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