Struktur internal dan prinsip kerja sensor penimbangan/tegangan

Struktur internal dan prinsip kerja sensor penimbangan/tegangan

Sensor penimbangan adalah perangkat yang digunakan untuk mengukur gaya. Ketika dikenai gaya eksternal, ia menghasilkan sinyal listrik pada outputnya. Sensor penimbangan pengukur regangan adalah salah satu jenis yang paling umum digunakan untuk mengukur berat. Artikel ini akan memperkenalkan prinsip kerja sensor penimbangan dan berbagai spesifikasinya.

**Apa itu Sensor Penimbangan?**

Sensor penimbangan adalah jenis transduser gaya. Sensor adalah perangkat yang mengubah satu bentuk energi menjadi sinyal listrik yang dapat dibaca. Secara khusus, sensor penimbangan mengubah gaya menjadi tegangan yang dapat dibaca oleh peralatan elektronik. Sensor penimbangan yang paling umum digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah jenis pengukur regangan, yang ada di hampir semua perangkat yang mengukur berat.

**Bagaimana Cara Kerja Sensor Penimbangan?**

Sensor penimbangan berisi bahan resistif yang sangat tipis yang menempel pada substrat fleksibel. Ketika gaya eksternal bekerja pada badan sensor penimbangan, substrat fleksibel berubah bentuk, memaksa bahan resistif untuk berubah bentuk juga. Saat dimensi jejak resistif berubah, resistansi listriknya juga berubah.

Namun, perubahan resistansi sangat kecil dibandingkan dengan total resistansi asli dari bahan—biasanya dalam urutan 1:100. Hal ini membuat pengukuran langsung resistansi absolut menjadi sangat sulit. Oleh karena itu, bahan resistif pada substrat fleksibel diatur menjadi struktur rangkaian yang disebut jembatan Wheatstone. Jembatan Wheatstone (dinamai menurut promotornya, Charles Wheatstone) adalah susunan resistor berbentuk berlian, dengan satu resistor di setiap sisi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Tegangan eksitasi diterapkan di seberang satu pasang sudut berlawanan dari bentuk berlian, dan sinyal tegangan output dapat dibaca dari pasangan lainnya. Biasanya, ketika tidak ada gaya eksternal yang diterapkan, semua resistor memiliki nilai yang sama. Setiap "kaki" dari jembatan Wheatstone bertindak sebagai pembagi tegangan resistif. Karena semua resistansi sama, tegangan output dari setiap kaki juga sama – yang berarti output diferensial adalah 0V, karena titik output berada di titik tengah setiap pembagi. Ketika gaya eksternal diterapkan, resistansi salah satu resistor berubah, mengubah tegangan di kaki tersebut. Hal ini menghasilkan perbedaan tegangan kecil yang muncul pada output.

**Bagaimana Cara Menggunakan Sensor Penimbangan?**

Tegangan output dari sensor penimbangan sangat kecil dan berasal dari sumber impedansi tinggi (yaitu, pembagi resistif). Oleh karena itu, untuk membaca tegangan secara akurat, pensinyalan sangat penting. Rangkaian pensinyalan harus memiliki impedansi input yang tinggi untuk menghindari pembebanan pembagi, rasio penolakan mode umum yang tinggi karena tegangan absolut pada setiap kaki adalah setengah dari tegangan eksitasi, dan juga penguatan diferensial yang tinggi. Hal ini memerlukan penggunaan penguat instrumentasi, yang memenuhi semua kriteria di atas. Gambar di bawah ini menunjukkan contoh rangkaian menggunakan penguat instrumentasi AD620 dengan penguatan 100, yang berarti untuk setiap 1mV tegangan input, output akan menjadi 100mV. Misalnya, jika output skala penuh jembatan adalah ±25mV, output penguat akan menjadi ±2.5V.

**Sensor Penimbangan Digital**

Untuk mengatasi tantangan teknis yang terkait dengan penggunaan sensor penimbangan analog, sensor penimbangan digital dengan antarmuka seperti UART dan RS485 dapat dipilih. Sensor ini mendukung protokol komunikasi MODBUS-RTU standar, yang memungkinkan koneksi mudah ke perangkat seperti PLC, komputer, modul tampilan, dan unit transmisi data nirkabel.