RANCANG BANGUN INSTRUMEN UNTUK PRAKTIKUM STRAIN GAUGE
LAPORAN TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan Pendidikan Program Diploma III SPESIALISASI PERAWATAN & PERBAIKAN PROGRAM STUDI TEKNIK MEKANIK
Oleh : 1. Fananda Hardika Putra
Nim : 1205012148
2. Hendri Prasetia
Nim : 1205012163
3. Herlangga Andriawan
Nim : 1305013308
4. Yasir Afandi Sirait
Nim : 1205012220
JURUSAN TEKNIK MESIN POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2015
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan karunia yang dilimpahkan-Nya kepada kita baik kesehatan maupun kesempatan dalam memberikan dorongan dan motivasi dalam penulisan laporan
tugas
INSTRUMEN
akhir
ini
UNTUK
yang
berjudul
PRAKTIKUM
“RANCANG
STRAIN
BANGUN
GAUGE”
untuk
menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir semester VI Program Pendidikan Diploma III, Jurusan Teknik Mekanik,Program Studi Teknik Mekanik Politeknik Negeri Medan. Sesuai dengan judulnya, dalam laporan Tugas Akhir ini akan membahas mengenai Strain Gauge. Di dalam menyelesaikan laporan ini, penulis telah banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak.oleh sebab itu penulis sudah selayaknya mengucapkan terima kasih kepada : 1. M. Syahruddin, S.T.M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan; 2. Idham Kamil, S.T.M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin; 3. Joni Indra, S.T.M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Mekanik; 4. Jhony Hartanta Sembiring S.T.M.T., selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak membimbing penulis dalam penyusunan Tugas Akhir; 5. Seluruh Dosen dan Staf Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan; 6. Kepada kedua Orang Tua penulis , yang telah memberi dukungan secara moral dan materi;
viii
Dengan selesainya Tugas Akhir ini kami sebagai penulis menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya penulis,bukan merupakan plagiat. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih belum sempurna,oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih atas telah selesainya Tugas Akhir ini, semoga Tugas Akhir ini berguna bagi para pembaca dan bermanfaat bagi kita semua.
Medan,28 Agusutus 2015, penulis, 1. Fananda Hardika Putra
Nim : 1205012148
(
)
2. Hendri Prasetia
Nim : 1205012163
(
)
3. Herlangga Andriawan
Nim : 1305013308
(
)
4. Yasir Afandi Sirait
Nim : 1205012220
(
)
ix
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR . ............................................................................... i LEMBAR PERSETUJUAN . ..................................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ...................................................................................... iii LEMBAR KEASLIAN TUGAS AKHIR . ............................................................... iv KATA PENGANTAR ............................................................................................. viii DAFTAR ISI ............................................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ xii LAMPIRAN ............................................................................................................. xiv INTISARI ................................................................................................................. xv ABSTRACK ............................................................................................................ xvi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ........................................................................................................ 1 1.2 Batasan Masalah ..................................................................................................... 1 1.3 Tujuan ..................................................................................................................... 2 1.4 Manfaat Tugas Akhir .............................................................................................. 2 1.5 Metode Pengumpulan Data ..................................................................................... 2 BAB II TEORI DASAR ............................................................................................. 3 2.1 Sensor ...................................................................................................................... 3 2.2 Regangan, Tegangan dan Poisson’s Ratio .............................................................. 3 2.3 Strain Gauge............................................................................................................ 6 2.4 Pengukuran Strain Gauge ....................................................................................... 8
x
2.5 Signal Conditioning untuk Strain Gauge .............................................................. 11 2.6 Mikrokontroller ..................................................................................................... 13 2.6.1 Microcontroller ATMega2560 ....................................................................... 13 2.7 LCD (Liquid Cristal Display) ............................................................................... 15 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ................................................. 17 3.1 Spesifikasi Rancangan .......................................................................................... 17 3.2 Diagram Blok ........................................................................................................ 17 3.3 Pemilihan dan Perancangan Sensor Strain Gauge ................................................ 17 3.5 Detail CPU Instrumen Strain Gauge ..................................................................... 19 3.6 Perancangan Casing untuk CPU ........................................................................... 21 3.7 Proses Pembuatan CPU untuk Instrument Strain Gauge ...................................... 23 3.7.1 Langkah Pengerjaan Casing ........................................................................... 23 3.7.2 Hasil Akhir Pembuatan CPU untuk Instrumen Strain Gauge ........................ 27 BAB IV PENGOPERASIAN INSTRUMENT ...................................................... 29 4.1 Persiapan Instrument ............................................................................................. 29 4.2 Pengoperasian ....................................................................................................... 31 4.3 Mengakhiri Pengoperasian .................................................................................... 31 BAB V PENUTUP .................................................................................................... 33 5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 33 5.2 Saran ..................................................................................................................... 33 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Batang yang mengalami Gaya tarik dan Gaya Tekan……………………7 Gambar 2.2 Bentuk dariTransduser daya Strain Gauge (a) Kawat; (b) Foil; (c)……......9 Gambar 2.3 Jembatan Wheatstone…………………………………………………...10
Gambar 2.4 Diagram - Sirkuit Quarter Bridge………………………………………11 Gambar 2.5 Penggunaan Dummy Gauge untuk Menghilangkan Efek Suhu………..11 Gambar 2.6 Konfigurasi Half Bridge………………………………………………..12 Gambar 2.7 Detail Chipset INA125…………………………………………………13 Gambar 2.8 ATMega 2560…………………………………………………………..14 Gambar 2.9 LCD TFT 15 inch………………………………………………………17 Gambar 3.1 Diagram Blok…………………………………………………………...18 Gambar 3.2 Load Cell yang terdiri dari susunan 4 unit Strain Gauge……………….19 Gambar 3.3 Komponen utama pada CPU……………………………………………20 Gambar 3.4 Casing untuk CPU instrument strain gauge…………………………….21 Gambar 3.5 Membuat Lubang LCD…………………………………………………22 Gambar 3.6 Desain Casing CPU Instrument………………………………………...22 Gambar 3.7 Merancang Posisi Komponen…………………………………………..23 Gambar 3.8 Percobaan LCD…………………………………………………………23 Gambar 3.9 Merakit Komponen-Komponen-1………………………………………24
xii
Gambar 3.11 Memasang Connector AC……………………………………………..25 Gambar 3.12 Merakit Casing Instrumen…………………………………………….26 Gambar 3.13 Assembly Casing……………………………………………………...26 Gambar 3.14 Hasil Akhir Instrument Strain Gauge…………………………………27 Gambar 4.1 Persiapan-1……………………………………………………………..28 Gambar 4.2 Persiapan-2……………………………………………………………..28 Gambar 4.3 Persiapan-3……………………………………………………………..29 Gambar 4.4 Persiapan-4……………………………………………………………..29
xiii
LAMPIRAN Lampiran 1 Data Sheet ATMega 2560 Lampiran 2 IC INA 125
xiv
INTISARI
Tugas Akhir ini bertujuan untuk merancang dan membangun instrument strain gauge yang ditujukan untuk mengganti peralatan yang selama ini dipakai di Laboratorium Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan. Instrument yang dirancang menggunakan sensor strain gauge yang dirangkai secara Half Wheatstone Bridge. Signal Conditioner menggunakan chipset INA125, dan controller mengunakan ATMega 2560. Tampilan menggunakan TFT LCD 5 inch dengan resolusi 800 x 480 pixels. Instrument yang dirancang-bangun telah berhasil berfungsi dengan baik ditandai dengan keberhasilan mengukur regangan yang diterima oleh load cell.
Kata kunci: Strain Gauge, Wheatstone Bridge, ATMega 2560, Signal Conditioner
xv
ABSTRACT This final project aims to design and build a strain gauge instrument intended to replace equipment that had been used in the Laboratory of Mechanical Engineering, Medan State Polytechnics. Instrument is designed using strain gauge sensors that are arranged in Half Wheatstone Bridge. As a Signal Conditioner, it uses chipset INA125, and the controller using ATMega 2560. Furthermore, a 5-inch TFT LCD with a resolution of 800 x 480 pixels is used as a display. The instrument is designed and built through this final project has been functioning properly, proved by successfully in measure strain from the load cell.
Keywords: Strain Gauge, Wheatstone Bridge, ATMega 2560, Signal Conditioner
xvi
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Pengukuran regangan berperan sangat penting dalam bidang mekanika terapan, misalnya pada kasus analisis tegangan. Dengan mengetahui reganganregangan yang terjadi pada suatu objek, maka dapat dianalisis tegangan-tegangan yang terjadi. Sensor untuk mengukur regangan biasanya digunakan strain gauge. Pada kurikulum Prodi Teknik Mesin di Politeknik Negeri Medan, terdapat praktikum strain gauge. Instrumen strain gauge yang ada di laboratorium Teknik Mesin sudah dalam keadaan tua sehingga perlu diganti dengan instrument yang lebih baru. 1.2 Batasan Masalah Mengingat luasnya permasalahan pada perangkat instrumentasi strain gauge dan mengingat batasan waktu yang ada, maka dalam pembuatan instrumen strain gauge masalah dibatasi pada : 1. Mikrokontroller menggunakan Atmel AT Mega 2560 karena SRAM yang dibutuhkan instrument ini tidak terlalu besar. 2. Tampilan menggunakan LCD 5 inchi. 3. Signal conditioning dari strain gauge menggunakan jembatan wheatstone. 4. Instrumentation amplifier menggunakan IC INA 125. 5. Untuk test bed hanya menggunakan load cell kapasitas 5 kg dan tidak bisa lebih. 6. Strain Gauge yang digunakan dalam perancangan adalah metal foil, tidak membahas jenis-jenis lainnya secara mendalam.
1
1.3 Tujuan Tujuan dari rancang bangun Instrumen strain gauge adalah : 1. Untuk mengganti instrumen yang sudah ada di Laboratorium Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 2. Mengaplikasikan ilmu mekatronika yang telah diterima di bangku kuliah. 3. Secara akademis, laporan ini bertujuan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan Program Studi Diploma III Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 1.4 Manfaat Tugas Akhir Adapun manfaat dari tugas akhir ini antara lain : 1. Dapat menambah pengetahuan mahasiswa tentang ilmu mekatronika. 2. Selanjutnya dapat dipergunakan sebagai alat praktikum di Laboratorium Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 1.5 Metode Pengumpulan Data Pengumpulan data mengenai perancangan ini diperoleh penulis dengan cara antara lain : 1. Studi literatur melalui pencarian di internet. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing.
2
