Sensor Gas

Sensor Gas

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan 

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Rangkaian
5. Video Tutorial
6. Link Download 

1. Tujuan 

- Membuat sebuah rangkaian sensor gas.
- Memahami prinsip kerja dari rangkaian sensor gas.

2. Alat dan Bahan 

- Baterai;
- Kapasitor;
- Resistor;
- Switch SPST;
- Gerbang Logika NOT;
- VCC
- Ground
- Potensiometer;
- Sensor gas MQ4;
- IC ADC0804 (ADC 8 bit);
- IC 74LS248 (BCD To 7-Segment Decoder);
- Seven Segment Common Cathode;

3. Dasar Teori 

Tranduser merupakan elemen masukan yang fungsi kritisnya adalah mengubah besaran fisis menjadi sinyal listrik yang sebanding. Dengan demikian pemilihan tranduser yang sesuai merupakan langkah pertama yang paling penting dalam mendapatkan hasil yang teliti. Sedangkan pengertian sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi. Sensor merupakan jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

Sensor gas adalah sensor yang befungsi untuk mengukur senyawa gas polutan yang ada di udara,seperti karbonmonoksida, hidrokarbon, nitrooksida, dan lain-lain. Sudah semakin banyak dipasaran telah beredar pengindra ga semikonduktor. Tentunya dibedakan oleh sensitivitas sensor tersebut, semakin mahal maka sensitivitas semakin bagus. Pengindra gas tersebut bekerja dengan semakin tinggi konsentrasi gas maka resistansinya semakin rendah. Banyak sekali type sensor gas yang digunakan dan tersedia dipasaran, seperti sensor gas untuk mendeteksi gas LPG yaitu type TGS dan MQ, yang membedakannya ialah cuman dari perusahaan yang mempruduksinya yang berbeda, namun dalam segi bentuk fisiknya mendekati sama.

Sensor Gas LPG TGS2610

Figaro TGS2610 merupakan sensor kimia atau gas sensor seperti ethanol, hydrogen, methane, dan iso-butana/propana. Sensor ini mempunyai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas dan mempuyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar.. TGS2610 mempunyai sensitivitas yang sangat tinggi terhadap propane dan butane, sehingga cocok sebagai monitor atau pendeteksi dari gas LPG. Sensor ini membutuhkan nilai pemanas sebesar 56 mA. Sensor ini membutuhkan dua tegangan masukan yakni tegangan untuk heater (VH) dan tegangan untuk sirkuit (Vc). Tegangan heater (VH) diterapkan pada satuan heater agar mempertahankan element cessing saat temperature naik dengan optimal.

Gambar 1. Sensor gas Figaro TGS2610.

Rumus

Output tegangan pada hambatan RL (Vout) digunakan sebagai input, nilai resitansi RL dipilih agar konsumsi daya daya dari sensor (Ps) di bawah batas 15 mW, nilai Ps akan meningkat pada waktu nilai resitansi sensor Rs sama dengann Resistansi RL. Nilai Ps dapat dicari berdasarkan persamaan berikut : 

PS =  ............. (1.1)

RS =  x RI  ....... (1.2)

Gambar 2. Data karakteristik kesensitivitas sensor TGS2610 saat tes standar.

Pada gambar berikut, sumbu Y diinduksikan sebagai rasio resistansi sensor (Rs/Ro) yang didefinisikan sebagai berikut :
Rs : Resistansi pada saat gas dalam konsentrasi yang berbeda.
Ro : Resistansi dalam 1800 ppm dari iso-butana.

Gambar 3. Struktur dan dimensi dari sensor gas TGS2610.

Sensor Gas Hidrogen TGS2600

Figaro TGS2600 adalah tranduser utama yang digunakan dalam rangkaian ini, yang merupakan sebuah sensor kimia atau gas sensor. Sensor ini mempunyai nilai resistansi Rs yang akan berubah bila terkena gas dan juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan sensor dari kontaminasi udara luar.

Gambar 4. Sensor gas Figaro TGS2600.

Gambar 5. Rangkaian dalam dan rumus dari sensor gas TGS2600.

Rumus

Output tegangan pada hambatan RL (Vout) digunakan sebagai masukan pada mikroprosesor. Nilai resistansi RL dipilih agar konsumsi daya dari sensor (PS) di bawah batas 15 mW, Nilai PS akan meningkat pada waktu nilai resistansi sensor RS sama dengan resistansi RL.

Ps =  ...... (1.3)

Rs =  x RI ....... (1.4)

Pemanas pada sensor memerlukan tegangan yang konstan (+- 5 volt DC) agar sinyal output sensor dapat terjaga keseimbangannya.

Diagram sensitivitas

Gambar 6. Data karakteristik kesensitivitas sensor TGS2600 saat tes standar.

Bahan detector gas dari sensor adalah metal oksida, khususnya senyawa SnO₂. Ketika Kristal metal oksida (SnO₂) dihangatkan pada temperatur tertentu, oksigen akan diserap pada permukaan Kristal dan oksigen akan bermuatan negatif.

1/2O2 + (SnO2.x) * O^-ad(SnO2.x) ……. (1.5)

Hal ini disebabkan karena permukaan Kristal mendonorkan electron pada oksigen yang terdapat pada lapisan luar, sehingga oksigen akan bermuatan negatif dan muatan positif akan terbentuk pada luar kristal. Tegangan permukaan yang terbentuk akan menghambat laju aliran electron.

Gambar 7. Ilustrasi penyerapan oksigen (O2) oleh sensor TGS2600.

Gambar 8. Ilustrasi terdeteksinya gas oleh sensor TGS2600.

Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor akan juga ikut menurun.

Hubungan antara resistansi sensor dengan konsentrasi gas pada proses deoksidasi dapat ditunjukkan dengan persamaan berikut : 

R = A . [C] - 3 ........ (1.6) 
Keterangan :
R : Resistansi sensor.
A, α : Konstanta.

[C] : Konsentrasi gas.

Spesifikasi teknis pada sensor Figaro TGS2600 adalah : 

Target gas : Hidrogen dan Karbon Monoksida.

Output : Resistansi.

Typical Detection Range : 1 ppm – 30 ppm.

Heater Voltage : 5V +- 0.2V (DC/AC).

Circuit Voltage : 5V +- 0.2V (DC/AC).

Power Consumption : £ 15mW.

Sensor resistance : 10 KOhm – 90 KOhm (di udara).

Sensor Gas Nitrogen Dioksida TGS2106

Selama bertahun –tahun dipasaran beredar pengindera gas. Pengindera gas semi konduktor dari jepang merek Figaro. Faktor kemudahan dan harga dan kemudahan untuk memperolehnya membuat pengindera gas tersebut dipakai dalam system pengukuran gas NO2. Pengindera gas semacam ini dapat dianggap sebagai resistor NPC. Jadi resistor dengan “Negative pollution coefficient” singkat dan tegas. Semakin tinggi kosentrasi gas yang tidak diinginkan maka semakin rendah resistansinya. Perancangan ini menggunakan sensor gas TGS2106 keluaran Figaro. 

Gambar 9. Sensor gas Figaro TGS2106.

Gambar 10. Koneksi pin sensor gas Figaro TGS2106.

Gambar 11. Rangkaian dalam dari sensor gas Figaro TGS2106.

Tahanan TGS

Besarnya tahanan yang bearada dalam kemasan TGS tergantung pada tegangan catu, tahunan R, dan penukuran tegangan VRL. 

Gambar 12. Data sensitivitas dan tanggapan dari sensor TGS 2106.

Rumus

RS =  x RL

Keterangan :

RS = Resistansi sensor.

RL = Resistansi beban.

Vc = Tegangan catu / Power Supply

VRL = Tegangan output. 

4. Rangkaian 

Untuk rangkaian sensor gas ini saya membuat rangkaian yang khusus membaca nilai dari kondisi gas terbaca oleh sensor gas dengan menggunakan ADC0804 dan juga rangkaian dalam dari sensor gas MQ4.

Komponen :

1. Baterai.
2. Sensor gas (MQ 4) namun dalam simulasi saya mencoba menggantinya dengan rangkaian dalam sensor gas.

Gambar 13. Sensor gas MQ4.

Gambar 14. Rangkaian dalam sensor gas MQ4.

3. IC ADC0804.

Gambar 15. Bentuk IC ADC0804.

4. IC BCD 74LS248 dan Seven Segment Common Cathode.

Gambar 16. Bentuk IC 74LS248 dan Seven Segment Common Cathode.

Berikut ini adalah gambar keseluruhan dari rangkaian tersebut :

Gambar 17. Rangkaian keseluruhan Rangkaian Pembacaan Nilai Sensor Gas.

5. Video Tutorial 

Berikut ini adalah video tutorial dari rangkaian Forward Bias dan Reverse Bias :

1. Rangkaian Forward Bias

2. Rangkaian Reverse Bias

6. Link Download 

Link Download Rangkaian Sensor Gas : DOWNLOAD
Link Download Video Tutorial Rangkaian Reverse Bias :  DOWNLOAD
Link Download Datasheet Sensor MQ4 : DOWNLOAD
Link Download Datasheet IC ADC0804 : DOWNLOAD
Link Download Datasheet IC 74LS248 : DOWNLOAD
Link Download (Rangkaian + Video + HTML) : DOWNLOAD