MECHANICAL TRANSDUCER

1
MECHANICAL TRANSDUCER

• BESARAN-BESARAN MEKANIK
• Gaya (force)
• Tegangan (stress)
• Perpindahan(displacement)
• Regangan (strain)
• MODULUS ELASTISITAS
• Modulus Young
• Modulus Geser
• Modulus Bulk
• Perbandingan Poisson

2
HUKUM HOOKE
F Gaya N
A Luas m2
? Tegangan tarik Pa
?L Perpindahan m
L Panjang m
? Regangan tarik m/m
E Modulus Young Pa
3
F Gaya geser N
A Luas m2
? Tegangan geser Pa
?x Perpindahan m
L Panjang m
? Regangan geser m/m
G Modulus geser Pa
4
p Tekanan hidrostatis Pa
?V Pertambahan volume m3
V Volume m3
B Modulus Bulk Pa
5

• Sebuah batang baja sepanjang 1 m berdiameter 1 cm
  dipasang vertikal
• Ujung atas dipegang tetap sedangkan ujung yang
  lain digantungkan sebuah beban
• Beban 1 buah mobil
• Batang akan bertambah panjang 0.5 cm (0.05 )
• Bila beban dilepas, batang akan kembali seperti
  semula
• Deformasi elastis
• Beban 2 buah mobil
• Batang akan bertambah panjang
• Bila beban dilepas, batang tidak akan kembali
  seperti semula
• Batang menjadi lebih panjang (deformasi plastis)
• Beban 3 buah mobil
• Batang akan patah pada saat pertambahan
  panjangnya 2

6
STANDARD TEST

• Spesimen ditarik dengan suatu gaya
• Tegangannya dihitung
• Pertambahan panjangnya diukur
• Regangannya dihitung
• Kurva tegangan regangannya digambarkan

7
(No Transcript)
8
Some Elastic Properties of Engineering Materials
MATERIAL DENSITY (kg/m3) YOUNGS MODULUS (GPa) ULTIMATE STRENGTH (MPa) YIELD STRENGTH (MPa)
Steel 7800 200 400 250
Aluminum 2710 70 110 95
Glass 2190 65 50 -
Concrete 2320 30 40 -
Wood 525 13 50 -
Bone 1900 9 170 -
Polystyrene 1050 3 48 -
9
Contoh Soal 1.1 Sebuah batang baja sepanjang 81
cm mempunyai jari-jari 9.5 mm. Batang tersebut
ditarik oleh sebuah gaya sebesar 6.2x104 N
(sekitar 7 ton) a). Hitung tegangan di dalam
batang b). Hitung pertambahan panjang batang c).
Hitung regangan yang dialami oleh batang
Jawab
10
Contoh Soal 1.2 Tulang paha orang dewasa
mempunyai diameter minimum sebesar 2.8 cm. Pada
gaya berapa tulang ini akan patah bila mempunyai
ultimate strength sebesar Su 170 MPa ?
Jawab
Contoh Soal 1.3 Otot bisep seseorang mempunyai
luas penampang maksimum 12 cm2. Berapakah
tegangan otot ketika memberikan gaya 300 N ?
Jawab
11
Contoh Soal 1.4 Sebuah meja mempunyai tiga kaki
sepanjang 1 m sedangkan kaki yang keempat lebih
panjang 0.5 mm sehingga meja tersebut agak
miring. Keempat kaki meja ini terbuat dari kayu
yang mempunyai luas penampang 1.0 cm2 dan modulus
Young sebesar 1.3x1010 Pa. Di atas meja ini
diletakkan sebuah benda bermassa 290 kg sehingga
meja tersebut tidak lagi miring. Hitung gaya-gaya
yang diberikan oleh lantai kepada empat kaki meja.
12
Jawab
13
Contoh Soal 1.5 Seorang pemanjat tebing bermassa
95 kg jatuh dan bergantung pada tali sepanjang 15
m dan berdiameter 9.6 mm. Bila tali tersebut
bertambah panjang 2.8 cm hitung a) regangan, b)
tegangan dan c) modulus Young dari tali
Jawab
14
Contoh Soal 1.6 Bila kaki seorang pelari
menyentuh tanah, gaya geser yang bekerja pada
tanah setebal 8 mm adalah seperti yang
ditunjukkan pada gambar. Jika gaya 25 N
didistribusikan pada luas 15 cm2, hitung sudut
geser ? bila diketahui modulus geser tanah adalah
1.9x105 Pa.
Jawab
15
Contoh Soal 1.7 Sebuah kubus pejal terbuat dari
tembaga mempunyai sisi 85.5 cm. Bila modulus Bulk
tembaga adalah 1.4x1011 Pa, berapa tekanan
hidrostatis yang harus diberikan kepada kubus
tersebut agar sisinya berkurang menjadi 85 cm.
Jawab
16
PENGUKUR REGANGAN STRAIN GAGE
Foil type
Bonded wire type
17
Two-element foil type
Three-element foil type
18
TAHANAN (RESISTANSI)
R Tahanan ?
? Tahanan jenis ? m
L Panjang m
A Luas penampang m2
D Diameter m
19
GAGE FACTOR G

• perbandingan Poisson
• fraksi perubahan radial terhadap fraksi perubahan
  aksial
• cast iron (0.17), steel 90.303), aluminum and
  copper (0.33)

20
BRIDGMAN CONSTANT C
fraksi perubahan tahanan terhadap fraksi
perubahan volume alloys (1.13 1.15), platinum
(4.4)
21
Typical Characteristics of Metal and
Semiconductor Strain Gages
PARAMETER METAL SEMICONDUCTOR
Measurement range 0.1 to 40000 ?? 0.001 to 3000 ??
Gage factor 1.8 to 2.35 50 to 200
Resistance, ? 120, 350, 600 1000 to 5000
Resistance tolerance 0.1 to 0.2 1 to 2
Size, mm 0.4 to 150 1 to 5
22
PENGUKURAN REGANGAN
Voltage divider
Voltage drop
23
Voltage Divider
24
Voltage Drop
25
Contoh Soal 1.8 Sebuah strain gage dilekatkan
pada suatu batang baja sepanjang 10 cm yang
mempunyai luas penampang 4 cm2. Batang baja ini
mempunyai modulus Young 207 GPa. Strain gage tadi
mempunyai tahanan nominal 240 ? dengan gage
factor sebesar 2.2. Pada saat sebuah gaya bekerja
pada batang baja, ternyata tahanan strain gage
berubah sebesar 0.013 ?. Hitung besarnya gaya
yang bekerja pada batang baja.
Jawab
26
Contoh Soal 1.9 Persoalan yang muncul dalam
penggunaan strain gage adalah bahwa tahanannya
juga berubah terhadap temperatur. Misalkan
koefisien temperatur dari strain gage adalah
0.003925/oC. Hitung perubahan tahanan yang
terjadi bila temperaturnya naik 1oC. Apa komentar
saudara ?
Jawab
Perubahan tahanan akibat kenaikan temperatur
hanya 1oC ternyata besarnya adalah 72.5 kali
perubahan tahanan akibat gaya 2037 N ? persoalan
ini harus ditanggulangi
27
Soal Latihan 1.1 Persoalan tersebut di atas dapat
ditanggulangi dengan menggunakan dua buah strain
gage. Yang satu bertindak sebagai active gage
(mendapat tegangan) sedangkan yang lain bertindak
sebagai dummy gage (tidak mendapat tegangan).
Kedua strain gage ini dipasang pada kedua kaki
dari suatu jembatan Wheatstone.
Hitung tegangan outputnya bila tegangan eksitasi
E 10 V dan a). Hanya menggunakan active gage
saja dan tidak ada perubahan temperatur b). Hanya
menggunakan active gage saja dan ada perubahan
temperatur sebesar 10oC (?R 9.42 ?) c).
Menggunakan active gage dan dummy gage dan ada
perubahan temperatur sebesar 10oC d). Apa
komentar saudara ?
28
Active gage
Eo
Dummy gage
29
Soal Latihan 1.2 Sebenarnya dummy strain gage
juga berubah tahanannya karena bila batang baja
ditarik dalam arah aksial, maka diameternya
berkurang. Besarnya pengurangan dalam arah radial
ini tergantung pada perbandingan Poisson. Dalam
hal ini tahanan dummy strain gage berkurang
sebesar ? ?R.
Hitung tegangan outputnya bila tegangan eksitasi
E 10 V dan a). Hanya menggunakan active gage
saja dan tidak ada perubahan temperatur b). Hanya
menggunakan active gage saja dan ada perubahan
temperatur sebesar 10oC (?R 9.42 ?) c).
Menggunakan active gage dan dummy gage dan ada
perubahan temperatur sebesar 10oC d). Apa
komentar saudara ?
30
Soal Latihan 1.3 Pada jembatan Wheatstone E 10
V, R1 R2 240 ?, R3 adalah active strain gage,
R4 adalah dummy strain gage. Gage factor dari
strain gage adalah 2.2 sedangkan tahanan
nominalnya adalah 240 ?. Batang baja mempunyai
luas penampang 4 cm2, perbandingan Poisson
sebesar 0.303 dan modulus Young 207 GPa. Bila
tegangan output dari jembatan Wheatstone yang
terukur adalah 0.0902 mV dan selama pengukuran
terjadi kenaikan temperatur sebesar 10oC, hitung
besarnya gaya.
31
Active gage
Eo
Dummy gage