Pertemuan ke 4 sesudah MID INSTRUMENTASI Pertemuan ke 4 sesudah MID Materi : Sensor MEKANIK Oleh : Farida Asriani

Sensor-sensor Strain 1.Strain dan stress Strain adalah hasil dari aplikasi pemaksaaan terhadap objek benda padat. Definisi : penekanan pada benda padat akan menghasilkan perubahan bentuk dari objek. Benda padat terdiri dari kumpulan atom – atom diman jarak antar atom tersebut diatur unutk membentuk keseimbangan terhadap segala bentuk penekanan terhadap objek. Jarak antar atom menentukan ukuran fisik dari benda padat. Efek penekanan terhadap objek disebut stress. Dan hasil perubhan bentuknya disebut strain.

Sensor-sensor Strain a. Tensile Strain dan stress Tensile Strain : F l Tensile Strain : Tensile Stress : F=gaya tekan ( N ) A=Luas bahan contoh ( m2 ) ∆ l= Jarak/perubahan panjang ( m/in ) l=jarak/panjang asli ( m/ in )

Sensor-sensor Strain b. Compressional Stress Strain Perbedaannya dengan tensile stress strain adalah arah gaya tekan dan polaritas dari perubahan panjang F Compressional Strain : Compressional Sress : F=gaya tekan ( N ) A=Luas bahan contoh ( m2 ) ∆ l= Jarak/perubahan panjang ( m/in ) l=jarak/panjang asli ( m/ in )

Sensor-sensor Strain c. Shear Stress Strain Shear Strain : F A Shear Strain : Shear Sress : F = gaya tekan ( N) A = Luas bahan yang terpotong (m2) ∆x = perubahan jarak ( m ) l = lebar dari sampel ( m )

Sensor-sensor Strain d. Kurva stress strain Stress dan Strain adalah linier di semua range stress.jika melebihi batas elastis, maka akan menghasilkan perubahan bentuk permanen.kelinieran dan kemiringan adalah konstan dan disebut modulus elastisitas atau modulus Young. Breaks Necking Linier Region Strain Stress

Sensor-sensor Strain 2.Prinsip – prinsip Strain gauge tahanan logam = = a. Prinsip pengukuran Teknik dasar pengukuran SG dengan cara menempelkan / menambahkan kawat logam atau lembaran perak ke elemen yang mengalami strain untuk diukur. b. Efek-efek suhu Teknik pengukuran yang disebutkan diatas tidak berlaku unutk efek – efek suhu.untuk pengukuran kali ini yang diperlukan hanya logam yang digunakan dalam sususnan SG mempinyai koefisien suhu linier untuk kebanyakan logam

Sensor-sensor Strain = perubahan tahanan karena perubahan suhu = koefisien suhu logam = perubahan suhu = tahanan nomonal

Sensor-sensor Strain 3. Strain Gauge logam ( SGs ) a. Gauge Factor ( faktor gauge ) = perubahan tahanan karena strain = perubahan panjang Untuk gauge logam, GF ≈ 2.untuk beberapa alloy dan karbon,GF bisa sebesar 10. Tingginya GF bervariasi karena hal itu mengindikasikan perubahan tahanan yang lebih besar karena strain.

Sensor-sensor Strain b. Susunan Backing Soldier pads Insensitive Direction Sensitive direction Gauge strain disusun dalam 2 bentuk, kawat dan lembaran logam. Tahanan SG nominal ( tanpa strain ) tersdia dalam beberapa jenis 60, 120, 240, 350, 500 dan 1000 . Yang paling umumadalah 120 . Dengan melipat baahn ke belakang dan seterusnya, mak akan mencapai jarak yang cukup panjang unutk mendukung tahanan tinggi. Gauge – Gauge ini biasanya disususn pada sebuah kertas bantuan yang ditempelkan ke elemen dimana strain diukur.

Sensor-sensor Strain c. Pengkondisisan sinyal Ada 2 efek dalam penggunaan teknik pengkondisisan sinyal yang digunakan untuk SGs : Pertama,perubahan kecil tahanan ynag memerlukan rangkaian pengukuran tahanan yang didesain secara hati – hati.Sistem SG yang baik memerlukan resolusi strain 2 yang menghasilakn dan tahanan gauge nominal 120 . Kedua,perlu untuk mendukung kompensasi untuk efek suhu agar dapat mengeliminasi perubahan penutup dalam strain maka digunakn rangkaian D Vs R2 RD R3 + R1

Sensor-sensor Strain 4. Semiconductor Strain Gauges ( SGS) Prinsip : efek dasar perubahan resistan dan strain Faktor Gauge : Nilai GF bervariasi antara -50 dan -200 Sifatnya nonlinear

Sensor-sensor Strain 5. Load Sel (Beban Sel) Satu aplikasi yang langsung penting SGS adalah untuk pengukuran kekuatan atau beban. Transducer alat pada sel beban untuk mengukur kelainan bentuk yang diproduksi oleh kekuatan beban. Aplikasi umum menggunakan alat ini disuatu corong tuang air makanan kering atau material cairan. Biasanya alat ini dikalibrasi sedemikian sehingga kekuatan beban apakah secara langsung berhubungan dengan perubahannya. Maksimal setinggi 5 MN kira-kira 106 lb dapat terukur dengan suatu sel beban yang sesuai. Cara pembebanan sel : beban praktis Sel dibuat dengan pemasangan kuk yang dirancang sedemikian sehingga meteran ketegangan yang menjulang tidak bisa ditunjukkan selain dari disebabkan oleh compressional kekuatan yang berlaku untuk sel.

Sensor-sensor Gerakan Sensor gerakan dirancang untuk mengukur tingkat perubahan posisi, penempatan, jarak dari suatu benda. Jika posisi dari suatu obyek sebagai fungsi waktu adalah x(t) n yang turunan pertamanya memberi kecepatan v(t), yang mana percepatan jika suatu arah adalah juga ditetapkan. format sensor gerakan. Yang utama menjadi accelerometer. Alat ini mengukur percepatan a(t) dari suatu obyek. Rumus awal : v(t) = dx(t) / dt   a(t) = dv(t) / dt = d2x(t) / dt2 Setelah diintegrasi didapat v(t) = v(0) + ∫ a(t) dt x(t) = x(0) + ∫ v(t) dt accelarometer juga mempunyai suatu sensor yang dapat menyediakan akselerasi, kecepatan ( atau percepatan), dan memposisikan informasi

Sensor-sensor Gerakan 1. Jenis Gerakan Perancangan suatu sensor untuk mengukur gerakan sering dikhususkan kepada jenis gerakan garis lurus Gerakan jenis ini ditandai oleh akselerasi dan percepatan yang di atas garis lurus segmen. b. Bersudut Beberapa sensor dirancang untuk mengukur hanya perputaran tentang beberapa poros seperti gerakan bersudut dari batang suatu motor. alat ini digunakan untuk mengukur jarak phisik keseluruhan batang tetapi hanya perputaran. c. Getaran Di dalam kehidupan sehari-hari seseorang jarang mengalami akselerasi yang bertukar-tukar dari l g dengan lebih dari beberapa persen. Contohnya suatu roket yang meluncurkan melibatkan akselerasi hanya 1 g sampai 10 g.

Sensor-sensor Gerakan getaran adalah besarnya gerakan periodic dan jarak dari squilibrium pada kedua-duanya. Rumus gerakan reguler x(t)= xo sinώt dimana ώ = 2πf kecepatan getaran v(t)= ώ xo cos ώt a(t)= -ώ xo sin ώt akselerasi puncak apeak= ώ2x0

Sensor-sensor Gerakan 2. Prinsip Accelerometer Ada beberapa proses alam yang dapat digunakan untuk mengembangkan suatu sensor ke akselerasi pengukuran. Di dalam aplikasinya seperti pesawat terbang dan satelittes akselerasi didasarkan pada proporties dalam berputar massa. Prisipnya mengguhakan hokum akselerasi massa Newton dan Hukum Hooke. F = m.a Dan F = kΔx Jika keduanya dipadukan didapat a = k/m Δx syarat frekuensi sebuah sensor : f<fN Karena suatu frekwensi diterapkan kurang dari yang alami mempunyai efek kecil f>fN Karena suatu frekwensi diterapkan banyak lebih besar dari frekuensi diri yang accelerometer keluaran adalah tidak terikat pada frekwensi yang diterapkan

Sensor-sensor Gerakan 3. Jenis Accelerometer Dasar Perbedaan adalah di dalam metoda pengukuran jarak massa. Potenciometric merupakan accelerometer yang paling sederhana. Acclerometer gerakan massa ukuran jenis berkumpul kepada lengan tangan penyeka suatu potensiometer. Dimana posisi masa berlawanan. Frekuensi diri alat ini biasanya kurang dari 30 Hz yang membatasi aplikasi ke posisi akselerasi atau frekuensi rendah getaran pengukuran. Banyak pengondisi sinyal dipekerjakan untuk mengkonversi variasi perlawanan ke dalam suatu isyarat arus atau voltase.

Sensor-sensor Gerakan b. LVTD LVTD Suatu jenis accelerometer dalam waktu, yang mengambil keuntungan dari pengukuran linier. Inti dari alat ini yaitu menjadi seismic.