• Apa itu Strain Gages ?
  Strain gauges (atau strain gages) telah dipergunakan sangat luas dalam pengukuran besaran fisika gaya pada bidang mekanikal, perkapalan/pelayaran, penerbangan, teknik sipil (perancangan dan arsitektur), automotive, kedokteran, dan lainnya.

  Strain atau regangan diukur untuk mengetahui besarnya deformasi pada saat terjadinya tegangan mekanik sehingga didapat besaran gaya yang terjadi seperti beban ataupun tegangan. Selain itu juga digunakan untuk memperoleh nilai keamanan / kekuatan suatu bahan atau suatu elemen struktural yang mengandung bahan tersebut.

  Sejumlah cara dapat dilakukan dalam mengukur regangan baik secara mekanikal maupun elektrikal, namun yang paling banyak digunakan untuk pengukuran tegangan material ialah strain gauges, karena karakter dan kemampuan ukurnya yang jauh mengungguli yang lain. Disamping itu Strain gauge sangat mudah penggunaannya dan memberikan stabilitas dan akurasi yang tinggi.

  • Arti regangan (strain)?

  Jika suatu benda ditarik atau ditekan, gaya (F) yang diterima benda mengakibatkan adanya ketegangan antar partikel dalam material yang besarnya berbanding lurus. Perubahan tegangan partikel ini menyebabkan adanya pergeseran struktur material – regangan atau himpitan – yang besarnya juga berbanding lurus. Karena adanya pergeseran, maka terjadilah deformasi bentuk material – misalnya perubahan panjang – menjadi
  L + ∆L (atau L - ∆L). dimana L adalah panjang awal benda dan ∆L adalah perubahan panjang yang terjadi. Rasio perbandingan antara ∆L terhadap L inilah yang disebut strain (regangan) dan dilambangkan dengan ε (epsilon).

 

ε = Regangan / Strain (µm/m atau µε)

L = Panjang Benda Mula-mula (m)

∆L = Perubahan Panjang Benda (µm)

• Umumnya, perbandingan antara ∆L dan L adalah sangat kecil dan biasanya bernilai “10 -6” atau biasa ditulis dalam satuan “µm/m” atau “µε” (micro-epsilon).

  Lawan dari kata regangan adalah penyempitan / himpitan dan diindikasikan dengan lambang “–“ (minus/negatif) dalam penulisan angka bilangannya.

   

  • Regangan Longitudinal, Lateral dan Rasio Poisson

   

  L = Panjang Benda Mula-mula (m)

  ∆L = Perubahan Panjang Benda (µm)

  d 0 = Diameter Penampang Mula-mula (m)

  ∆d= Perubahan Diameter Penampang (µm)

  

   

  Sebagaimana gambar diatas, setiap batang yang ditarik (– ditekan) selain mengalami perpanjangan (– pemendekan), juga mengalami penyusutan (– perluasan) pada permukaan penampangnya. Keduanya dapat disebut sebagai regangan. Oleh karenanya, dibuatlah kesepakatan bahwa:

  - Regangan yang arahnya segaris dengan arah gerak gaya disebut regangan Longitudinal (). Sedangkan

  - Regangan yang arahnya tegak lurus terhadap arah gerak gaya disebut regangan lateral ()

  Besarnya nilai perbandingan antara regangan lateral (ε 2) terhadap regangan longitudinal (ε 1) pada suatu bahan/material adalah tetap (konstan). Nilai perbandingan inilah yang disebut dengan Rasio Poisson – dilambangkan dengan “ ν “ [nu] – yang umumnya bernilai pada kisaran angka 0.3

  

   

  • Apa itu Strain gauge?

  Gaya yang diberikan pada suatu benda logam (material ferrit / konduktif), selain menimbulkan deformasi bentuk fisik juga menimbulkan perubahan sifat resistansi elektrik benda tersebut. Dalam hal ini, dengan menempelkan jenis material tersebut pada suatu benda uji (specimen) menggunakan suatu perekat yang isolatif terhadap arus listrik, maka material tadi akan menghasilkan adanya perubahan resistansi yang nilainya sebanding terhadap deformasi bentuknya. Karena adanya kesebandingan tersebut maka dapatlah dikatakan material ini sebagai sensor. Sensor / material inilah yang disebut strain gauge.

   

   

   

  • Prinsip Kerja Strain gauge

  Ketika terjadi regangan pada suatu benda uji (specimen) yang telah di pasangi strain gauge, maka regangan itu terhantarkan melalui alas gauge (isolatif) pada foil atau penghantar resistif di dalam gauge tersebut. Hasilnya adalah foil atau penghantar halus tadi akan mengalami perubahan nilai resistansinya. Perubahan resistansi ini berbanding lurus terhadap besarnya regangan.

  
  

  • Konfigurasi Susunan Strain gauge

   

  Strain gauge dibuat dari sehelai kertas logam resistif yang dikikis tipis (etced-foil) dan berbentuk kisi (grid) – sebagai elemen utama (sensor) – serta dilapisi dengan sepasang selaput sebagai pelindung sekaligus isolator. Kemudian ditambahkan sepasang kawat timah (lead-gauge) yang terhubung pada kedua ujung elemen sensor.

  
  

   

  Sedangkan bentuk elemen sensor sendiri memiliki konfigurasi susunan sebagai berikut.

  

  • Aksis Gauge

  Agar pengukuran strain gauge pada specimen menghasilkan nilai regangan yang sesuai dengan arah regangan yang hendak diukur, maka pemasangan strain gauge pada specimen haruslah benar, yaitu aksis gauge harus sejajar dengan arah regangan yang diukur. Arah aksis gauge pada strain gauge ialah segaris dengan panjang gauge. Berikut ini menggambarkan peletakan strain gauge yang benar pada suatu specimen. Dimana, garis aksis gauge sejajar terhadap arah gerak regangan.

  

   

   

  
  
  • Alasan Memilih Strain gauge

  Strain gauge hadir dengan menawarkan segenap keistimewaan fiturnya jika dibandingkan dengan metode lain.

  • Bentuknya yang sederhana dengan massa / berat yang dapat diabaikan dan ukurannya yang kecil, sehingga tidak menimbulkan interferensi (gangguan pengaruh luar) pada tegangan dalam specimen.
  • Dapat digunakan untuk melokalisir bagian evaluasi pengukuran karena jarak titik ukur yang pendek.
  • Memiliki kepekaan yang tinggi terhadap frekuensi sehingga dapat digunakan untuk menelusuri rambatan fluktuasi tegangan.
  • Memungkinkan melakukan pengukuran di sejumlah titik secara bersamaan dan pengukuran jarak jauh.
• Dengan output berupa sinyal elektrik, memudahkan pengolahan data (data-processing)

Namun demikian, disamping sejumlah keunggulan yang ditawarkan tadi, strain gauge juga memiliki beberapa keterbatasan. Setiap Strain gauge memiliki keterbatasan dalam hal suhu, fatigue (kelelahan), batas kemampuan regangan, dan ketahanan terhadap kondisi lingkungan pengukuran. Semua keterbatasan keterbatasan tersebut harus diuji dan dipastikan terlebih dahulu sebelum strain gauge tersebut digunakan.

• Bagaimana Memilih Strain Gauge Yang Tepat

Beberapa perameter teknis perlu diperhatikan pada saat memilih dan menentukan strain gauge mana yang sesuai untuk pengukuran yang akan dilakukan. Tentunya beberapa yang menjadi pertimbangan adalah jenis material yang menjadi objek, ukuran dimensi benda objek, nilai / besaran yang ingin diperoleh dari hasil pengukuran tersebut, kondisi / kondusifitas lingkungan dan tempat pengukuran berlangsung.

Berikut ini adalah parameter-parameter teknis yang perlu untuk diketahui, beberapa diantaranya telah diuraikan pada sub-bab sebelumnya ditambah dengan beberapa parameter lain.

• Panjang Gauge

Didefinisikan sebagai panjang grid, yaitu dimensi panjang di areagrid yang kedudukannya sensitif terhadap regangan (gambar-konfigurasi susunan strain gauge).

Pemilihan panjang gauge bergantung pada objek / specimen. Gauge yang pendek, dapat digunakan untuk lokalisasi pengukuran regangan, sedangkan gauge yang panjang lebih banyak dipilih dan digunakan untuk mengukur regangan rata-rata yang mewakili seluruh permukaan. Sebagai contoh pada pengukuran regangan rata-rata pada beton pondasi (concrete), dibutuhkan panjang gauge yang lebih panjang karena strukturnya yang terdiri atas semen dan campuran pasir dan krikil.

 

Berikut adalah acuan panjang gauge Strain Gages Showa Instruments dan aplikasinya:

 

Panjang Gauge	Aplikasi penggunaan
≤ 1 mm	Untuk pengukuran terpusat
2 ~ 6 mm	Untuk logam dan penggunaan umum
10 ~ 20 mm	Untuk mortar (semen campuran), kayu, FRP, dll
≥ 30 mm	Untuk beton pondasi (concrete) dan material campuran kasar

• Resistansi Gauge

Menunjukkan nilai resistansi dalam besaran “Ω” [ohm], yang diukur pada keadaan tanpa beban dan pada temperatur suhu ruang oleh pabrikan.

• Mampu Ukur Regangan (Measurable Strain)

Didefinisikan sebagai besarnya regangan yang mampu diukur. Umumnya berkisar 2 sampai 4% maksimum. Namun dengan strain gaugefoil-yielding dapat mencapai 10%

• Rentang Suhu (Temperature Range)

Menunjukkan batasan suhu lingkungan yang disanggupi oleh strain gauge, dengan kata lain strain gauge masih dapat menghasilkan nilai pengukuran yang akurat. Umumnya berkisar antara -30ºC ~ +80ºC. Untuk jenis high-temperature strain gauge, dapat mencapai +180ºC.

• Faktor Gauge (K)

Pada saat melakuran, nilai keluaran dari strain gauge adalah dalam besaran elektrik – resistansi. Sedangkan besarnya yang menjadi tujuan pengukuran adalah nilai regangan. Dengan demikian diperlukan suatu nilai konversi yang disebut factor gauge (K).

• Sensitifitas Transfers (K t)

Pada kenyataanya nilai resisitansi strain gauge dapat juga berubah akibat pengaruh adanya regangan yang arahnya tegak lurus terhadap aksis gauge – regangan transfersal (ε t). karena keduanya memiliki relasi kesebandingan, maka ditetapkanlah suatu konstanta yang disebut dengan sensitifitas transfers (K t). Nilai ini biasanya ditulis dalam persen (%)

 

 

• Termal Output

Didefinisikan sebagai adanya pergeseran / penyimpangan nilai regangan akibat perbedaan temperatur suhu. Umumnya bernilai pada kisaran ±2µε/ºC. Pada jenis strain gauge temperature tinggi diatas suhu 160 ºC, nilainya mencapai ±5µε/ºC. Untuk lebih jelasnya hubungan antara nilai thermaloutput terhadap suhu dapat dilihat pada contoh kurva dibawah ini.

• Faktor Gauge (K) VS Temperatur

Selain regangan, suhu temperature juga mempengaruhi nilai faktor gauge. Berikut adalah sampel kurva hubungan antara perubahan faktor gauge terhadap perbedaan temperatur.

• Usia Fatigue (Lelah)

Jika regangan terjadi beberapa kali pada suatu strain gauge, maka akan ada kemungkinan kenaikan nilai resistansi gauge pada kondisi tanpa beban, atau terjadinya pengelupasan pada strain gauge, atau bahkan patah dan lain sebagainya yang mengindikasikan kerusakan. Jumlah siklus maksimum yang dapat dilakukan pada strain gauge sebelum hal-hal diatas terjadi disebut usia fatigue (lelah). Sebuah strain gauge “SHOWA INSTRUMENTS-JEPANG” memiliki usia fatigue diatas 100 ribu kali pada regangan 1000µε.

Selain seluruh parameter-parameter diatas, terdapat juga beberapa parameter lain diantaranya lebar gauge, toleransi faktor gauge, toleransi resistansi gauge, dan lain-lainnya.