Embed Size (px)
Citation preview
? / ~ p / / $ q z / o - / g
DISAIN A l A T PENGLIRUR KECEPATAN ALlRWBQ ABW DIGI"BL OENGAH PENGlNDERA STRAIN GAUGE
Ole h
ALFlRA WlBlKSANA
F 24. 1381
1 9 9 2
FAKULIAS TEKMOLOGl PERTAMIM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
B O G O R
A l f i r a W i b i ksana. F24.1381. Disa in A l a t Pengukur Kecepatan
A l i r a n A i r dengan Pengindera S t r a i n Gauge. D i bawah bim-
bingan I r . Soes i lo Sarwono dan I r . Dewa Made Subrata.
RINGKASAN
D i Indonesia saat i n i i lmu dan tekno log i berkembang
dengan pesat, tak t e r k e c u a l i d i bidang e lek t ron ika . Salah
s a t u penemuan dalam bidang e l e k t r o n i k a adalah suatu komponen
yang d isebut s t r a i n gauge, yang dapat dimanfaatkan sebagai
Pengindera tekanan.
D i bidang per tan ian , Khususnya yang be rka i tan dengan
bidang Teknik Tanah dan A i r , a i r merupakan salah satu unsur
yang dibutuhkan dan sangat pent ing. Debi t a l i r a n a i r harus
d iperh i tungkan secara cermat agar menghasilkan kond is i yang
optimum dan hasi 1 yang maksimum. Pengukuran d e b i t a1 i ran
a i r dapat d i lakukan secara iangsung dan t i d a k iangsung.
Pengukuran secara langsung di lakukan dengan bangunan-bangun-
an ukur , sedangkan secara t i d a k langsung dapat d i lakukan
dengan metoda kecepatan penampang (Ve loc i ty -area Method),
untuk menunjang ha1 te rsebut , ~edepa tan a l i r a n a i r sangat
pen t ing untuk d i ke tahu i .
A l a t pengukur kecepatan a i r yang d ibuat , pada dasarnya
t e r d i r i dar? 1 ima s is tem utama y a i t u Pencatu Daya Pemantap
Tegangan, Sistem Pengindera, Sistem Penguat, Sistem Konversi
Analog ke D i g i t , dan Sistem Peraga D i g i t a l .
S i s t e m Penca tu Daya Pemantap Tegangan b e r f u n g s i u n t u k
men ja lankan A l a t dengan c a r a member? tegangan paaa s i s t e m
l a i n n y a . S i s t e m p e n g i n d e r a ~ e r f u n g s i u n t u k merubah tekznan
a i r men jad i perubahan hambatan l i s t r i k pada s t r a i n gauge,
perubahan hambatan i n i menyebabkan t e r j a d i n y a perubahan
tegangan pada S i s tem i n i yang kemudian a i k u a t k a n pada
s i s t e m pengua t . S i s t e m ' pengua t yang d i b u a t a d a l a h s i s i e m
pengua t o p e r a t i f (Op A m p ) . S i s t e m k o n v e r s i a n a l o g k e d i g i t
b e r f u n g s i u n t u k merubah b e s a r a n a n a l o g k e p u l s a - p u l s a .
S i s t e m peraga d i g i t a l b e r f u n g s i u n t u k merubah p u l s a - p u l s a
m e n j a d i s a n d i dengan s i s t e m decoder t u j u h segment.
Tu juan p e n e l i t i a n i n i a d a l a h rnend isa in A l a t Pengukur
Kecepatan A i i r a n A i r D i g i t a l dengan Peng inde ra S t r a i n Gauge,
n ie lakukan u j i coba k a r a k t e r i s t i k dan kemampuan i n s t r u n l e n
s e r t a k a l i S e r a s i .
Penguj i a n d i 1 akukan dengan c a r a mei 1 h a t ncouf lgan antar-a
kecepa tan a l i r a n a i r dengan cegangan yang d i n a s i l k a n peng ln -
d e r a . Has1 1 per igu j i an nlenunjukkan hubunga:i yang t n r j a o i
a d a l a h l i n i e r .
A l a t Peng~:i;ur Kecepata i i A 1 1 rar i 1 4 - r G i g i t a i .uen3;ri:
Peng inde ra S t r a i t i Gauge i iii niempunyai Keniarvpiia:i mer;gut.ur
kecepa tan a1 i r a n 3.1 r n i : ~ l a I d a r i 5 0 c m / a e t i k saiii;)ai (:engar-
D I S A I N ALAT PENGUKUR KECEPATAN A L I R A N A I R D I G I T A L
DENGAN PENGINDERA S T R A I N GAUGE
O l e h :
A L F I R A WIBIKSANA
F 24.1381
S K R I P S I
S e b a g a i sa iah sa tu s y a r a t u n t u k m e m p e r o l e h g e l a r
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
p a d a Jurusan M E K A N I S A S I PERTANIAN
F a k u i t a s T e k n o l o g i P e r t a n i a n
I n s t i t u t P e r t a n i a n E o g o r
1992
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
I N S T I T U T PERTANIAN BOGOR
BOGOR
I N S T I T U T PERTANIAN BOGOR
:AKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
D I S A I N ALAT PENGUKUR KECEPATAN A L I R A N A I R D I G I T A L
DENGAN PENGINDERA S T R A I N GAUGE
S K R I P S I
S e b a g a i sa lah sa tu s y a r a t untuk m e r n p e r o i e h g e l a r
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
pada Jurusan M E K A N I S A S I PERTANIAN
i a k u l t a s T e k n o l o g i P e r t a n i a n
I n s t i t u t P e r t a n i a n B o g o r
O l e h :
A L F I R A WIBIKSANA
F 2 4 . 1 3 8 1
D i l a h i r k a n pada t a n g g a l 2 9 M a r e t 1 9 6 9
d l C i m a h i
D i s e t u j u ! ,
S o g o r , g J a n u a r i 1 9 9 2
. S o e s i l o S a r w o n o
D o s e n P e m b i m b l n g I 1
KATA PENGANTAR
P u j i syukur p e n u l i s pan ja tkan ke h a d i r a t Tuhan Yang
Maha Esa, Yang t e l a h memberi rahmat dan anugerahnya s e r t a
bimbingan kepada p e n u l i s .
T u l i s a n i n i d isusun berdasarkan h a s i l p e n e l i t i a n yang
t e l a h d i l akukan selama 8 bu lan d i l a b o l a t o r i u m Ergonomika
dan E l e k t r o n i k a dan d i Labo la to r ium Teknik Tanah dan A i r
pada Jurusan Mekanisasi Pe r tan ian .
Penu l i s mengucapkan t e r i m a k a s i h kepada :
1 . I r . Soesi l o Sarwono dan I r . Dewa Made Subrata sebagai
dosen pembimbing yang t e l a h memberikan bimbingan dan
pengarahan dalam penyusunan laporan i n i .
2 . Budi Mulyono dan Keluarga I r . Oetomo Dja janegara yang
t e l ah menyedi akan f a s i 1 i t a s dan bimbingan kepada penu-
l i s .
3 . I r . Godf r ied Sitompul sebagai dosen pengu j i dan semua
p ihak yang t e l a h rnemberi bantuan, bimbingan dan petun-
j u k yang berharga selarna p e n e l i t i a n .
4 . Ayah, i b u , kakak; ad i k dan a d i k R i t a yang t e l a h mem-
b e r i bantuan, b i aya , dorongan s e r t a doa r e s t u .
Akh i rnya p e n u l i s berharap t u l i s a n i n i dapat berman-
f a a t bagi p ihak yang memerlukan.
Bogor, 24 Desember 1991
i i i
P e n u l i s
DAFTAR I S 1
H a 1 aman
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . KATA PENGANTAR iii
DAFTAR GAMBAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i
DAFTAR TABEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v i i i
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR LAMPIRAN i x
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . PENDAHULUAN 1
A . LATAR BELKAKANG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
B . TUJUAN P E N E L I T I A N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I1 T I N J A U A N PUSTAKA 3
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A A I R DAN FUNGSINYA 3
B . K A R A K T E R I S T I K M A T E R I A L LOGAM . . . . . . . . . . 4
C . S T R A I N GAUGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . D PEREKAT S T R A I N GAUGE 1 3
. . . . . . . . . E PENCATU DAYA PEMANTAP TEGANGAN 1 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . F S ISTEM PENGINDERA 1 6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G S ISTEM PENGUAT 18
H . SISTEM PERAGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2
. . . . . . . . . . . . . . . I DASAR-DASAR T E K N I K D I G I T 24
. I11 PENDEKATAN RANCANGAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2
. . . . . . . . . A PENCATU DAYA PEMANTAP TEGANGAN 3 3
B . SISTEM PENGINDERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C SISTEM PENGUAT 36
. D SISTEM KONVERSI ANALOG KE D I G I T . . . . . . . . 3 7
E . SISTEM PERAGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 0
i v
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I V METODE P E N E L I T I A N
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A WAKTU DAN TEMPAT
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 BAHAN DAN ALAT
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C TAHAP PENGUJIAN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . D METODE PENGUJIAN
E . PROSEDUR PENGUJIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V H A S I L DAN PEMBAHASAN
A . HUBUNGAN ANTARA KECEPATAN A L I R A N A I R . . . . . . . . . . . . . . DENGAN S I S T E M PENGINDERA
B . HUBUNGAN ANTARA SESARNYA TEGANGAN MASUKAN PADA S ISTEM KONVERSI ANALOG KE D I G I T DENGAN BESARNYA ANGKA PADA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . SISTEM PERAGA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . C KEMAMPUAN ALAT
. . . . . . . . . . . . . . D K E T E L I T I A N PENGUKURAN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V I KESIMPULAN DAN SARAN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A KESIMPULAN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B SARAN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DAFTAR PUSTAKA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LAMPIRAN-LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 . Kurva s t r e s s - s c r a i n un tuk "medium-car- bon s t e e l ' ' . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 2. K o n s t r u k s i dasar s t r a i n gauge t i p e "bonded" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
amb bar 3. H i s t e r i s t i s pada s t r a i n gauge t i p e "bonded gauge" . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 4 . Catu daya tanpa pemantap tegangan . . . Gambar 5. I C 723.sQbagai pemantap tegangan . . . . . Gambar 6. I C t i p e 78XX dan 79XX sebagaipemantap
tegangan DC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 7. Rangkaian Jembatan Wheatstone . . . . . . . . Gambar 8. Rangkaian penguatan dengan T r a n s i s t o r
Gambar 9. Penguat t a k men jungk i rkan . . . . . . . . . . .
Gambar 10. Penguat menjungk i rkan . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 1 1 . Penguat D i f f e r e n t i a l . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 12.. Penguat dengan masukan l e b i h d a r i s a t u
Gambar 13. Metode menyalakan LED Dada S i s ~ e m Pe- raga Common Anoda . . . . . . . . . . . . . . . . . . ;.
Gambar 14. SR F l i p - f l o p dan s imbolnya . . . . . . . . . . .
Gambar 15. Bagan A l a t Pengukur Kecepatan A l i r a n A i r D i g i t a l dengan Pengindera S t r a i n Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 1 6 . Pencatu Daya Pemantap Tegangan . . . . . . .
Gambar 1 7 . Cara K e r j a S is tem Peng indera Mekanik .
Gambar 18. Rangkaian S is tem Pengindera . . . . . . . . . .
Gambar 19 . Rangkaian S is tem Penguat . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . Gambar 20. Skema Konversi Analog ke D i g i t
. . . . . Gambar 21. S is tem Konversi Analog ke D i g i t
Gambar 22. S is tem Pencacah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 23. Simbol Log ika S is tem Konversi Sandi .
. . . . . Gambar 24. Rangkaian S is tem Peraga D i g i t a l
Gambar 25. Hubungan a n t a r a Gaya (F l ' dengan Peru- bahan Panjang K a r e t ( X ) . . . . . . . . . . . . .
Gambar 26. Hubungan a n t a r a kecepatan a l i r a n a i r dengan Sistem Pengindera . . . . . . . . . . . .
Gambar 27. Hubungan a n t a r a tegangan masukan pada Sis tem ADC dengan besarnya angka pada Sis tem Peraga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gambar 28. Hubungan a n t a r a ke lua ran pada Sistem Pengindera dengan tegangan masukan pada Sistem Konvers i Analog ke D i g i t
Gambar 29. K a r a k t e r i s t i k S is tem Penguat . . . . . . . .
Gambar 30. Hubungan a n t a r a S is tem Pengindera, S is tem Penguat dan Sistem Konversi Analog ke D i g i t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DAFTAR TABEL
Hal aman
Tabel 1 . Hukum Al jabar Boole dengan Sistem Saklar 2 6
Tabel 2. Jen is - jen i s gerbang l og i ka . . . . . . . . . . . . . . 2 8
Tabel 3 . Tabel kebenaran Sistem Pencacah b i langan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Binner 30
Tabel 4 . Tabel Kebenaran Dekoder ke U n i t Penampil 3 1
Tabel 5 . Pengaruh Beban (m) Terhadap Perbahan Pan- jang Karet ( X ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Tabel 6. Pengaruh Kecepatan A l i r a n A i r ( C ) Terha- dap Tegangan Keluaran Kecepatan ( V ) pada
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistem Pengindera 5 0
v i i i
DAFTAR LAMPIRAN
'Ha 1 arnan
Lampiran 1. Data h a s i l pengukuran kecepatan a l i r a n a i r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4
Lampiran 2 . Data h a s i l pengukuran S is tem Pengindera 65
Lampiran 3 . Data h a s i l pengukuran Sistern Konvers i Analog ke D i g i t dan ke Sistern Peraga . . 6 6
Lampiran 4 . Hubungan a n t a r a Tegangan k e l u a r a n pada S is tem Peng indera dengan tegangan rnasukan pada S is tem Konvers i Analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ke D i g ~ t 6 7
Lampiran 5. Data H a s i l Pengukuran Sistern Penguat . . 68
. . . . . . Lampiran 6. Bagian Mekanik Sisiern Peng indera 6 9
Lampiran 7. Rangkaian A l a t Pengukur Kecepatan A l i r - an A i r D i g i t a l dengan Pengindera S t r a i n Gauge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 0
I . PENDAHULUAN
A. L a t a r Belakang
D i Indones ia s a a t i n i i l m u dan t e k n o l o g i berkernbang
dengan pesa t , t a k t e r k e c u a l i d i b idang e l e k t r o n i k a .
Teknik pembuatan rangkaian yang semakin berkernbang
memungkinkan p e r a l a t a n e l e k t r o n i k a dapat d i bua t aengan
ukuran yang k e c i l , t e t a p i rnerni l ik i daya guna dan k e t e l i -
t l a n yang cukup t i n g g i .
Salah s a t u penernuan dalam bidang e l e k t r o n i k a adalah
sua tu komponen yang d i s e b u t s t r a i n gauge. S t r a i n gauge
i n i dapat d imanfaatkan sebagai pengindera pada ins t rumen
pengukur tekanan.
D i b idang p e r t a n i a n , khususnya yang b e r k a i t a n dalam
b idang Teknik i anah dan A i r , rnaka penentuan d e b i t a l r
yang d i a i i rkan harus d i p e r h i tungkan secara cermas agar-
mernberikan has i : yang optimum. Dalam penerapannya
d e b i t a i r hanya dapat d i k e t a h u i m e l a l u i serangkaian
pengukuran.
Pada umumnya ins t rumen- ins t rumen pengukur kesepatar'
a i r yang banyak d i pergunakan adalat i Cu r ren t meter dan
pengukur kecepatan permukaan a l i r a n a i r . Kelemahan d a r i
Cu r ren t meter d ia t i ta ranya adalah t i d a k dapat mengc:icu~-
kecepatan a i r d l dasar a l i r a n dan d i sek i sa r dind;ng-
d i n d i n g permukaan a1 i ran , sedang kelemanan a l a t penguku:-
kecepatan permukaan a l i r a n a i r , y a i t u nanya dapat mengu-
k u r kecepatan a i r pada perrnukaan a1 i ran s a j a .
Penemuan l a i n dalam b idang e l e k t r o n i k a ada lan
adanya s is tern peneraan secara d i g i t a l . Ke leb ihan s i s t e m
i n i d i banding s i s t e rn yang l a i n ada lah dapat rnenghi lang-
kan ke te rgan tungan kstajarnan p e n g l i h a t a n pengamat dan
menghindar i kesa lahan pendugaan pada angka desimal
t e r a l t h i r .
Dengan per t imbangan t e r s e b u t dan rnemanfaatkan kema-
j u a n d i b idang e l e k t r o n i k a , rnaka akan d i coba un tuh
rnernbuat a l a t pengukur kecepatan a l i r a n a i r d i g i t a l
dengan s t r a i n gauge sebagai peng indera .
€3. Tu juan P e n e l i t i a n
Tu juan p e n e l i t i a n ada lah merancang dan membuat a l a t
pengukur kecepatan a l i r a n a i r d i g i t a l dengan peng inoera
s t r a i n gauge, melakukan u j i cobs k a r a k t e r i s t i k can
kernampuan ins t rumen s e r t a k a l i b e r a s i a l a t .
11. TINJAUAN PUSTAKA
A. A i r dan Fungsinya
A i r merupakan suatu z a t yang berbentuk c a i r yang
sangat d ibutuhkan o l e h semua mahkluk h idup d i dun ia i n i .
D i b idang pe r tan ian , s a l a h s a t u f ungs i a i r adalah untuk
memberikan rnakanan bagi tanaman agar dapat tumbuh dengan
b a i k . Adapun p e r j a l a n a n a i r d a r i sumbernya sampai
kepada tanaman dapat d i l akukan dengan berbagai cara,
d i an ta ranya dengan s i s tem i r i g a s i . I r i g a s i adalah
peker jaan pengaturan a i r untuk membantu kskurangan a i r
hu jan bagi keper l uan tanaman.
Pengukuran d e b i t a1 i ran a i r dapat d i lakukan secara
langsung dan t i d a k langsung. Pengukuran secara langsung
d i l a k u k a n dengan bangunan-bangunan ukur , sedangkan
pengukuran t i d a k langsung dapat d i lakukan oenganrnetoda
kecepatan penampang ( v e l o c i t y - a r e a method). Pengukuran
t e r s e b u t dapat d i c a r i dengan persarnaan :
dirnana : Q = d e b i t a l i r a n (L3T- ' )
V = kecepatan a l i r a n ( L T - ' )
2 A = l uas penampang basah sa lu ran ( L )
4
A i r yang mengal i r dengan kecepatan t e r t e n t u , mempu-
nya i energ i k i n e t i k yang besarnya dapat d i t e n t u k a n
dengan persamaan :
dirnana : Ek = Energ i k i n e t i k ( J )
m = masa ( M )
V = kecepatan a1 i r a n ( L T - ' )
B. K a r a k t e r i s t i k M a t e r i a l Logarn
1 . S t ress dan S t r a i n
S t ress adalah gaya i n t e r n a l sua tu m a t e r i a l per
u n i t luasan yang t i m b u l untuk menahan gaya l u a r yang
dikenakan pada m a t e r i a l t e r s e b u t . Secara matematis
s t r e s s dirumuskan sebagai b e r i k u t :
dirnana a = u n i t s t r e s s ( F L - ~ )
F = gaya yang beke r j a ( F )
A = l uas penampang benda ( L ~ )
S t r a i n adalah perubahan bentuk (defor rnas i ) per
u n i t panjang. Deformasi t e r j a d i karena adanya gaya
yang d i b e r i kan pada m a t e r i a l t e r s e b u t . S t r a i n dapat
d i c a r i dengan persamaan sebagai b e r i k u t :
dimana : = s t r a i n
61 = perubahan panjang (m)
1 = panjang sebelum d i b e r i gaya ( m )
2. Hukum Hooke
Kurva s t r e s s - s t r a i n d ibua t berdasarkan percobaan
dan d i gunakan untuk me1 i h a t k a r a k t e r i s t i k d a r i bahan
yang d i u j i j i k a dikenakan gaya atau beban (Nash,
1983).
Pada Gambar 1. d i bawah i n i , d i pe r l i ha t kan kurva
s t r e s s - s t r a i n untuk mate r ia i iogam j e n i s "medium-
carbon s t e e l " .
Gambar 1 . kurva s t r e s s - s t r a i n untuk "medium-carbon s t e e l " (Nash, 1983)
Pada Gambar 1. t e r l i h a t da r i t i t i k 0 sampai A
merupakan g a r i s l u r u s dan ha1 i n i menunjukkan bahwa
s t r e s s dan s t r a i n dalam keadaan propors iona l .
T i t i k A d i sebu t juga t i t i k batas propors ional (Pro-
po rs iona l L i m i t ) . T i t i k B merupakan batas e l a s t i s
logam (batas a tas logam dimana logam akan kembali ke-
bentuk semula j i k a gaya atau beban pada logam terse-
b u t d i l epas ) . - Setelah t i t i k B , maka bahan akan
mengalami deformasi . t e t ap . Antara t i t i k C dan t i t i k
D t e r j a d i kenaikan s t r a i n tanpa kenaikan s t r ess dan
t i t i k - t i t i k i n i d i sebu t "Y i e l d Po in t " . T i t i k E
merupakan maksimum s t r ess , t i t i k i n i b iasa d isebut
".Ultimate St rength" . Setelah t i t i k E s t r ess t e rus
menurun dan logam akan patah pada t i t i k F atau t i t i k
"Br,eaking St rength" .
Antara t i t i k 0 dan t i t i k A t e r j a d i hubungan
s t r e s s - s t r a i n yang l i n i e r . Pada keadaan i n i l a h
.R,obert Hooke merumuskan hubungan i n i dengan persamaan
sebagai b e r i k u t :
dimana a = s t r e s s (FL-')
E = modulus e l a s t i s i t a s ( F L - ' )
5 = s t r a i n
C. S t r a i n Gauge
1. Hambatan L i s t r i k dan Perpanjangan Kawat
Tahun 1856 W i l l i a m Thomson menghasilkan perco-
baan yang rnenyatakan bahwa hambatan 1 i s t r i k pada
seutas kawat akan b e r v a r i a s i sesuai dengan t e n s i yang
dikenakan pada kawat t e r s e b u t . J i k a seuaiu kawat
d i b e r i gaya t e n s i a tau kompresi akan t e r j a d i peru-
bahan dimensi yang mengaki batkan t e r j a d i n y a peru-
bahan hambatan pada kawat t e r s e b u t . Hal i n i sesuai
dengan persamaan :
d i mana R = Hambatan l i s t r i k ('2)
P = Hambatan j e n i s kawat (R.mj I
1 = Panjang kawat (rn)
2 A = Luas penampang kawat (m )
J i k a A dan f dianggap t e t a p , maka sernakin pan-
jang kawat semakin besar hambatan l i s t r i k yang t e r j a -
d i dan sebal iknya, semakin pendek kawat semakin k e c i l
hambatan l i s t r i k yang t e r j a d i .
Antara Hambatan l i s t r i k , arus l i s t r i k dan beda
p o t e n s i a l t e rdapa t hubungan sebagai b e r i k u t :
dirnana . V = Beda po tens ia l ( V )
i = Arus l i s t r i k yang rnengalir ( A )
R = Harnbatan l i s t r i k (R)
2. T ipe S t r a i n Gauge
S t r a i n gauge ( e l e c t r i c a l res is tance s t r a i n
gauge), pada dasarnya d ibag i rnenjadi dua t i p e y a i t u "
t i p e "unbonded" dan "bonded". S ~ r a i n gauge t i p e
"bonded" s e r i ng d i gunakan da l am pengukuran karena
s t r a i n gauge t i - pe i n i l e b i h rnudah digunakan diban-
dingkan dengan t i p e "unbonded".
Pada dasarnya s t r a i n gauge t i p e "Bonded" t e r d i r i
d a r i suatu konduktor yang s e n s i t i p terhadap s t r a i n .
Konduktor i n i d i lekatkan pada p l a s t i k atau k-ertas
(guna iap isan i n i untuk rnernperrnudah penanganannya).
Pada Gambar 2. d i p e r l i hatkan konstru.ksi dasar d a r i
s t r a i n gauge t i p e "bonded".
Sesuai dengan pernbuatannya, s t r a i n gauge t i p e
"bonded" d i bag i rnenjadi ernpat j e n i s y a i t u : F l a t w i re
gauge, wrapped around w i re gauge, f o i 1 gauge dan
semikonduktor s t r a i n gauge (Kuhl , 1972)
F o i l s t r a i n gauge disusun d a r i kawat berpe-
narnpang persegi panjang yang mernpunyai ketebal an
0.0025 sarnpai 0.0050 rnm. D i bentuk dengan pencetakan
secara k im iaw i dengan panjang gauge b e r v a r i a s i d a r i
0 . 2 sampai 25.4 mm.
G a u g e l e n ~ t h
I ! c o n d u c t o r b a c k i n g m a t e r i a l
Garnbar 2. Kons t ruks i dasar s t r a i n gauge t i p e "bonded" (Kuhl.1972).
K a r a k t e r i s t i k S t r a i n Gauge
a. Gauge Fak to r
Gauge f a k t o r adal ah suatu i ndeks sensi ti-
v i t a s d a r i s t r a i n gauge. Menurut Kuhi ( 1 9 7 2 3 ,
s e n s i t i v i t a s s t r a i n gauge adalah 'perbandingan
a n t a r a s t r a i n n e g a t i p a tau s t r a i n p o s i t i p dengan
perubahan hanibatan l i s t r i k . N i l a i gauge f a k t o r
dapat d i c a r i persamaan :
dimana : F = gauge f a k t o r
6R = perubahan hambatan l i s t r i k (R)
R = hambatan l i s t r i k awal ( a )
1 = panjang s t r a i n gauge (m)
61 = perubahan panjang (m)
5 = s t r a i n
Dar i persamaan d i a tas dapat d i ambi 1 kesim-
pu lan bahwa besarnya gauge f a k t o r d ipengaruh i o leh
dua ke jad ian y a i t u deformasi dan perubahan ham-
batan 1 i s t r i k d a r i m a t e r i a l elemen s t r a i n
gauge.
Semakin besar n i l a i gauge i a k t o r , semakin
sens i t i f s t r a i n gauge te r sebu t dan semakin besar
ke luaran 1 i s t r i k yang d i h a s i l kan . aesarnya gauge
f a k t o r d ipengaruh i o l e h j e n i s bahan konduktor yang
digunakan. Menurut Kuhl (19721, deformasi untuk
semua bahan elemen hampir sama, sehingga yang
membuat perbedaan n i l a i gauge f a k t o r adalah ham-
batan j e n i s bahan yang dipergunakan.
Menurut Kuhl (1972) , gauge fak t0 . r dapat
berubah karena beberapa h a l , y a i t u : temperatur
dan h i s t e r e s i s . Perubahan temperatur akan menga-
k i b a t k a n perubahan dirnensi pada bahan e 1 ernen,
seh ingga k e j a d i a n i n i akan rnerubah pan jang dan
a k h i r n y a akan rnerubah n i l a i gauge f a k t o r .
H i s t e r e s i s ada lah sua tu k e j a d i a n dirnana j i k a
s t r a i n gauge d i b e r i tel tanan t e r u s rnenerus, maka
akan t e r j a d i hubungan a n t a r a s t r a i n dengan dR/R
s e p e r t i pada Gambar 3. Se te l ah t i t i k A , hubungan
a n t a r a s t r a i n dengan 6 R / R t i d a k l i n i e r l a g i .
Gambar 3 . H i s t e r i s t i s pada s t r a i n gauge t i p e "bonded gauge" (Kwhl , 1 9 7 2 ) .
b . Gaya T ransve rsa l
Gaya t r a n s v e r s a l ada lah gaya yang tegak I u r u s
te rhadap s t r a i n . Pada s t r a i n gauge, gaya i c i
t e r j a d i pada u jung-u jung elernen dan mengaki baLkan
t e r j a d i n y a s t r a i r , yang t i d a k d ihehendak i . Paca
f o i l s t r a i n gauge gaya i n i dapat d i a b a i k a n , ks rena
u jung-u jung elernennya t e b a l .
c. Efek V a r i a s i Temperatur
Menurut Kuhl (1972), perubahan temperatur
berpengaruh terhadap t i ga ha1 , y a i t u n a i knya
hambatan l i s t r i k pada elemen, perubahan dimen-
s i s t r a i n gauge dan perubahan dimensi pada ma te r i -
a l tempat s t r a i n gauge dipasang. Hubungan d a r i
ke t i ganya dapat d i l i h a t dalam persamaan :
dimana R, = Hambatan l i s t r i k karena perubahan
temperatur ( 0 )
Ro = Hambatan l i s t r i k mula-mula ( R )
a = koef i s i e n muai bahan fR/CO)
d t = Perubahan temperatur (CO)
d. Kapas i tas Arus pada S t r a i n Gauge
Menurut Kuhl (19721, kapas i tas arus yang
dapat d i a l i r k a n ke s t a r i n gauge berbeda-beda
tergantung d a r i f a k t o r - f a k t o r sebagai be r i kuc :
j e n i s s t r a i n gauge, j e n i s bahan tempat melekatnya
s t r a i n gauge, j e n i s pereka t yang digunakan, kon-
duks i panas obyek yang d i u k u r , pindah panas an ta ra
bahan-bahan yang digunakan, pemakaian p e l indung
pada s t r a i n gauge dan ba tas temperatur .
Maksud d a r i .pernbatasan arus yang bo leh menga-
1 i r adalah menghi i i d a r i t s r j a d i nya panas yang
be r l eb ihan yang dapat mempengaruhi ketepatan
pengukuran.
e. Batas S t r a i n
Besarnya S t r a i n yang dapat d i u k u r o l e n s t r a i n
gauge d ipengaruh i o l e h berbagai f a k t o r , y a i t u
panjang s t r a i n gauge, s i f a t e l a s t i s pe reka t ,
besarnya temperatur , k o n d i s i keiembaban s t r a i n
gauge, gaya adhesi a n t a r a pereka t dan s t r a i n gauge
dan s i f a t mekanis d a r i bahan elemen dan bahan
tempat merekatnya elemen.
D. Pereka t S t r a i n Gauge
S t r a i n gauge t i p e "bonded" dapat rnengukur s t r a i n
yang t e r j a d i pada sua tu obyek pengukur j i k a pengin-
de ra d i le .ka tkan pada obyek te r sebu t . Biasanya s t , r a i n
gauge d i l e k a t k a n dengan rnenggunakan pereka t .
Menurut Kuhl ( 1 9 7 2 ) , s y a r a t perekatan s t r a i n gauge
adalah dapat menyalurkan s t r a i n yang t e r j a d i pada obyek
yang d i u k u r ke pengindera s t r a i n gauge secara sempurna,
mernpunyai s i f a t i s o l a s i yang b a i k , tahan lama, pecekatan
cukup t i p i s , t i d a k b e r s i f a t h i g roskop i s , rnudah diguna-
kan , dan t i d a k berubah s i f a t j i k a t e r j a d i perubahan
ternperatur .
E. Pencatu Daya Pemantap Tegangan
Pencatu Daya Pemantap Tegangan (PDPT) adalah suatu
a1 a t untuk merubah tegangan bolak-bal i k (AC) menjadi
tegangan searah (DC) . Suatu PDPT t e r d i r i a tas dua
bagian, y a i t u bagian pengubah tegangan boJak-bal ik ke
tegangan searah dan bagian pemantap tegangan searah.
Pada Gambar 4. d i p e r l i h a t k a n sebuah rangkaian c a t u
daya DC yang belum d i l e n g k a p i o l e h pemantap tegangan.
Gambar 4 . Catu daya tanpa pemantap tegangan
Tegangan ke luaran c a t u daya pada Gambar 4. besarnya
berubah-ubah tergantung d a r i tegangan AC yang masuk,
agar tegangan ke luaran c a t u claya t e r s e b u t t e t a p harus
d i l e n g k a p i o l e h rangkaian pemantap tegangan.
Rangkai an pemantap tegangan (Vo l t age Regu la to r )
t e l a h banyak d i jumpai dalam bentuk I C { I n t e g r a t e d C i r -
c u i t ) . Salah sa tu contoh yang banyak digunakan adalah
I C t i p e 7 2 3 . Agar I C t e r sebu t dapat beroperas1 dengan
b a i k d ibu tuhkan tegangan rnasukan (Supp ly Vo l t age ) yang
besarnya b e r k i s a r a n t a r a 9.5 v o l t sampai 40 V o l t , adapun
tegangan k e l u a r a n yang dapa t d i h a s i l k a n b e r k i s a r a n t a r a
2 .0 V o l t sarnpai 37 V o l t tegangan rnantap. Rangkai an
pernantap tegangan i n i dapa t d i l i h a t pada Gambar 5 .
Gambar 5 . I C 723 sebagai pernantap tegangan. (Mars ton dalam Muhadhy, 1987)
N i l a i tegangan k e l u a r a n d ipengaruh i o l e h n i l a i
tahanan R, dan R, sesua i dengan persamaan b e r i k u t :
J e n i s I C l a i n yang dapat dipergunaltan ada lah I C
t i p e 7 8 X X un tuk tegangan ke l ua ran p o s i t i p (7805 un tuk
tegangan ke l ua ran 5 v o l t , 787 2 un tuk tegangan k e l uarat i
1 2 V o l t , 7815 un tuk tegangan ke l ua ran 15 V o l t dengan
iegaogan masukan l e b i h besar d a r i tegangan k e l u a r a n ) Can
I C t i p e 79XX untuk tegangan ke luaran nega t i p (7905 untuk
tegangan ke luaran -5 V o l t , 7912 untuk tegangan ke lua ran
-12 V o l t ) . Cara merangkai I C i n i dapat d i l i h a t pada
Gambar 6.
78XXa XXa V o l t
79XXb -XXb V o l t
Gambar 6. I C t i p e 78XX dan 7 9 X X sebagai pemantap tegangan DC.
F . Sis tem Pengindera
Besaran-besaran f i s i s yang akan d iuku r misa2nya
dapat berupa suhu, d e r a j a t warna, i n tens i t a s cahaya,
tekanan dan sebagainya rnerupakan fenomena yang t i d a k
berupa s i n y a l 1 i s t r i k . Untuk menerapkan metode dan
t e k n i k pengukuran s is tem e l e k t r o n i k , maka fenomena
t e r s e b u t harus diubah atau d i k o n t r o l menjadi s i n y a l
l i s t r i k dengan bantuan pengindera.
A l i r a n a i r akan rnempunyai tekanan yang berbeda pada
kecepatan yang berbeda. Dengan m e l i h a t ha1 t e r s e b u t
k i t a dapat mempergunakan s t r a i n gauge untuk mengukur
kecepatan a i r t e r s e b u t berdasarkan perbedaan harga
hambatan 1 i s t r i k yang d i t i m b u l kan apabi l a k i t a memberi-
kan tegangan yang konstan pada s t r a i n gauge.
Ben-tuk d a r i s i s tem pengindera yang s e r i n g digunakan
sebagai a l a t pengukur e l e k t r o n i ka adal ah rangkaian
jembatan Wheatstone . Rangkaian i n i d iben tuk o l e h
empat buah hambatan R,, R,, R, dan R,. Sepe r t i yang
d i t un jukkan dalam Gambar 7 . . Vo l tmeter akan menun-
jukkan angka 0 v o l t a p a b i i a tegangan pada El sama
dengan tegangan pada E,. Hal i n i t e r j a d i apabi l a R,/R, =
R,/R,.
Apab i i a R,- a tau R, pad2 Gambar 7. d i g a n t i dengan
pengindera, maka perubahan hambatan d a r i parameter f i s i s
yang d i u k u r akan menyebabkan adanya arus yang m e l a l u i
Voi tmete r . Arus t e r s e b u t merupakan besaran s i n y a l
1 i s t r i k yang d i butuhkan sebagai masukkan a i a t pengukur
e l e k t r o n i k untuk mengukur k a r a k t e r i s t i ' k d a r i suati:
obyek.
Gambar 7 . Rangkaian jembatan Wheatstone (Sears dan Zemansky, 1 9 6 2 )
G. Sis tem Penguat
S is tem penguat be r i ungs i untuk menguatkan perubahan
besaran l i s t r i k d a r i pengindera, sehingga perubahan
s i n y a l yang k e c i l dapat d i u k u r l e b i h t e l i t i .
Sebagai penguat dapa t d i gunakan t r a n s i s t o r a tau
penguat o p e r a t i f (Op Amp). Penggunaan t r a n s i s t o r seba-
ga i s i s tem penguat mempunyai beberapa kelemahan a n t a r a
l a i n impedansi masukan dan impedansi ke lua ran rendah,
sehingga cukup banyak menyerap daya l i s t r i k d a r i besaran
yang akan d i kua tkan dan d i u k u r . Disamping i t u t r a n s i s -
t o r mempunyai penguatan yang r e l a t i f rendah, 1 i n i e r i t a s
kurang dan c a r a untuk mengatur penguatan l e b i h s u l i t .
Penguat o p e r a t i f (3p Amp) mempunyai s i f a t yang
l e b i h b a i k sebagai penguat d i bandingkan dengan
t r a n s i s t o r karena penguat o p e r a t i f mempunyai impedansi
rnasukan yang t i n g g i dan impedansi ke lua ran yang rendah,
sehingga menyerap daya yang cukup k e c i 1, disamping i t u
penguatan tegangannya cukup t i n g g i dan mudah untuk
d i a t u r .
1 . Penguatan dengan T r a n s i s t o r
T r a n s i s t o r sebagai penguat d i ka takan b e k e r j a
a p a b i l a ada a rus yang menga l i r d i a n t a r a t e rm ina l
k o l e k t o r - e m i t o r ( a r u s I c ) . Arus Ic i n i hanya akan
ada apabi l a ada arus yang mengal i r d i a n t a r a t e rm ina l
b a s i s-erni t o r ( a r u s I d ) . Perbandl tngan an ta ra kua t
a rus I dan I, d i s e b u t f a k t o r penguatan t r a n s i s i t o r
(13).
Besarnya penguatan i n i b e r v a r i e s i untuk s e t i a p
j e n i s t r a n s i s t o r . Rangkaian sederhana t r a n s i s t o r
sebagai penguat dapat d i l i h a t pada Gambar 8 .
Gambar 8 . Rangkaian penguatan dengan T rans i s to r ( S u t r i s n o , 1986)
pada rangl,a?an t e r s e b u t , Vc dan Rc aaaiah konstan dar?
Ic var i a b e l , rnaka d idapa t persamaar? untuk tegangail
ke1uara:i :
2. Penguat dengan Penguat Ope ra t i f (Op Amp)
Penguat o p e r a t i f mempunyai dua j a l a n masuk
( i n p u t ) , sa tu j a l a n masuk d i tanda i (+ ) d isebut j a l a n
masuk t ak rnenjungki rkan inon- inve r t i ng i npu t ) dan
sa tu j a l a n masuk d i tanda i 1-1 d isebut j a l a n masuk
menjungkirkan ( i n v e r t i n g i n p u t ) . Pada Gambar 9.
dapat d i l i h a t penguat tak menjungkirkan.
Vout = ( R2/Ri + 1 ) * Vin
Gambar 9. Penguat t ak menjungkirkan.
Pada Garnbar 10. dapat d i l i h a t penguat menjung-
k i r k a n dan persamaannya.
- "out - - R2/R1 * " i n
Gambar 10. Penguat menjungkirkan.
Gambar 11. rnernperlihatkan penguatan rne ia lu i
rnasukan rnenjungki rkan dan t a k menjungki rkan (Penguat
D i f f e r e n t i a l ) .
Gambar 11. Penguat D i f f e r e n s i a i
Gambar 12. rnemperl i hatkar: penguatan l e b i h d a r i
s a t u masukan.
Gambar 12. Penguat dengan masukan l e b i h d a r i s a t u
G. S is tem Peraga
Untuk menampilkan da ta pengukuran agar dapat dime-
n g e r t i o l e h i n d e r a manusia dapat d i l akukan dengan bebe-
rapa cara , a n t a r a l a i n dengan jarum penunjuk pada suatu
s k a l a meter, k e r t a s g r a f i k , tabung i n d i k a t o r angka dan
peraga angka dengan menggunakan peraga t u j u h ruas
( "seven segment d i s p l a y " ) . Peragaan dengan jarum
penunjuk, mempunyai beberapa kelemahan dalam pembacaan
s k a l a y a i t u s e r i n g t e r j a d i kesa l ahan para laks dan dalam
menduga angka desimal t e r a k h i r .
Peragaan dengan mempergunakan k e r t a s g r a f i k mempu-
nya i beberapa kelemahan y a i t u kurang b a i k b i l a digunakan
untuic mendeteksi suatu obyek yang berubah secara cepa t
dan mendadak, s u l i t perawatan dan ka l i be ras i :
Peragaan dengan tabung angka memerlukan tegangan
yang cukup t i n g g i , s u l i t dalam pembuatannya dan memerlu-
kan b iaya yang cukup t i n g g i .
Peragaan dengan menggunakan peraga t u j u h ruas
merupakan t e k n i k pe-agaan yang s e r i n g digunakan dalam
pembuatan a1 a t - a l a t uku r . Sistem peraga i n i mernpunyai
ke leb ihan dalam pembacaan l e b i h o b y e k t i f dan mudah
d i k a l i beras i . Sistem peraga angka urnurnnya mempunyai t u j u h segrnen
yang d i i s i o l e h masing-masing f i l amen (LED) yang b e ~ p i -
j a r apabi l a d i a k t i f k a n , Ketu juh segmen te rsebu t memben-
t u k angka delapan Gambar 13. menunjukan metode untuk
menyalakan LED pada s i s t e m peraga Common Anoda.
Gambar 13. Me-tode menyalakan LED pada Sis tem Peraga Common Anoda
P r i n s i p k e r j a untuk menyalakan LED pada ganbar
t e r s e b u t adalah dengan c a r a memberi tegangan sebesar 5
V o l t pada kak i anoda, untuk k a k i katoda dihubungkan
dengan s i n y a l (0 dan 1 ) d a r i dekoder lewat tahanan ( R =
150 R ) . Apabi l a s a k l a r menutup, maka katoda mendapat
s ~ n y a l 0 (d ibumikan) dan LED menyala karena r a n g k a ~ a n
menjadi pencatu daya t e r t u t u p .
H. Dasar-Dasar Tekni k D i g i t
1 . Penger t ian Logika dan D i g i t
Logi ka dapat d i katakan sua tu has i 1 yang dapat
d iandalkan dengan c a r a mendapatkan in fo rmas i yang
benar .
Pada l o g i k a manusia banyak kemungkinan yang
dapat t e r j a d i , a tau dapat d i ka takan h a s i l keputusan
manusi a dapat memberi kan bermacam-macam jawaban,
s e p e r t i : "ya" , " t i d a k " , "Mungkin", " b i s a j a d i " ,
"hampi r " dan sebagainya. Pada l o g i k a b i n e r hanya
mengenal dua macam tanda sehingga l o g i k a b i n e r l e b i h
mudah dipergunakan untuk keputusan yang j e l a s dan
t e p a t .
Dalam s i s tem d i g i t , besaran ke luaran berubah
secara d i s k r i t te rgan tung d a r i i n fo rmas i masukan.
Ke iuaran hanya memberikan s a t u d a r i dua kemungkinan,
y a i t u k o n d i s i "benar" a tau "sa lah" . Secara numerik
b i a s a digunakan "1 " a tau "0". Pernyataan i n i i d e n t i k
dengan "ada tegangan" a tau " t i d a k ada tegangan".
2. .A l j aba r Boole
Pada tahun 1815 - 1864, ah1 i matemati ka berke-
bangsaan i n g g r i s bernama George Booie menciptakan
l o g i k a ungkapan dalam bentuk matematis dengan h u r u f
dan simbolnya, p r i n s i p t e r s e b u t d i kenal menjadi
A l j a b a r Boole yang d i d a s a r i s i s tem b i l angan b i n e r .
Kaidah i n i kemudian dikembangkan o l e h E. Shanon dalam
bidang e l e k t r o n i k a dengan dua k o n d i s i , y a i t u 1 dan 0 .
Penentuan keputusan harus d i d a s a r i o l e h l o g i k a
yang t e p a t . Pada instrumen d i g i t a l d i d i s a i n dengan
juga dinamakan A1 jabar Sakl ar karena di terapkan
terutama dalam rangkaian-rangkaian yang menerapkan
sistem saklar.
Ada sepuluh hukum yang digunakan dalam Aljabar
Boole . Untuk memudahkan pengertian hukum-hukum
tersebut 1 ima hukum di antaranya di jel askan dengan
sistem saklar yang terlihat pada Tabel 1.
a. Hukum Identitas
A=B dan B=C, maka A=C
b. Hukum Pembalikan Dua Kali =
A = A
c. Hukum Absorbsi
A + (A.B) = A
d. Hukum Penjalinan dengan Konstanta
1. A . l = A
2. A.0 = 0
3. A+l = 1
4. A+O = A
e. Hukum-hukum De Morgan - - -
1. A.6 = A.B - - -
2. A+6 = A+B
Tabel 1. Hukum A l j a b a r Boole dengan S is tem Sa.klar
f . A s o s i a t i f
- A.(B.C)=(A.B).C
- (A+B)+C=A+(B+C)
Nama Hukum
g . Komplementasi
A + A = O
S is tem Sak la r I
h. Idernpotent
P . = A . A . A
A = A + A + A
i. Komuta t i f
j . D i s t r i b u s i 1
3. Rangkaian Logika
Rangkaian Logika (gerbang l o g i k a ) dinamakan
juga rangkaian p i n t u . Rangkaian i n i t i d a k p e r l u
d i buat sambung menyambung, sebab d i pasaran sudah
t e r sed ia dalam bentuk iC. Jen is - jen i s rangkaian
p i n t u dapat d i l i h a t pada Tabel 2.
T a b e l 2. J e n i s - j e n i s gerbang l o g i k a
Nama G e r b a n g S i m b o l A a F
I AND
I I NAND
I
NOR
I
EXCLUSIVE-OR A
I 0 0 ! I
EXCLUSIVE-NCR 6 ,,
! V
I 1 i I i
YES
NOT 1 0 0 1
4 . F l i p - f l o p Elementer
F l i p - f l o p adalah rangkaian yang dapat menyimpan
in fo rmas i selama sumber 1 i s t r i k belum diputuskan.
Beker ja a tas dasar arus b a l i k .
Rangkaian i n i dapat dibangun d a r i dua buah P i n t u .
Nand atau dua buah P i n t u Nor yang s a l i n g dihubungkan
menyi lang, ya i t u ke luaran d a r i p i n t u yang pertama
menjadi masukan pada p i n t u yang kedua dan keluaran
d a r i p i n t u yang kedua menjadi masukan pada p i n t u yang
pertama. Dua j a l a n masukan masing d i b e r i tanda S
( s e t ) dan R (Reset), sedangkan dua buah keluaran
d i b e r i tanda Q dan b .
Bentuk sederhana d a r ~ F l i p - f l o p adalah SR F l i p -
f l o p yang d ibuat da r i dua buah P in tu Nand. Men-Set
F l i p - f i o p b e r a r t i membuat Q = I. Me-Rese~ F l i p - -
f l o p b e r a r t i membuat agar Q = 0 . Pada Gambar 14.
dapat d i l i h a t SR F l i p - f l o p beser ta simbolnya.
Gambar 14. SR F l i p - f l o p
5 . Rangkai an Pencacah
Mencacah dapat j uga b e r a r t i menghitung. A l a t
untuk rnencacah d i s e b u t Pencacah (Coun te r ) . Hampir
semua rangkaian l o g i k a rnerupakan pencacah. Salah
s a t u pencacah yang banyak d ipaka i adalah rangi ta ian
F l i p - f l o p yang dapat mencacah b i l angan b i n e r . Peru-
.bahan b i l angan b i n e r menjadi desimal dapat d i l i h a t
pada Tabel 3.
Tabel 3 . Tabel Kebenaran Sistem Pencacah Bilanga:: B iner
Keluaran Pencacah Pu lsa rnasukan ke
A B C D
Ada t i g a cara pencacahan, y a i t u rnencacah rnajk,
mencacah rnundur dan mencacah maju-mundur. Salah s a t u
bentuk pencacah yang urnum d i te rapkan adalah pencacah
maju BCD s i n k r o n a tau d i s e b u t j uga pembagi sepuluh.
Pada t i p e pencacah i n i , denyut yang ke 10, rangkaian
di -Reset u lang ke 0 .
Konversi Sandi
Agar b i l angan b i n e r dapat diperagakan, maka
d i p e r l u k a n penga l ihan (Konve rs i ) d a r i b i l a n g a n BCD
(B ina ry Coded Desimal ) ke b i 1 angan des i ma1 . Untuk
pengal ihan b i l a n g a n t e r s e b u t dapat digunakan konvers i
sandi (Dekoder). Cara k e r j a Dekoder BCD sarnpai ke
u n i t d i p e r l i h a t k a n pada Tabel 4 .
Tabel 4 . Tabel Kebenaran Dekoder ke U n i t Penampil
1 Masuk Ke 1 uar Desimal
I A B C D a b c d e f g
111. PENDEKATAN RANCANGAN
A l a t pengukur kecepatan a i r d ~ g i t a l yang d ibua t ,
pada dasarnya t e r d i r i d a r i l ima s is tem utama, y a i t u
Pencatu Daya Pemantap Tegangan (PDPT) , s is tem pengin-
dera, s is tem penguat, s is tem konversi analog ke d i g i t
dan s is tem peraga d i g i t a l . Bagan keseluruhan d a r i a:at
d i s a j i k a n pada Garnbar 15.
Gambar 15. Bagan a l a t pengukur kecepatan a i r d i g i t a l dengan penindera s t r a i n gauge
P
-D
P
T
I PENGINDERA
I I PENGUAT
I KONVERSI ANALOG
KE DIGIT
I PERAGA D I G I T A L I
A. Pencatu Daya Pemantap Tegangan
U n i t i n i u-ntuk mensuplai semua .days yang d i p e r -
l ukan o l e h ins t rumen. Rangkaian yang akan d i buat
mernbutuhkan 4 macam daya DC, y a i t u : -12 V ( V o l t ) , 5
V , 1 2 V dan 15 V . Skema rangkaian Pencatu Daya
Pemantap Tegangan yang akan d i b u a t dapat d i l i h a t pada
Gambar 16.
Gamba-r 15. Pencatu Oaya Pernantap Tegangan
8. Sistern Pengindera
Pengindera be r fungs i untuk mengkonversikan
besaran bukan l i s t r i k menjadi besaran l i s t r i k . Untuk
ins t rumen i n i menerapkan konvers i d a r i s i s t e m mekanik
menjadi s i s tem 1 i s t r i k . S is tem mekanik t e r s e b u t
berupa renggangan yang t e r j a d i pada S is tem Pengindera
Mekanik (dimana s t r a i n gauge di.pasang) karena adanya
a l i r a n a i r s e p e r t i yang d i p e r l i h a t k a n paaa Gambar
17.
keterangan :
a : K a r e t tempat melekatnya s t r a i n gauge 5 : S t r a i n gauge
Garnbar 1 7 . Cara K e r j a Sistem Pengindera Mekanik
Renggangan t e r s e b u t dapat' d i te r jemahkan se-bagai
ke luaran a1 i r a n 1 i s t r i k berupa tegangan pada Sis tem
Pengindera E l e k t r o n i k . Untuk merubah besaran t e r s e -
b u t , maka Pengindera d i rangka i kan dengan r e s i s t o r
l a i n n y a l a l u dihubungkan dengan daya.
Sistem Pengindera yang d i t e r a p k a n adalah s i s tem
jembatan Wheatstone, dengan persamaan :
dengan memberi tegangan sebesar 5 V o l t , sedang s t r a i n
gauge dapat d i a l i r i a rus sebesar sampai 90 mA den
mempunyai besar hambatan sebesar 1 2 0 R , maka berda-
sarkan persamaan d i a tas n i l a i R e s i s t o r yang d i rang -
k a i s e r i sebesar 68 R . Sistem Peneindera yang d i b u a t
d i p e r l i h a t k a n pada Gambar 78.
s t r a i n gauge
Gambar 18. Rangkaian Sistem Penginaera
C. Sistem Penguat
Has i l tegangan keluaran d a r i Sistem Pengindera
rnasih t e r l a l u k e c i l . Agar dapat terbaca dalam satuan
yang l e b i h b e s a r , maka per'lu d ikuatkan. Karena
tegangan keluaran yang d i has i l kan Sistem Pengindera
berupa tegangan s e l i s i h , .rnaka untuk menguatkan dipa-
k a i .p.enguat se l i s i h se.pert i t e r i i h a t .pac!a Gambar 19.
Gambar 19. Rangkaian Sistern Penguat
Dar i data h a s i l perhi tungan, rangkaian harus
d ikuatkan sebesar 3509 k a l i . Untuk R, dan R, di-guna-
kan harnbatan sebesar 2 . 2 M, yang dimaksudkan untuk
mempertinggi n i l a i R, dan R, dan mempertinggi irnpe-
dansi masukan pada Sistem Penguat. Oari h a s i l perh i -
tungan Hambatan R, dan R, adalah sebesar 627 0 ,
karena t i d a k didapat d i pasaran, maka d ipaka i Trirnpot
1 K sebagai pengganti.
D. Sistem Konversi Analog ke D i g i t
Besaran yang d i has i l kan o i eh sistem pengindera
dan s is tem penguat masih besaran analog. Besaran i n i
dalam s is tem d i g i t a l harus diubah ke bentuk d i g i t
berupa pulsa-pulsa, Sehingga mudah untuk dicacah.
A l a t yang b iasa d ipaka i adalah konver ter d a r i anaiog
ke d i g i t . Skema b lok d a r i Konverter Analog ke D i g i t
dapat d i l i h a t pada Garnbar 20.
Vin (Analog)
T
Tegangan G ig i " i n
J - Gergaj i
Penadi ng Comparator
Penghas~ 1 -.J-- S t a r t
I Lonceng
"out ( D i g ~ t )
denyut lonceng r r t
Penghasi l I G ig i Gergaj i
Pencacah
Gambar 20. Skema Konversi Analog ke D i g i t
I I
Penamp1 1 I
Vin yang akan d ibaca secara d i g i t dimasukkan ke
d a l am rangkaian dengan u r u t a n ,ke r ja sebagai b e r i -
k u t :
I . Rangkaian s t a r t d ih idupkan, menghidupkan pembang-
k i t p u l s a lonceng dan pembangkit pu l sa g i g i ger-
g a j i T i n i e r .
2 . Denyut yang d i ke lua rkan pembangkit p u l s a lonceng
d icacah o l e h pencacah. Tegangan yang d i k e l u a r k a n
pembangkit p u l s a g i g i g e r g a j i dan V i n diumpankan
ke penanding (Comparator).
3 . Apab i l a tegangan g i g i g e r g a j i sudah s e t i n g g i V i n ,
maka Comparator mengeluarkan denyut ke penghas i l
pu:sa lonceng, maka pencacahan berhen t i .
Konver ter analog ke d i g i t i n i sudah tergabung
dalam sa tu kemasan I C L M 3900. IC LM 3900 i n i me-
ngandung empat buah op-Amp t i p e Norton yang ,masing-
masing adalah : penghas i l p u l s a lonceng, penghas i l
p u l s a g e r g a j i dan Comparator yang yang t e l a h d i rang -
k a i menjadi sa tu .
Menurut Muhadhy (1985 ) s e t i a p s i k l u s pengukuran
d i m u l a i d a r i pu l sa Reset d a r i A,. Op-Amp i n i mengna-
s i l k a n pu l sa s e t i a p dua d e t i k , sehingga peragaan
pengukuran d iuku r t i a p dua d e t i k s e k a l i . Hal i n i
dapat d i j e l a s k a n dengan persamaan :
l e b a r pu l sa dapat a i a t u r m e l a l u i t r i r n p o t , l e b a r yang
normal mendekati 25 m i k r o d e t i k . Rangkaian Sistern
Konvers i Analog ke D i g i t dapat d i l i h a t pada Gambar
21. .-
.. U"' I
Gambar 21. Sistern Konvers i Analog ke D i g i t . p a
E. S is tem Peraga
Pada umumnya Sis tem Peraga t e r d i r i d a r i t i g a
s i s t e m utama, y a i t u s i s t e m pencacah, s i s t e m konvers i
sand? dan s i s tem .penampil.
1. Sistem Pencacah
U n i t i n i b e r f u n g s i untuk mencacah p u l s a
( f r e k w e n s i ) yang d i h a s i l k a n unit sebelurnnya.
t intuk Sistem Pencacah dlgunakan dasar-dasar b i -
iangan b inner , y a i t u 0 dan 1 . yang d i s e b u t s i s t e m
BCD (E ina ry Coded Desima! ) dengan 4 b i t . Sistem
Pencacah dapat d i l i h a t pada Gambar 22. 4~ppJJph%p d t k d t k d t k d t k
k R I k R { k R k R I
I I
Gambar 22. S is tem Pencacah
FFA, FFB, FFC dan FFD adalah t i p e - t i p e f l i p -
f l o p J K yang dapat mencacah pu lsa b e r t u r u t - t u r u t
1 , 2 , 4 dan 8. Untuk mendapatkan n i l a i dalam
satuan, p u l uhan dan ra tusan d i p e r l u k a n t i g a buah
Sistem Pencacah s e p e r t i d i a tas yang sudah t e r s e -
d i a dalam kemasan IC MC 14553.
Sis tem Konversi Sandi
Simbol l o g i k a d a r i Sistem Konversi Sandi i n i
dapat d i l i h a t pada Gambar 2 3 .
Gambar 23. Simbol Log ika Sistem Konversi Sandi (Wasi to , 1981 )
U n i t i n i be r fungs i untuk menglrbah sand1 BCD ke
b i l angan des lmal . Untulc mendapatkan Sistem KOG-
v e r s i Sandi Sepe r t i d i a t a s d ipaka i I C MC 14511
3. U n i t Penampil
Untuk u n i t penampil digunakan penampil 7
segmen (Seven Segment D i s p l a y ) . Sistem Peraga
secara keseluruhan dapat d i l i h a t pada Gambar 24.
Gambar 2 4 . Rangkaian Sistern Peraga D i g i t a l
I V . METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Ternpat
Penel i ti an d i 1 aksanakan pada bu lan Mei sampai~
Desember 1 9 9 1 , bertempat d i Labo la to r ium Ergonomika dan
e l e k t r o n i k a dan Labo la to r i um Teknik Tanah dan A i r .
B. Bahan dan A l a t
1 . Bahan
a. Bahan untuk pembuatan rangkaian e l e k t r o -
n i k a , m e l i p u t i beberapa macam I C , k a p a s i t o r ,
s t r a i n gauge dan hambatan, d ioda , peraga t u j u h
ruas , t r a n s f o r m a t o r , s a k l a r , soke t I C , t imah,
kabe l , PCB, Laru tan F e r r i K l o r i d a , dan b a t e r a i .
b: Bahan-bahan l a i n s e p e r t i a i r , c a i ran t e r t e n t u
untuk pengu j ian dan k a r e t tempat melekatnya
s t r a i n gauge.
2. A l a t
a . A l a t - a l a t yang dipergunaltari untuk meraki t kompo-
nen e l e k t r o n i k a m e l i p u t i so lder l i s t r i k , mul t ime-
t e r dan bor m i n i .
b . A l a t - a l a t bantu l a i n s e p e r t i tang, gun t i ng ,
g e r g a j i dan p e r a l a t a n pengu j i untuk k a l i b r a s i .
c . Sa luran pengatur kecepatan a l i r a n A i r ( H i d r a u l i c
Channel ) dan Stop Watch untuk rnengetahui .kecepa-
t a n a l i r a n a i r untuk k a l i b e r a s i a l a t .
C. Tahap Penguj i a n
1 . Penguj ian Kepekaan S is tem Pengindera
Penguj ian i n i be r tu juan untuk mencari hubungan
an ta ra v a r i a s i kecepatan a? r dengan t i ngkat tegangan
ke luaran d a r i s i s t e m pengindera yang d i b u a t .
2 . Penguj ian S is tem Konvers i Analog ke D i g i t dan S is tem
Peraga
Penguj ian i n i b e r t u j u a n untuk mengarnati hubungan
an ta ra tegangan yang diurnpankan pada s istern pengubah
analog ke d i g i t dengan angka y a n g d i h a s i l k a n o l e h
s istern ,peraga d i g i t a l .
3. Penguj ian ~ i s t e m Penguat
Penguj ian i n i be r tu j uan untuk mencar1 besarnya
penguatan yang d i p e r l u k a n agar tegangan ke luaran pada
Sistem Pengindera sesuai dengan Tegangan rnasukan oada
Sistern Konversi ana log ke D i g i t
D . Metode Pengu j ian
Metode yang digunakan adalah metode r e g r e s i l i n e a r
sederhana. Metode i n i digunakan untuk mendapatkan
f u n g s i l i n e a r i t a s d a r i hubungan a n t a r a kecepatan a i r ( X )
dengan tegangan yang d i k e l uarkan 01 eh s is tem pengi ndera
(Y). Menurut Wa lpo le (1 .982) , secara matematik persamaan
r e g r e s i 1 i nea-r adalah :
n i l a i a dan b secara matematik d i t u n j u k k a n pada persa-
maan b e r i k u t :
d imana : n = jumlah pengamatan
Sedangkan untuk mengetahui keera tan hubungan an ta ra
kedua parameter d i t e rapkan a n a l i s a k o r e l a s i , yang a i t u n -
jukkan o leh persamaan :
untuk kesalahan pengamatan dapat d i c a r i dengan persamaan
(S.E. )' = (n-1 ) / (n -2 ) ( ~ y " b2 SX')
dimana :
sy2 = ( n 1x2 - ( ~ x ) ' ) / ( n ( n - l ) )
E. Prosedur Penguj ian
1. Penguj ian Tegangan Keluaran pada Sistem Pengindera
Penguj ian d j lakukan pada a1 i r a n a i r , d imu la i
pada kecepatan a l i r a n yang p a l i n g rendah sampai
kecepatan a l i r a n yang p a l i n g t i n g g i . Pengindera
dimasukkan ke dalam a i r yang mengal i r , maka akan
d idapa t tegangan keluaran pada Pengindera.
Pengujian d i lakukan d i Labolator ium Teknik Tanah
dan A i r , menggunakan H idrau lyc Channel. Kecepatan
a l i r a n d i a t u r d imu la i pada kemiringan 0 % sampai
dengan 30 % (ba tas maksimum Hidrau lyc Channel dapat
digunakan).
Sebagai ka l i beras i kecepatan a1 i ran d i gunakan
c a i ran. Caranya dengan menandai j a rak t e r t e n t u ,
kemudian ca i ran dimasukkan ke dalam a l i r a n a i r dan
c a t a t waktu yang ditempuh untuk j a rak te rsebu t .
2. Pengujian Sistem Konversi Analog ke D i g i t dan Sistem
Peraga d i g i t a l .
Untuk menguji kedua sistem i n ] , d ibuat beberapa
tegangan yang berbeda-beda ( d a r i Potensiometer mulai
d a r i 2.10 V o l t sampai 5.91 V o l t ) untuk diumpankan ke
Sistem Konversi Analog ke D i g i t dan diamati perubahan
yang t e r j a d i pada Sistem Peraga. Data pengamatan
d iambi l d a r i nubungan antara tegangan masukan yang
d ibe r i kan dengan angka yang diperagakan pada Sistem
Peraga.
V . HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hubungan Antara Kecepatan A l i r a n A i r dengan Sistem
Pengindera
Hasi 1 Penguj i a n terhadap k a r e t ternpat melekatnya
s t r a i n gauge d i s a j i k a n pada Tabel 5.
Tabel 5 . Pengaruh Beban (m) Terhadap Perubahan Panjang Kare t ( X )
-
Dengan u j i f i s i k a d idapat n i l a i tetapan pegas ka re t
in (gram)
k = (46 3 ) x 10' dyne/cmZ, dengan ketentuan n i l a i
I
X k = m.g/X 1 Krata-rata - k (cm) I (dynelcm) I
10 I 0 . 2
g rav i t as i bumi g = 978 cm/det ik2. Kurva hubungan antara
48900 48900 48900 48900
20 3 0 40
gaya ( F = m.g) dengan perubahan panjang dapat d i l i h a t
2759 2759 2759
0 . 4 0 .6 0 . 8
5 0 60 7 0 I 80 9 0
100
oada Garnbar 25 .
I 2759
1 . 0 I 48900 2759 1 . 3 1 45138 I 1003 1 .5
Rata-rata -
45640 501
N i l a i K ( 4 6 t 3 )
46141
I
2759
1 . 8 2 . 1 2 . 4
43467 I 2674 41914 I 4227 40750
I 1 5391 I
.!
Gaya (dyne )
Gambar 25. Hubungan a n t a r a Gaya ( F ) dengan Perubahan Pan jang K a r e t ( X )
D a r i d a t a h a s i 1 pengukuran pada Lampi r a n . 2 . dapa t
d i 1 i h a t bahwa hubungan a n t a r a kecepa tan a1 i r a n a i r dan
k e l u a r a n pada P e n g i n d e r a b e r s i f a t l i n i e r . tiubungan
t e r s e b u t dapa t d i 1 i h a t pada Gambar 2 6 . D a r i a n a l : sa
d a t a pada Lampiran 2 . d i d a p a t k a n persamaan g a r i s r e g r e s i
dengan k o e f i s i e n k o r e l a s i i r ) sebesar 0 . 9 9 i 3 4 9
Keluaran pada Pengindera (mV)
Garnbar 26. Hubungan Anta ra Kecepatan A l i r a n A i r dengan Sis tem Pengindera
Data-data untuk pengu j ian s e n s i t i v i t a s pengindera
d i s a j i k a n pada Tabel 6 .
Tabel 6 . Pengaruh Kecepatan A l i r a n A i r (C) Terhadap Tegangan Keluaran (V) pada Sistem Pengindera
6 8 . 1 7 9 1 . 8 7
1 0 5 . 9 7 1 1 9 . 2 2 1 3 5 . 3 5 1 4 8 . 8 4 1 6 1 . 1 1 1 7 4 . 7 9 1 8 3 . 7 5 1 9 3 . 5 5 2 0 9 . 8 4
r a t a - r a t a
I
C I 6C ( cm/de t i k ) I
V ( V o l t )
6V I I
6 V r a t a - r a t a S e n s i t i v i t a s Sistern P e n g ~ n d e r a =
6 C r a t a a t a
D a r i p e r h i t u n g a n d i a t a s , rnaka d i d a p a t s e n s i t i v i t a s . Sistern Pengindera = 7 . 1 m i 1 i V o l t de t ik /c rn , a r t i n y a
un tuk perubahan kecepatan a l i r a n a i r sebesar 1 c rn /det ik ,
akan d i h a s i l k a n 7 . 1 m i 1 i V o l t o l e h S is tem Pengin-
de ra .
0 . Hubungan An ta ra Tegangan Masukan pada Sistern Konvers i
Analog ke D i g i t dengan Besarnya Angka pada S is tem Peraga
D a r i da ta pengukuran pada Lampiran 3 . dapat d i ! i h a t
bahwa hubungan a n t a r a tegangan rnasukaan pada S is tem
Konvers i b,nalog ke D i g i t dengan Angka yang d i ta rnp i 1 kan
pada S is tem Peraga b e r s i f a t l i n i e r . Dengan rnernakai
rnetode r e g r e s i d i d a p a t persamaan sebagai b e r i k u t : ,
dengan k o e f i e n k o r e l a s i ( r ) sebesar 0.99951:. Hubungan
ar l ta ra Tegangari Masukan pada Sistern Konvers i Analog ke
D i g i t dengan besarnya Angka yang d i t a rnp i l kan pada S is tem
peraga dapat d i l i n a t pada Garnbar 27 .
Masukan pada AUC (Volt)
Gambar 27. Hubungan A n t a r a Tegangan Masukan pada S is tem ADC dengan Besarnya Angka pada S is tem Peraga
C. Kemampuan A l a t
Kemampuan a l a t un tuk mengukur kecepatan a i r d i da -
sa r kan a t a s perubahan tegangan ke l ua ran pada peng indera
yang dapat d?arna t i . A l a t pengukur kecepatan a l i r a n a; r
yang d i b u a t mernpunyai kemarnpuan mengukur mula i a a r i
kecepatan 5 0 crn/det i k sampai 21 0 cm/det i k dengan kesa-
l ahan pengarnatan 4 cm /de t i k .
Kemampuan a1 a t d a i am rnengukur kecepatan a1 r d i t en -
t u k a n o l e h besarnya tekanan yang d i t e r i m a peng indera .
Tekanan t ,e rsebu t d ipengaruh i o l e h kecepatan a i i r a n a i r
yang t e r j a d i , semakin besar i tecepatan a i i r a n akari sema-
it i n besar tekanannya.
Kemampuan a l a t dalam mengukur kecepatan a1 i ran a i r
i n i d ipengaruh i o l e h s i s tem yang menyusun a l a t i n i .
Kemampuan a l a t dapat d i t i n g k a t k a n dengan j a l a n memper-
b a i k i s i s t e m oada a l a t i n i .
D. K e t e l i t i a n Pengukuran
K e t e l i t i a n pengukuran d a r i a lar ; d idasarkan pada
besarnya penyimpangan an ta ra da ta yang d idapa t d a r i
pengukuran dengan d a t a berdasarkan persamaan g a r i s
regres inya . F a k t o r - f a k t o r yang mempengaruhi k e t e l i t i a n
a l a t i n i disebabkan o l e h :
1. Sumber tegangan
Untuk mengakt i fkan se lu ruh . S istem pada a l a t
pengukur kecepatan a l i r a n a i r i n i d ibutuhkan sumber
tegangan d a r i j a l a - j a l a PLN. Untuk menghi n d a r i
pengaruh tu run -na i knya tegangan, maka pada a1 a t
d i b e r i p e n s t a b i l tegangan berupa I C 7805 untuk Sistem
Pengindera, 7812 dan 7912 untuk S is tem Penguat, 7815
untuk S is tem Konversi Analog ke D i g i t dan 7812 untuk
S is tem Peraga.
2 . S is tem Pengindera
Sistem Pengindera adalah bagian p a l i n g awal
dalam mendeteksi kecepatan a l i r a n a i r i n i , karena i t u
S is tem i n i berpengaruh langsung pada k e t e l i t i a n a l a t .
Sis tem Peng indera d i b a g i menjadi dua bag ian , y a i t u
bag ian mekanik dan bag ian e l e k t r o n i k .
a. Bag ian Mekanik
Pada bag ian i n i peng indera ( S t r a i n gauge)
a ipasang. Untuk mencoba kepekaan bay ian i n i t e l a h
d i c o b a beberapa bahan s e p e r t i b e s i , almunium dan
k a r e t . D a r i h a s i 1 percobaan d i d a p a t bahwa bahan
k a r e t mempunyai s e n s i t i v i t a s yang l e b i h b a i k , o l e h
sebab i t u u n t u k mempert inggi s e n s i t i v i t a s a l a t
d i p a k a i k a r e t sebagai tempat melekatnya s t k a i n
gauge.
Pemasangan s t r a i n gauge mempergunakan pere -
ka tan yang t i p i s agar dapat meneruskan gay2 yang
d i t e r i m a k a r e t . K e l i l i n g l u a r d a r i k a r e t d i b e r i
p e r e k a t khusus agar a i r t i d a k masuk. Bagian meka-
n i k d a r i S is tem Pengindera dapat d i l i h a t pada
Lampi r a n 6.
b. Bagian E l e k t r o n i k
Pemasangan peng indera pada a l a t i n i d l d a s a r -
kan S is tem jembatati Wheatstone. Besartiya Harnbatan
yang d i r a n g k a i s e r i dengan peng indera ada lan 68 R .
Sistern Pengindera i n i dapat d i p e r t i n n g i kepekaan-
nya dengan ca ra memperbesar tegangan yang d i b e r i -
kan a t a u dengan c a r a mernperkecil hambatan s e r i
yang d i r a n g k a i . Ha l t e r s e b u t rnasih dapat d i t e r i m a
selama s t r a i n gauge t i d a k banyak te rpengaruh panas
yang d i t i m b u l k a n o l e h a rus yang rne la lu inya .
3. Sis tern Penguat
Untuk mengetahui besarnya penguatan yang d i 'per -
l u kan d i c a r i d a r i besarnya tegangan ke l ua ran pada
Sistern Peng indera dengan tegangan rnasukan d a r i
S is tem Konvers i Analog ke D i g i t .
D a r i d a t a pada Lampiran 4 . hubungac a n t a r a
tegangan k e l u a r a n pada S is tem Pengindera dengan
tegangan masukan pada S is tem Konvers i Analog ke D i g i t
ada lah 1 i n i e r . dengan persarnaan r e g r e s i yang d i p e r -
l i h a t k a n sebagai b e r i k u t :
dengan k o e f i s i e k o r e l a s i ( r ) sebesar 0 . 9 8 5 2 9 3 .
Hubungan a n t a r a k e l u a r a n pada S is tem Pengindera
dengan tegangan masukan p36a S is tem Konvers i Anaiog
ke digit d l p e r l i h a t k a n pada Garnbar 28.
Keluaran pada Sistem Pengindera (mV)
Gambar 28. Hubungan Antara Keluaran pada Sistem Pengindera dengan Tegangan Masukan pada Sistem Konversi Analog ke D i g i t
Da r i H a s i l pe rh i tungan besarnya penguatan yang
harus dipasang pada Sis tem Penguat adalah sebesar
3509.09 k a l i . Hal i n i dapat d i l akukan dengan c a r a
memasang dua buah hambatan t e t a p dan dua buah hambat-
an v a r i a b l e ( t r i m p o t ) .
Menurut Cooper ( 1985) penguatan yang t e r j a d i
dapat d i h i t u n g ke dalam dB dengan persamaan :
A dB = 20 X Log Penguatan
dengan persamaan d i a tas untuk penguatan 3509.09 k a l i
s e t a r a dengan penguatan 75.90 dB (20 X Log 3509.09).
Hubungan yang d i t i m b u l k a n dengan ca ra pembesaran
3509.09 k a l i d i p e r l i h a t k a n pada Gambar 29.
Keluaran pada Sis tem Pengindera (mV)
keterangan : : k a r a k t e r i s t i k penguatan ---- : K a r a k t e r i s t i k yang seharusnya
t e r j a d i
Gambar 29. K a r a k t e r i s t i k Sistem Penguat
Untuk rnendekati n i l a i yang d i p e r l i h a t k a n pada
Gambar 28. dapat di tempuh dengan dua cara, y a i t u
dengan c a r a menambahkan angka 50 .Dada angka yang
d i t a m p i l k a n Sistem Peraga a tau dengan cara memb~.- i
n i l a i awal 50 pada a l a t ukur i n i .
Pemberian n i l a i 50 disebabkan o leh perh i tungan
pada Lampiran 2. ( kons tan ta = 50.24969). Untuk
menghilangkan kons tan ta yang cukup besar t e r s e b u t ,
maka tegangan yang k e l u a r d a r i Sistern Pengindera
harus ditambah tegangan .sebesar 0.00047 V o l t
(1.65/3509.09). Angka yang d i t u n j u k k a n o leh pemberi-
an tegangan awal i n i adaiah 50. Hubungan yang d i p e r -
l i h a t k a n dapat d i l i n a t pada Lampiran 5 . dan Gambar
30.
2 9
0.67 0.97 1.27 1.57
Masukan p a d a Sistem P e n g u a t ( m V )
Gambar 30. Hubungan Antara S is tem Pengindera, S is tem Penguat dan Sis tem -Konversi Analog ke D i g i t
VI. KESIMPULAN DAN SARAN
A . Kesimpulan
A l a t Pengukur Kecepatan A l i r a n A i r yang d i b u a t
mempunyai kemampuan mengukur' pada kecepatan a l i r a n a i r
50 cm/det sampai 210 cm/det dengan kesalahan pengamatan
sebesar 4 cm/det.
D i s a i n A l a t Pengukur Kecepatan A i r D i g i t a ; dengan
Sistem Pengindera S t r a i n Gauge d i b u a t d idasarkan rang-
ka ian jembatan Wheatstone.
Dar i has i 1 p e n g u j i an Pengi ndera d idapa t hubungan
yang 1 i ni .er a n t a r a kecepatan a1 i ran a i r dengan tegangan
ke luaran pada pengindera. Hubungan t e r s e b u t d inya takan
dengan persarnaan Y = 135.0272 X + 50.24969 dengan koe-
f i s i e n k o r e l a s i ( r ) sebesar 0.991349.
Hubungan a n t a r a tegangan Masukan pada Sis tem Kon-
v e r s i Analog ke D i g i t dengan Sistem Peraga d inyatakan
dengan persarnaan Y = 38.74856 X - 13.2066 dengan koe-
f i s i e n k o r e l a s i ( r ) sebesar 0.999511.
Kecepatan a l i r a n a i r mnyebabkan adanya tekanan yang
beke r j a pada s t r a i n gauge. Tekanan te r sebu t memperbesar
n i l a i tahanan dan memperbesar tegangan yang k e l u a r pada
Sistem Pengindera.
Sistem Penguat yang d ipaka i adalan Sistem Penguat
D i f f e r e n t i a l dengan penguatan 3509 k a l i a tau 70.90 dB.
B. Saran
Pengembangan A l a t i n i p e r l u d i t i n g k a t k a n , terutarna
pada d i s a i n S is tem Pengindera. Hal i n i dapat d i l akukan
dengan c a r a :
1 . Memperbaiki bag ian mekanik dalam penggunaan bahan,
pemakaian pe reka t dan bentuk pengindera mekanik.
2 . Memperbesar tegangan a tau memperkeci 1 .ni : a i hambatan
s e r i pada pengindera e l e k t r o n i k .
DAFTAR PUSTAKA
Cooper, W.D. dan Sahat Pakpahan. 1985. Ins t rumentas? E l e k t r o n i k dan Teknik Pengukuran. Er iangga. Jakar ta .
D j a j a k i rana, H. 1988. D i s a i n P r o t o t i p e A l a t Pengukur Kadar A i r B i j i - b i j i a n D i g i t a l dengan Sistem Kapasitan-. s i . S k r i p s i . Faku l t as Teknologi Per tan ian , I n s t i t u t P e r t a n i an Bogor. Bogor.
Ernanda, Heru. 1984. Desai n dan Procot1 pe A 1 a t Pengukur Kelembaban Tanah E l e k t r o n i k - D i g l t a i dengan Sistem P o l a r l t a s . S k r ~ p s i . Faku l t as Teknologl Per tan ian . I n s t i t u t Pe r tan ian Bogor. Bogor.
G i l s , R . V . 1983. F l u i d Mechanics and r i yd rau l i cs . -McGraw- H i l l I n t e r n a t i o n a l Book Company, Singapore.
H i l l , H. Ryland. 1961. E l e c t r o n ~ k ~n Engineer ing. McGraw-Hil l Book Company, I n c . London
Kuhl , H . 1972. S t r a i n Gauges (Theory and Hand l ing) . P h i l l i p s E l e c t r o n i c I n d u s t r i e , Amsterdam.
Maf fand i dan A . Pon id jo . 1977. Pengetahuan Dasar Tekni k L i s t r i k . D i r e k t o r a t Pendidlkan Menengah Kejuruan Departemen Pendidikan dan Kebudayaan. Jakar ta .
Manurung, Budi . , 1987. Pengukuran D r a f t pada Pengolahan Tanah Utama dengan mempergunaKan Transducer Gaya T ipe C i n c i n . S k r i p s i . Fakul t a s Teknologi Per tan ian , I n s L i t u t Pe r tan ian Bogor. Bogor.
Milman, J . dan C.C.Halkia1. 1 9 7 1 . McGraw-Hill Book Compa- ny , I n c . Japan.
Muhadhy, M . A . 1987. D i s a i n dan U j l Teknis Pengukur Kece- patan A l i r a n Udara S is tem D i g i t a l E lek t ron i ! . dengan Penerapan LVDT sebagai Sensor. S k r i p s i . Fakul t a s Teknolog i Per tan ian , I n s t i t u t Per tan ian Bogor. Bogor.
Nash, W.A. 1983. S t reng th o f M a t e r i a l s . McGraw-Hill I n t e r n a t i o n a l Book Company, Singapore.
P e t t i t , J.M. dan M . M . McWhorter. 1970. McGraw-Hi11 Book Company, I n c . Toronto.
S a p i i e , S . dan 0. Nishimo. 1976. Pengukuran dan A l a t - A l a t Ukur L i s t r i k . PT . Pradnya Paramita. Jaka r ta .
Schwab, G . O . , R . K . F reve r t , T.W. Edminster, dan K . K Barnes. 1981. Sol1 and Water Conservation Engineer ing. John Wiley and Sons, I n c . , Newyork.
Sears, F.W. dan M.W. Zemansky. 1962. F i s i k a Untuk Univer- s i t a s 11. Penerb i t B i n a t j i p t a . Jakarta.
Seminar , Kudang Boro. 1983. D i sa i n Tipe A l a t Pengukur Suhu D i g i t a l dengan Sistem Kemudi Pengkonversi dan Pembal i k Fase. Sk r i ps i . Fakul t a s Teknologi Per tan i - an, I n s t i t u t Per tanian Bogor. Bogor.
Setiawan, Budi Ind ra . 1983. D i sa i n P ro to t i pe A l a t Pengu- kur Kelembaban Tanah E lek t r on i k Sistem D i g i t a l . Sk r i ps i . Fakul tas Teknologi Pertanian, I n s t i t u t PertanIan Bogor. Bogor.
Sosrodarsono, S. dan K . Takeda. 1985. H id ro l og i u n t u ~ Pengairan. PT. Pradyna Paramita. Jakarta.
Sr ivastava, A . C . dan Sutanto. 1987. Teknik Ins t rumentas i . Universtas I ndones~a Press. Jakarta.
Subrata, Dewa Made. 1986. D isa in A l a t Pengukur Denyut Jantung D i g i t a l dengan Sistem Peragaan Jarak Jauh (Remote D isp lay ) . S k r l p s i . Fakul tas Teknologi Perta- n ian, I n s t i t u t Pertanian Bogor. Bogor.
Su t r i snc . 1986. Teor i dan Penerapan E lek t ron ika . I T B Press. Bandung.
Walpole, R . E . 1982. I n t r oduc t i on t o S t a t i s t i c . Mcrni 1 l a n Pub l ish ing Co., I n c . New York.
Wasito S . dan B. Herrnawan. 1981. Teknik D i g i t . Karya Utama. Jakar ta.
L A M P I R A N - L A M P I R A N
Lampiran 1 . Data H a s i l Pengukuran Kecepatan A i i r a n A i r
~ a r a k ~ Ulangan Waktu ( d e t i k )
(meter) 1 2 3
Lamp i ran 2 . - D a t a H a s i l Pengukuran S i s t e m Peng inde ra
--
Ke 1 u a r a n U iangan Kecepatan ( c m / d e t )
V r a t a
R e g r e s s i o n O u t p u t : C o n s t a n t 50.24969 S t d E r r o f Y E s t 4.409679 R Squared 0.991349 No. o f O b s e r v a t i o n s 11 Degrees o f Freedom 9
X C o e f f i c i e n t ( s ) 135.0272 S t d E r r o f Coe f . 4 .204464
Lampiran 3 . D a t a H a s i l Pengukuran S i s t e m Konve rs i Ana log k e D i g i t dan k e Peraga
Masukan ( V ) Angka pada Peraga
R e g r e s s i o n O u t p u t : C o n s t a n t - 13.2066 S t d E r r o f Y Esc 1 .058184 R Squared 0.999511 N o . o f O b s e r v a t i o n s 1 1 Degrees o f Freedom 9
X C o e f f i c i e n t i s ) 38.74856 S t d E r r o f Coe f . 0.285399
Lamp i ran 4. Hubungan A n t a r a Tegangan K e l u a r a n pada S i s t e m Peng inde ra dengan Tegangan Masukan pada S ~ s t e r n K o n v e r s i Ana log k e D ~ g i t
Masukan ( V ) K e l u a r a n { V )
R e g r e s s i o n O u t p u t : C o n s t a n t 1 .65 S t d E r r o f Y E s t 0.149875 R Squared 0.985294 No. o f O b s e r v a t ~ o n s 1 1 Degrees o f Freedom 9
X C o e f f i c i e n t ( s ) 3509.090 S t d E r r o f Coe f . 142.9005
Lamp i ran 5. Da ta H a s i l Pengukuran pada S i s t e m Penguat
Masukan ( V j K e i u a r a n ( V )
R e g r e s s i o n O u t p u t : C o n s t a n t 0.000727 Std E r r o f Y E s t 0.149875 R Squared 0.985294 No. o f O b s e r v a t i o n s 1 1 Degrees o f Freedom 9
X C o e f f i c i e n t ( s ) 3509.090 S t d E r r o f Coef . 142.9005
Lampiran 6 . Bagian Mekanik S i s t em Pengindera
s k a l a 1 : 1 s k a l a 10 : 1
Keterangan : sa tuan = mm a = R ing Penahan b = Ka re t un tuk Melekatnya S t r a l n Guge c = S t r a i n Gauge d = Batang Penahan
Lampiran 7 . Rangkaian A l a t Pengukur Kecepatan A l j r a n A 1 r D i g i t a l dengan Peng inde ra S t r a l n Gauge
