Strain Gauge (strain sensing)

Strain Gauge (strain sensing)
Strain Gauge (strain sensing)
Strain adalah rasio antara perubahan panjang benda
dengan panjang benda mula2 dengan dimensi
[mm/mm]
ada 2 macam yaitu:
1. Bonded strain gauge
2. semikonduktor strain gauge.
Resistance strain gauge
pada konduktor uniform dengan luas penampang A
dan panjang L yang terbuat dari material dengan
resistivitas ρ. Resistansi dari konduktor tersebut
dapat dituliskan sebagai berikut:
R 
 .L
A
Jika kemudian konduktor tersebut ditarik hingga
bertambah panjang ataupun ditekan sehingga
menysut panjangnya, maka resistansinya akan
berubah.
Ini disebabkan karena dimensinya yaitu panjangnya
dan juga luas penampangnya berubah dan juga
disebabkan karena sifat dasar dari material yang
disebut Piezoresistance yang menunjukkan
dependence resistivity ρ terhadap strain mekanis.
Untuk mencari bagaimana perubahan dR terhadap R
pada parameter2 dasar, maka dilakukan diferensiasi
persamaan resistansi.
dR dL
d

(1  2 ) 
R
L

Gauge Factor:
dR dL
d

(1  2 ) 
R
L

unit strain

R 
dL
L
 .L
A
dR / R
d / 
 1 2 
dL / L
dL / L
Gauge Factor:
G
A
dL

L
axial strain
d / 
dR / R
 1  2 
dL / L
dL / L
G
d / 
dR / R
 1  2 
dL / L
A
T 
dD
D
 
transverse strain
T
A
Poisson ratio
dengan εA dan εT mempunyai tanda yang berlawanan.
Pada prakteknya nilai G dan R dihitung oleh pabrik pembuat strain
gauge dan kemudian Gauge Factor didefiniskan sebagai:
G
dR L
dR

R dL R  A
dan dapat ditulis sebagai:
dR  R. G .  A
Tipe dan konstruksi strain gauge
•
·
·
unbonded dan bonded metal wire
bonded metal foil
vacuum and sputter deposited thin metal
Bonded and diffused semiconductor
Penggunaan dalam rangkaian:
metode normal untuk mendeteksi dan mengukur
perubahan resistansi adalah dengan cara meletakkan
strain gauge pada lengan dengan kondisi awal
setimbang pada jembatan Whetstone dan kemudian
mengukur besarnya ketidak setimbangan tegangan
yang terjadi. Lengan dari Bridge tesrsebut dapat
berupa strain gauge yang aktif dengan lengan lainnya
resistor yang ekivalen nilainya.
Dapat juga strain gauge ditempatkan pada posisi:
·
uniaxial tension
·
uniaxial compression
·
equal and opposite strain
Adapun konfigurasi rangkaian Bridge yg dapat dibuat
adalah:
·
quarter bridge
·
Half Bridge
·
Full Bridge
Quarter bridge:
menggunakan single strain gauge tegangan output
yang diperoleh adalah:
V0 
G.
Vi
4  2 G .
Half Bridge:
menggunakan Dua strain gauge tegangan output yang
diperoleh adalah:
G.
V0 
Vi
2  G .
Full Bridge:
menggunakan Empat buah strain gauge tegangan output
yang diperoleh adalah:
V0  G . . Vi
Prinsip kerja strain gauge:
Pada bonded strain gauge terdiri atas kawat halus
yang panjang yang ditata dan dibentuk sedemikian
sehingga membentuk grid dan kemudian direkatkan
pada selembar plastik atau polyester. Jadilah dia
sensor strain gauge.
Untuk aplikasinya maka sensor tersebut direkatkan
pada permukaan yang akan dimonitor. Jika benda yang
dimonitor bertambah panjang karena ditarik maka
sensor tersebut juga akan turut bertambah panjang .
Ini dapat terjadi karena bagian benda yang dimonitor
tersebut adalah bagian yang terlemah; dan pada bagian
tersebut sensor direkatkan secara kuat. perpubahan
panjang tersebut proporsional dengan prubahan
resistansinya dan berbanding terbalik dengan diameter
kawat.
bertambah panjang karena ditarik (tension) ataupun
bertambah pendek karena ditekan (compression).
Bonded strain gauge secara nyata harus memenuhi kondisi
tersebut ; yaitu kawatnya dapat bertambah panjang
ataupun dapat memendek dan berkurang diameter
kawatnya ataupun bertambah diameter kawatnya dengan
adanya gaya luar pada sensor. Ini berarti resistansi sensor
akan berubah dengan naik resistansinya jika ditarik dan
turun resistansinya jika ditekan (compressed)
Pada piezoresistance sensor
karena bahan sensor adalah dari kristal maka perubahan
resistansi terjadi karena adanya gaya dari luar yang
mengakibatkan deformasi kristal dan in berakibat terjadinya
perubahan resistansi dari kristal.
Piezoelectric strain gauge
bahan semikonduktor diletakkan diantara 2 keping metal.
Bahan nya adalah Quartz, yang akan menghasilkan arus
yang proporsional dengan gaya yang diterima sensor
tersebut.
Gambaran aplikasi sensor
strain gauge pada pemantauan
beban pada lift
Gambaran aplikasi sensor
strain gauge pada pemantauan
beban penimbang timbangan
Aplikasi sensor strain
gauge untuk beberapa
kegunaan
Sensor strain gauge sebagai
sensor tekanan udara