LAPORAN PRAKTIKUM TEKNOLOGI SENSOR (TKF 3514) MODUL TS 03 SENSOR FORCE SENSING RESISTOR (FSR)
Kelas/Kelompok: Selasa/2 Yosef Ganang Jati Nugroho Nugroho (12/333421/TK/39783) (12/333421/TK/39783)
Tgl Praktikum: 30 September 2014 Asisten: Dedy Rachida (NIM: 11/315886/TK/38070) 11/315886/TK/38070)
LAB SSTK JURUSAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA
1. Tujuan Praktikum Mempelajari dan menganalis prinsip kerja sensor gaya.
2. Bahan Praktikum a. Sensor yang digunakan: FSR406 buatan Interlink Electronics. b. Catu Daya Vcc (5V) c. Multimeter d. Project Board e. Jepit Buaya f. Kabel Jumper g. Resistor dengan nilai RM = 10kΩ, 30kΩ, 47kΩ, dan 100kΩ h. Op-Amp i. 10 buah Koin 500 rupiah (kuningan)
3. Rangkaian Alat Ukur
Gambar Force Cencing Resistor
Gambar Op-Amp dan Rangkaian Sensor
4. Data Pengukuran Tabel keterangan berat koin
Jumlah Koin Rp. 100,00 Rp. 200,00 Rp. 500,00 Rp. 500,00 (tembaga) Rp. 1000,00
Berat (g) 1,15 1,5 2 3,45 2,9
Pada praktikum ini, koin yang digunakan adalah koin 500 rupiah tembaga dengan berat 3,45 g. a. RM = 10kΩ No.
Berat (g)
Ouput (V)
1
3,45
0
2
6,9
0
3
10,35
0
4
13,8
0
5
17,25
0,30
6
20,7
0,47
7
24,15
0,70
8
27,6
0,85
9
31,05
1,10
10
34,5
1,23
No.
Berat (g)
Ouput (V)
1
3,45
0
2
6,9
0
3
10,35
0
4
13,8
0,93
5
17,25
1,62
6
20,7
2,18
7
24,15
2,38
8
27,6
2,55
9
31,05
2,62
10
34,5
2,71
b. RM = 30kΩ
c. RM = 47kΩ No.
Berat (g)
Ouput (V)
1
3,45
0
2
6,9
0
3
10,35
0,61
4
13,8
1,40
5
17,25
1,77
6
20,7
1,93
7
24,15
2,32
8
27,6
2,56
9
31,05
2,83
10
34,5
2,89
No.
Berat (g)
Ouput (V)
1
3,45
0
2
6,9
0
3
10,35
1,02
4
13,8
1,94
5
17,25
2,30
6
20,7
2,65
7
24,15
3,03
8
27,6
3,35
9
31,05
3,40
10
34,5
3,50
d. RM = 100kΩ
5. Analisis Data dan Pembahasan a. Sensor i. Sensor yang digunakan Dalam praktikum ini digunakan sensor Force Sensing Resistor (FSR). FSR adalah nilai resistansinya berubah untuk setiap gaya yang diterima pada bidang sensor. ii. Stimulus Stimulus pada sensor FSR ini adalah gaya berat yang diberikan oleh koin.
iii. Respon Respon dari sensor FSR berupa perubahan resistansi yang mengakibatkan perubahan tegangan pada output. Semakin besar gaya berat yang diberikan semakin kecil resistansi yang dihasilkan sehingga tegangan keluaran akan meningkat. iv. Karakteristik sensor Dari data sheet didapatkan karakteristik sensor sebagai berikut : a. Gaya aktuasi adalah 0.1 N yang berarti gaya minimum yang dibutuhkan untuk mendapatkan respons dari sensor adalah 0.1 N.
Grafik 1. Hubungan Force(g) terhadap Resistansi (kΩ)
b. Rentang rensor adalah 0.1-100 N. Dalam rentang ini sensor masih dapat memberikan respons terhadap stimulus yang diberikan. c. Resolusi sensor ini bersifat continues. Artinya sensor ini dapat memberikan perubahan nilai resistansi secara kontinyu yaitu ketika stimulus berubah maka respons akan langsung dapat diamati. d. Efek histeresis pada sensor ini adalah 10 %. Jadi perbedaan antara kurva pembebanan dan kurva pelepasan beban adalah 10%. e. Device Rise Time atau sering disebut dengan TR didefinisikan dengan waktu yang diperlukan oleh sistem untuk memberikan respon dari 10%
sampai 90% nilai akhirnya. Rise time pada sensor ini adalah
kurang dari 3 microsecond.
f. Rentang temperatur dimana sensor ini masih dapat bekerja dengan baik adalah antara -30 – 70 oC. g. Number of actuations pada sensor ini mencapai 10 juta kali. Artinya sensor ini dapat dugunakan untuk pemberian stimulus sebanyak 10 juta kali. b. Analisis Data i. Percobaan 1 Dari data yang didapatkan pada percobaan pertama yaitu pada pengukuran dengan Rm = 10 KΩ , output dapat diperoleh ketika 5 buah koin dengan berat 17,25 g diletakan diatas sensor dimana output yang diperoleh sebesar 0,3 V. Nilai tegangan output tersebut kurang sesuai dengan grafik yang terdapat pada datasheet dimana tegangan terkecil yang dapat dukur adalah 0.9 V. Perbedaan ini dapat disebabkan karena kondisi sensor ataupun kondisi lingkungan dimana sensor tidak diketahui telah berapa kali digunakan dan kondisi lingkungan yang terdapat banyak aktivitas yang menyebabkan getaran. Namun untuk pengukuran maksimal pada berat 34,5 g, didapati nilai tegangan yang hampir sama dengan grafik pada data sheet, yaitu berkisar pada 1,23 V. Pada percobaan yang pertama ini didapati hubungan stimulus dan output yang sesuai dengan teori yaitu ketika gaya berat yang diterima besar, maka nilai resistansi turun, sehingga membuat nilai Vout naik. Dari data dapat dilihat bahwa hasil pengukuran cenderung linier dan hal tersebut sesuai dengan datasheet dimana ketika digunakan R yang kecil maka hasil pengukuran cenderung linier. ii. Pecobaan 2 Dari data yang didapatkan pada percobaan pertama yaitu pada pengukuran dengan Rm = 30 KΩ , output dapat diperoleh ketika 4 buah koin dengan berat 13,8 g diletakan diatas sensor dimana output yang diperoleh sebesar 0,93 V. Nilai tegangan tersebut tidak sesuai dengan grafik yang ditunjukkan pada datasheet dimana tegangan terkecil yang dapat dideteksi adalah sekitar 2,25 V. Namun untuk pengukuran maksimal pada berat 34,5 g, didapati nilai tegangan yang hampir sama dengan grafik pada data sheet, yaitu berkisar pada 2,71 V. Pada percobaan dua ini kenaikan tegangan
keluaran tidak terlalu signifikan dibandingkan dengan percobaan satu dan hal ini sesuai dengan datasheet yang ada. iii. Percobaan 3 Dari data yang didapatkan pada percobaan pertama yaitu pada pengukuran dengan Rm = 47 KΩ , output dapat diperoleh ketika 3 buah koin dengan berat 10,35 g diletakan diatas sensor dimana output yang diperoleh sebesar 0.61 V. Nilai tegangan tersebut tidak sesuai dengan grafik yang ditunjukkan pada datasheet dimana tegangan terkecil yang dapat dideteksi adalah 2,5 V. Perbedaan ini dapat disebabkan oleh error pada sensor maupun alat ukur. Untuk pengukuran maksimal pada berat 34,5 g, didapati nilai tegangan yang berbeda dengan nilai tegangan yang ditunjukkan grafik pada data sheet. Pada percobaan didapatkan nilai tegangan sebesar 2,89 V, sedangkan pada data sheet didapati tegangan seharusnya sebesar 3,25 V. iv. Percobaan 4 Dari data yang didapatkan pada percobaan pertama yaitu pada pengukuran dengan Rm = 100 KΩ , output dapat diperoleh ketika 3 buah koin dengan berat 10,35 g diletakan diatas sensor dimana output yang diperoleh sebesar 1,02 V. Nilai tegangan tersebut tidak sesuai dengan grafik yang ditunjukkan pada datasheet dimana tegangan terkecil yang dapat dideteksi adalah 3,5 V. Namun untuk pengukuran maksimal pada berat 34,5 g, didapati nilai tegangan yang hampir sama dengan grafik pada data sheet, yaitu berkisar pada 3,6 V.
v. Grafik Grafik hubungan antara output tegangan dan berat yang diberikan untuk setiap nilai Rm adalah sebagai berikut : 12
10
8
Output (V)
Percobaan 4
6
Percobaan 3 Percobaan 2
4
Percobaan 1 2
0 3,45 6,9 10,35 13,8 17,25 20,7 24,15 27,6 31,05 34,5
Berat (g)
Grafik diatas menunjukkan bahwa semakin besar berat yang diberikan pada sensor, maka semakin besar pula nilai tegangan output yang terukur. Grafik juga menunjukkan bahwa semakin besar Rm maka semakin besar pula voultase output yang terukur. Grafik diatas menunjukan persamaan dengan grafik dari datasheet, perbedaan yang terjadi tidak signifikan dan terjadi pada pengukuran untuk benda yang ringan.
Untuk setiap pengukuran menggunakan nilai Rm yang lebih tinggi, memiliki Vout yang selalu lebih tinggi dari hasil pengukuran dengan nilai Rm
berat yang sama, ketika menggunakan Rm = 47kΩ didapati bahwa ada nilai Vout yang kurang dari nilai Vout pada saat menggunakan Rm = 30k Ω. Ketidaksesuaian tersebut terdapat pada pengukuran berat 20,7 g; 24,15 g; dan 27,6 g. Selanjutnya, untuk hasil pengukuran dengan Rm yang lain sudah cukup sesuai dengan grafik pada data sheet.
6. Kesimpulan a. Prinsip kerja dari sensor FSR adalah dengan memberikan perubahan resistansi ketika diberikan perubahan gaya dipermukaannua. Perubahan resistansi ini digunakan untuk mendapatkan nilaii tegangan keluaran dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan. b. Semakin besar nilai stimulus yang berupa gaya berat maka semakin kecil resistansi (Rfsr ) yang dihasilkan sehingga membuat nilai Vout membesar. Hasil data yang didapatkan pada praktikum ini telah sesuai dengan teori c. Terdapat gaya minimum sebagai stimulus untuk mendapatkan respons dari FSR. Semakin kecil nilai Rm maka semakin besar gaya minimum yang didapatkan dan juga sebaliknya. d. Perbedaan nilai Rm berpengaruh terhadap perubahan tegangan keluaran, dimana nilai Rm maka data yang didapatkan akan cenderung memiliki selisih yang besar dan juga terjadi sebaliknya.
FSR 406 Data Sheet FSR 400 Series Square Force Sensing Resistor
Description
Features and Benefits •
Actuation Force as low as 0.1N and sensitivity range to 10N.
•
Easily customizable to a wide range of sizes
•
Highly Repeatable Force Reading; As low as 2% of initial reading with repeatable actuation system
•
Cost effective
•
Ultra thin; 0.45mm
•
Robust; up to 10M actuations
•
Simple and easy to integrate
Industry Segments •
Game controllers
•
Musical instruments
•
Medical device controls
•
Remote controls
•
Navigation Electronics
•
Industrial HMI
•
Automotive Panels
•
Consumer Electronics
Interlink Electronics FSRTM 400 series is part of the single zone Force Sensing Resistor TM family. Force Sensing Resistors, or FSRs, are robust polymer thick lm (PTF) devices that exhibit a decrease in resistance with increase in force applied to the surface of the sensor. This force sensitivity is optimized for use in human touch control of electronic devices such as automotive electronics, medical systems, and in industrial and robotics applications. The standard 406 sensor is a square sensor 43.69mm in size. Custom sensors can be manufactured in sizes ranging from 5mm to over 60 0mm.
Figure 1 - Typical Force Curve
Figure 2 - Typical Schematic
Interlink Electronics - Sensor Technologies www.interlinkelectronics.com
FSR 406 P/N: 30-73258
Device Characteristics Feature
Condition
Value*
Notes
Applications Actuat ion Force
Detect & qualify press Sense whether a touch is accidental or intended by reading force
0.1 Newto ns 2
0.1 - 10.0 Newtons
Force Sensitivity Range 3
Force Repeatability
(Single part)
3
Force Resolution
Use force for UI feedback Detect more or less user force to make a more intuitive interface Enhance tool safety Differentiate a grip from a touch as a safety lock Find centroid of force Use multiple sensors to determine centroid of force
± 2% continuous
3
Force Repeatability
(Part to Part)
±6%
Non-Actuated Resistance
10M W
Size
43.69 x 43.69mm
Thickness Range
0.2 - 1.25 mm
Stand-Off Resistance
>10M ohms
Unloaded, unbent
0.05 mm
Depends on design
Switch Travel Hysteresis
(Typical)
3
+10%
(R - R )/R F+
F-
F+.
Detect presence, position, or motion Of a person or patient in a bed, chair, or medical device
Device Rise Time
Detect liquid blockage Detect tube or pump occlusion or blockage by measuring back pressure
Number of Actuations
Detect tube positioning
* Specifications are derived from measurements taken at 1000 grams, and are given as one standard
Long Term Drift Temp Operating Range
<3 microseconds
measured w/steel ball
<5% per log (time)
35 days test, 1kg load
10
(Recomme nded) (Life time)
-30 - +70 ºC 10 Million tested
Without failure
deviation / mean, unless otherwise noted.
Many other force measurement applications
1.
Max Actuation force can be modified in custom sensors.
2.
Force Range can be increased in custom sensors. Interlink Electronics have designed and manufactured sensors with operating force larger than 50Kg.
3.
Force sensitivity dependent on mechanics, and resolution depends on measurement electronics.
www.interlinkelectronics.com
FSR 406 P/N: 30-73258
Application Information FSRs are two-wire devices with a resistance that depends on applied force.
Contact Us
For specic application needs please contact Interlink Electronics support team. An integration guide is also available.
United States Corporate Ofces Interlink Electronics, Inc. 546 Flynn Road Camarillo, CA 93012, USA Phone: +1-805-484-8855 Fax: +1-805-484-9457 Web: www. interlinkelectronics.com Sales and support:
[email protected] Japan Japan Sales Ofce Phone: +81-45-263-6500 Fax: +81-45-263-6501 Web: www.interlinkelec.co.jp Korea Korea Sales Ofce Phone: +82 10 8776 1972
For a simple force-to-voltage conversion, the FSR device is tied to a measuring resistor in a voltage divider conguration (see Figure 3). The output is describ ed by the equation:
V OUT
=
R M V +
(R
M
+ R FSR )
In the shown conguration, the output voltage increases with increasing force. If RFSR and R M are swapped, the output swing will decrease with increasing force. The measuring resistor, R M, is chosen to maximize the desired force sensitivity range and to limit current. Depending on the impedance requirements of the measuring circuit, the voltage divider could be followed by an op-amp. A family of force vs. VOUT curves is shown on the graph below for a standard FSR in a voltage divider conguration with various R M resistors. A (V+) of +5V was used for these examples.
Figure 3
www.interlinkelectronics.com
FSR 406 P/N: 30-73258
Mechanical Data
Part No. 406 •
Active Area: 38.1mm x 38.1mm
•
Nominal thickness: 0.54 mm
P/N: 94-00009 Rev. A
Interlink Electronics - Sensor Technologies www.interlinkelectronics.com