Strain Gauge dan Load Cell

 

Sensor gaya yang umum digunakan adalah strain gauge dan load cell. Sebuah strain gauge atau pengukur tekanan mekanis, sangat sensitif terhadap perubahan gaya mekanik. Alat ini terdiri dari selembar kertas foil logam tipis, yang dibentuk sedemikian rupa menjadi benang-benang yang sangat halus. Kertas foil ini terbungkus seluruhnya oleh lapisan film plastik.

 
Strain gauge dipasangkan pada objek yang akan diberi tekanan mekanik. Ketika objek terkena tekanan, kertas foil mengalami hal yang sama sehingga benang-benangnya akan tertarik memanjang. Ketika hal ini terjadi, benang-benang tersebut menjadi lebih panjang dan tipis sehingga tahanan listriknya bertambah. Perubahan nilai tahanan ini sangat kecil, sehingga diperlukan rangkaian khusus untuk mengukurnya.





Rangkaian diatas adalah sebuah jembatan Wheatstone (Wheatstone bridge). Salah satu dari keempat sisi rangkaian ditempati oleh gauge dan sisi lainnya oleh sebuah gauge lain yang identik, yang disebut sebagai dummy. Gauge kedua ini (dummy) tidak dikenakan tekanan mekanis, namun dimaksudkan untuk mengimbangi perubahan tahanan pada gauge pertama yang diakibatkan oleh suhu. R2 adalah kombinasi seri antara sebuah resistor tetap dan sebuah resistor variabel.

Salah satu cara untuk mengetahui besarnya perubahan tahanan gauge adalah dengan mengatur resistor variabel sedemikian rupa sehingga tegangan pada titik C sama dengan tegangan pada titik D. Ketika hal ini dapat dicapai, rangkaian jembatan dikatakan berada dalam keadaan seimbang dan V out akan sama dengan nol. Selanjutnya kita menghitung tahanan gauge dengan menggunakan persamaan:

R1 / R2 = R_gauge / R_dummy

Nilai-nilai R1 dan R2 diketahui. Tahanan dummy pada titik suhu yang baku dapat diketahui dari sebuah data sheet, sehingga kita dapat menghitung tahanan gauge, dibawah tekanan mekanis, yang belum diketahui. Langkah terakhir adalah menghitung gaya yang hendak diukur, dengan merujuk pada perubahan tahanan gauge. Biasanya rangkaian jembatan ini dikalibrasi dengan cara memberikan gaya dengan nilai-nilai yang telah diketahui besarnya, mengukur perubahan tahanan gauge, dan memplot hasil-hasil pengukuran ini dalam bentuk grafik yang  menggambarkan gaya dan tahanan.

Sel beban (load cell) terdiri dari satu buah strain gauge atau lebih, yang ditempelkan pada batang atau cincin logam. Sel beban dikalibrasikan oleh pabrikan yang bersangkutan. Piranti ini dirancang untuk mengukur gaya tekanan mekanis, gaya pemampatan (kompresi), atau gaya puntir yang bekerja pada sebuah objek. Ketika batang atau cincin logam piranti ini berada di bawah tekanan, tegangan yang timbul pada terminal-terminalnya dapat dijadikan rujukan untuk mengukur besarnya gaya.

Perangkat-perangkat elektronik khusus, secara otomatis akan menghitung dan menampilkan nilai gaya yang bekerja pada sel beban. Sel-sel beban seringkali digunakan untuk menimbang berat suatu objek. Tipe-tipe kelas berat dapat digunakan untuk menimbang bobot sebesar ratusan atau bahkan ribuan kilogram. Pada sebuah weight bridge atau jembatan penimbang, sel-sel beban semacam ini digunakan untuk menimbang kendaraan dengan bobot muatan yang sangat besar. Versi-versi yang lebih kecil juga dibuat, untuk menimbang massa dengan bobot hingga beberapa kilogram.