pada suatu
bahan dalam suatu pengujian tertentu (E.P. Popov. 1978, hal : 39). Untuk
diagram–diagram tegangan regangan ini, biasa pula digunakan skala ordinat untuk
tegangan dan skala absis untuk regangan. Tegangan dapat kita peroleh dengan
membagi gaya yang terjadi pada suatu bahan dengan luas permukaan pada bahan
tersebut. Dalam persamaan dapat ditulis :
= (2.5)
F = gaya yang terjadi pada bahan
A = Luas Permukaan
11
Secara eksperimen terdapat beberapa variabel yang dapat mempengaruhi
diagram tegangan- regangan salah satunya yaitu; jenis bahan yang digunakan,
kecepatan pengujian dan suhu pengujian yang dilakukan.
Dalam jenis diagram tegangan regangan terdapat dua jenis yang dikenal pada
umumnya yaitu diagram tegangan-regangan untuk baja lunak dan kurva tegangan-
regangan untuk bahan rapuh seperti gambar 2.1
berbagai macam bahan seperti baja perkakas, beton, tembaga, dan seterusnya
mempunyai kurva jenis ini, titik akhir dari diagram tegangan-regangan
menyatakan kegagalan penuh dari spesimen.
1. Titik a adalah batas proposional
2. O-B adalah daerah elastis, dimana :
Regangan (deformasi = perubahan bentuk) akan sebanding dengan tegangan
yang bekerja;
Dengan :
σ = E .ε (Hukum Hooke) E = Modulus elastisitas
Gambar 2.1 Diagram tegangan-regangan untuk baja lunak dan rapuh
(Sumber : http://eprints.ums.ac.id/15211/2/BAB_II.pdf )
12
σ = Tegangan ε = Regangan
Apabila beban tidak bekerja lagi, maka material akan kembali ke bentuk
semula.
3. X2-X3 adalah daerah plastis, dimana :
Tegangan yang bekerja melampaui kekuatan luluh (yield strength) material,
maka perubahan bentuk yang terjadi akan permanen meskipun beban
ditiadakan.
4. X4 adalah daerah tegangan material tertinggi, dimana :
Tegangan mencapai harga kekuatan tarik (tensile strength) material, maka
material akan mengecil di bagian tertentu dan akhirnya patah/putus.
2.5 Hukum Hooke
Hukum Hooke adalah hukum atau ketentuan mengenai gaya dalam bidang
ilmu fisika yang terjadi karena sifat elastisitas dari sebuah pegas. Besarnya gaya
Hooke ini secara proporsional akan berbanding lurus dengan jarak pergerakan
pegas dari posisi normalnya. Diagram tegangan-regangan di kebanyakan material
engineering memperlihatkan hubungan yang linear antara tegangan dengan
regangan di wilayah elastis untuk semua bahan.
Dengan demikian peningkatan tegangan menyebabkan kesebandingan
peningkatan regangan. Fakta inilah yang ditemukan oleh Robert Hooke 1676
dalam penerapan pegas dan dikenal dengan hukum Hooke.
Hukum ini dinyatakan oleh persamaan :
13
= E. atau E = (2.6)
Dimana :
= Tegangan (N/ )
E = Modulus elastisitas (N/ )
= Regangan yang terjadi (m/m)
Tegangan berbanding lurus dengan regangan. Dimana tetapan perbandingan
adalah E. tetapan E ini disebut dengan modulus elastis atau modulus young. E
mempunyai satuan tegangan. Dalam satuan SI, E diukur dalam newton per-meter
kuadrat (atau Pascal).
Secara fisis modulus elastis menyatakan kekakuan terhadap beban yang
diberikan kepada bahan. Nilai modulus elastis merupakan suatu sifat yang pasti
dari suatu bahan (E.P. Popov. 1978, hal : 38). Dalam eksperimen nilai selalu
merupakan bilangan yang sangat kecil, karenanya E haruslah mempunyai harga
yang besar. Hukum Hooke hanya berlaku sampai pada batas proporsional dari
bahan.
2.6 Poisson Ratio
Poisson’s ratio berbeda-beda tergantung dari material. Berikut adalah
property dari material yang sering digunakan pada aplikasi industri, termasuk
pada property tersebut adalah Poisson’s ratio.
14
Tabel 2.2 Mechanical Properties of Industrial Materials
(Sumber : https://www.researchgate.net/figure/Mechanical-properties-of-the-tested-
materials_tbl1_270917833)
2.7 Analisa Regangan pada Bidang
Analisis regangan bidang dapat diterapkan pada suatu struktur, dimana
tidak terjadi regangan yang arahnya tegak lurus bidang yang ditinjau. Sebagai
contoh,suatu struktur bendung yang cukup panjang dibandingkan dengan arah
melintang, dimana pada kedua ujungnya terdapat penekanan arah memanjang
(lihat contoh gambar 2.2)
Gambar 2.2 Struktur Bendung yang dikekang pada kedua ujungnya
(Sumber : https://www.slideshare.net/DevianaAmbar/analisis-tegangan-dan-regangan-bidang)
15
Regangan bidang (plain strain) untuk kasus pada Gambar 2.3 terjadi
dengan ε z γ zx = γ zy = 0 . Persamaan-persamaan transformasi secara umum
untuk regangan bidang didapatkan dan pertimbangan-pertimbangan geometrik.
Pandanglah sebuah elemen yang mengalami deformasi seperti pada Gambar 2.3
Yang perlu diperhatikan adalah pergeseran (displacement) relatif dan titik-titik
yang berdekatan pada elemen. Pergeseran (translasi) dan perputaran (rotation)
elemen tidak berpengaruh karena elemen dianggap dalam kondisi kaku.
2.7.1 Transformasi Regangan Bidang
Untuk mendapatkan persamaan transformasi regangan bidang, digunakan
kesepakatan bahwa regangan ℇx dan ℇy diambil positif jika elemen bertambah
panjang atau lebar. Demikian pula regangan geser positif memperpanjang
diagonal seperti ditunjukan pada gambar 2.3(a)
Persoalannya disini adalah mencari besaran regangan-regangan normal
terhadap sumbu-sumbu transformasi x y dan besaran-besaran yang sudah
diketahui yaitu ℇx,ℇ , (terhadap sumbu-sumbu transformasi xy), seperti yang
terlihat pada gambar 2.3(b). dengan meninjau salah satu titik sudut elemen tetap
(titik O), dapat dihitung pergeseran titik A pada elemen asal ke titik A” pada
elemen setelah mengalami deformasi. Seperti pada gambar 2.3(a);
(a)Deformasi Elemen
16
Gambar 2.3 Deformasi elemen pada masing-masing sumbu
(Sumber : https://www.slideshare.net/DevianaAmbar/analisis-tegangan-dan-regangan-bidang)
Dari gambar 2.3(a) terlihat :
(2.7)
Dengan memperhatikan proyeksi pergeseran-pergeseran tersebut terhadap
sumbu x’ dan y’ akan didapatkan pergeseran-pergeseran terhadap sumbu ini,
yaitu :
(2.8)
Dengan membagi masing-masing dengan dx’ akan didapatkan:
ℇx’ = (2.9)
17
karena = Cos dan Sin maka :
2.7.2 Regangan Utama
Dengan cara yang sama seperti pada penurunan rumus-rumus
mengenai tegangan- tegangan utama, akan didapatkan regangan- regangan
utama sebagai berikut:
a) Regangan Maksimum dan Minimum :
(2.11)
Yang terjadi pada sudut 1 dan 2 yang besarnya :
(2.12)
Dan sumbu-sumbu dengan sudut 2 tegak lurus.
b) Regangan geser Maksimum dan Minimum :
(2.13)
Yang terjadi pada sudut 1 dan 2 yang arahnya 45odari sudut 2
atau : (2.14)
(2.10)
18
2.7.3 Lingkaran Regangan Mohr
Dari Persamaan (2.11) dan (2.12) dan dengan cara yang sama pada tema
lingkaran tegangan Mohr, akan didapat persamaan Iingkaran dengan pusat (a,0)
dan jari-jari b :
(2.15)
Dengan Regangan utama masing-masing :
Dengan :
(2.16)
Selanjutnya lingkaran regangan Mohr Dapat dilihat pada Gambar 2.4
Gambar 2.4 Lingkaran Regangan Mohr
(Sumber : https://www.slideshare.net/DevianaAmbar/analisis-tegangan-dan-regangan-bidang)
19
Dalam pembuatan ini setiap titik pada lingkaran memberikan dua harga:satu
untuk regangan muai, yang lain untuk regangan geser dibagi dua,Regangan yang
berkaitan dengan perpanjangan adalah positif, sedangkan untuk penyusutan adalah
negatif.
a. Regangan muai maksimum adalah ℇ1, sedang yang minimum adalah ℇ2. Ini
adalah regangan-regangan utama, dan berkaitan dengan ini tidak terdapat
regangan geser.
b. Regangan geser adalah sama dengan dua kali radius lingkaran.
Regangan muai ( 1 + 2)/2 dalam dua arah yang salinbg tegak lurus
berkaitan dengan regangan geser maksimum.
c. Jumlah regangan muai dalam kedua arah yang saling tegak lurus adalah
invariant, yaitu 1 + 2 = x + y = tetap.
2.8 Beam dari Stainless Steel
Beam adalah suatu batang yang dibebani gaya atau momen yang bekerja
pada bidang-bidang yang dibentuk oleh sumbu batang tersebut (Frederik,2018).
Material Stainless Steel merupakan logam campuran. Stainless Steel terdiri dari
campuran besi, Kromium, Nikel, Molybdenum, Titanium, Alumunium, Niodium,
dan beberapa logam lainnya. Logam ini ditemukan oleh Harry Brearly pada tahun
1913. Dalam penelitian yang dilakukan menggunakan batang beam bermaterial
Stainless Steel dengan ketebalamn 3mm, lebar 40mm dan panjang 400mm.
20
2.9 Tumpuan Engsel-Roll
Tumpuan adalah tempat bersandarnya kontruksi dan tempat terjadinya
reaksi. Tumpuan Engsel-Roll merupakan tumpuan yang umum digunakan dan
mudah di jumpai. Penggunaan tumpuan tipe Engsel-Roll umumnya dipilih karena
beban yang akan ditumpu tidak terlalu besar, dan penelitian ini menggunakan
pembebanan terpusat sehingga sangat baik untuk digunakan dengan model
tumpuan Engsel-Roll. Gambar 2.5 memperlihatkan bagaimana bentuk suatu
struktur tumpuan Engsel-Roll.
Gambar 2.5 Sistem Tumpuan Engsel-Roll
(sumber: https://www.slideshare.net/tejaandeiitm/sdof)
2.10 Pengukuran Regangan
Setiap pengukuran regangan (strain) harus dilakukan terhadap panjang
berhingga benda uji. Makin pendek panjang ini, makin mendekat pula pengukuran
itu pada panjang regengan satuan. Panjang yang digunakan untuk pengukuran
regangan rerata disebut panjang dasar (base length). Sensitivitas deformasi
didefinisikan sebagai deformasi minimum yang dapat ditunjukan oleh pengukur
per satuan panjang dasar.
21
Suatu metode sederhana untuk pengukuran regangan ialah dengan
menempatkan semacam penandaan berupa kisi pada permukaan benda uji dan
kemudian mengukur deformasi kisi ini bila spesimen itu diberi beban. Metode ini
berlaku untuk bahan-bahan dan proses-proses dimana terdapat deformasi yang
cukup besar karena beban. Metode-metode ini dapat diterapkan untuk mengkaji
regangan yang terjadi pada proses membentuk logam lembaran.
Deformasi kisis sesudah pembentukan memberikan petunjuk kepada
perancang mengenai tegangan-tegangan lokal yang terjadi pada bahan itu selama
proses pembentukan. Lapisan-lapisan itu sangat berguna untuk menentukan
tegangan-tegangan pada titik konsentrasi tegangan yang terlalu kecil, atau yang
tempatnya tidak memungkinkan pemasanagan pengukur regangan tahanan listrik
atau pengukur regangan jenis lain.
2.11 Pengukur Regangan Tahanan-Listrik
Pengukur – regangan tahanan-listrik (electrical-resistance strain gage)
merupakan piranti yang paling banyak dipakai untuk pengukuran regangan.
Operasinya berdasar pada prinsip bahwa tahanan listrik suatu konduktor
(penghantar) berubah bila mengalami deformasi mekanik. Biasanya penghantar
listrik itu disatukan dengan specimen dengan bantuan semen isolasi pada kondisi
tanpa beban. Kemudian diberi beban, yang menyebabkan terjadinya deformasi
pada specimen maupun unsur tahanan. Deformasi ini ditunjukan dengan
pengukuran perubahan tahanan unsur. Prosedur perhitungan diuraikan di bawah
ini, Hubungan dasar untuk pengukur-regangan tahanan konduktor.
………………………….(2.15)
22
R = (2.17)
Dimana:
R : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)
ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)
L : Panjang penghantar (m)
A : Luas penghantar ( m²)
Bila persamaan (2-17) di diferensiasi, kita dapat
= + − (2.18)
Luas dapat pula kita hubungkan dengan kuadrat suatu dimensi lintang, seperti
diameter kawat tahanan. Bila dimensi ini kita namakan D, kita dapat :
= 2 (2.19)
Dengan menggunakan definisi regangan aksial dan rasio poisson, maka diperoleh:
= ∈ (1 + 2 ) + (2.20)
Faktor pengukur (gage factor) F didefinisikan dengan
F =/∈ (2.21)
Sehingga
F = 1 + 2 + ∈ (2.23)
23
Dengan demikian regangan lokal dapat kita nyatakan dengan faktor pengukur,
tahanan pengukur, dan perubahan tahanan karena regangan:
∈ = ∆(2.24)
Nilai faktor pengukur dan tahanan biasanya diberikan oleh pembuat alat,
sehingga pemakai hanya perlu mengukur nilai ∆ untuk dapat menentukan
regangan lokal. Terdapat tiga jenis pengukur –regangan tahanan yang biasa;
pengukur kawat terikat (bonded wire gage),pengukur bilah tipis, pengukur
semikonduktor. Pengukur kawat menggunakan kawat yang ukuranya berkisar
antara 0,0005 sampai 0,001 in (12 sampai 25 ). Pengukur bilah tipis (foil gage)
menggunakan bilah yang dapat diterapkan pada berbagai situasi pengukuran
regangan. Oleh karena fleksibilitasnya ini, alat ini paling banyak dipakai.
Sedangkan pengukur semikonduktor menggunakan bahan dasar silikon
yang peka-regangan dan menguntungkan karena dapat memberikan nilai F yang
sangat besar ( F~100). Bahan itu biasanya menghasilkan struktur lapis yang rapuh,
dengan ketebalan kira-kira 0,01 in(0,25mm). Pengukur kawat dan pengukur bilah
dapat dibuat dengan berbagai cara, tetapi yang penting ialah bahwa unsur tahanan
harus terikat satu pada dudukannya.
24
Gambar 2.6 Tiga jenis pengukur-tegangan tahanan (a) pengukur kawat;(b)pengukur bilah
tipis;(c)pengukur semikonduktor.
(Sumber : http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf)
Bila kita memasang pengukur regangan pada specimen, ada dua hal yang
harus diperhatikan: (1) permukaan harus benar-benar bersih. Pembersihan dengan
amplas diikuti dengan aseton biasanya cukup memadai. (2) harus dijaga agar
diberikan cukup waktu untuk semen itu mongering dan menjadi kertas benar.
2.12 Rosette Pengukur Regangan
Masalah pengukuran yang lebih umum menyangkut regangan pada lebih
satu arah, dan arah sumbu regangan utama tidak akan diketahui. Sekarang kita
tinjau metode-metode yang dapat dipakai untuk menghitung tegangan dan
regangan utama dalam bahan itu dari tiga pengukur-regangan. Susunan pengukur
regangan dalam penerapan itu disebut Roset (berbentuk bunga ros).
(c)
25
Gambar 2.7 Roset pengukur-regangan siku empat
(Sumber : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cercle_mohr_rosette_45_xy.svg)
Perhatikan roset siku-empat pda gambar 2.8 ketiga pengukur regangan
dipasang pada arah sesuai dengan gambar, dan regangan yang diukur dengan
masing-masing alat ialah 1, , .a. Reganga utama untuk situasi ini ialah:
maks,min = ± √ [( − ) + ( − ) ] / (2.25)
b. Tegangan utama ialah:
, min = ( )( µ) ± √ ( µ) [( − ) + ( − ) ] / (2.26)
c. Tegangan geser (shear stress) maksimum ditandai dengan dan dihitung
dari:
= √ ( µ) [( − ) + ( − ) ] / (2.27)
d. Sumbu tegangan utama terletak pada sudut di mana:
Tan 2 = (2.28)
26
Pada sumbu inilah terjadi tegangan maksimum . Masalah timbul pada
penentuan kuadaran , oleh karena itu mendapat nilai dua dari penyelesaian
persamaan (2-36). Sudut terletak pada kuadran pertama (0< < /2) jika
2 > (2.29)
Dan pada kuadran kedua bila 2 lebih kecil dari nilai ini. Ada baiknya kita
sebutkan disini bahwa pengukur-regangan tahanan mungkin peka terhadap
regangan lintang di samping pada regangan aksial. Perubahan tahanan yang
disebabkan oleh regangan lintang biasanya kurang dari 2 atau 3 persen dari
perubahan yang disebabkan oleh regangan aksial, dan oleh karena itu dapat
diabaikan dalam kebanyakan penerapan.
2.13 Sensor
Sensor dalam teknik pengukuran dan pengaturan secara elektronik
berfungsi mengubah tegangan fisika (misalnya: temperatur, cahaya, gaya,
kecepatan putaran) menjadi besaran listrik yang proposional.
Pada saat ini, sensor telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde
nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini memudahkan pemakaian dan menghemat
energi.
2.13.1 Macam-Macam Sensor
Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat
dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:
27
a) Sensor thermal (panas): adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi
gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi
ruang tertentu. Contohnya ; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo
transistor.
b) Sensor mekanis: adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis,
seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar,
tekanan, aliran, level dsb. Contohnya; strain gage, linear variable deferential
transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell.
c) Sensor optik (cahaya): adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari
sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda
atau ruangan. Contohnya; photo cell, photo transistor, photo diode.
2.13.2 Sensor Strain Gage
Sensor strain gauge pada umumnya adalah tipe metal-foil, dimana
konfigurasi grid dibentuk oleh proses photoeching. Karena prosesnya sederhana,
maka dapat dibuat bermacam macam ukuran gauge dan bentuk grid. Untuk
macam gauge yang terpendek yang tersedia adalah 0,20 mm; yang terpanjang
adalah 102 mm. Tahanan gauge standard adalah 120 mm dan 350 ohm, selain itu
ada gauge untuk tujuan khusus tersedia dengan tahanan 500, 1000, dan 1000 ohm.
Sensor strain gauge adalah grid metal-foil yang tipis yang dilekatkan pada
permukaan dari struktur. Apabila komponen atau struktur dibebani, terjadi strain
dan ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding dengan
strain induksi beban.
28
Gambar 2.8 Gambar sensor Strain Gauge
(Sumber : http://www.rajaloadcell.com/article/penjelasan-tentang-strain-gauge-yang-harus-
diketahui-143)
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 dengan faktor gage (gage factor). Nilai faktor gage bahan berbeda-beda
seperti pada table 2.3
Tabel 2.3 Nilai Faktor Gage
(Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Gauge_factor )
29
Idealnya resistansi dari strain gage akan berubah hanya merespon adanya
perubahan strain. Akan tetapi material strain gage, seperti halnya jenis material
yang dipilih sebagai pembentuknya akan dapat merespon perubahan temperatur.
Perusahan pembuat strain gage berusaha meminimalis sensitivitas terhadap suhu
(temperatur).
Gambar 2.9 Bentuk dari Transduser daya Strain Gage (a) Kawat; (b) foil; (c)Load Cell.
(Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf )
A. Karakteristik Strain Gage
1. Konstanta kalibrasi untuk gage stabil. Tidak bervariasi dengan
waktu,temperature atau faktor-faktor lingkungan lainnya.
2. Gage mampu mengukur strain dengan ketelitian ± 1µm/m. dalam range
strain besar ±10%.
3. Ukuran gage kecil sehingga strain diperirakan dengan kesalahan kecil.
4. Sistem gage mudah penempatan dan pembacaannya.
5. Gage dan peralatan pendukungnya rendah biaya dan dapat dipakai
secara luas.
6. System gage mudah diinstal dan dioperasikan.
30
B. Jenis-Jenis Sensor Strain Gage
1. Metal Wire Strain Gauge
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. Gambar 2.10 adalah bentuk-bentuk dasar dari Metal wire
Strain gage yang bisa diikat, dan wayar dirangkai dengan pola zig-zag.
Gambar 2.10 Bentuk-bentuk dasar dari Metal Wire Strain Gage.
(Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf)
2. Strain Gauge Metal foil
Penyaringan dalam teknik photoacting memungkinkan perkembangan
Strain Gauge 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 gauge Metal foil memberikan keuntungan yang
berarti. Metal Foil Strain Gauge terlihat pada Gambar 2.11
31
Gambar 2.11 Metal Foil Strain Gage
(Sumber : http://blog.ub.ac.id/ilhama8/files/2014/07/PENGUKURAN-STRAIN
GAGE.docx )
Gambar 2.11 menunjukkan beberapa contoh yang keseluruhannya
memiliki ukuran yang dan aplikasi yang berbeda. Jenis dari Metal
Foil Strain Gage diantaranya Rosette 90o yang dapat mengukur aksial
dan regangan transfer sekaligus. Variasi desain ini adalah stress gauge
dimana dua elemen meliliki tahanan yang berbeda.
3. Strain gauge 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.
C. Elemen Pengindra Metalik
Strain Gage metalik dibentuk dari kawat tahanan tipis atau dietsa dari
lembaran kawat logam tipis. Umumnya, ukuran kawat gage adalah
kecil dan dapat digunakan pada temperatur tinggi. Elemen-elemen foil
32
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.
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.
b. Nichrome V adalah paduan nikel-chrome yang digunakan untuk
pengukuran strain statik sampai 375°C.
c. Dynaloy adalah paduan nikel-besi dengan Faktor Gage yang rendah
dan ketahanan yang tinggi terhadap kelelahan.
d. Stabiloy adalah paduan nikel-chrome yang dimodifikasi dengan
rangkuman kompensasi temperatur yang lebar.
D. Konfigurasi Strain Gage
Bentuk elemen pengindera dipilih menurut regangan yang akan diukur,
satu sumbu (uniaksial), dua sumbu (biaksial), atau arah ganda (banyak).
Pemakaian satu sumbu paling sering menggunakan elemen-elemen
pengindera yang panjang dan kecil untuk memaksimalkan bahan
pengindera regangan dalam arah yang diselidiki. Sampel-sampel ujung
dibuat sedikit dan pendek, sehingga sensitivitas terhadap regangan
adalah rendah. Panjang gage dipilih menurut bidang regangan yang akan
diselidiki. Pada kebanyakan pengukuran regangan, gage yang
33
panjangnya 6 mm memberikan prestasi yang baik dan pemasangan yang
mudah.
E. Prinsip Kerja Sensor Strain Gage
Gaya yang diberikan pada suatu benda logam (material ferrit /
konduktif), selain menimbulkan deformasi bentuk fisik juga
menimbulkan perubahan sifat resistansi elektrik benda tersebut. Dengan
menempelkan jenis material tersebut pada suatu benda uji
(spesimen) menggunakan suatu perekat yang isolatif terhadap arus
listrik, maka material tadi akan menghasilkan adanya perubahan
resistansi yang nilainya sebanding terhadap deformasi bentuknya.
F. Pemilihan Strain Gage yang tepat
Beberapa perameter teknis perlu diperhatikan pada saat memilih dan
menentukan strain gauge mana yang sesuai untuk pengukuran yang
akan dilakukan, diantaranya:
1. Panjang Gage
Pemilihan panjang gauge bergantung pada objek / specimen. Gauge
yang pendek, dapat digunakan untuk lokalisasi pengukuran
regangan, sedangkan gauge yang panjang lebih banyak dipilih dan
digunakan untuk mengukur regangan rata-rata yang mewakili
seluruh permukaan.
Berikut adalah acuan panjang gauge merk Showa Instruments dan
aplikasi- aplikasinya:
- ≤ 1 mm Untuk pengukuran terpusat
34
- 2 ~ 6 mm Untuk logam dan penggunaan umum
- 10 ~ 20 mm Untuk mortar (semen campuran), kayu, FRP, dll
2. Resistansi Gage
Menunjukkan nilai resistansi dalam besaran “Ω” [ohm], yang
diukur pada keadaan tanpa beban dan pada temperatur suhu ruang
oleh pabrikan.
3. Mampu Ukur Regangan (Measurable Strain)
Menunjukkan besarnya regangan yang mampu diukur. Umumnya
berkisar 2 sampai 4% maksimum. Namun dengan strain gauge foil-
yielding dapat mencapai 10%.
4. Rentang Suhu (Temperature Range)
Menunjukkan batasan suhu lingkungan yang disanggupi oleh strain
gauge, dengan kata lain strain gauge masih dapat menghasilkan
nilai pengukuran yang akurat. Umumnya berkisar antara -30ºC ~
+80ºC. Untuk jenis high-temperature strain gauge, dapat mencapai
+180ºC.
5. Faktor Gage (K)
Nilai keluaran dari strain gauge adalah dalam besaran elektrik-
resistansi. Sedangkan besarnya yang menjadi tujuan pengukuran
adalah nilai regangan. Dengan demikian diperlukan suatu nilai
konversi yang disebut factor gauge (K).
35
6. Sensitifitas Transfers (Kt)
Pada kenyataanya nilai resisitansi strain gauge dapat juga berubah
akibat pengaruh adanya regangan yang arahnya tegak lurus terhadap
aksis gauge – regangan transfersal (εt).
G. Aplikasi Sensor Strain Gage
1. Digunakan pada pengkur berat badan digital.
2. Timbangan Digital pada kapasitas berat yang diangkut oleh bus, truk.
3. Mengukur batas maksimal tumpangan pada lift.
Gambar 2.12 aplikasi sensor strain gauge pada pemantauan beban penimbang
timbangan
(Sumber : http://blog.ub.ac.id/ilhama8/files/2014/07/PENGUKURAN-STRAIN GAGE.docx )
H. Pemasangan Strain Gage
1. Pembersihan permukaan
Tidak peduli apa jenis strain gauge digunakan, permukaan benda uji harus
disiapkan sebelum instalasi. Fungsi utama dari proses persiapan adalah
untuk menciptakan permukaan bersih dan bebas dari partikulat lemak, debu
36
dan lainnya yang dapat mengganggu kualitas obligasi. Metode persiapan
permukaan dapat sedikit berbeda tergantung pada material dari benda uji.
Logam seperti baja dan aluminium disusun dengan membersihkan
permukaan dengan pelarut, seperti aseton, kemudian melakukan cahaya etch
dengan asam ringan dan amplas halus.
2. Instalasi Bonded Strain Gauge
Pengukur regangan Berikat yang diinstal ke bagian pengujian menggunakan
perekat cyanoacrylate. Perekat ini cepat kering dan membentuk ikatan kaku
yang transfer regangan dengan kehilangan minimal dari potongan uji dengan
strain gauge. Untuk memudahkan proses instalasi, menggunakan sepotong
tape yang jelas untuk mengambil strain gauge. Hindari menyentuh
mengukur dengan tangan kosong, karena hal ini dapat mentransfer minyak
kulit untuk mengukur dan mengganggu ikatan. Posisi pita berisi mengukur
ke potongan uji, kemudian kupas salah satu ujung dari pita kembali untuk
mengekspos sisi belakang mengukur. Terapkan setetes perekat
cyanoacrylate ke belakang mengukur, lalu cepat-cepat mendorong pita
kembali ke potongan uji. Terapkan tekanan lembut seluruh permukaan
mengukur keseluruhan selama sekitar satu menit.
2.13.3 Sensor Rosette Strain Gage
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 45° atau 60° antara elemen-elemen
37
pengindera. Rosette 60° digunakan bila arah regangan utama tidak diketahui.
Rosette 45° memberikan resolusi sudut yang lebih besar.
Deformasi akibat adanya gaya yang bekerja tidak selalu bersifat satu
arah. Gaya yang bekerja pada suatu luasan dapat bersifat dua arah, sehingga
untuk pemasangan ini diperlukan pemasangan strain gage yang mampu
mendeteksi adanya deformasi ke arah-arah deformasi yang terjadi. Desain
pola strain gage misalnya dapat dibuat dalam bentuk rosette dua sumbu
(biaxial rosette) dengan masing-masing saling tegak lurus.
Gambar 2.13 Rosette Strain Gage dengan sudut 90° untuk arah deformasi X-Y
(Sumber : Pengantar Teknologi Sensor, Setyawan P. Sakti,2017)
Gambar 2.13 menunjukan bentuk dari bi-axial rosette. Variasi lain adalah
bentuk rosette dengan menggunakan tiga elemen yang dapat membentuk sudut
45° atau 120°. Gambar 2.14 dan Gambar 2.15 menunjukan bentuk strain gage
dengan 3 elemen.
Gambar 2.14 Rosette Strain Gage dengan sudut 45° untuk arah deformasi X-Y-Z
(Sumber : Pengantar Teknologi Sensor, Setyawan P. Sakti,2017)
38
Pola alur strain gage juga dapat dirancang untuk keperluan pendeteksian
arah deformasi dalam koordinat polar, sehingga strain gage akan dipasang pada
suatu diafragma. Deformasi yang terjadi dalam koordinat polar adalah deformasi
ke arah radial dan ke arah tangensial. Gambar 2.16 menunjukan strain gage
diafragma yang dipergunakan untuk deteksi deformasi dalam bentuk koordinat
polar pada arah radial dan arah tangensial. Strain gage juga dapat disusun
bertumpuk menjadi beberapa lapis dengan arah deformasi yang berbeda (Gambar
2.17).
Gambar 2.15 Rosette strain gage dengan sudut 120° untuk arah deformasi X-Y-Z
(Sumber : Pengantar Teknologi Sensor, Setyawan P. Sakti,2017)
Gambar 2.16 Rosette Strain Gage dalam bentuk diafragma untuk deformasi radial dan
tangensial
(Sumber : Pengantar Teknologi Sensor, Setyawan P. Sakti,2017)
39
Gambar 2.17 Rosette strain gage bertumpuk dengan sudut 45° untuk arah deformasi X-
Y-Z
(Sumber : Pengantar Teknologi Sensor, Setyawan P. Sakti,2017)
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.
2.14 Rangkaian Jembatan Wheastone
Jembatan Wheastone adalah alar ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter
Christie pada 1833. Jembatan Wheastone merupakan suatu alat pengukur, alat ini
dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran
terhadap suatu tahanan yang nilainya relative 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 :
40
Gambar 2.18 Susunan Komponen dalam jembatan Wheastone
(Sumber : https://rumus.co.id/jembatan-wheatstone/)
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. Berikut merupakan
rumus umum yang digunakan pada jembatan wheastone :
Vout = Vin [ − ] (2.25)
2.14.1 Prinsip Kerja Jembatan Wheastone
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.
41
2.14.2 Jembatan Wheastone yang diberi Bebam
Strain Gage menginisiasikan perubahan hambatan dengan sangat kecil.
Oleh karena itu, untuk pengukuran Strain sebuah jembatan Wheastone. Rangkaian
Jembatan ini digunakan untuk mengkonversi perubahan impedansi menjadi
perubahan tegangan terutama untuk fraksi perubahan yang kecil. Keluaranya
dapat dibuat berubah di sekitar nol, sehingga penguatan dapat digunakan untuk
memperbesar level sinyal (guna meningkatkan sensitivitas terhadap perubahan
impedansi).
Gambar 2.19 Susunan Strain Gage dalam jembatan Wheastone
(Sumber : http://blog.ub.ac.id/ilhama8/files/2014/07/PENGUKURAN-STRAIN GAGE.docx)
2.14.3 Konfigurasi Jembatan Wheastone pada Pengukur Regangan
A. Sirkuit Seperempat Jembatan (Quarter Wheastone Briddge)
susunan dengan elemen(sensor) tunggal pada jembatan wheastone disebut
juga dengan quarter bridge strain gauge circuit. nilai tahanan pada (R1,R2
dan R3 ) disetel sama satu sama lain. Kemudian pada tahanan R4 merupakan
satu buah tahanan dari sensor untuk pengukuran(regangan) yang akan
memberikan perubahan nilai pada konfirguasi jembatan wheastone ini.
dengan demikian, tanpa gaya yang diterapkan pada pengukur regangan,
jembatan akan seimbang secara simetris dan voltmeter akan menunjukan nol
volt.
42
Gambar 2.20 Rangkaian Seperempat Jembatan
( Sumber : https://www.sensorland.com)
Susunan dengan elemen tunggal jembatan yang mengubah tahanan
sebagai respons terhadap variabel terukur(gaya mekanis), dikenal sebagai
sirkuit seperempat jembatan. Konfigurasi jembatan wheastone seperempat
memiliku rumus untuk mendapatkan nilai regangan sebagai berikut :∈= ( ) (2.26)
Dimana nilai Vr merupakan :
Vr = [(Vout/Vin)Strained – (Vout/Vin)Unstrained)]
Gf = Gage Faktor dari pengukur regangan(sensor)
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.
43
Gambar 2.21 Rangkaian Setengah Jembatan
(Sumber: https://www.sensorland.com)
Karena kedua pengukur regangan akan meningkatkan atau menurunkan
resistansi dengan proporsi yang sama sebagai respons terhadap perubahan
suhu, efek perubahan suhu tetap dibatalkan dan sirkuit akan mengalami suhu
minimum yang disebabkan oleh suhu.
Gambar 2.22 Rangkaian Setengah Jembatan (tanpa beban)
(Sumber: https://www.sensorland.com)
Dengan tidak ada gaya yang diterapkan pada spesimen uji, kedua pengukur
regangan memiliki resistansi yang sama dan rangkaian jembatan seimbang.
Namun, ketika gaya ke bawah diterapkan ke ujung bebas spesimen, itu akan
menekuk ke bawah, meregangkan pengukur # 1 dan mengompresi pengukur #
2 pada saat yang sama:
44
Gambar 2.23 Rangkaian Setengah Jembatan (diberi beban)
(Sumber: https://www.sensorland.com)
kita mengambil pengukur regangan atas dan memposisikannya sehingga itu
terkena kekuatan yang berlawanan sebagai pengukur lebih rendah (yaitu
ketika pengukur atas dikompresi, pengukur bawah akan diregangkan, dan
bisa-sebaliknya). Konfigurasi jembatan wheastone setengah memiliki rumus
untuk mendapatkan nilai regangan sebagai berikut :∈= [( ) ( )] (axial) atau (Bending) (2.27)
Dimana nilai Vr merupakan :
Vr = [(Vout/Vin)Strained – (Vout/Vin)Unstrained)]
Gf = Gage Faktor dari pengukur regangan(sensor)
= Poisson Ratio Bahan
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.
45
Gambar 2.24 Rangkaian Jembatan Penuh Wheastone
(Sumber : https://www.sensorland.com)
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
yang disebabkan oleh gaya yang diterapkan sama untuk keempat pengukur
regangan). Konfigurasi jembatan wheastone setengah memiliki rumus
untuk mendapatkan nilai regangan sebagai berikut :
∈= [( ) ( )] (axial) atau (Bending) (2.28)
Dimana nilai Vr merupakan :
Vr = [(Vout/Vin)Strained – (Vout/Vin)Unstrained)]
Gf = Gage Faktor dari pengukur regangan(sensor)
= Poisson Ratio Bahan
46
2.15 Penguat Instrumentasi
Keluaran (output) dari hasil sensor strain gage sangat kecil yaitu dalam
skala mV, Untuk dapat dapat membaca sinyal masukan dari sensor ke
mikrokontroler dibutuhkan suatu penguat. Penguat yang paling cocok digunakan
yaitu penguat instrumentasi. Penguat instrumentasi dibuat dengan menggunakan
IC INA125, IC ini memiliki hambatan masukan sebesar 10 , CMRR 90dB,
tegangan offset maksimum 100 µV dan penguat internal yang dapat dipilih
1x,10x, 100x, dan 1000x.
Gambar 2.25 Penguat Instrumentasi IC INA125P
(Sumber : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina125.pdf)
Gambar 2.25 merupakan skematik dari penguat instrumentasi IC INA 125
yang sudah terhubung langsung denga jembatan wheastone. Untuk mencari
besaran penguat yang akan digunakan maka rumus Penguat IC digunakan sebagai
beerikut :
47
G = (2.29)
Dimana:
Rgain = besaran nilai resistansi penguat( )
Pada penguat instrumentasi ini memiliki jumlah kaki sebanyak 16 kaki dengan
fungsi yang berbeda-beda , salah satu dari kaki tesebut yaitu Vreff yang memiliki
4 kaki Vreff dengan besaran nilai 2,5 V, 5v, 10v dan Vreff lainya.
2.16 Mikrokontroler
Mikrokontroller adalah sebuah system computer fungsional dalam sebuah
chip. Di dalamnya terdapat sebuah inti prosesor, memori (sejumlah kecil RAM,
memori program, atau keduanya), dan perlengkapan input-output. Mikrokontroler
merupakan salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer (M. Syahwil,
2013) . seperti umumnya Komputer, mikrokontroler adalah alat yang mengerjakan
intruksi-intruksi yang diberikan kepadanya. Artinya, bagian terpenting dan utama
dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program itu sendiri yang dibuat oleh
seorang programmer.
Program ini menginstrusikan komputer untuk melakukan jalinan yang panjang
dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang
diinginkan oleh programmer.
48
2.16.1 Pemanfaatan Mikrokontroler
Mikrokontroler ada pada perangkat elektronik di sekeliling kita. Seperti
handphone, MP3 Player, DVD, televise, AC, dll. Mikrokontroller juga dipakai
untuk keperluan mengendalikan robot. Baik robot mainan ataupun robot industri.
kehadiran mikrokontroler membuat Kontrol elektrik untuk berbagai proses
menjadi lebih ekonomis. Dengan penggunaan mikrokontroler ini, maka:
- System elektronik akan menjadi lebih ringkas
- Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar
dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi
- Pencarian gangguan lebih mudah ditelusuri Karena sistemnya yang
kompak
2.16.2 Mikrokontroller Arduino Uno
Arduino 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. Mikrokontroler itu sendiri adalah chip atau IC
(Integrated circuit) yang bisa deprogram menggunakan komputer. Tujuan
menanamkan program pada mikrokontroler adalah agar rangkaian elektronik
dapat membaca input, memproses input tersebut kemudian menghasilkan output
sesuai yang diinginkan.
49
Gambar 2.26 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/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.
A. Kelebihan Arduino
Arduino bertujuan untuk menyederhanakan berbagai macam kerumitan
maupun detail rumit pada pemograman mikrokontroler sehingga menjadi
paket mudah digunakan (easy-to use), sekaligus menawarkan berbagai
macam kelebihan antara lain:
1. Murah. Papan (perangkat keras) Arduino biasanya dijual relatif murah
(harga Arduino Uno-R3 seharga Rp. 100.000) dibandingkan dengan
platrform mikrokontroler pro lainya.
2. Sederhana dan mudah pemogramannya. Perlu diketahui bahwa
lingkungan pemograman di Arduino mudah digunakan untuk pemula,
dan cukup fleksibel bagi mereka yang sudah tingkat lanjut. Untuk
guru/dosen dan mahasiswa.
50
3. Perangkat lunaknya Open Source. Perangkat lunak Arduino IDE
dipublikasikan sebagai Open Source, tersedia bagi para pemrogram
berpengalaman untuk pengembangan lebih lanjut.
4. Perangkat kerasnya Open Source. Perangkat keras Arduino berbasis
mikrokontroler ATMEGA8, ATMEGA 168, ATMEGA 328 dan
ATMEGA 1280. Dengan demikian, siapa saja bisa membuatnya (dan
kemudian bisa menjualnya) perangkat keras Arduino ini, apalagi
bootloader tersedia langsung dari perangkat lunak Arduino IDE-nya.
5. Tidak perlu prangkat chip programmer. Karena didalamnya sudah ada
bootloader yang akan menangani upload program dari komputer.
6. Sudah memiliki sarana komunikasi USB. Sehingga pengguna laptop
yang tidak memiliki port serial/RS323 bisa menggunakannya.
7. Bahasa pemograman relative mudah. Karena software Arduino
dilengkapi dengan kumpulan library yang cukup lengkap.
B. Penggunaan dan Pemanfaatan Arduino
Kegunaan Arduino tergantung kepada kita yang membuat program. Arduino
bisa digunakan untuk mengontrol LED, mengontrol lampu lalu lintas, bisa
juga digunakan untuk mengontrol helicopter. Sudah banyak contoh yang
sudah pernah dibuat di antaranya MP3 Player, pengontrol motor, mesin CNC,
monitor kelembaban tanah, pengukur jarak, penggerak servo, balon udara,
pengontrol suhu, monitor energi, stasiun cuaca, pembaca RFID, drum
elektronik, GPS logger, monitoring bensin, dan masih banyak lagi.
51
C. Papan/Board Arduino UNO
Arduino Uno adalah papan mikrokontroler berbasis ATmega328 yang
memiliki 14 pin digital input/output (di mana 6 pin dapat digunakan sebagai
output PWM), 6 input analog, clock speed 16 MHz, Koneksi USB, jack
listrik, header ICSP, dan tombol reset. Board ini menggunakan daya yang
terhubung ke komputer dengan kabel USB atau daya ektsternal dengan
adaptor AC-DC atau baterai.
Di samping sifatnya yang reliabel juga harganya murah. Berikut merupakan
gambar spesifikasi dari Board Arduino Uno:
Gambar 2.27 Spesifikasi Board Arduino Uno
(Sumber: http://nandasyaputra77.blogspot.com/2017/04/arduino-uno.html)
Spesifikasi Board Arduino Uno:
- Mikrokontroler : ATmega328- Tegangan Operasi : 5v- Tegangan Input : 7-12V- Batas Tegangan Input : 6-20V- Pin Digital I/O : 14 ( dimana 6 pin output PWM)- Pin Analog Input : 6- Arus Dc per I/O Pin : 40mA- Arus Dc untuk pin 3.3V : 50mA- Flash Memory : 32 KB (ATmega328)- SRAM : 2 KB (ATmega328)- EEPROM : 1 KB (ATmega328)- Clock : 16MHz
52
D. Software Arduino IDE
Arduino Uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino IDE.
Pada ATMega328 di Arduino terdapat bootloader yang
memungkinkan Anda untuk meng-upload kode baru untuk itu tanpa
menggunakan programmer hardware eksternal. Berikut merupakan
gambar dari tampilan software sekaligus contoh dari pemograman
Arduino Uno:
Gambar 2.28 Software pemograman Arduino Uno
IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan
menggunakan Java. IDE Arduino terdiri dari:
1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna
menulis dan mengeditprogram dalam bahasa Processing.
2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa
Processing) menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler
tidak akan bisa memahami bahasa Processing. Yang bisa dipahami
oleh mikrokontroler adalah kode biner. Itulah sebabnya compiler
diperlukan dalam hal ini.
53
3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke
dalam memori didalam papan Arduino.
E. Bahasa Pemograman Arduino Uno
Bahasa pemograman C adalah Bahasa pemograman computer yang bisa
digunakan untuk membuat berbagai aplikasi (general-purpose programming
language), mulai dari sistem operasi seperti windows atau Linux , antivirus,
software pengolah gambar dan lain-lain. Dalam pemograman Arduino
Bahasa yang dipakai adalah Bahasa C. Bahasa C telah membuat bermacam-
macam sistem operasi dan compiler untuk banyak Bahasa pemograman salah
satunya adalah PHP. Pada perancangan ini Bahasa C digunakan untuk
menuliskan perintah-perintah yang akan dijalankan oleh mikrokontroler.
2.17 Sistem Jaringan Nirkabel (Radio Telemetry)
Jaringan nirkabel adalah bidang disiplin yang berkaitan dengan
komunikasi antar sistem komputer tanpa menggunakan kabel. Jaringan
nirkabel ini sering dipakai untuk jaringan komputer baik pada jarak yang
dekat (beberapa meter, memakai alat/pemancar bluetooth) maupun pada
jarak jauh (lewat satelit). Bidang ini erat hubungannya dengan bidang
telekomunikasi, teknologi informasi, dan teknik komputer. Jenis jaringan
yang populer dalam kategori jaringan nirkabel ini meliputi: Jaringan
kawasan lokal nirkabel (wireless LAN/WLAN), dan Wi-Fi.
Jaringan nirkabel biasanya menghubungkan satu sistem komputer dengan
sistem yang lain dengan menggunakan beberapa macam media
54
transmisi tanpa kabel, seperti: gelombang radio, gelombang mikro,
maupun cahaya infra merah (Wikipedia).
2.17.1 Radio Telemetry
Telemetri merujuk pada komunikasi nirkabel (contohnya menggunakan
sistem radio untuk mengimplementasikan hubungan data), tetapi juga
dapat merujuk pada data yang dikirimkan melalui media lain, seperti
telepon atau jaringan komputer atau melalui sebuah kabel optik atau
ketika membuat robot kita dapat menggunakan satu kabel (Wikipedia).
Radio Telemetry merupakan sebuah alat yang digunakan untuk
pengiriman data secara jarak jauh. Radio Telemetry ini berkomunikasi
secara wireless yaitu dengan memanfaatkan gelombang radio. Radio
Telemetry ini terdiri dari 2 modul yaitu satu modul transmitter dan satu
modul receiver. Modul transmitter akan terpasang pada suatu subjek
yang akan mengambil data dan modul transmitter akan mengirim data
dengan gelombang radio. Modul receiver terpasang pada sebuah
perangkat komputer yang akan menerima dari transmitter untuk
selanjutnya akan diolah. Radio Telemetry yang akan kita gunakan
adalah Radio Telemetry 915 mhz. Penggunaan Radio Telemetry
915mhz ini karena memiliki sinyal yang lebih kuat dan jangkauan
mencapai +1 km sehingga cocok untuk alat yang akan digunakan secara
outdoor selain itu Radio Telemetry Kit ini memiliki harga yang murah.
55
Gambar 2.29 Radio Telemetry
2.18 Penyimpan Data PLX-DAQ
PLX-DAQ singakatan dari Parallax Data Acqusitions adalah add-on dari
data akusisi mikrokontroler parallax untuk Microsoft Excel. Setiap mikrokontroler
yang dihubungkan ke sensor dan port serial PC sekarang dapat mengirim data
langsung ke Excel. PLX-DAQ memiliki fitur berikut:
a. Plot atau grafik data terbaca secara real-time dengan menggunakan Microsoft
Excel.
b. Merekam hingga 26 kolom data.
c. Menandai data dengan real-time (hh: mm: ss) atau detik sejak reset.
d. Read / write setiap sel pada worksheet.
e. Read / tetapkan salah satu dari 4 kotak centang pada kontrol antarmuka
f. Support untuk Com1-15.
Syarat penggunaan PLX-DAQ yaitu:
a. Microsoft Windows 98.
b. Microsoft office / Excel 2000 sampai 2003.
56
Berikut adalah Gambar 2.30 tampilan PLX DAQ:
Gambar 2.30 Penyimpanan data PLX DAQ
2.19 Penampil Data Hterm
HTerm adalah program emulasi terminal untuk antarmuka serial (COM),
yang berjalan pada Windows dan Linux. Ini adalah alat debugging yang berguna
untuk aplikasi komunikasi serial. Ini mendukung port serial (virtual) (RS232)
sewenang-wenang dan mendukung semua yang tersedia pada baudrate perangkat
keras. Pada penilitian ini software hterm digunakan untuk penampilan atau
penerimaan data secara jarak jauh yang dikirimkan melalui radio telemetry.
Berikut merupakan gambar 2.31 tampilan penerimaan data dari software Hterm:
Gambar 2.31 Penampil Data Hterm
57
2.20 LCD (Liquid Cristal Display)
LCD (Liquid Crystal Display) adalah suatu jenis media tampilan yang
menggunakan Kristal cair sebagai penampil utama. LCD terdiri dari lapisan-
lapisan cairan Kristal diantara dua pelat kaca. Pada Gambar 2.32 merupakan
tampilan LCD display yang digunakan dalam pengujian alat ini. Dengan ukuran
20 character x 4 baris dan dibantu dengan module I2c untuk kemudahan dan
penyederhanan dalam penyambungannya ke rangkain lain.
Gambar 2.32 Tampilan data LCD Display