Load Cell dan Timbangan

Load Cell merupakan komponen utama pada sistem timbangan digital. Bahkan tingkat ke-akurasian suatu timbangan digital tergantung dari jenis dan tipe Load Cell yang dipakai.

Setiap timbangan harus lulus legalisasi oleh badan Direktorat Metrologi, yaitu suatu badan yang berwenang untuk melegalisasikan atau men-sahkan timbangan melalui sistem TERA. Setiap timbangan diharuskan melakukan TERA maksimal satu tahun sekali, karena semua timbangan dalam proses pemakaiannya pada jangka waktu tertentu akan mengalami deformasi mekanis pada frame timbangan, ini akan berpengaruh terhadap tingkat ke-akurasian dari loadcell pada timbangan.

Load Cell merupakan sensor berat, apabila Load cell diberi beban pada inti besinya maka nilai resitansi di strain gauge akan berubah. Umumnya Load cell terdiri dari 4 buah kabel, dimana dua kabel sebagai eksitasi dan dua kabel lainnya sebagai sinyal keluaran.

Load Cell adalah alat electromekanik yang biasa disebut Transducer, yaitu gaya yang bekerja berdasarkan prinsip deformasi sebuah material akibat adanya tegangan mekanis yang bekerja, kemudian merubah gaya mekanik menjadi sinyal listrik. Untuk menentukan tegangan mekanis didasarkan pada hasil penemuan Robert Hooke, bahwa hubungan antara tegangan mekanis dan deformasi yang diakibatkan disebut regangan. Regangan ini terjadi pada lapisan kulit dari material sehingga menungkinkan untuk diukur menggaunakan sensor regangan atau Strain Gauge.

Load cell terdiri dari beberapa tipe, diantaranya adalah Load Cell Double Ended Beam, Load Cell Single Ended Beam, Load Cell S Beam, Load Cell single Point, Load Cell type Canister, dan sebagainya.
Load Cell yang paling sederhana adalah load cell yang terdiri dari Bending beam dan strain gauge.

Load Cell Bendig Beam adalah tipe load cell yang paling banyak digunakan dalam timbangan.
Selama proses penimbangan, beban yang diberikan mengakibatkan reaksi terhadap elemen logam pada load cell yang mengakibatkan perubahan bentuk secara elastis. Gaya yang ditimbulkan oleh regangan ini (positif dan negatif) di conversikan kedalam sinyal listrik oleh strain gauge (pengukur regangan) yang terpasang pada spring element.
Load cell yang paling sederhana adalah load cell yang terdiri dari bending beam dan strain gauge. Sering kali komponen tersebut dilengkapi dengan elemen tambahan (housing, sealing, dll) untuk melindungi elemen strain gauge.

Strain gauge merupakan konduktor yang diatur dalam pola zigzag pada permukaan sebuah membrane. Ketika membrane tersebut meregang, maka resistansinya akan meningkat.

Strain Gauge merupakan sensor yang digunakan untuk mengukur berat atau beban dari suatu benda dalam ukuran besar. Sensor strain gauge ini banyak diaplikasikan pada jembatan timbang mobil/truk atau alat ukur berat dalam skala besar. Sensor strain gauge adalah grid metal foil tipis yang dilekatkan pada permukaan dari Load Cell. Apabila Load cell di beri beban, maka terjadi strain dan kemudian ditransmisikan ke foil grid. Tahanan foil grid berubah sebanding dengan strain induksi beban.

Sensor strain gauge pada umumnya adalah tipe metal foil, dimana konfigurasi grid dibentuk oleh proses photoeching. Karena prosesnya sederhana, maka dapat dibuat bermacam-macam ukuran gauge dan bentuk grid. Untuk macam gauge terpendek yang tersedia adalah 0.20mm, dan yang terpanjang 102 mm. Tahanan gauge standar adalah 120 mm dan 350Ω, bahkan untuk keperluan khusus gauge ada juga yang tersedia dengan tahanan 500Ω, 1000Ω dan 10kΩ.

Load Cell memiliki bermacam-macam karakteristik yang bisa diukur, tergantung pada jenis logam yang dipakai, bentuk load cell, dan ketahanan dari lingkungan sekitar.
Untuk memilih Load Cell yang sesuai dengan kebutuhan anda, penting untuk mengetahui definisi dari parameter berikut :

Calibration : membandingkan output (signal) Load Cell dengan standard

Combined Error : Penyimpangan maksimum, jika ditarik garis lurus diukur pada saat tanpa beban sampai ketika diberikan beban maksimal dan sebaliknya saat beban maksimal sampai pada keadaan tanpa beban. Pengkuran dinyatakan dalam persen terhadap kapasitas maksimal. Biasa disebut juga Non-linearity dan hysteresis.

CREEP : Perubahan sinyal keluaran Load Cell selama pembebanan tidak berubah, dan tidak ada perubahan lingkungan sekitar.

CREEP RECOVERY : Perubahan pengukuran kondisi tanpa beban, setelah beberapa waktu diberikan beban dan kemudian beban dihilangkan.

DRIFT : Perubahan nilai pengukuran saat diberikan beban konstan

ECCENTRIC LOAD : Pembebanan pada area timbangan tapi tidak tepat di titik antar load cell

ERROR : Perbedaan pengukuran dengan beban yang sesungguhnya.

EXCITATION : Tegangan input yang diberikan agar Load Cell bekerja. Pada umumnya Load Cell membutuhkan tegangan excitation 10VDC, tetapi ada juga yang memerlukan 15VDC, 20VDC, dan 25VDC dan ada yang bisa bekerja pada arus AC dan DC.

HYSTERESIS : Penyimpangan maksimum hasil pengukuran dengan beban yang sama. Satu pengukuran dari nol sampai maksimum, pengukuran yang lain dari maksimum sampai nol. Pengukuran histerisis dinyatakan dalam persen terhadap kapasitas maksimum (%FS). Biasanya Histerisis selalu bernilai 0.02%FS, 0.03%FS dan 0.05%FS

INPUT BRIDGE RESISTANCE : Resistansi Input daripada Load Cell. Diukur dengan Ohm meter antara dua titik input atau Excitasi. Biasanya selalu lebih besar dari resistansi Output/sinyal karena adanya resistor kompensasi pada jalur Excitasi.

INSULATION RESISTANCE : Pengukuran resistansi antara sirkuit Load Cell dengan strukturnya. Pengukuran dilakukan dengan tegangan DC.

NON-LINEARITY : Penyimpangan maksimum pada grafik hasil kalibrasi terhadap garis lurus (Ideal) antara tanpa beban dan beban penuh. Dinyatakan dengan persentase terhadap pengukuran pada kapasitas maksimum, hanya diukur dari nol sampai maksimum. Umumnya Non-linearity sebesar 0.025FS dan 0.035FS.

OUTPUT : Sinyal yang dihasilkan oleh load cell dimana output berbanding lurus dengan eksitasi dan beban yang diterapkan. Sinyal output load cell dalam satuan mV/V atau V/A

OUTPUT BRIDGE RESISTANCE : Hambatan keluaran dari Cell. Output Bridge Resistance adalah 350O, 480O, 700O, 750O dan 1000O.

OUTPUT RATE : Tngkat perbandingan antara output tanpa beban dengan output saat ada beban

REAPITIBILITY : Selisih bacaan output maksimum Load Cell untuk beban yang sama dan waktu yang identik.

RESOLUTION : Perubahan terkecil di input mekanis yang menghasilkan perubahan yang terdeteksi dalam sinyal output

SAFE OVERLOAD RATING : Beban maksimum (%) kapasitas beban, yang dapat diterapkan tanpa menghasilkan pergeseran permanen dalam karakteristik kinerja luar yang spesifik.