STRAIN GAUGE (LOAD CELL)

November 03, 2023 elektro

                                             

    Strain gauge load cell menggunakan prinsip perubahan regangan (strain) pada material yang mengalami deformasi saat diberi beban. Strain gauge, atau gauge regangan, adalah sensor yang digunakan untuk mengukur perubahan deformasi atau regangan pada suatu objek. Ketika load cell diberi beban, objek tersebut mengalami deformasi yang mengubah panjang, lebar, atau ketebalan materialnya.

Pengukur regangan (juga dieja strain gauge ) adalah alat yang digunakan untuk mengukur regangan pada suatu benda. Diciptakan oleh Edward E. Simmons dan Arthur C. Ruge pada tahun 1938, jenis pengukur regangan yang paling umum terdiri dari bahan isolasi fleksibel yang mendukung pola foil logam. Pengukur dilekatkan pada objek dengan perekat yang sesuai, seperti sianoakrilat . [1] Saat benda berubah bentuk, foilnya berubah bentuk, menyebabkan hambatan listriknya berubah. Perubahan resistansi ini, biasanya diukur dengan menggunakan jembatan Wheatstone , dihubungkan dengan regangan dengan besaran yang dikenal sebagai faktor pengukur .



Berikut adalah cara kerja strain gauge load cell :

Pengukur regangan memanfaatkan sifat fisik konduktansi listrik dan ketergantungannya pada geometri konduktor. Ketika sebuah konduktor listrik diregangkan dalam batas elastisitasnya sehingga tidak putus atau berubah bentuk secara permanen, konduktor tersebut akan menjadi lebih sempit dan panjang, sehingga meningkatkan hambatan listrik dari ujung ke ujung. Sebaliknya, ketika sebuah konduktor dikompresi sedemikian rupa sehingga tidak melengkung, konduktor tersebut akan melebar dan memendek, sehingga hambatan listriknya menurun dari ujung ke ujung. Dari hambatan listrik yang diukur pada strain gauge, besarnya tegangan induksi dapat disimpulkan.

Pengukur regangan tipikal menyusun strip konduktif yang panjang dan tipis dalam pola garis paralel zig-zag. Hal ini tidak meningkatkan sensitivitas, karena persentase perubahan resistensi untuk strain tertentu untuk keseluruhan zig-zag adalah sama dengan untuk setiap jejak tunggal. Jejak linier tunggal harus sangat tipis, sehingga rentan terhadap panas berlebih (yang akan mengubah resistansinya dan menyebabkannya mengembang), atau perlu dioperasikan pada tegangan yang jauh lebih rendah, sehingga sulit mengukur perubahan resistansi secara akurat.

1. Pemasangan Strain Gauge:

Strain gauge, yang juga dikenal sebagai sensor regangan, dipasang pada permukaan material load cell yang mengalami deformasi saat diberi beban. Strain gauge umumnya terbuat dari bahan yang memiliki resistansi listrik yang berubah seiring dengan perubahan deformasi, seperti logam. Strain gauge dipasang dalam pola Wheatstone Bridge, sebuah rangkaian empat strain gauge yang tersusun dalam bentuk jembatan.

2. Deformasi Material saat Diberi Beban:

Ketika load cell diberi beban, material load cell mengalami deformasi. Deformasi ini dapat terjadi dalam bentuk regangan, yaitu perubahan panjang, lebar, atau ketebalan material. Deformasi ini menyebabkan perubahan panjang atau bentuk pada strain gauge yang terpasang di atasnya.

3. Perubahan Resistansi Strain Gauge:

Deformasi material menyebabkan perubahan panjang atau bentuk pada strain gauge, yang pada gilirannya mengakibatkan perubahan resistansi strain gauge. Strain gauge memiliki resistansi listrik yang berubah seiring dengan deformasi yang terjadi padanya. Regangan pada strain gauge mengubah panjang dan luas lintasan listrik di dalam gauge, menghasilkan perubahan resistansi yang proporsional dengan regangan tersebut.

4. Perubahan Tegangan pada Wheatstone Bridge:

Perubahan resistansi pada strain gauge mengakibatkan perubahan tegangan pada Wheatstone Bridge. Rangkaian Wheatstone Bridge terdiri dari empat strain gauge yang tersusun dalam pola jembatan. Ketika resistansi pada salah satu strain gauge berubah akibat regangan, terjadi ketidakseimbangan tegangan pada jembatan.

5. Output Tegangan Tidak Seimbang:

Ketidakseimbangan tegangan ini dapat diukur sebagai output dari load cell. Output ini merupakan perbedaan tegangan antara dua cabang jembatan Wheatstone Bridge yang disebabkan oleh perubahan resistansi pada strain gauge. Besarnya output tegangan tidak seimbang ini berkorelasi dengan besar regangan yang dialami oleh strain gauge, yang pada gilirannya berkorelasi dengan besar beban yang diterapkan pada load cell.

6. Kalibrasi dan Konversi Sinyal:

Output tegangan dari load cell kemudian dikalibrasi dengan hati-hati. Proses kalibrasi melibatkan penerapan beban yang diketahui dan pengukuran output tegangan yang sesuai. Data kalibrasi ini digunakan untuk mengonversi output tegangan dari load cell menjadi nilai beban yang dapat dimengerti, seperti kilogram atau pound. Dengan demikian, ketika load cell digunakan untuk mengukur beban yang tidak diketahui, output tegangan dapat diubah menjadi nilai beban yang akurat berdasarkan kurva kalibrasi yang telah dibuat.

cara mengukur regangan:

Faktor ukuran pacardidefinisikan sebagai:

GF={\frac {\Delta R/R_{G}}{\epsilon }}

Di mana

\Delta R adalah perubahan resistensi yang disebabkan oleh regangan,
R_{G} adalah resistansi dari pengukur yang tidak terdeformasi, dan
\epsilon adalah ketegangan.

Untuk pengukur foil logam biasa, faktor pengukur biasanya sedikit di atas 2. [3] Untuk pengukur aktif tunggal dan tiga resistor tiruan dengan resistansi yang sama terhadap pengukur aktif dalam konfigurasi jembatan Wheatstone seimbang , tegangan keluaran sensor{\gaya tampilan SV}dari jembatan kira-kira:

{\displaystyle SV=EV{\frac {GF\cdot \epsilon }{4}}}

Di mana

{\gaya tampilan EV}adalah tegangan eksitasi jembatan.

Pengukur foil biasanya memiliki area aktif berukuran sekitar 2–10 mm 2 . Dengan pemasangan yang hati-hati, ukuran yang benar, dan perekat yang benar, regangan hingga setidaknya 10% dapat diukur.

Penting untuk mencatat bahwa strain gauge load cell harus dikalibrasi dengan hati-hati agar memberikan hasil pengukuran yang akurat. Kalibrasi melibatkan penerapan beban yang diketahui dan memetakan output tegangan load cell terhadap beban tersebut. Dengan demikian, ketika load cell digunakan untuk mengukur beban yang tidak diketahui, output tegangan dapat diubah menjadi nilai beban yang akurat berdasarkan kurva kalibrasi yang telah dibuat.