DAFTAR ISI

Kontrol Ledakan Gas LPG dengan Sensor MQ-2 dan Flame Sensor

1. Tujuan <kembali>

Mengetahui dan memahami sensor gas MQ-2 dan Flame Sensor
Mengetahui prinsip kerja sensor gas MQ-2 dan Flame Sensor
Mengaplikasikan sensor gas MQ-2 dan Flame Sensor sebagai kontrol ledakan gas LPG

2. Alat dan Bahan <kembali>

2.1. Alat : <kembali>

1. Power supply

Power Supply atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Catu Daya adalah suatu alat listrik yang dapat menyediakan energi listrik untuk perangkat listrik ataupun elektronika lainnya.

2 . Voltmeter DC

Difungsikan guna mengukur besarnya tegangan listrik yang terdapat dalam suatu rangkaian listrik. Dimana, untuk penyusunannya dilakukan secara paralel sesuai pada lokasi komponen yang sedang diukur.

2.2. Bahan : <kembali>

1. Resistor

Resistor merupakan komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur besarnya arus yang mengalir dalam rangkaian.

Spesifikasi Resistor yang dipakai:

a. Resistor 10k

2. Transistor(BC547)

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Spesifikasi Transistor:

1. DC Current gain(hfe) maksimal 800

2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V

4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Data Sheet Transistor

Grafik respon

3. OP AMP

Operational Amplifier atau Op-Amp adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat sinyal input baik DC maupun AC.

Konfigurasi pin Op-Amp

Gelombang input dan output Op Amp

Datasheet Op-Amp

4. Sensor Gas MQ-2

konfigurasi pin

speksifikasi

1. Tegangan Operasi + 5V

2. Dapat digunakan untuk mengukur atau mendeteksi LPG, Alkohol, Propana, Hidrogen, CO dan bahkan metana

3. Tegangan keluaran analog 0V hingga 5V

4. Tegangan keluaran digital 0V atau 5V (TTL Logic)

5. Durasi pemanasan awal 20 detik

6. Dapat digunakan sebagai sensor digital atau analog

7. Sensitivitas pin digital dapat divariasikan menggunakan potensiometer Grafik Respons

Grafik respon

5. Flame Sensor

Flame sensor adalah sensor yang dirancang untuk mendeteksi dan menanggapi keberadaan api dan memungkinkan mendeteksi api. yang dimana api tersebut memiliki panjang gelombang antara 760nm – 1100nm.

Spesifikasi Flame sensor:

a.Tegangan operasi antara 3,3 – 5 Vdc

b.Terdapat 2 output yaitu digital output dan analog output yang berupa tegangan

c.Sudah terpackage dalam bentuk modul

d.Terdapat potensiometer sebagai pengaturan sensitivitas sensor dalam mensensing

Konfigurasi pin flame sensor:

Datasheet flame sensor

6. Relay

Relay adalah komponen yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik yang besar dengan menggunakan kendali listrik arus kecil. Relay memiliki fungsi sebagai saklar atau elektromagnetik switch yang mana dikendalikan oleh magnet listrik.

Konfigurasi pin

Spesifikasi relay

7. Motor DC

Digunakan untuk output dari rangkaian dan berjalan jika sensor berlogika 1

Grafik Motor DC

8. Battery

Sumber tegangan terbagi menjadi dua yaitu sumber tegangan AC (arus bolak-balik) dan DC (arus searah), yang berfungsi sebagai penghasil tegangan pada rangkaian.Pada rangkaian ini menggunakan sumber tegangan DC.

Spesifikasi battery yang digunakan : 15V dan 25V

9. Buzzer

Buzzer merupakan sebuah komponen elektronika yang masuk dalam keluarga transduser, yang dimana dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Nama lain dari komponen ini disebut dengan beeper.

10. Logicstate

Gerbang Logika (Logic Gates) adalah sebuah entitas untuk melakukan pengolahan input-input yang berupa bilangan biner (hanya terdapat 2 kode bilangan biner yaitu, angka 1 dan 0) dengan menggunakan Teori Matematika Boolean sehingga dihasilkan sebuah sinyal output yang dapat digunakan untuk proses berikutnya

3. Dasar Teori <kembali>

1. Resistor

Resistor merupakan komponen pasif yang memiliki nilai resistansi tertentu dan berfungsi untuk menghambat jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis, diantaranya resistor nilai tetap (fixed resistor), resistor variabel (variabel resistor), thermistor, dan LDR.

Cara membaca nilai resistor

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).

5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor

2. Transistor

Transistor PNP

Pada transistor PNP, semikonduktor tipe-N diapit oleh dua semikonduktor tipe-P. Transistor PNP juga dapat dibentuk dengan menghubungkan katoda dari dua dioda sebagai base dan anoda sebagai kolektor dan emitor. Hubungan emitter-base foward bias sementara collector-base reverse bias. Jadi, arus mengalir dari emitor ke kolektor karena potensial emitor lebih besar daripada base dan kolektor.

Transistor NPN

Pada transistor NPN, semikonduktor tipe-P diapit oleh dua semikonduktor tipe-N. Transistor NPN juga dapat dibentuk dengan menghubungkan anoda dari dua dioda sebagai base dan katoda sebagai kolektor dan emitor. Arus mengalir dari kolektor ke emitor karena potensial kolektor lebih besar daripada base dan emitor.

Transistor sebagai saklar

Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titk jenuh (saturasi). Pada titk jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. Nilai resistor terhubung ke base (Rb) dapat dihitung dengan;

Rb = Vbe / Ib

Transistor sebagai penguat

Transistor sebagai penguat jika bekerja dalam daerah aktif. Tegangan, arus, dan daya dapat diperkuat dengan beberapa konfigurasi seperti common emitter, common colector, dan common base.

DC Current Gain = Collector Current (Ic) / Base Current (Ib)

3. OP-AMP

Penguat operasional atau yang dikenal sebagai Op-Amp merupakan suatu rangkaian terintegrasi atau IC yang memiliki fungsi sebagai penguat sinyal, dengan beberapa konfigurasi. Secara ideal Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang tak berhingga serta impedansi keluaran sama dengan nol. Dalam prakteknya, Op-Amp memiliki impedansi masukan dan penguatan yang besar serta impedansi keluaran yang kecil.

Op-Amp memiliki beberapa karakteristik, diantaranya:

a. Penguat tegangan tak berhingga (AV = ∼)

b. Impedansi input tak berhingga (rin = ∼)

c. Impedansi output nol (ro = 0) d. Bandwidth tak berhingga (BW = ∼)

d. Tegangan offset nol pada tegangan input (Eo = 0 untuk Ein = 0)

Rangkaian Dasar OP AMP

a. OP AMP Inverting

Penguatan yang outputnya berbeda fasa 180° dengan inputnya, bila input positif maka output akan menjadi negatif.

Vout = - (Rf / R1) Vin

b. OP AMP Non Inverting

Penguatan yang outputnya sama dengan input yaitu tidak ada pembalikan fasa.

Vout = Vin (1 + Rf / Rin)

4. Sensor MQ-2

Gas Sensor (MQ2) adalah sensor yang berguna untuk mendeteksi kebocoran gas baik pada rumah maupun industri. Sensor ini sangat cocok untuk mendeteksi H2, LPG, CH4, CO, Alkohol, Asap atau Propane. Karena sensitivitasnya yang tinggi dan waktu respon yang cepat, pengukuran dapat dilakukan dengan cepat. Sensitivitas sensor dapat disesuaikan dengan potensiometer.

Spesifikasi:

a. Catu daya pemanas : 5V AC/DC

b. Catu daya rangkaian : 5VDC

c. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen

d. Keluaran : analog (perubahan tegangan)

Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.

Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground

Grafik respon sensor:

5. Flame Sensor

Sensor ini sensitiv terhadap api dan radiasi. Biasanya digunakan pada rangkaian alarm kebakaran atau kejuaraan robot pendeteksi kebakaran. Dapat mendeteksi cahaya dengan panjang gelombang dalam jarak tertentu

Spesifikasi:

a. Mendeteksi cahaya dengan rentang panjang gelombang 760-1100 nm

b. Jarak deteksi : 20cm (4.8V) hingga 100 cm (1V)

c. Sudut deteksi : 60°

d. Tegangan operasi : 3.3-5V

e. Tegangan keluaran : analog

Respons terhadap nyala api yang terdeteksi bergantung pada pemasangan, tetapi dapat mencakup membunyikan alarm, menonaktifkan saluran bahan bakar (seperti propana atau saluran gas alam), dan mengaktifkan sistem pencegah kebakaran. Ketika digunakan dalam aplikasi seperti tungku industri, perannya adalah untuk memberikan konfirmasi bahwa tungku bekerja dengan benar; dalam hal ini mereka tidak melakukan tindakan langsung di luar memberi tahu operator atau sistem kontrol. Detektor api seringkali dapat merespon lebih cepat dan lebih akurat daripada detektor asap atau panas karena mekanisme yang digunakan untuk mendeteksi nyala api.

Grafik Respon Sensor:

Temperatur terus naik akibat proses perpindahan kalor melalui udeara sehingga sensor dapat menyerap kalor yang di pancarkan oleh api sehingga semakin lama api menyala semakin panas temperatur pada ruangan tersebut . dan disini semakin dekat jarak sensor dengan api maka semakin tinggi yang dibaca oleh alat ukur sensor begitu sebaliknya jika semakin jauh sensor dengan jarak api maka pembacaan oleh alat ukur maka kecil .

6. Relay

Relay adalah Saklar (Switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen Electromechanical (Elektromekanikal) yang terdiri dari 2 bagian utama yakni Elektromagnet (Coil) dan Mekanikal (seperangkat Kontak Saklar/Switch). Relay menggunakan Prinsip Elektromagnetik untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Sebagai contoh, dengan Relay yang menggunakan Elektromagnet 5V dan 50 mA mampu menggerakan Armature Relay (yang berfungsi sebagai saklarnya) untuk menghantarkan listrik 220V 2A.

Ada besi atau yang disebut dengan nama inti besi dililit oleh sebuah kumparan yang berfungsi sebagai pengendali. Sehingga kumparan kumparan yang diberikan arus listrik maka akan menghasilkan gaya elektromagnet. Gaya tersebut selanjutnya akan menarik angker untuk pindah dari biasanya tutup ke buka normal. Dengan demikian saklar menjadi pada posisi baru yang biasanya terbuka yang dapat menghantarkan arus listrik. Ketika armature sudah tidak dialiri arus listrik lagi maka ia akan kembali pada posisi awal, yaitu normal close.

Fitur:

1. Tegangan pemicu (tegangan kumparan) 5V

2. Arus pemicu 70mA

3. Beban maksimum AC 10A @ 250 / 125V

4. Maksimum baban DC 10A @ 30 / 28V

5. Switching maksimum

7. Lampu LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

8. Motor DC

Prinsip Kerja Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah Motor Listrik DC, yaitu Stator dan Rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan Rotor adalah bagian yang berputar, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), ArmatureWinding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator)dan Brushes (kuas/sikat arang).

Pada prinsipnya motor listrik DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti

Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

4. Percobaan <kembali>

4.1. Prosedur Percobaan <kembali>

1. Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan

2. Disarankan agara membaca datasheet setiap komponen

3. Cari komonen yang diperlukan di library proteus

4. Pasang Sensor MQ-2, flame sensor, resistor , relay, lamp, motor dc, transistor, buzzer dan batrai sesuai gambar rangkaian dibawah

5. Atur nilai resistor pada rangkaian

6. Buat rangkaian pengkondisi sinyal

7. Atur Sensor MQ-2 dan flame sensor

8. Coba dijalankan rangkaian apabila ouput hidup(lamp), motor DC hidup, dan buzzer berbunyi maka rangkaian bisa digunakan

4.2. Rangkaian Simulasi <kembali>

Ketika sensor MQ-2 dan flame sensor tidak mendeteksi objek maka lampu mati, buzzer tidak berbunyi , dan motor dc tidak bergerak

Ketika sensor MQ-2 mendeteksi objek maka lampu dan buzzer akan hidup

Ketika sensor flame sensor mendeteksi objek maka buzzer akan hidup, dan motor dc bergerak

Ketika sensor MQ-2 dan flame sensor mendeteksi objek maka lampu hidup, buzzer berbunyi, dan motor dc bergerak

4.3. Prinsip Kerja <kembali>

Pada saat sensor MQ2 mendeteksi adanya kebocoran gas LPG maka sensor akan lansung berlogika 1 yang mana sensor aktiv dan akan mengalir arus menuju op amp non inverting dengan terjadi penguatan sebesar 2x. terukur tegangan output pada sensor mq2 sebesar 5V dan setelah terjadinya penguatan tenganganya menjadi10V dan arus akan diterus kan ke led red dan masuk ke buzzer sehingga buzzer on. Jika sensor mq2 tidak terdeteksi gas LPG maka sensor akan berlogika 0.

Setelah terjadinya ledakan gas LPG apabila terjadi percikan api maka sensor flame akan berlogika 1 dan arus akan mengalir dari output sensor flame dengan tegangan sebesar 5V dan arus akan masuk ke op amp non inverting dimana terjadi penguatan sebesar 2x dengan tegangan 10V dan akan masuk ke transistor . disini terukur tegangan pada base transistor sebsar 10V dan menghidupkan transistor sehingga relay aktiv dan menghidupkan output berupa buzzer dan motor dc. Disini relay juga mendapat supply sebesar 20V.jika sensor flame tidak mendeteksi percikan api maka sensor berlogika 0.

Dariel Triwibawa

Sensor Kimia