Pengertian Sensor Beban Load Cell

Pengertian Sensor Load Cell

Gambar 1. Bentuk fisik Sensor Load Cell

Sensor load cell adalah jenis sensor beban yang banyak digunakan untuk mengubah beban atau gaya menjadi perubahan tegangan listrik. Perubahan tegangan listrik tergantung dari tekanan yang berasal dari pembebanan. Pada sensor load cell terdapat strain gauge yaitu komponen elektronika yang digunakan untuk mengukur tekanan. Strain gauge dikonfigurasikan menjadi rangkaian jembatan wheatstone. Jembatan wheatstone terdiri dari empat buah resistor yang dirangkai seri dan paralel.

Gambar 2. Konstruksi Sensor Load Cell

Sensor load cell terbuat dari bermacam-macam bahan seperti alumunium, baja, stainless steel. Pada Gambar 3. sensor load cell terdapat strain gauge yang dikonfigurasikan seperti rangkaian jembatan wheatstone.

Gambar 3. (a) Strain Gauge pada sensor Load Cell; (b) Strain Gauge disusun dalam Jembatan Wheatstone

Pada Gambar 4.Strain gauge berbentuk foil logam atau kawat logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang ditempel pada sensor load cell yang dapat mengukur tekanan dari hasil pembebanan.

Gambar 5. Foil Strain Gauge merenggang dan merapat

Pada Gambar 5, jika tekanan pada sensor load cell berubah terkena beban, maka foil atau kawat strain gauge akan merenggang dan resistansinya akan bertambah, sedangkan jika foil atau kawat strain gauge merapat, maka resistansinya akan berkurang. Pada umumnya berat beban maksimal sensor ada bermacam-macam dari 1 kg sampai 500 ton. Tegangan luaran (Vout) sensor load cell adalah milivolt (mV).

Polaritas Load Cell

Gambar 6. Polaritas sensor Load Cell

Pada Gambar 6, sensor load cell mempunyai polaritas kutub positif, kutub negatif, tegangan luaran ( Vout + ) dan ( Vout - ) yang terdiri dari 4 warna kabel. Warna merah adalah sumber tegangan V (+), warna putih adalah tegangan luaran (Vout -), warna hitam adalah sumber tegangan V (-), dan warna biru adalah tegangan luaran (Vout +).

Prinsip Kerja Load Cell

Sensor load cell membutuhkan sumber tegangan V (+) dan V (-) untuk bekerja. Sumber tegangan load cell sebesar 5 – 12 VDC.

Gambar 7. (a) Sensor Load Cell tanpa beban; (b) Skala Avo Meter Digital

Pada Gambar 7, jika sensor load cell tidak diberi beban maka tegangan luaran (Vout) 0 V.

Gambar 8. (a) Sensor Load Cell diberi beban; (b) Skala Avo Meter Digital

Pada Gambar 8, jika sensor load cell diberi beban maka tegangan luaran (Vout) akan bertambah.

Contoh Prinsip Kerja Sensor Load Cell

Tegangan luaran sensor load cell akan bertambah seiring dengan meningkatnya berat beban pada sensor load cell. Misalnya awal mula tanpa diberi beban 00,0 mV meningkat perlahan-lahan menjadi 01,0 mV dan seterusnya sampai berat beban maksimal sensor load cell.

Cara Mengukur Tegangan Luaran (Vout)

Beri sumber tegangan pada sensor load cell pada kabel warna merah dan hitam V(+) = 5 V sampai 12 V seperti pada Gambar 9.

Gambar 9. Sumber tegangan pada sensor Load Cell

Atur posisi skala selektor AVO meter digital pada posisi selektor DCV.
Hubungkan Probe Merah AVO meter digital pada tegangan luaran (Vout +) kabel warna biru sensor load cell dan Probe Hitam AVO meter digital pada tegangan luaran (Vout - ) kabel warna putih seperti pada Gambar10

Gambar 10. Mengukur tegangan luaran sensor Load Cell

Ukur tegangan luaran (Vout) sensor load cell jika tidak diberi beban dan beban.

Prinsip Kerja Straingauge Load Cell

Load cell bekerja berdasarkan regangan dan tekanan dari strain gauge. Ketika beban diterapkan, badan load cell mengalami deformasi elastis yang menyebabkan terjadinya kompresi (compression) dan tekanan (tension) pada strain gauge yang terpasang. Strain gauge yang berada dalam kondisi terkompresi, kawat grid akan mengalami perubahan kondisi menjadi lebih tebal dan lebih pendek (Gambar 11 (a)). Sedangkan strain gauge yang berada dalam tekanan, kawat grid akan lebih tipis dan lebih panjang (Gambar 3.3 (b)). Dari proses kompresi dan tekanan tersebut strain gauge akan menghasilkan perubahan tahanan listrik atau resistansi.

Gambar 11. Prinsip kerja Strain Gauge Load Cell (a) Kompresi dan (b) Tekanan

Untuk mengubah hasil perubahan tahanan strain gauge menjadi tegangan yang sebanding dengan beban yang diterapkan, maka digunakan rangkaian jembatan wheatstone. Gambar rangkaian dari jembatan wheatstone ditunjukkan pada Gambar 12.

Gambar 12. jembatan Wheatstone

Pada jembatan wheatstone, titik 1 dan 2 untuk tegangan input sedangkan titik A dan B untuk pengukuran tegangan output (signal). Ketika tidak ada beban pada load cell, semua strain gauge memiliki tahanan yang sama sehingga tidak ada perbedaan tegangan antara titik A dan B. Ketika beban diterapkan pada load cell, strain gauge yang mengalami tekanan (T) resistansinya akan bertambah, sedangkan strain gauge yang mengalami kompresi (C) resistansinya akan berkurang. Hal itu menyebabkan jembatan wheatstone dalam kondisi tidak seimbang dan perbedaan tegangan (signal) yang sebanding dengan beban pada load cell dapat diukur pada titik A dan B.

Karakteristik Sensor Load cell

Gambar 13. Grafik tegangan luaran terhadap beban air (Mililiter)

Tegangan luaran (Vout) dalam satuan milivolt (mV) sama dengan sumber tegangan dalam satuan volt (V). Tegangan luaran (Vout) akan meningkat seiring dengan bertambahnya beban air, jika massa jenis air 1000 kg/m3 , 1 l air = 1000 ml, dan 1 kg = 1000 gr, 100 ml = 0,1 liter, maka massa = volume x massa jenis, atau 100 ml = 0,1 l x 1000 gr/l = 100 gr. Sehingga bisa dikatakan 100 ml air = 100 gram.

Modul Amplifier HX711

Gambar 14 Modul Amplifier HX711

Modul Amplifier HX711 (Gambar 14) merupakan modul elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal untuk strain gauge load cell sensor. Penguatan sinyal diperlukan agar keluaran dari sensor yang sangat kecil memiliki batas yang dapat dibaca oleh mikrokontroler yaitu dari 0-5V.

Gambar 15. Blok Diagram HX711

Modul amplifier memiliki komponen utama berupa IC HX711 yang didalamnya ditunjukkan dalam bentuk blok diagram pada Gambar 15. Sinyal analog yang dihasilkan oleh strain gauge load cell akan masuk menuju input multiplekser (Input MUX). Terdapat dua channel yang dapat digunakan sebagai input multiplekser yaitu channel A (INA+ dan INA-) atau B (INB+ dan INB-). Sebagai yang ditunjukkan pada Gambar 15 yaitu menggunakan channel A. Multiplekser akan mengukur perbedaan tegangan atau selisih antara INA+ dan INA- yang dihasilkan oleh load cell. Keluaran dari multiplekser akan dikuatkan oleh Programmable Gain Amplifier (PGA) dengan penguatan 128 atau 64 untuk channel A dan penguatan 32 untuk channel B. Setelah dikuatkan oleh PGA, sinyal akan di konversi oleh Analog-Digital Converter (ADC) menjadi sinyal digital paralel. Dari ADC akan diproses oleh Digital Interface dimana data digital paralel tersebut diubah menjadi data digital serial.