TEORI DASAR LOAD CELL(part2)

[untuk Anda yang belum membaca Teori Dasar Load Cell (part1) silahkan anda lihat di sini]

3. Ukuran Penghantar (konduktor)

Penghantar atau kawat memiliki hambatan bergantung pada diameternya. Semakin besar diameternya, semakin kecil hambatannya. Jika kita menarik kawat, diameter atau cross media nya berkurang sehingga hambatannya meningkat. Demikian juga sebaliknya. Jika di press atau ditekan, diameternya membesar sehingga hambatannya berkurang. Upaya menarik dan menekan ini memerlukan gaya, sehingga kawat bisa digunakan untuk pengukuran gaya tersebut. Konfigurasi tarik ulur kawat ini dikenal sebagai strain gauge.

4. Strain Gauge

Starin Gauge tersusun dari kawat yang sangat halus, yang dianyam secara berulang menyerupai kotak dan ditempelkan pada plastic atau kertas sebagai medianya. Kawat yang dipakai dari jenis tembaga lapis nikel berdiameter sekitar seper seribu (0.001) inchi. Kawat itu disusun bolak-balik untuk meng-efektifkan panjang kawat sebagai raksi terhadap tekanan/gaya yang mengenainya. Pada ujungnya dipasang terminal. Strain Gauge bisa dibuat sangat kecil, sampai ukuran 1/64 inchi. Untuk membuat Load Cell, Strain Gauge dilekatkan pada logam yang kuat sebagai bagian dari penerima beban (load receptor). Strain Gauge ini disusun sedemikian rupa membentuk Jembatan Wheatstone.


5. Jembatan Wheatstone (Wheatstone Bridge)

Rangkaian resistif yang dipakai untuk membuat Load Cell adalah Jembatan Wheatstone.



Catatan: Nilai semua resistor adalah sama. A adalah symbol untuk Ampere Meter

Ketika tegangan sumber tersambung ke rangkaian, arus yang mengalir pada cabang R1/R3 sama dengan arus yang mengalir pada R2/R4. Hal ini terjadi karena nilai semua resistor sama. Arus yang terukur pada Ampermeter adalah 0 karena tidak ada beda potensial pada titik 1 dan 2.
Ubahlah nilai resistor R1 dan R4 menjadi 350.5 ohm dan kurangi nilai resistor R2 dan R3 menjadi 349.5 ohm.



Seperti terlihat pada gambar, rangkaian menjadi tidak seimbang (Unbalanced). Arus yang melalui rangkaian terbagi 3 bagian.
  • Bag.1: Dari terminal negatif baterai mengalir melalui R2 dan R4 kembali ke terminal positif baterai.
  • Bag.2: Dari terminal negatif baterai mengalir melalui R1 dan R3 kembali ke terminal positif baterai.
  • Bag.3: Dari terminal negatif baterai mengalir melalui R2, Ampere Meter, R3 dan kembali ke terminal positif baterai.

Perhatikan, ada arus yang mengalir melalui Ampere meter. Arus yang mengalir terjadi karena ada beda potensial antara titik 1 dan 2. Semakin besar beda potensial di titik tersebut, makin besar pula arus yang terukur di Ampere Meter.

6. Load Cell

Dari teori diatas, kita bisa menyusun load cell dengan metode Strain Gauge dan Jembatan Wheatstone. Dengan menggunakan sebuah kolom baja persegi, kita lekatkan Strain Gauge pada keempat sisinya.  Panjang kolom akan berkurang ketika di sisi atas kolom diberikan beban. Kolom baja juga menjadi “gendut” atau gembung. Dua Strain Gauge yang terpasang berbalikan akan memberikan respon pada perubahan panjang kolom secara proporsional.
Dua Strain Gauge yang terletak di sisi yang lain merespon perubahan kolom saat mengalami keadaan “gendut/gembung”. Panjang pada sepasang Strain Gauge memendek, diameter kawatnya membesar dan hambatannya berkurang. Sementara sepasang yang lain jadi memanjang, diameter kawatnya mengecil dan hambatannya bertambah.
Jika posisi beban digantung pada bagian bawah kolom, kolom akan mengalami gaya tarik. Kolom dan Strain gauge akan merespon kebalikan dari respon diatas tetapi Strain Gauge tetap memanjang dan memendek dengan respon yang sama seperti respon diatas. Lihat gambar dibawah.



Strain Gauge kita sambung dengan konfigurasi Jembatan Wheatstone. Dan kita kalibrasi Amp Meter untuk membaca dalam “Kg” bukan dalam Aampere. Katakanlah kita buat seperti layaknya timbangan. Sebuah timbangan yang kasar dan tidak akurat. Percobaan ini dimaksudkan untuk mengetahui prinsip dasar Load Cell. Load Cell dibuat dalam berbagai bentuk dan konfigurasi. Strain Gauge dipakai untuk mendapatkan gambaran penuh.