MAKALAH SENSOR DAN TRANDUCER “SENSOR GAS”
Disusun Oleh : 1. Mohammad Riyan Fikri (15310730008) 2. Febin Midiatmoko 3. Pandu Sudibyo 4. Ricki Anas Ansori 5. Erwin Yudi Pratama
(15310730016) (15310730023) (15310730030) (15310730032)
Dosen Pengampu : Dian Efytra Yuliana, ST
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Islam Kadiri Tahun 2016
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat, hidayat, dan anugerah-Nya kepada penyusun sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas makalah ini dengan lancar, benar dan selesai tepat waktu . Tujuan Penyusunan Makalah ini adalah untuk memenuhi nilai tugas Semester III Mata Kuliah Sensor &Transduser. Selain itu, makalah ini dapat menjadi referensi bagi kita semua berkenaan tentang materi Sensor & Transduser dengan sub
materi “Sensor
Gas” Penyusun ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada Ibu Dian Efytra Yuliana, ST selaku dosen pengampu Mata Kuliah Sensor & Transduser atas bimbingannya. Tak lupa juga pada teman-teman mahasiswa kelas A1 Semester 3 Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Islam Kadiri, karena senantiasa menghibur dan membangkitkan semangat penyusun dalam menyelesaikan makalah ini . Penyusun berharap makalah ini bisa menambah pengetahuan dan dapat menjelaskan kepada kita semua tentang materi Sensor &Transduser dengan sub materi “Sensor Gas” . Akhir kata, Tak ada gading yang tak retak, Penyusun menyadari bahwa makalah ini masih memiliki banyak kekurangan, oleh karenanya penyusun memohon maaf yang sebesar-besarnya .
Kediri, 29 November 2016
DAFTAR ISI
Kata Pengantar Daftar Isi
i ii
Bab 1 Pendahuluan 1.1 1.2
Latar Belakang Rumusan Masalah
1
1 1.3
Tujuan
1
Bab 2 Pembahasan 2.1 2.2
Pengertian Sensor Gas Macam-Macam Sensor Gas
3
3 Bab 3 Penutup 3.1 3.2
Kesimpulan Penutup
Daftar Pustaka 8
6 7
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG Pada jurusan Teknik Elektro terdapat mata kuliah Teknik Sensor & Transduser, ada banyak buku-buku Teknik Sensor & Transduser yang membahas tentang Sensor Gas serta macamnya. Pada akhirnya membuat kita bingung, maka dari itu makalah ini kami buat agar nantinya pembaca makalah ini dapat dengan mudah menguasai konsep Sensor & Transduser dengan baik dan mudah, Selain itu penyusunan makalah ini adalah guna memenuhi tugas mata kuliah Sensor & Transduser yang bertemakan Sensor Gas.
1.2 RUMUSAN MASALAH Berdasarkan latar belakang di atas timbul beberapa masalah, Diantaranya: 1
Apa pengertian dari Sensor Gas?
2
Apa saja macam-macam dari Sensor Gas?
3
Bagaimana prinsip dan cara kerja dari Sensor Gas?
1.3 TUJUAN Berdasarkan rumusan masalah di atas, Tujuan dari topik ini adalah: 1
Memahami tentang apa itu Sensor Gas beserta macam-macamnya.
2
Memahami bagaimana prinsip dan cara kerja dari beberapa sensor gas
BAB 2 PEMBAHASAN MATERI
2.1
PENJELASAN UMUM SENSOR GAS Sensor
Gas merupakan
sebuah
alat
untuk
membaca
keberadaan
bermacam jenis gas dalam suatu tempat, biasanya sensor ini di gunakan dalam sebuah sistem keselamatan. Jenis alat sensor ini di gunakan untuk membaca kebocoran gas dan menghubungkan kepada sebuah sistem pengaturan untuk menutup segala proses yang menyebabkan atau mengalami kebocoran gas tersebut. Sensor gas juga dapat membunyikan alarm agar di ketahui oleh pangawas yang berada di sekitar kebocoran gas tersebut terjadi agar para pekerja yang berada di area tersebut dapat segera mengadakan evakuasi sehingga mencegah sesuatu hal yang lebih buruk. Alat ini sangat penting untuk menghindari kejadian-kejadian yang dapat mengancam nyawa pekerja maupun hewan atau tumbuhan yang berada di sekitar area tersebut, karena beberapa jenis gas bisa sangat membahayakan. Sensor gas dapat membaca segala jenis gas yang mematikan, seperti gas yang mudah terbakar, gas beracun, gas yang dapat menimbulkan ledakan, dn jika adanya gejala pengurangan oksigen. Sensor ini dapat kita temui di berbagai jenis perusahaan dan tempat, seperti tambang minyak dan sebagainya, alat ini juga mungkin terdapat di stasiun pemadam kebakaran. Biasanya alat ini menggunakan batere untuk beroperasi. Alat ini mengirimkan sinyal peringatan menggunakan suara atau gambaran, seperti sinar lampu flashlight ataupun alarm yang bersuara nyaring saat terdapat konsentrasi gas yang dapat membahayakan bagi area tersebut. Saat alat ini merasakan konsentrasi gas yang membahayakan melebihi level yang telah di atur pada alat tersebut, alarm atau
sinyal akan diaktifkan. Pada awalnya, detektor diproduksi untuk mendeteksi hanya satu jenis gas, tetapi alat sensor modern dapat mendeteksi beberapa gas beracun atau mudah terbakar, atau bahkan kombinasi dari kedua jenis.
Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis, infrared, dan lain sebagainya). Ada dua jenis sensor gas, yaitu sensor gas portable dan sensor gas yang terpasang. Jenis sensor yang pertama merupakan alat sensor yang dapat di gunakan selagi berkeliling, yang biasanya di pasang di saku, sabuk atau topi pegawai. Jenis sensor ke dua yaitu alat sensor yang telah terpasang, biasanya alat sensor ini di pasang di dekat ruang control, dan biasanya dapat membaca lebih dari satu jenis gas yang berbahaya. 2.2
CARA KERJA SENSOR GAS SECARA UMUM
Terbentuk pada permukaan luar kristal. Tegangan permukaan yang terbentuk akan menghambat laju aliran electron seperti tampak pada ilustrasi gambar
.
Di dalam sensor, arus elektrik mengalir melewati daerah sambungan(grain boundary) dari kristal SnO2. Pada daerah sambungan, penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses deoksidasi akan terjadi, rapat permukaan dari muatan negative oksigen akan berkurang, dan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan, misal terdapat adanya gas CO yang terdeteksi maka persamaan kimianya dapat digambarkan seperti tampak pada persamaan berikut ini. CO + Oad(SnO2X)
CO2 + (SnO2X)*…………………(2)
Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor akan juga ikut menurun.
.
2.3
MACAM-MACAM SENSOR GAS A. Sensor Gas TGS2620 Sensor TGS2620 ini mempunyai elemen-elemen untuk mendeteksi gas,
terdiri dari lapisan logam oksida semikonduktor berbentuk substrat alumunium dari sebuah chip sensing yang terintegrasi dengan pemanas. Dengan adanya gas yang terdeteksi, konduktivitas sensor akan naik tergantung pada konsentrasi gas di udara. Rangkaian listrik yang sederhana dapat mengubah perubahan konduktivitas menjadi sinyal keluaran yang dapat disamakan dengan konsentrasi gas. Mengacu terhadap chip sensor yang kecil, sensor ini hanya membutuhkan arus pemanas sebesar 42 mA dan disimpan dalam paket TO-5 standar. Selain itu sensor ini juga tahan lebih lama dari sensor gas sejenis dan harganya terjangkau dalam pasaran sensor gas diseluruh dunia. Dengan adanya gas yang terdeteksi, konduktivitas sensor akan naik tergantung pada konsentrasi gas di udara. Sehingga, dalam sensor ini akan mengeluarkan output berupa hambatan, untuk mendapatkan output sebuah tegangan analog, maka kita membutuhkan rangkaian tambahan sebegai berikut,
(Gambar rangkaian dasar sensor TGS2620) Sensor ini dapat mendeteksi beberapa gas, yaitu gas methane, CO, Isobutan, Hydrogen, dan Ethanol. Fitur dari sensor ini adalah konsumsi daya rendah (Low Power Consumtion), sensitivitas deteksi alkhohol dan gas-gas lain tinggi, usia pakai panjang, biaya perawatan rendah, dan mudah dipasang dalam rangkaian.
(Gambar sensor Gas TGS2620) Spesifikasi dari sensor ini adalah
Grafik karakteristik :
Rs = Sensor resistance in displayed gases at various concentrations Ro = Sensor resistance in 300ppm of ethanol Dimensi :
B. Sensor gas LPG TGS2610 Sensor gas LPG TGS2610 merupakan salah satu sensor utama dalam penelitian ini. Sensor ini merupakan sebuah sensor kimia atau sensor gas. Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas yang mewakili gas LPS di udara yaitu gas metana dan ethanol. Sensor LPG TGS2610 mempunyai tingkat sensitifitas yang tinggi terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas gas tersebut di udara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat gas LPG di udara. Dan ketika sensor mendeteksi keberadaan gas gas tersebut maka resistensi elektrik sensor tesebut akan menurun yang menyebakan tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin besar. Selain itu, sensor juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan
ruangan sensor dari kontaminasi udara luar agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif .secara umum bentuk dari sensor gas LPG TGS2610 dapat dilihat dari gambar berikut:
Adapun prinsip kerja dari sensor ini adalah sebagai berikut, Sensor gas TGS 2610 hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing-masing sisi silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan pada outputnya ketika lapisan silikon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa adanya gas LPG yang terdeteksi, arus yang mengalir pada silikon akan tepat berada ditengahtengah silikon dan menghasilkan tegangan yang sama antara elektrode sebelah kiri dan elektrode sebelah kanan, sehingga beda tegangan yang dihasilkan pada output adalah sebesar 0 volt.
(Gambar Prinsip kerja sensor, saat tidak ada gas LPG yang terdeteksi)
Ketika terdapat gas
LPG yang mempengaruhi sensor ini, arus yang
mengalir akan berbelok mendekati atau menjauhi salah satu sisi silikon.
(Gambar Prinsip kerja sensor, saat dikenai gas LPG) Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kiri maka terjadi ketidakseimbangan tegangan output dan hal ini akan menghasilkan beda tegangan di outputnya. Begitu pula bila arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kanan. Semakin
besar
konsentrasi
gas
yang
mempengaruhi
sensor
ini,
pembelokan arus di dalam lapisan silikon juga semakin besar, sehingga ketidakseimbangan tegangan antara kedua sisi lapisan silikon pada sensor semakin besar pula. Semakin besar ketidakseimbangan tegangan ini, beda tegangan pada output sensor juga semakin besar.
C. Sensor Gas TGS2611 Sensor gas TGS2611 adalah sensor gas yang memiliki sensitifitas tinggi terhadap adanya konsentrasi gas methane disekitar sensor tersebut. Sensor ini akan memberikan perubahan resistansi apabila mendeteksi adanya gas methane disekitar sensor. Sensor ini memiliki konsumsi arus yang rendah sehingga dapat digunakan dalam waktu yang lama. Konsumsi arus utama dari sensor gas ini adalah bagian heater sensor yaitu 56mA. Sensor ini membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt yang digunakan untuk mengoperasikan heater pada sensor gas dan memberikan output perubahan tegangan dari perubahan resistansi pada sensor gas tersebut.
(Gambar sensor Gas TGS2611) D. SENSOR GAS AF-30 Sensor AF 30 adalah sensor yang dapat mendeteksi asap rokok. Jenis sensor asap secara umum dibagi menjadi 3 macam yaitu ionization smoke detector, photoelectric smoke detector, dan air-sampling smoke detector. Perbedaan dari ketiga jenis smoke detector tersebut hanyalah pada metode deteksinya. Pada dasarnya prinsip kerja dari sensor tersebut adalah mendeteksi keberadaan gas-gas yang dianggap mewakili asap rokok, yaitu gas Hydrogen dan Ethanol. Sensor AF-30 mempunyai tingkat sensitifitas yang tinggi terhadap dua jenis gas tersebut. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut diudara dengan tingkat konsentrasi tertentu, maka sensor akan menganggap terdapat asap rokok di udara. Ketika sensor mendeteksi keberadaan gas-gas tersebut maka resistansi elektrik sensor akan turun. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dsri sensor AF 30 ini, maka dapat mendeteksi adanya asap di suatu ruangan. Sensor ini dapat mendeteksi secara akurat gas dengan merasakan unsure yang terkena untuk satu sisi suatu keramik substrate. Didalamnya mempunyai sejumlah suatu penyerap keramik untuk perlindungan melawan terhadap debu atau gas yang tidak diketahui.
Heater pada sensor ini berfungsi sebagai pemicu sensor untuk dapat mendeteksi target gas ang diharapkan setelah di beri tegangan 5V. Sehingga dua element logam (2 dan 4) akan bekerja. Dan di antara dua element logam tersebut, terdapat ruang yang jarakya telah ditentukan. Apabila ada sensor mendeteksi gas, maka kerapatan ruang yang terdapat antara logam 2 dan 4 akan membesar / mengecil. Saat tahanan semakin kecil, maka arus akan mengalir dari 2 ke 4 sehinga output tegangan sensor akan besar.
(Gambar 1. Grafik tingkat sensitifitas sensor AF-30 terhadap gas) Dari grafik pada gambar diatas dapat dilihat bahwa dengan mengukur perbandingan antara resistansi sensor pada saat terdapat gas dan resistansi sensor pada udara bersih atau tidak mengandung gas tersebut (Rgas/Rair), dapat diketahui kadar gas tersebut. Sebagai contoh jika resistansi sensor (RS) pada saat terdapat gas Hydrogen adalah 1KW maka resistansi sensor (RS) pada saat udara bersih adalah 10KW. Rgas/Rair=1000ohm/10000ohm=0,1 Dari perhitungan diatas serta menurut grafik pada gambar 1, jika Rgas/Rair=0.1 maka konsentrasi gas Hydrogen pada udara adalah sekitar 100ppm. C. KARAKTERISTIK v Tegangan konstan 5V
v Sensitivitas yang tinggi
Sensor AF 30 terbuat dari bahan thick film element, lebih sedikit ketergantungan pada temperature, perlawanan getaran dan goncangan superior, rangkaian pengarah sederahan. Target gas dari sensor ini adalah gas-gas yang di anggap mewakili asap, diantaranya yaitu hydrogen dan ethanol.