RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN

REGANGAN - TEGANGAN NIRKABEL

SKRIPSI

Diajukan Untuk Memenuhi Syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Strata

Satu Teknik Mesin S-1

Disusun oleh :

Miftakhul Huda

201510120311166

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2019

POSTER

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN REGANGAN -

TEGANGAN NIRKABEL

Diajukan kepada:

Universitas Muhammadiyah Malang

Untuk Memenuhi Persyaratan Akademik Dalam Menyelesaikan

Program Sarjana Teknik (S1)

Disusun Oleh:

Nama : Miftakhul Huda

NIM : 201510120311166

Malang, 24 Oktober 2019

Yang telah disahkan oleh:

Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II

(Ir. Trihono Sewoyo, MT) (Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD)

NIP. 108.9504.0327 NIP. 108.1503.0572

Mengetahui

Ketua Jurusan Teknik Mesin

(Murjito, ST, MT)

NIP. 108.9404.0313

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK - TEKNIK MESINJL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang

65144

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)

Nama : Miftakhul Huda

NIM/ NIRM : 201510120311166

Dosen Pembimbing 1. : Ir. Trihono Sewoyo, MT

2. : Iis Siti Aisyah, ST., MT, PhD

Judul Tugas Akhir :

Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel

NO TANGGAL CATATAN

ASISTENSI

KETERANGAN

1. 18 September 2019 Bab I Revisi

Bab II Revisi

2. 20 September 2019 Bab I OK

Bab II OK

Bab III OK

3. 30 September 2019 Bab IV OK

4. 2 Oktober 2019 Bab V Revisi

5. 4 Oktober 2019 Bab V OK

ACC

Mengetahui Menyetujui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Pembimbing II

Murjito, ST, MT. Ir. Trihono Sewoyo, MT

NIP.108.9404.0313 NIP. 108.9504.0327

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

FAKULTAS TEKNIK - TEKNIK MESINJL. Raya Tlogomas No. 246 Telp. (0341) 464318-128 Fax. (0341) 460782 Malang

65144

LEMBAR ASISTENSI TUGAS AKHIR (SKRIPSI)

Nama : Miftakhul Huda

NIM/ NIRM : 201510120311166

Dosen Pembimbing 1. : Ir. Trihono Sewoyo, MT

2. : Iis Siti Aisyah, ST., MT, PhD

Judul Tugas Akhir :

Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel

NO TANGGAL CATATAN ASISTENSI KETERANGAN 1. 17 Juli 2019 Konsultasi Judul

2. 18 Juli 2019 Lanjut BAB II

Cari Referensi Jurnal

3. 18 September 2019 Bab II dilengkapi dengan

pustaka penelitian terdahulu

4. 24 September 2019 Ok Lanjut Bab IV

5. 3 Oktober 2019 Rumusan masalah, Tujuan, dan

Kesimpulan harus sama

6. 7 Oktober 2019 Ok ACC

Saran : demi kesempurnaan

Mengetahui Menyetujui

Ketua Jurusan Teknik Mesin Pembimbing II

Murjito, ST, MT. Iis Siti Aisyah, ST., MT., Ph.D

NIP.108.9404.0313 NIP. 108.1503.0572

LEMBAR PLAGIASI

Yang bertanda tangan di bawah ini

Nama : Miftakhul Huda

NIM : 201510120311166

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknik

: Universitas Muhammadiyah Malang

Dengan ini menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa:

1. Tugas Akhir dengan judul:

“Rancang Bangun Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel” Adalah

hasil karya saya, dan dalam naskah tugas akhir ini tidak terdapat karya

ilmiah yang pernah diajukan oleh orang lain untuk memperoleh gelar

akademik di suatu Perguruan Tinggi, dan tidak terdapat karya atau pendapat

yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, baik sebagian ataupun

keseluruhan, kecuali yang secara tertulis dikutip dalam naskah ini dan

disebutkan dalam sumber kutipan dan daftar pustaka.

2. Apabila ternyata di dalam naskah tugas akhir ini dapat dibuktikan terdapat

unsur-unsur PLAGIASI, saya bersedia TUGAS AKHIR ini DIGUGURKAN

dan GELAR AKADEMIK YANG TELAH SAYA PEROLEH

DIBATALKAN, serta diproses sesuai dengan ketentuan hukum yang

berlaku.

3. Tugas akhir ini dapat dijadikan sumber pustaka yang merupakan HAK

BEBAS ROYALTI NON EKSKLUSIF.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya untuk dipergunakan

sebagaimana mestinya.

Koordinator

Plagiasi

Koordinator

Naskah Publikasi

Malang,

Yang Menyatakan

M. Irkham Mamungkas, ST., MT Ary Dwi Astuti, S. Pd Miftakhul Huda

ABSTRAK

Sensor Strain Gauge merupakan alat untuk mengukur defleksi dan tegangan. Pada

rancang bangun ini digunakan 4 buah sensor strain gauge yang dipasang pada

batang kuningan dengan rangkain jembatan wheatstone Full Bridge. Masing-

masing sensor strain gauge mempunyai nilai resistansi (R) sebesar 350Ω. Pada

rancang bangun sistem pengukuran ini menggunakan sensor strain gauge yang

diberi penguat INA125 yang kemudian diproses oleh Arduino untuk menghasilkan

data yang akan ditampilkan langsung pada LCD dan serial monitor pada PC

menggunakan radio frequency secara realtime. Keluaran data yang dihasilkan pada

pengukuran menggunakan sensor strain gauge full bridge ialah data BIT (Binary

Digit). Data BIT kemudian dikonversi agar menjadi data volt dan diolah menjadi

regangan. Pembebanan yang dilakukan bervariasi (398, 801, 1204, 1608 gram).

Pengolahan data tegangan eksperimental pada kondisi pembebanan 398 gram

didapatkan tegangan sebesar 3032400 Pa. Tegangan tersebut berbanding dengan

besarnya pembebanan. Pada kondisi tertinggi ialah 1608 gram tegangan sebesar

31465350 Pa. Hasil pengukuran tegangan dibandingkan dengan pendekatan teortis.

Kata kunci : Sensor strain gauge, jembatan wheatstone, radio frequency

ABSTRACT

Strain Gauge Sensor is a tool to measure deflection and stress. In this design, 4

strain gauge sensors were installed on a brass rod wheatstone full bridge. Each

strain gauge sensor has resistance (R) value of 350Ω. A strain gauge sensor was

used in the design of this measurement system with an INA125 amplifier which is

then processed by Arduino to produce data that will be displayed directly on the

LCD and serial monitor on a PC by using radio frequency in real time. The output

data was generated in measurements by using a full bridge strain gauge sensor were

BIT (Binary Digit) data. The BIT data was then converted to volt data and proceed

into strain. The load 398, 801, 1204, 1608 grams were applied. The processing of

experimental stress data under loading conditions of 398 grams produced stress of

3032400 Pa. The stress was proportional to the amount of loading. At the highest

loading 1608 grams, the stress was 31465350 Pa. The results of stress

measurements were compared with the theoritical approach.

Keywords: Strain gauge sensor, wheatstone bridge, radio frequency

KATA PENGANTAR

Assalamualaikum Warahmatullahi Wabarakatu

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas

rahmat dan hidayah-Nya, penulis mampu menyelesaikan Tugas Akhir ini sebagai

syarat untuk memperoleh gelar Sarjana (S1) Teknik Mesin di Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Malang dengan berjudul “RANCANG BANGUN

SISTEM PENGUKURAN REGANGAN - TEGANGAN NIRKABEL“.

Penulis menyadari bahwa penyusunan proposal ini jauh dari sempurna,

walaupun demikian penulis telah berusaha semaksimal mungkin serta mendapatkan

bantuan dan bimbimngan dari Dosen Pembimbing dalam rangka penyusunan.

Tanpa bantuan dan dorongan dari beberapa pihak, tidaklah mudah menjalani masa

perkuliahan hingga pada penyusunan tugas akhir ini. Pada kesempatan ini, penulis

menyampaikan terimah kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Allah SWT dengan segala rahmat serta karunia-Nya yang memberikan

kekuatan bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Murjito. ST, MT. Selaku kepala jurusan teknik mesin Universitas

Muhammadiyah Malang atas ilmunya dan bimbinganya selama di

Universitas Muhammadiyah Malang.

3. Bapak Ir. Trihono Sewoyo, MT. Selaku pembimbing 1 yang senantiasa

membimbing dengan sabar, kebaikan hati, kesedian waktu dan semangatnya

dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian ini dengan baik.

4. Ibu Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD. Selaku pembimbing II yang selaku

memberikan masukan dengan sabar, kesedian waktu dan semangatnya

dalam penyusunan tugas akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan

penelitian ini dengan baik.

5. Dosen jurusan Teknik Mesin yang telah memberi banyak ilmu bermanfaat

selama perkuliahan.

6. Kedua orang tua tercinta Bapak Sopi’i dan Ibu Siyami yang selalu memberi

motivasi, memberi kasih sayang, untuk menyelesaikan peneletian ini.

7. Teman – Teman Sempak Teles Crew (Adit , Anggun, Lukman, Anthony,

Febri, Dana, Ameng, Rizal) yang selalu memberikan dukungan, semangat

untuk menyelesaikan tugas akhir ini.

8. Teman – Teman terdekat bimbingan mekanika terapan yang selalu

memberikan dukungan, semangat untk menyelesaikan tugas akhir ini.

9. Teman – teman Teknik Mesin kelas D (Afif, Yogik, Iwan, Rizal, dkk) yang

selalu memberikan dukungan, semangat untuk menyelesaikan tugas akhir

ini.

penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna, oleh

karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan masukan yang membangun

untuk kesempurnaan karya tulis ini, semoga karya tulis ini dapat menambah

wawasan ilmu dan bermanfaat bagi semua pihak

Akhir kata penulis sampaikan terimah kasih kepada semua pihak yang telah

berperan serta dalam penyusuanan proposal penelitian. Semoga Allah SWT

senantiasa meridhai.

Wassalamualaikum Warrahmatullahi Wabarakatu.

Malang, 19 Juli 2019

Penulis

xi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i

POSTER ................................................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

LEMBAR ASISTENSI ........................................................................................ iv

LEMBAR PLAGIASI .......................................................................................... vi

ABSTRAK ........................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................ viii

KATA PENGANTAR .......................................................................................... ix

DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang............................................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 3

1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................................... 3

1.4 Manfaat Penulisan ......................................................................................... 3

1.5 Batasan Masalah ............................................................................................ 4

BAB II KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tegangan dan Regangan................................................................................ 5

2.1.1 Tegangan ................................................................................................. 5

2.1.2 Tegangan Normal ................................................................................... 6

2.1.3 Regangan Normal ................................................................................... 8

2.1.4 Grafik Tegangan vs Regangan .............................................................. 10

2.2 Sensor .......................................................................................................... 11

2.2.1 Sensor Strain Gauge ............................................................................. 11

2.2.2 Prinsip Pengukuran Strain Gauge ........................................................ 14

2.3 Rangkaian Jembatan Wheatstone ................................................................ 15

2.3.1 Prinsip Kerja Jembatan Wheatstone ..................................................... 17

2.3.2 Macam-macam Jembatan Wheatstone .................................................. 17

2.4 Radio Frequency .......................................................................................... 20

xii

2.5 Pemanfaatan Radio Frequency .................................................................... 22

2.6 Arduino ........................................................................................................ 23

2.7 Software ....................................................................................................... 24

2.7.1 Program Arduino IDE ........................................................................... 25

2.8 INA125 ........................................................................................................ 27

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Perencanaan Desain ..................................................................................... 29

3.1.1 Daftar Persyaratan Desain .................................................................... 29

3.1.2 Identifikasi Masalah .............................................................................. 31

3.1.3 Struktur Fungsi ..................................................................................... 34

3.1.4 Prinsip Kerja ......................................................................................... 35

3.1.5 Kombinasi dan Susunan Konsep .......................................................... 37

3.1.6 Pemilihan Konsep Varian ..................................................................... 38

3.2 Bahan yang digunakan ................................................................................ 38

3.3 Perangkat Keras ........................................................................................... 39

3.4 Skematik Rangkaian Sensor Strain Gauge Nirkabel ................................... 40

3.5 Desain Layout PCB ..................................................................................... 41

3.6 Proses Pemasangan (Finishing) ................................................................... 42

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Pengujian ............................................................................................ 44

4.2 Perhitungan Eksperimental .......................................................................... 45

4.2.1 Perhitungan BIT ke Volt ....................................................................... 45

4.2.2 Perhitungan Regangan .......................................................................... 45

4.2.3 Perhitungan Pertambahan Panjang ....................................................... 46

4.2.4 Perhitungan Tegangan .......................................................................... 46

4.3 Perhitungan Teoritis .................................................................................... 47

4.4 Perbandingan Hasil Eksperimental dengan Hasil Teoritis .......................... 47

4.5 Menghitung Presantase Error ...................................................................... 48

4.6 Grafik Tegangan Eksperimental dan Tegangan Teoritis ............................. 49

4.7 Pembahasaan Hasil Analisa ......................................................................... 50

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 52

5.2 Saran ............................................................................................................ 53

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1 a) Benda dalam keadaan setimbang karena pengaruh gaya-gaya luar.

b) Gaya yang bekerja pada bagian benda. ............................................................... 6

Gambar 2. 2 Pembebanan batang secara aksial ...................................................... 7

Gambar 2. 3 Pertambahan panjang beban ............................................................... 9

Gambar 2. 4 Grafik stress strain pada material getas dan ulet .............................. 10

Gambar 2. 5 Strain Gauge dengan Jembatan Wheatstone .................................... 12

Gambar 2. 6 Simbol Strain Gauge ........................................................................ 12

Gambar 2. 7 Susunan Komponen dalam jembatan Wheastone ............................ 16

Gambar 2. 8 Rangkaian Seperempat Jembatan ..................................................... 18

Gambar 2. 9 Rangkaian Setengah Jembatan ......................................................... 18

Gambar 2. 10 Rangkaian Jembatan Penuh Wheastone ......................................... 19

Gambar 2. 11 Pengelompokan gelombang radio .................................................. 21

Gambar 2. 12 3DR Radio Telemetry .................................................................... 21

Gambar 2. 13 Board Arduino Uno ........................................................................ 23

Gambar 2. 14 Tampilan Program Arduino IDE .................................................... 25

Gambar 2. 15 Rangkaian INA125 ......................................................................... 28

Gambar 3. 1 Diagram Blok Sensor Strain Gauge Nirkabel.……………………..34

Gambar 3. 2 Prinsip Kerja alat percobaan tegangan dan regangan beam ............ 36

Gambar 3. 3 Desain Sistem Pengukuran Regangan – Tegangan Nirkabel ........... 39

Gambar 3. 4 Skematik rangkaian sensor strain gauge nirkabel ............................ 41

Gambar 3. 5 Desain Layout PCB .......................................................................... 42

Gambar 4. 1 Pengujian Regangan - Tegangan Beam ……………………………44

Gambar 4. 2 Grafik Tegangan Eksperimental....................................................... 49

Gambar 4. 3 Grafik Tegangan Teoritis ................................................................. 49

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain ................................................. 29

Tabel 3. 2 Kombinasi sub-fungsi yang didasarkan pada diagram blok sub-fungsi

............................................................................................................................... 37

Tabel 4. 1 Data pengujian………………………………………………………...45

Tabel 4. 2 Hasil perhitungan BIT ke Volt. ............................................................ 45

Tabel 4. 3 Hasil perhitungan regangan ................................................................. 46

Tabel 4. 4 Hasil pertambahan panjang .................................................................. 46

Tabel 4. 5 Hasil perhitungan tegangan .................................................................. 47

Tabel 4. 6 Hasil perhitungan teoritis ..................................................................... 47

Tabel 4. 7 Hasil Tegangan Eksperimental dan Tegangan Teoritis ....................... 48

Tabel 4. 8 Hasil prosentase error........................................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA

Adhi Lestari, 2016. Pemanfaatan Radio Frequency Sebagai Media Pengirim Data

Pada Jejaring Sensor Nirkabel Berbasis Arduino Dalam Sistem Akuisisi

Data Suhu Udara, Kelembaban Udara, Dan Tekanan Udara.

Ajjie, Sapta. 2016. Buku Mudah Belajar Mikrokontroller dengan Arduino. https:

//www.academia.edu/11472322/Buku_Mudah_Belajar_Mikrokontroll

er_ dengan_Arduino.

Arthur,P.Boresi and Richard,J.Schmidt.2003. Advanced Mechanics of Material.

Bridge, T. 1998. INA125 With Precision Voltage Reference q Pressure and

Temperature Bridge q General Purpose Instrumentation, 6133(520).

Dieter,G.E.1998 Mechanical Metalurgy S1 Metric Edition.

Djoko,Y.S.,2010. Analisis Tegangan Eksperimental Pada Balok Baja WF

150x75x5x7 Dengan Menggunakan Strain Gauge, Skripsi Teknik Sipil,

Bandung.

Fahrizal, 2004. Rancang Bangun Alat Ukur Densitas Zat Cair Berbasis PC Dengan

Menggunakan Sensor Strain Gauge, Skripsi, Universitas Andalas,

Padang.

Geier, J. 2005. Wireless Networks First-Step. First Edition. Person Education Inc.

Cisco Press. Indianapolis. Terjemah Tim Penerjemah ANDI. 2005.

Wireless Networks First-Step. Edisi Pertama. Penerbit ANDI.

Yogyakarta.

Halliday, J.dan Resnick, R. (1997). Fisika Jilid 1 (third ed.). Jakarta : Erlangga.

Hendra, Saputra, 2013. Rancang Bangun Alat Ukur Regangan Menggunakan

Sensor Strain Gauge Berbasis Mikrokontroler Atmega8535 Dengan

Tampilan LCD.

Karim, S. 2013. Sensor dan Aktuator. VEDC Malang. Malang.

Putri Mandarani, 2014. Perancangan Dan Implementasi User Interface Berbasis

Web Untuk Monitoring Suhu, Kelembaban dan Asap Pada Ruangan

Berbeda Dengan Memanfaatkan Jaringan Local Area Network.

Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Padang.