`

5

BABIII

TINJAUAN PUSTAKA

Untuk terwujudnya alat yang akan dibuat, maka diperlukan adanya suatu

tinjauan pustaka. Bab ini akan menjelaskan paparan penelitian terdahulu atau jurnal

atau saduran buku yang mempunyai hubungan terhadap judul “Rancang Bangun

Sistem Pengukuran Regangan Tegangan pada Alat Percobaan Batang di

Tumpuan Engsel Roll menggunakan Modul BF 350 AA”

2.1 Tegangan dan Regangan

2.1.1 Tegangan

Setiap benda akan mengalami deformasi, jika mendapatkan gaya luar

bekerja pada benda tersebut. Gaya tiap satuan luas didefinisikan seabagai tegangan.

Tegangan dianggap terbagi merata pada luas penampang melintang pada benda.

Tetapi ini bukanlah keadaan yang umum. Pada gambar 2.1 dibawah

menggambarkan sebuah benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya

luar P1, P2, . . . . , Pn. Ada dua macam gaya luar yang dapat bekerja pada benda

yaitu gaya bodi dan gaya pada permukaan benda. Tekanan hidrostatik atau tekanan

oleh benda yang satu dengan benda lainya disebut gaya permukaan, merupakan

gaya yang terbagi pada permukaan benda. Gaya gravitasi, gaya magnetik, atau gaya

inersia (untuk benda yang bergerak) disebut gaya bodi, merupakan gaya yang

terbagi pada volume benda. Gaya sentrifugal sebagai akibat putaran berkecepatan

tinggi dan gaya sebagai akibat perbedaan temperatur pada benda merupakan kedua

jenis gaya bodi yang umum dijumpai pada praktek rekaya.(Achmad, 2006)

6

Gambar 2. 1 a) Benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya-gaya luar. b) Gaya

yang bekerja pada bagian benda

Sumber : Buku Elemen Mesin 1, 2006

2.1.2 Bidang Tegangan

Pada gambar 2.2 merupakan tegangan tegangan yang terjadi pada suatu

bidang. Dimana pada gambar a. 3 demensi menunjukan ada tegangan normal ϭx,

ϭy dan ϭz, semuanya bersifat positif, dan enam tegangan geser τxy, τyx, τyz, τzy,

τzx, dan τxz. Elemen tersebut berada dalam keseimbangan statis, sehingga.

τxy= τyx, τyz=τzy, τzx=τxz (2.1)

Gambar 2. 2 a. 3 dimensi b. 2 dimensi

Sumber : https://slideplayer.info/slide/10624289/

Tegangan tarik dan dinyatakan positif merupakan tegangan normal yang

arahnya keluar. Tegangan geser yang dinyatakan positif bila arahnya positif

menurut sistem koordinat tersebut. Huruf awal pada notasi tegangan menyatakan

nama bidang, sedangkan huruf yang kedua menyatakan arah tegangan.

7

Gambar 2.2.b menggambarkan suatu kondisi dari tegangan pada bidang atau

tegangan pada sistem koordinat kartesien atau disebut dua dimensi, yaitu keadaan

umum yang terjadi.

Putaran arah jarum jam atau berlawanan dengan putaran jarum jam

menyatakan arah komponen tegangan geser. Jadi dalam gambar 2.2.b τxy adalah

berlawanan dan τyx searah jarum jam. (Achmad, 2006)

2.1.3 Tegangan Normal

Menurut (Mulyati, 2008) tegangan dan regangan merupakan konsep paling

dasar pada mekanikan bahan. Konsep ini dapat diilustrasikan dalam bentuk yang

paling mendasar dengan melihat pada batang prismatis yang mengalami gaya

aksial. Elemen struktur lurus yang mempunyai penampang konstan di seluruh

panjangnya, dan gaya aksial adalah beban yang mempunyai arah yang sama dengan

sumbu elemen, sehingga mengakibatkan terjadinya tarik atau tekan pada batang

merupakan pengertian dari batang prismatis. Kondisi tarik atau tekan terjadi pada

struktur, seperti contoh pada elemen di rangka batang di jembatan, dan kondisi

tekan terjadi pada strukur, yaitu pada elemen kolom di gedung. Contoh

Pembebanan batang secara aksial dapat dilihat gambar 2.3 dibawah ini.

Gambar 2. 3 Pembebanan batang secara aksial

Sumber : Bahan ajar – Mekanika Bahan – Mulyati, ST., M

8

Terlihat gambar 2.3 diatas suatu batang dengan luas penampang konstan,

dibebani melalui kedua ujungnya dengan sepasang gaya linier dengan arah saling

berlawanan yang berimpit pada sumbu longitudinal batang dan bekerja melalui

pusat penampang melintang masing-masing.

Keseimbangan statis besarnya gaya-gaya harus sama. Gaya-gaya diarahkan

menjauhi batang, maka batang disebut ditarik, sedangkan gaya- gaya diarahkan

pada batang, maka batang disebut ditekan. Aksi pasangan gaya-gaya tarik atau

tekan, hambatan internal terbentuk di dalam bahan dan karakteristiknya dapat

dilihat pada potongan melintang di sepanjang batang.

Intensitas gaya (gaya per satuan luas) disebut tegangan dan diberi notasi σ

(sigma). Jadi gaya aksial P yang bekerja pada penampang adalah resultan dari

teganagan yang terdistribusi kontinu.

Dengan mengasumsikan bahwa tegangan terbagi rata di seluruh potongan

penampang, kita dapat melihat bahwa resultannya harus sama dengan intensitas σ

dikalikan dengan luas penampang A dari batang tersebut. Dengan demikian,

besarnya tegangan dapat dinyatakan dengan rumus:

σ = 𝑃

𝐴 (2.2)

Intensitas gaya normal per unit luasan, yang dinyatakan dalam satuan

N/m2

disebut juga pascal (Pa) atau N/mm2

disebut juga megapascal (MPa)

merupakan difenisi dari tegangan normal.

Apabila gaya-gaya dikenakan pada ujung-ujung batang dalam arah

menjahui dari batang, sehingga batang dalam kondisi tertarik, maka terjadi suatu

tegangan tarik pada batang, selanjutnya dapat dinyatakan dengan rumus:

9

σ tr =𝑃𝑡𝑟

𝐴 (2.3)

Jika batang -gaya dikenakan pada ujung-ujung batang dalam arah menuju

ke batang, sehingga batang dalam kondisi tertekan, maka terjadi tegangan tekan,

batang, selanjutnya dapat dinyatakan dengan rumus:

σ tk =𝑃𝑡𝑘

𝐴 (2.4)

2.1.4 Regangan normal

Pada batang lurus akan mengalami perubahan panjang apabila dibebani

secara aksial, yaitu menjadi panjang jika mengalami tarik dan menjadi pendek jika

mengalami tekan. Sebagai contoh pada gambar 2.4, perpanjangan dari batang

tersebut merupakan hasil komulatif merupakan perpanjangan semua elemen bahan

pada seluruh volume batang. (Budiman, 2010)

Gambar 2. 4 Pertambahan panjang beban

Sumber : https://www.coursehero.com/file/10748193/Materi-Pertemuan-IIIIII/

Pada gambar 2.4 bahwasanya pertambahan panjang pada batang

disimbolkan dengan ∆ (delta), s dimana satu satuan panjang dari batang

mendapatkan perpanjangan yang sama dengan 1/L kali perpanjangan total ∆.

Perpanjangan batang dapat diukur setiap kenaikan dari beban aksial. Demikian

10

konsep dari perpanjangan / satuan panjang disebut regangan, disimbolkan ε atau

epsilon maka dihitung menggunakan persamaan :

ε = 𝐿

𝐿 (2.5)

Jadi Perpanjangan per unit panjang disebut regangan normal, merupakan

tidak berdimensi, artinya regangan tidak mempunyai satuan. Regangan ε disebut

regangan normal karena regangan ini berkaitan dengan tegangan normal. Jika

batang mengalami tarik maka regangan tersebut ialah regangan tarik, yang

menunjukkan perpanjangan bahan. Hal tersebut juga terjadi jika batang mengalami

tekan maka regangan tersebut ialah regangan tekan, dan batang tersebut akan

memendek. Regangan tekan bertanda negatif dan untuk regangan tarik bertanda

positif.

Dalam kontek aplikasi, strain dihubungkan dengan deformasi dan dapat

dimanfaatkan untuk mengukur strain dan deformasi yang dialami suatu elemen.

Sensor yang dimanfaatkan fenomena tegangan-regangan yaitu strain gauge.

2.2 Hubungan Tegangan Regangan

2.2.1 Grafik Tegangan vs Regangan

Pada jurnal (Budiman, 2006) menjelaskan hubungan tegangan dan regangan

seringkali digambarkan dalam grafik tegangan vs regangan, grafik ini dapat

menjadi gambaran karakteristik suatu material. Grafik pada gambar 2.5 dapat

diperoleh dengan menggambarkan strain (ϭ) di sumbu y dan strain (ԑ) di sumbu x.

Maka dari itu didapatkan grafik sebagai berikut :

11

Gambar 2. 5 Grafik Stress vs Strain pada Ductile dan Brittle Material

Sumber : https://www.quora.com/Will-you-explain-stress-strain-diagrams-of-dIfferent-materials-

clearly

Dalam grafik stress-strain dikenal dua jenis grafik, yaitu grafik stress-strain

dan grafik engineering stress-strain. Perbedaan antara keduanya adalah pada

definisi luas permukaan (A) yang dijadikan pembagi terhadap gaya untuk

mendapatkan besaran stress. Pada grafik engineering stress-strain nilai A dianggap

sama dengan A mula-mula sehingga rumus teganganya adalah:

ϭ =𝑃

𝐴0 (2.6)

Sedangkan pada grafik TRUE stress-strain perubahan luas pada setiap

perubahan gaya yang diberikan diperhitungkan sehingga rumusnya menjadi sebagai

berikut,

ϭ = lim𝑛→∞

(𝑃

𝐴) (2.7)

2.2.2 Modulus Elastisitas / Modulus young

Sifat benda akan kembali pada ukuran dan bentuk awalnya ketika gaya-gaya

yang mendeformasikanya dihilangkan merupakan elastisitas. Modulus young atau

modulus elastisitas merupakan salah satu dari tiga nilai modulus elastisitas yang

12

menyatakan elastisitas panjang suatu benda. Modulus young (Y), didefinisikan

sebagai :

Modulus Young =𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘

𝑟𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑡𝑎𝑟𝑖𝑘 (2.8)

Tegangan tarik (σ) yang dialami pada suatu padatan merupakan besarnya

gaya yang bekerja atau disimbolkan F, dibagi dengan luas (A) dimana gaya tersebut

bekerja. Regangan tarik (ε) didefinisikan seabagai perbandingan perubahan panjang

( 𝐿) terhadap panjang awal benda (L). Maka dari persamaan tegangan tarik dan

regangan tarik dapat ditulis :

Y=𝑃/𝐴

𝐿/𝐿 =

𝑃𝐿

𝐴𝐿 (2.9)

Modulus Young merupakan salah satu nilai modulus elastisitas yang hanya

bergantung pada materi sebuah benda dan tidak tergantung pada ukuran atau bentuk

benda. Modulus young memiliki satuang yang sama dengan tegangan yaitu N/m²

atau Pa karena regangan adalah nilai tak derdimensi (Bueche dan Hect, 2006;

Giancoli,2001; Serway dan Jewett, 2009).

2.3 Sensor

Device yang menerima sinyal atau stimulus non elektrik sebagai masukan

dan memberikan tanggapan berupa sinyal elektrik sebagai keluarannya merupakan

pengertian dari sensor.

2.3.1 Sensor Strain Gauge

Strain Gauge adalah alat yang digunakan untuk mengukur tegangan atau

berat pada suatu objek. Gaya yang diberikan pada suatu benda logam (material ferrit

/ konduktif), selain menimbulkan deformasi bentuk fisik juga menimbulkan

13

perubahan sifat resistansi elektrik benda tersebut. Dengan menempelkan jenis

material tersebut pada suatu benda uji (specimen) menggunakan suatu perekat yang

isolatif terhadap arus listrik, maka material tadi akan menghasilkan adanya

perubahan resistansi yang nilainya sebanding terhadap deformasi bentuknya. Strain

Gauge dibuat dari sehelai kertas logam resistif yang dikikis tipis (etced-foil) dan

berbentuk kisi (grid) – sebagai elemen utama (sensor) – serta dilapisi dengan

sepasang selaput sebagai pelindung sekaligus isolator. Kemudian ditambahkan

sepasang kawat timah (lead-gauge) yang terhubung pada kedua ujung elemen

sensor. (Prima Aprilliana, 2018)

Sensor strain gauge dapat digunakaan untuk mengukur deformasi berupa

tekan dan Tarik jika strain gauge menempel pada material uji yang tergantung pada

pengukurannya. Penempelan strain gauge akan mengahantarkan resistansi elektrik

yang mengasilkan berupa perubahan hambatan tergantung dari besarnya

pengukuran.

Gambar 2. 6 sensor strain gauge

Sumber: http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

2.3.2 Strain, Strain, Poisson’s Ratio

Dilihat pada gambar 2.6 jika suatu material menerima gaya tarik, material

akan mengalami tekanan (strain) yang berhubungan dengan gaya yang dialaminya

itu, penampang akan bertambah panjang sebesar ΔL dari panjang material mula-

mula L.

14

Gambar 2. 7 Batang yang mengalami gaya tarik dan tekan

Sumber : http://repository.usu.ac.id/.../Chapter%20II.pdf

Pertambahan panjang dengan panjang mula-mula disebut tensile strain dan

dinyatakan persamaan berikut:

𝜀 = ∆𝐿

𝐿 (2.10)

L : Panjang mula-mula benda

ε : Regangan

ΔL : Pertambahan panjang benda

Saat benda menerima gaya tekan ,maka benda akan mengalami regangan

tekan yang dinyatakan sebagai berikut:

𝜀 = −∆𝐿

𝐿 (2.11)

Regangan merupakan bilangan yang absolut dan dinyatakann dengan nilai

numeriknya beserta ×10-6 strain, μ ε atau μm/m. Hubungan dari regangan dan

tegangan pada sebuah material yang menerima gaya dirumuskan oleh Hukum

Hooke sebagai berikut:

𝜎 = 𝐸𝜀 (2.12)

Dimana :

𝜎 : Tegangan

E : Modulus Elastisitas

ε : Regangan

15

Dalam menentukan suatu tegangan pada benda ialah mengkalikan regangan

dengan modulus elastisitas. Saat kondisi benda mengalami tensile force maka

benda akan memanjang pada arah axial dan benda juga akan berkontraksi pada arah

transversal. Perpanjangan pada arah axial dinamakan longitudinal strain dan

kontraksi pada arah transversal dinamakan transverse strain. Nilai absolut dari

perbandingan antara longitudinal strain dan transverse strain dinamakan poisson’s

ratio, yang dinyatakan sebagai berikut:

𝑣 = | 𝜀1

𝜀2 | (2.13)

Dimana :

ε1 : Longitudinal Strain

ε2 : Transverse Strain

v : Poisson’s ratio

Poisson’s ratio berbeda-beda tergantung dari material. Berikut adalah

properti-properti dari material yang sering digunakan pada aplikasi industri,

termasuk pada property tersebut adalah poisson’s ratio.

Tabel 2.1 Mechanical Properties of Industrial Materials

Sumber : https://docplayer.info/43713505-Bab-iii-sensor-pengkondisian-sinyal-dan-akuisisi-

data.html

2.4 Modul BF 350 AA

BF 350 AA adalah modul tegangan regangan, yang memiliki prinsip kerja

mengkonversi perubahan yang terukur dalam perubahan resistansi dan

mengkonversinya ke dalam besaran tegangan melalui rangkaian yang ada. Modul

melakukan komunikasi dengan computer atau mikrokontroller. Struktur yang

16

sederhana, mudah dalam penggunaan, hasil yang stabil dan reliable, memiliki

sensitivitas tinggi, dan mampu mengukur perubahan dengan cepat.

Gambar 2. 8 Modul BF 350 AA

Sumber : https://www.cytron.io/p-bf350-high-precision-pressure-module

Pada gambar 2.13 merupakan modul BF 350 AA yang mana modul

tersebut secara umum dipakai dalam mengukur tegangan regangan dan biasanya

digunakan pada bidang mekanik, elektrik, kimia, konstruksi, farmasi dan

lainnya, digunakan untuk mengukur gaya, gaya tekanan, perpindahan, gaya

tarikan, torsi, dan percepatan. Dengan spefikasi working voltage 5 VDC, analog

output 0-3,5 VDC, potiontiometer to adjust the zero point dengan dimensi 30x15

mm.

2.4.1 Rangkaian Penguat ( Operational AmplIfiers )

Operational Amplifier atau di singkat op-amp ialah komponen analog

yang digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronik. Aplikasi op-amp

yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaian inverter, non-inverter,

integrator dan differensiator. Op-amp pada dasarnya adalah sebuah differential

ampllifier (penguat diferensial) yang memiliki dua masukan.

INPUT (masukan) op-amp seperti yang telah dimaklumi ada yang

dinamakan INPUT inverting dan non- inverting. Op-amp ideal memiliki open

loop gain (penguatan loop terbuka) yang tak terhingga besarnya. Seperti

17

misalnya op-amp LM358D yang sering digunakan oleh banyak praktisi

elektronika, memiliki karakteristik tipikal Large DC voltage gain 100 dB.

Penguatan yang sebesar ini membuat op-amp menjadi tidak stabil, dan

penguatannya menjadi tidak terukur (infinite). Disinilah peran rangkaian negative

feedback (umpan balik negatif) diperlukan, sehingga op-amp dapat dirangkai

menjadi aplikasi dengan nilai penguatanyang terukur (finite). Impedasi INPUT

op-amp ideal mestinya adalah tak terhingga, sehingga mestinya arus INPUT

pada tiap masukannya adalah 0.

2.4.2 LM 358 D

Gambar 2. 9 LM 358 D

Sumber : http://www.htckorea.co.kr/Datasheet/Signal%20Conditioning/LM358D.pdf

LM 358 D IC adalah kekuatan besar, rendah serta gampang dipakai dual

channel op-amp IC. Ini dirancang serta diperkenalkan oleh semikonduktor nasional.

Pada gambar 2.14 terlihat bahwasanya ic terdiri dari dua kompensasi internal, gain

tinggi, op-amp independen. IC ini dirancang untuk khusus beroperasi dari catu daya

tunggal melewati beberapa tegangan. v terdapat dalam paket berkapasitas chip serta

software op amp ini tergolong rangkaian op-amp konvensional, blok penguatan DC,

serta amplIfier transduser. LM 358 D IC adalah penguat operasional standar yang

bagus serta amatlah tepat untuk kebutuhan Anda. Bisa menangani pasokan &

sumber DC 3-32V sampai 20mA per saluran. Op-amp ini amatlah tepat, apabila

18

ingin mengoperasikan dua op-amp terpisah untuk catu daya tunggal. Ini terdapat

dalam paket DIP 8-pin.(Juhadi, 2018)

Pin Konfigurasi LM358D IC

Gambar 2. 10 Diagram pin LM358 IC terdiri dari 8 pin

Sumber : https://elektro-hoby.blogspot.com/2018/05/pengertian-ic-lm358-dan-fungsinya.html

Pada gambar 2.10 dilihat terdapat 8 pin yang mana pin tersebut berfungsi sebagai

berikut :

Pin-1 dan pin-8 adalah o / p dari komparator

Pin-2 dan pin-6 adalah pembalik i / id

Pin-3 dan pin-5 adalah non inverting i / id

Pin-4 adalah terminal GND

Pin-8 adalah VCC +

Fitur dari LM 358 D IC adalah

Internally frequency compensated For unity gain

Large DC voltage gain : 100dB

Wide power supply range : 3V~32V(or±1.5V~16V)

INPUT common-mode voltage range includes ground

Large output voltage swing : 0V DC to VCC-1.5V DC

Power drain suitable for battery operation

Moisture Sensitivity Level

19

2.5 Rangkaian Jembatan Wheatstone

Jembatan wheastone adalah alat ukut yang ditemukan oleh Samuel Hunter

Christie pada 1833. Alat ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui

hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu

kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya

potensiometer. Jembatan wheastone adalah suatu alat pengukur, alat ini

dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran

terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif 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 :

Gambar 2. 11 Susunan Komponen dalam Jembatan Wheastone

Sumber : http://fsk16a-damanik.blogspot.com/2017/05/jembatan-wheatstone-

pengertian-jembatan.html

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. Hambatan listrik suatu

penghantar merupakan karakteristik dari suatu bahan penghantar tersebut yang

20

mana adalah kemampuan dari penghantar itu untuk mengalirkan arus listrik, yang

secara matematis dapat dituliskan:

R = 𝜌. (𝐿

𝐴) (2.14)

Dimana:

R : Hambatan listrik suatu penghantar (Ω)

ρ : Resitivitas atau hambatan jenis (Ω. m)

L : Panjang penghantar (m)

A : Luas penghantar ( m²)

2.5.1 Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone

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.

2.5.2 Macam-macam Jembatan Wheatstone

a. Sirkuit seperempat jembatan (Quarter Wheastone Bridge)

Susunan dengan elemen (sensor) tunggal pada jembatan wheastone

disebut juga dengan quarter bridge strain gauge circuit. nilai tahanan pada

21

(R1,R2 dan R3 ) disetel sama satu sama lain. dengan demikian, tanpa gaya

yang diterapkan pada pengukur regangan, jembatan akan seimbang secara

simetris dan voltmeter akan menunjukan nol volt.

Gambar 2. 12 Rangkaian Seperempat Jembatan

Sumber : https://www.aliexpress.com/item/32351634369.html

Susunan dengan elemen tunggal jembatan yang mengubah tahanan

sebagai respon terhadap variabel terukur(gaya mekanis), dikenal sebagai

sirkuit seperempat jembatan. Pada modul BF 350 AA menggunakan

rangkaian seperempat jembatan untuk mendapatkan nilai regangan sebagai

berikut :

Vout = Vin [𝑅3

𝑅3+𝑅𝑔 -

𝑅2

𝑅1+𝑅2] (2.15)

Jika (R1/R2) = (Rg/R3), maka Vout = 0

Strain gauge memiliki sebuah angka konstanta yang dijadikan

perbandingan antara beda hambatan yang terjadi pada grid foil strain gauge

dengan regangan yang terjadi pada benda yang meregang akan

menghasilkan persamaan 2.16. Kepekan sebuah strain gauge disebut

dengan faktor gauge dan perbandingan antara unit resistansi dengan

perubahan unit panjang adalah :

GF = 𝑅𝑔/𝑅𝑔

ϭ (2.16)

22

Dari persamaan (2.16) mempunyai hubungan antara Vout dengan

Vin dimana dapat ditulis dengan persamaan :

𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛 = [

𝑅3

𝑅3+𝑅𝑔 -

𝑅2

𝑅1+𝑅2] (2.17)

Persamaan diatas berlaku untuk kedua kondisi disaat strained dan

unstrained. Dalam menentukan nilai saat kondisi unstrained dari resistansi

ialah nilai Rg, nilai dari regangan resistensi adalah Rg + Rg diamana

persamaan diatas dihubungkan dengan persamaan Rg/Rg mendapatkan

persamaan :

𝑅𝑔

𝑅𝑔 =

−4𝑉𝑟

1+2𝑉𝑟 (2.18)

Hubungan antara persamaan dengan persamaan akan menghasilkan

persamaan regangan. Berikut uraian dari persamaan regangan

ԑ = −4𝑉𝑟

𝐺𝐹 (1+2𝑉𝑟) (2.19)

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.

Gambar 2. 13 Rangkaian Setengah Jembatan

Sumber : https://fujihita.wordpress.com/2017/11/06/memo-strain-gauge-bridge-circuits/

23

Karena kedua pengukur regangan akan meningkatkan atau

menurunkan resistansi dengan proporsi yang sama sebagai respon terhadap

perubahan suhu, efek perubahan suhu tetap dibatalkan dan sirkuit akan

mengalami suhu minimum yang disebabkan oleh suhu.

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.

Gambar 2. 14 Rangkaian Jembatan Penuh Wheastone

Sumber : https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-9/strain-

gauges/

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

24

yang disebabkan oleh gaya yang diterapkan sama untuk keempat pengukur

regangan).

2.6 Mikrokontroller Arduino Uno

Menurut Abdul Kadir (2013 : 16), Arduino Uno adalah salah satu produk

berlabel arduino yang sebenarnya 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. Piranti ini dapat

dimanfaatkan untuk mewujudkan rangkaian elektronik dari yang sederhana hingga

yang kompleks. Pengendalian LED hingga pengontrolan robot dapat

diimplementasikan dengan menggunakan papan berukuran relatif kecil ini. Bahkan

dengan penambahan komponen tertentu, piranti ini bisa dipakai untuk pemantauan

kondisi pasien di rumah sakit dan pengendalian alat-alat di rumah. (Sumber: B.

Gustomo, 2015 ) Pada gambar merupakan contoh dari arduino uno.

Gambar 2. 15 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 atau 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.

25

2.6.1 Kelebihan Arduino Uno

Arduino bertujuan untuk menyederhanakan berbagai macam kerumitan

maupun detail rumit pada pemograman mikrokontroller sehingga menjadi paket

mudah digunakan (easy-to use), sekaligus menawarkan berbagai macam kelebihan

antara lain:

Murah.

Sederhana dan mudah pemogramannya..

Perangkat lunaknya Open Source.

Perangkat kerasnya Open Source.

Tidak perlu prangkat chip programmer.

Sudah memiliki sarana komunikasi USB.

Bahasa pemograman relative mudah.

2.6.2 Bagian – bagian Papan Mikrokontroller Arduino Uno

Saptaji (2015:38) menjelaskan pada papan arduino uno terdapat bagian –

bagian antara lain ialah seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 2. 16 Bagian bagian arduino uno

Sumber : http://electronicsbot.blogspot.com/2017/12/mengenal-bagian-bagian-dan-features.html

26

1. Pin INPUT/output digital (diberi Label „0 sampai 13‟)

Secara umum pin I/O ini adalah pin digital, yakni pin yang bekerja pada

level tegangan digital (0V sampai 5V) baik untuk INPUT atau

output.namaun pada bebrapa pin output analog, yang dapat mengeluarkan

tegangan analog 0V sampai 5V, pin tersebut adalah pin 3,5,6,9,10 dan 11,

selain itu untuk pin 0 dan 1 juga memiliki fungsi khusus sebagai pin

komunikasi serial.

2. Pin INPUT analog (diberi Label „A0 sampai A5‟).

Pin tersebut dapat menerima INPUT tegangan analog antara 0V sampai

5V, tegangan ini akan direpresentasikan sebagai bilangan 0 – 1023 dalam

program.

3. Pin untuk sumber tegangan

Kelompok pin ini merupakan kumpulan pin yang berhubungan dengan

sumber tenaga, missalnya output 5V, Output 3,3V, GND (2 pin) dan Vref

(tegangan referensi untuk pembacaan ADC internal)

4. IC ATMega328

Seperti yang telah dijelaskan IC ini bertindak sebagai pusat kendali

pemrosesan data.

5. IC ATMega16U

IC ini deprogram untuk menangani komunkasi data dengan PC melalui port

USB.

6. Jack USB

Merupakan soket USB tipe B sebagai penghubung data serial dengan PC

7. Jack Power

27

Merupakan Soket untuk catu daya eksternal antara 9V sampai 12V DC.

8. Port ICSP (In-Circuit Serial Programing)

Port ini digunakan untuk memprogram arduino tanpa bootloader.

9. Tombol Reset

Digunakan untuk mereset papan mikrokontroller arduino untuk memulai

program dari awal.