rancang bangun sistem pengukuran regangan ...eprints.umm.ac.id/55298/8/pendahuluan.pdfrancang bangun...
TRANSCRIPT
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
REGANGAN - TEGANGAN NIRKABEL
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata
Satu Teknik Mesin S-1
Disusun oleh :
Miftakhul Huda
201510120311166
FAKULTAS TEKNIK
JURUSAN TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2019
POSTER
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN REGANGAN -
TEGANGAN NIRKABEL
Diajukan kepada:
Universitas Muhammadiyah Malang
Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan
Program Sarjana Teknik (S1)
Disusun Oleh:
Nama : Miftakhul Huda
NIM : 201510120311166
Malang, 24 Oktober 2019
Yang telah disahkan oleh:
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
(Ir. Trihono Sewoyo, MT) (Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD)
NIP. 108.9504.0327 NIP. 108.1503.0572
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
(Murjito, ST, MT)
NIP. 108.9404.0313
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
FAKULTAS TEKNIK - TEKNIK MESINJL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
Nama : Miftakhul Huda
NIM/ NIRM : 201510120311166
Dosen Pembimbing 1. : Ir. Trihono Sewoyo, MT
2. : Iis Siti Aisyah, ST., MT, PhD
Judul Tugas Akhir :
Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel
NO TANGGAL CATATAN
ASISTENSI
KETERANGAN
1. 18 September 2019 Bab I Revisi
Bab II Revisi
2. 20 September 2019 Bab I OK
Bab II OK
Bab III OK
3. 30 September 2019 Bab IV OK
4. 2 Oktober 2019 Bab V Revisi
5. 4 Oktober 2019 Bab V OK
ACC
Mengetahui Menyetujui
Ketua Jurusan Teknik Mesin Pembimbing II
Murjito, ST, MT. Ir. Trihono Sewoyo, MT
NIP.108.9404.0313 NIP. 108.9504.0327
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
FAKULTAS TEKNIK - TEKNIK MESINJL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang
65144
LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)
Nama : Miftakhul Huda
NIM/ NIRM : 201510120311166
Dosen Pembimbing 1. : Ir. Trihono Sewoyo, MT
2. : Iis Siti Aisyah, ST., MT, PhD
Judul Tugas Akhir :
Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel
NO TANGGAL CATATAN ASISTENSI KETERANGAN 1. 17 Juli 2019 Konsultasi Judul
2. 18 Juli 2019 Lanjut BAB II
Cari Referensi Jurnal
3. 18 September 2019 Bab II dilengkapi dengan
pustaka penelitian terdahulu
4. 24 September 2019 Ok Lanjut Bab IV
5. 3 Oktober 2019 Rumusan masalah, Tujuan, dan
Kesimpulan harus sama
6. 7 Oktober 2019 Ok ACC
Saran : demi kesempurnaan
Mengetahui Menyetujui
Ketua Jurusan Teknik Mesin Pembimbing II
Murjito, ST, MT. Iis Siti Aisyah, ST., MT., Ph.D
NIP.108.9404.0313 NIP. 108.1503.0572
LEMBAR PLAGIASI
Yang bertanda tangan di bawah ini
Nama : Miftakhul Huda
NIM : 201510120311166
Jurusan : Teknik Mesin
Fakultas : Teknik
: Universitas Muhammadiyah Malang
Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:
1. Tugas Akhir dengan judul:
“Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel” Adalah
hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya
ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar
akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat
yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian ataupun
keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan
disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.
2. Apabila ternyata di dalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat
unsur-unsur PLAGIASI, saya bersedia TUGAS AKHIR ini DIGUGURKAN
dan GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH
DIBATALKAN, serta diproses sesuai dengan ketentuan hukum yang
berlaku.
3. Tugas akhir ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan HAK
BEBAS ROYALTI NON EKSKLUSIF.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dipergunakan
sebagaimana mestinya.
Koordinator
Plagiasi
Koordinator
Naskah Publikasi
Malang,
Yang Menyatakan
M. Irkham Mamungkas, ST., MT Ary Dwi Astuti, S. Pd Miftakhul Huda
ABSTRAK
Sensor Strain Gauge merupakan alat untuk mengukur defleksi dan tegangan. Pada
rancang bangun ini digunakan 4 buah sensor strain gauge yang dipasang pada
batang kuningan dengan rangkain jembatan wheatstone Full Bridge. Masing-
masing sensor strain gauge mempunyai nilai resistansi (R) sebesar 350Ω. Pada
rancang bangun sistem pengukuran ini menggunakan sensor strain gauge yang
diberi penguat INA125 yang kemudian diproses oleh Arduino untuk menghasilkan
data yang akan ditampilkan langsung pada LCD dan serial monitor pada PC
menggunakan radio frequency secara realtime. Keluaran data yang dihasilkan pada
pengukuran menggunakan sensor strain gauge full bridge ialah data BIT (Binary
Digit). Data BIT kemudian dikonversi agar menjadi data volt dan diolah menjadi
regangan. Pembebanan yang dilakukan bervariasi (398, 801, 1204, 1608 gram).
Pengolahan data tegangan eksperimental pada kondisi pembebanan 398 gram
didapatkan tegangan sebesar 3032400 Pa. Tegangan tersebut berbanding dengan
besarnya pembebanan. Pada kondisi tertinggi ialah 1608 gram tegangan sebesar
31465350 Pa. Hasil pengukuran tegangan dibandingkan dengan pendekatan teortis.
Kata kunci : Sensor strain gauge, jembatan wheatstone, radio frequency
ABSTRACT
Strain Gauge Sensor is a tool to measure deflection and stress. In this design, 4
strain gauge sensors were installed on a brass rod wheatstone full bridge. Each
strain gauge sensor has resistance (R) value of 350Ω. A strain gauge sensor was
used in the design of this measurement system with an INA125 amplifier which is
then processed by Arduino to produce data that will be displayed directly on the
LCD and serial monitor on a PC by using radio frequency in real time. The output
data was generated in measurements by using a full bridge strain gauge sensor were
BIT (Binary Digit) data. The BIT data was then converted to volt data and proceed
into strain. The load 398, 801, 1204, 1608 grams were applied. The processing of
experimental stress data under loading conditions of 398 grams produced stress of
3032400 Pa. The stress was proportional to the amount of loading. At the highest
loading 1608 grams, the stress was 31465350 Pa. The results of stress
measurements were compared with the theoritical approach.
Keywords: Strain gauge sensor, wheatstone bridge, radio frequency
KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatu
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
rahmat dan hidayah-Nya, penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai
syarat untuk memperoleh gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin di Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Malang dengan berjudul “RANCANG BANGUN
SISTEM PENGUKURAN REGANGAN - TEGANGAN NIRKABEL“.
Penulis menyadari bahwa penyusunan proposal ini jauh dari sempurna,
walaupun demikian penulis telah berusaha semaksimal mungkin serta mendapatkan
bantuan dan bimbimngan dari Dosen Pembimbing dalam rangka penyusunan.
Tanpa bantuan dan dorongan dari beberapa pihak, tidaklah mudah menjalani masa
perkuliahan hingga pada penyusunan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini, penulis
menyampaikan terimah kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Allah SWT dengan segala rahmat serta karunia-Nya yang memberikan
kekuatan bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Murjito. ST, MT. Selaku kepala jurusan teknik mesin Universitas
Muhammadiyah Malang atas ilmunya dan bimbinganya selama di
Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT. Selaku pembimbing 1 yang senantiasa
membimbing dengan sabar, kebaikan hati, kesedian waktu dan semangatnya
dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian ini dengan baik.
4. Ibu Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD. Selaku pembimbing II yang selaku
memberikan masukan dengan sabar, kesedian waktu dan semangatnya
dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan
penelitian ini dengan baik.
5. Dosen jurusan Teknik Mesin yang telah memberi banyak ilmu bermanfaat
selama perkuliahan.
6. Kedua orang tua tercinta Bapak Sopi’i dan Ibu Siyami yang selalu memberi
motivasi, memberi kasih sayang, untuk menyelesaikan peneletian ini.
7. Teman – Teman Sempak Teles Crew (Adit , Anggun, Lukman, Anthony,
Febri, Dana, Ameng, Rizal) yang selalu memberikan dukungan, semangat
untuk menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Teman – Teman terdekat bimbingan mekanika terapan yang selalu
memberikan dukungan, semangat untk menyelesaikan tugas akhir ini.
9. Teman – teman Teknik Mesin kelas D (Afif, Yogik, Iwan, Rizal, dkk) yang
selalu memberikan dukungan, semangat untuk menyelesaikan tugas akhir
ini.
penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, oleh
karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan masukan yang membangun
untuk kesempurnaan karya tulis ini, semoga karya tulis ini dapat menambah
wawasan ilmu dan bermanfaat bagi semua pihak
Akhir kata penulis sampaikan terimah kasih kepada semua pihak yang telah
berperan serta dalam penyusuanan proposal penelitian. Semoga Allah SWT
senantiasa meridhai.
Wassalamualaikum Warrahmatullahi Wabarakatu.
Malang, 19 Juli 2019
Penulis
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i
POSTER ................................................................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii
LEMBAR ASISTENSI ........................................................................................ iv
LEMBAR PLAGIASI .......................................................................................... vi
ABSTRAK ........................................................................................................... vii
ABSTRACT ........................................................................................................ viii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 3
1.4 Manfaat Penulisan ......................................................................................... 3
1.5 Batasan Masalah ............................................................................................ 4
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1 Tegangan dan Regangan................................................................................ 5
2.1.1 Tegangan ................................................................................................. 5
2.1.2 Tegangan Normal ................................................................................... 6
2.1.3 Regangan Normal ................................................................................... 8
2.1.4 Grafik Tegangan vs Regangan .............................................................. 10
2.2 Sensor .......................................................................................................... 11
2.2.1 Sensor Strain Gauge ............................................................................. 11
2.2.2 Prinsip Pengukuran Strain Gauge ........................................................ 14
2.3 Rangkaian Jembatan Wheatstone ................................................................ 15
2.3.1 Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone ..................................................... 17
2.3.2 Macam-macam Jembatan Wheatstone .................................................. 17
2.4 Radio Frequency .......................................................................................... 20
xii
2.5 Pemanfaatan Radio Frequency .................................................................... 22
2.6 Arduino ........................................................................................................ 23
2.7 Software ....................................................................................................... 24
2.7.1 Program Arduino IDE ........................................................................... 25
2.8 INA125 ........................................................................................................ 27
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Perencanaan Desain ..................................................................................... 29
3.1.1 Daftar Persyaratan Desain .................................................................... 29
3.1.2 Identifikasi Masalah .............................................................................. 31
3.1.3 Struktur Fungsi ..................................................................................... 34
3.1.4 Prinsip Kerja ......................................................................................... 35
3.1.5 Kombinasi dan Susunan Konsep .......................................................... 37
3.1.6 Pemilihan Konsep Varian ..................................................................... 38
3.2 Bahan yang digunakan ................................................................................ 38
3.3 Perangkat Keras ........................................................................................... 39
3.4 Skematik Rangkaian Sensor Strain Gauge Nirkabel ................................... 40
3.5 Desain Layout PCB ..................................................................................... 41
3.6 Proses Pemasangan (Finishing) ................................................................... 42
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Pengujian ............................................................................................ 44
4.2 Perhitungan Eksperimental .......................................................................... 45
4.2.1 Perhitungan BIT ke Volt ....................................................................... 45
4.2.2 Perhitungan Regangan .......................................................................... 45
4.2.3 Perhitungan Pertambahan Panjang ....................................................... 46
4.2.4 Perhitungan Tegangan .......................................................................... 46
4.3 Perhitungan Teoritis .................................................................................... 47
4.4 Perbandingan Hasil Eksperimental dengan Hasil Teoritis .......................... 47
4.5 Menghitung Presantase Error ...................................................................... 48
4.6 Grafik Tegangan Eksperimental dan Tegangan Teoritis ............................. 49
4.7 Pembahasaan Hasil Analisa ......................................................................... 50
BAB V PENUTUP
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 52
5.2 Saran ............................................................................................................ 53
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 a) Benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya-gaya luar.
b) Gaya yang bekerja pada bagian benda. ............................................................... 6
Gambar 2. 2 Pembebanan batang secara aksial ...................................................... 7
Gambar 2. 3 Pertambahan panjang beban ............................................................... 9
Gambar 2. 4 Grafik stress strain pada material getas dan ulet .............................. 10
Gambar 2. 5 Strain Gauge dengan Jembatan Wheatstone .................................... 12
Gambar 2. 6 Simbol Strain Gauge ........................................................................ 12
Gambar 2. 7 Susunan Komponen dalam jembatan Wheastone ............................ 16
Gambar 2. 8 Rangkaian Seperempat Jembatan ..................................................... 18
Gambar 2. 9 Rangkaian Setengah Jembatan ......................................................... 18
Gambar 2. 10 Rangkaian Jembatan Penuh Wheastone ......................................... 19
Gambar 2. 11 Pengelompokan gelombang radio .................................................. 21
Gambar 2. 12 3DR Radio Telemetry .................................................................... 21
Gambar 2. 13 Board Arduino Uno ........................................................................ 23
Gambar 2. 14 Tampilan Program Arduino IDE .................................................... 25
Gambar 2. 15 Rangkaian INA125 ......................................................................... 28
Gambar 3. 1 Diagram Blok Sensor Strain Gauge Nirkabel.……………………..34
Gambar 3. 2 Prinsip Kerja alat percobaan tegangan dan regangan beam ............ 36
Gambar 3. 3 Desain Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel ........... 39
Gambar 3. 4 Skematik rangkaian sensor strain gauge nirkabel ............................ 41
Gambar 3. 5 Desain Layout PCB .......................................................................... 42
Gambar 4. 1 Pengujian Regangan - Tegangan Beam ……………………………44
Gambar 4. 2 Grafik Tegangan Eksperimental....................................................... 49
Gambar 4. 3 Grafik Tegangan Teoritis ................................................................. 49
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain ................................................. 29
Tabel 3. 2 Kombinasi sub-fungsi yang didasarkan pada diagram blok sub-fungsi
............................................................................................................................... 37
Tabel 4. 1 Data pengujian………………………………………………………...45
Tabel 4. 2 Hasil perhitungan BIT ke Volt. ............................................................ 45
Tabel 4. 3 Hasil perhitungan regangan ................................................................. 46
Tabel 4. 4 Hasil pertambahan panjang .................................................................. 46
Tabel 4. 5 Hasil perhitungan tegangan .................................................................. 47
Tabel 4. 6 Hasil perhitungan teoritis ..................................................................... 47
Tabel 4. 7 Hasil Tegangan Eksperimental dan Tegangan Teoritis ....................... 48
Tabel 4. 8 Hasil prosentase error........................................................................... 48
DAFTAR PUSTAKA
Adhi Lestari, 2016. Pemanfaatan Radio Frequency Sebagai Media Pengirim Data
Pada Jejaring Sensor Nirkabel Berbasis Arduino Dalam Sistem Akuisisi
Data Suhu Udara, Kelembaban Udara, Dan Tekanan Udara.
Ajjie, Sapta. 2016. Buku Mudah Belajar Mikrokontroller dengan Arduino. https:
//www.academia.edu/11472322/Buku_Mudah_Belajar_Mikrokontroll
er_ dengan_Arduino.
Arthur,P.Boresi and Richard,J.Schmidt.2003. Advanced Mechanics of Material.
Bridge, T. 1998. INA125 With Precision Voltage Reference q Pressure and
Temperature Bridge q General Purpose Instrumentation, 6133(520).
Dieter,G.E.1998 Mechanical Metalurgy S1 Metric Edition.
Djoko,Y.S.,2010. Analisis Tegangan Eksperimental Pada Balok Baja WF
150x75x5x7 Dengan Menggunakan Strain Gauge, Skripsi Teknik Sipil,
Bandung.
Fahrizal, 2004. Rancang Bangun Alat Ukur Densitas Zat Cair Berbasis PC Dengan
Menggunakan Sensor Strain Gauge, Skripsi, Universitas Andalas,
Padang.
Geier, J. 2005. Wireless Networks First-Step. First Edition. Person Education Inc.
Cisco Press. Indianapolis. Terjemah Tim Penerjemah ANDI. 2005.
Wireless Networks First-Step. Edisi Pertama. Penerbit ANDI.
Yogyakarta.
Halliday, J.dan Resnick, R. (1997). Fisika Jilid 1 (third ed.). Jakarta : Erlangga.
Hendra, Saputra, 2013. Rancang Bangun Alat Ukur Regangan Menggunakan
Sensor Strain Gauge Berbasis Mikrokontroler Atmega8535 Dengan
Tampilan LCD.
Karim, S. 2013. Sensor dan Aktuator. VEDC Malang. Malang.
Putri Mandarani, 2014. Perancangan Dan Implementasi User Interface Berbasis
Web Untuk Monitoring Suhu, Kelembaban dan Asap Pada Ruangan
Berbeda Dengan Memanfaatkan Jaringan Local Area Network.
Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang.