Papan sirkuit cetak (PCB) yang sederhana telah menemukan aplikasi inovatif lainnya - kali ini sebagai strain gauge yang mampu mengukur defleksi dalam kisaran mikrometer. Sementara konsepnya elegan dalam kesederhanaannya, diskusi komunitas mengungkapkan kegembiraan tentang aksesibilitasnya sekaligus skeptisisme tentang keterbatasan praktisnya untuk aplikasi presisi tinggi.
Desain dan Fungsionalitas
Desain strain gauge PCB mengubah papan sirkuit itu sendiri menjadi elemen penginderaan, mampu mengukur defleksi mulai dari mikrometer hingga ±3cm. Tersedia dalam konfigurasi penginderaan 4-elemen dan 2-elemen, yang terakhir secara teoritis menawarkan drift termal yang lebih rendah dan bias manufaktur. Desainnya sengaja dibuat ramah bagi pembuat, tidak memerlukan peralatan khusus seperti hot air station atau reflow oven untuk perakitan. Pengguna dapat mengintegrasikan mikrokontroler langsung pada papan atau menghubungkan ke kontroler eksternal melalui pin header.
|  |
|---|
| *ke dalam bahasa Indonesia dengan memperhatikan aturan yang diberikan. |
| Halaman repositori GitHub untuk proyek PCB strain gauge, menampilkan desainnya dan sumber daya untuk perakitannya |
Tantangan Pengukuran Presisi
Diskusi komunitas telah berpusat pada apakah pendekatan DIY ini dapat melayani aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi, seperti timbangan dengan akurasi miligram. Konsensus menunjukkan keterbatasan yang signifikan. Tidak seperti strain gauge komersial yang biasanya menggunakan elemen resistif constantan pada film poliimida, material PCB FR4 menghadirkan tantangan inheren karena sifat higroskopisnya dan karakteristik ekspansi termal.
All sensors are thermometers, some measure other things too.
Komentar berwawasan ini merangkum tantangan mendasar dengan strain gauge PCB. Variasi suhu secara signifikan mempengaruhi pembacaan, memerlukan kalibrasi yang cermat dan kondisi operasi yang stabil. Firmware mencoba mengatasi ini dengan memasukkan rutinitas kalibrasi offset 5 detik, dengan rekomendasi untuk membiarkan papan mencapai stabilitas termal setidaknya 5 menit sebelum kalibrasi untuk pengukuran sensitivitas tinggi.
Pertimbangan Material dan Alternatif
Kecenderungan FR4 untuk menyerap kelembaban dan potensinya untuk mechanical creep (deformasi permanen di bawah beban berkelanjutan) menimbulkan kekhawatiran tentang stabilitas jangka panjang dan kemampuan pengulangan. Strain gauge komersial biasanya menggunakan badan baja justru karena mereka tahan terhadap creep. Untuk aplikasi yang membutuhkan akurasi miligram sejati, anggota komunitas menyarankan alternatif seperti Kibble balance, desain kumparan elektromagnetik, atau strain gauge komersial yang, meskipun lebih mahal, menawarkan stabilitas yang lebih baik di berbagai kondisi lingkungan.
Spesifikasi PCB Strain Gauge:
- Dimensi papan: 20 mm x 118 mm, 2 lapisan
- Ketebalan yang direkomendasikan: 0,6mm (dapat disesuaikan untuk aplikasi yang berbeda)
- Lebar jalur minimum: 0,15mm (~6mil)
- Konfigurasi penginderaan: jembatan 4-elemen atau 2-elemen
- Rentang pengukuran: Mikrometer hingga ±3cm defleksi skala penuh
- Penguat opsional: persegi panjang 20 mm x 42 mm (dapat dipasang dengan 3M VHB 5906)
Batasan Utama:
- Sensitivitas suhu (memerlukan stabilisasi termal lebih dari 5 menit)
- Sensitivitas kelembaban (FR4 bersifat higroskopis)
- Potensi creep mekanis di bawah beban berkelanjutan
- Kalibrasi diperlukan sebelum setiap pengukuran presisi
Aplikasi Praktis
Terlepas dari keterbatasannya untuk metrologi presisi tinggi, strain gauge PCB menawarkan aplikasi berharga di mana akurasi absolut kurang penting daripada pengukuran relatif atau deteksi ambang batas sederhana. Opsi kustomisasi proyek, termasuk alat untuk menghasilkan elemen penginderaan dengan bentuk dan kelengkungan yang berbeda, menjadikannya sangat cocok untuk tujuan pendidikan, pembuatan prototipe, atau aplikasi di mana pengukuran gaya yang mendekati sudah cukup.
Bagi para penghobi yang tertarik mengeksplorasi pengukuran strain tanpa berinvestasi dalam komponen khusus, pendekatan ini menyediakan titik masuk yang mudah diakses. Namun, mereka yang membutuhkan pengukuran yang konsisten dan terkalibrasi di berbagai kondisi lingkungan kemungkinan perlu berinvestasi dalam solusi strain gauge yang lebih tradisional atau teknologi pengukuran alternatif.
Referensi: PCB Strain Gauge