Blog Kuliah Teknik Elektro FT-UNAND: Sensor Gas (3 Macam Sensor) dan Aplikasinya

[MENUJU AKHIR]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

1. Tujuan

Mengetahui dan memahami sensor gas
Mengetahui dan memhami jenis-jenis sensor gas
Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor gas -Mampu mengaplikasikan sensor gas pada rangkaian
Membuat Rangkaian pendeteksi asap dengan menggunakan sensor mq-2

[kembali]

2. Komponen
1. Sensor MQ-2

Gambar 1. Sensor MQ-2

2. Resistor

Gambar 2. Resistor

3. OP AMP

Gambar 3. OP AMP

4. Transistor NPN

Gambar 4. Transistor NPN

5. Relay

Gambar 5. Relay

6. Sumber 12V

Gambar 6. Sumber 12V

[kembali]

3. Dasar Teori
Pada blog ini akan dijelaskan sensor MQ-2, sensor MQ-5, sensor MQ-7 :
3.1 Sensor MQ-2

Sensor MQ-2 umumnya digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang bersifat mudah terbakar di udara serta asap dan output membaca sebagai tegangan analog. Sensor gas asap MQ-2 dapat langsung diatur sensitifitasnya dengan memutar trimpotnya. Sensor ini biasa digunakan untuk mendeteksi kebocoran gas baik di rumah maupun di industri. Gas yang dapat dideteksi diantaranya : LPG, i-butane, propane, methane , alcohol, Hydrogen, smoke.

Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

Catu daya pemanas (input pemanas): 5V AC/DC
Catu daya rangkaian (input rangkaian): 5VDC
Range pengukuran :
200 - 5000ppm untuk LPG, propane
300 - 5000ppm untuk butane
5000 - 20000ppm untuk methane
300 - 5000ppm untuk Hidrogen
Output : Tegangan analog antara (0-5V)
Resistansi Sensor (RS): 2KΩ - 10KΩ

Sensor ini dapat mendeteksi konsentrasi gas yang mudah terbakar di udara serta asap dan keluarannya berupa tegangan analog. Sensor dapat mengukur konsentrasi gas mudah terbakar dari 300 sampai 10.000 sensor ppm. Dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150 mA pada 5V.

Sensor MQ-2 memiliki 2 input tegangan yakni VH dan Vcc. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vcc merupakan tegangan sumber serta memiliki output yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi dari sensor MQ-S :

1. Pin 1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground.

2. Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24 VDC.

3. Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5VDC.

4. Pin 4 merupakan output yang akan menghasilkan tegangan analog.

grafik respon sensor gas MQ-2 :

Gambar 7. Grafis Sensor MQ-2

3.2 Sensor MQ-5

Sensor gas MQ-5 adalah sensor universal gas yang mampu mendeteksi berbagai jenis gas seperti hidrogen (H₂), karbonmonoksida (CO), metana (CH₄), etanol (CH₃CH₂OH), propana (C₃H₈), butana (C₄H₁₀), dan gas hidrokarbon lainnya.

Sensor gas ini memang tidak sesensitif sensor gas lainnya (misalnya: untuk mendeteksi LPG yang utamanya terdiri atas propana dan butana, MQ-6 lebih sensitif. Untuk gas metana dan gas alam, MQ-4 lebih sensitif. Untuk mendeteksi alkohol paling baik menggunakan MQ-3. Sebagai pendeteksi asap, gunakan MQ-2), namun kelebihannya adalah sifatnya yang universal yang mampu mendeteksi tipe gas yang lebih luas.

Keluaran sensor ini berupa resistansi analog yang dengan mudah dapat dikonversi menjadi tegangan dengan menambahkan satu resistor biasa (bisa juga menggunakan potensiometer sehingga ambang batas sensitivitas deteksi dapat disetel sesuai kebutuhan). Dengan mengkonversi impedansi ini menjadi tegangan, hasil bacaan sensor dapat dibaca oleh pin ADC (analog to digital converter) pada microcontroller.

Spesifikasi sensor mq 5 :

- Catu daya heater : 5V AC/DC

- Catu daya rangkaian : 5VDC

- Range pengukuran : 20 - 2000ppm

- Dimensi: 0.75" diameter x 0.65" tall excluding leads (19.1mm diameter x 16.55mm tall excluding leads)

- Mampu mengukur gas LPG

- Output : analog (perubahan tegangan) dengan tambahan Rload


Gambar 8. Grafik sensor MQ-5

3.3 Sensor MQ-7

MQ-7 merupakan sensor gas yang digunakan dalam peralatan untuk mendeteksi gas karbon monoksida (CO) dalam kehidupan sehari-hari, industri, atau mobil. Fitur dari sensor gas MQ-7 ini adalah mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, dan berumur panjang. Sensor ini menggunakan catu daya heater : 5V AC/DC dan menggunakan catu daya rangkaian : 5VDC, jarak pengukuran : 20 - 2000ppm untuk ampu mengukur gas karbon monoksida.

gambar 9. Konfigurasi MQ-7

Spesifikasi:
A. Kondisi Standar Bekerja
- VC/(Tegangan Rangkaian) = 5V±0.1
- VH (H)/ Tegangan Pemanas (Tinggi) = 5V±0.1
- VH (L)/ Tegangan Pemanas (Rendah) = 1.4V±0.1
- RL/Resistansi Beban Dapat disesuaikan
- RH Resistansi Pemanas = 33Ω±5%
- TH (H) Waktu Pemanasan (Tinggi) = 60±1 seconds
- TH (L) Waktu Pemanasan (Rendah) = 90±1 seconds
- PH Konsumsi Pemanasan = Sekitar 350mW
B. Karakteristik Sensitivitas
- Rs/ Tahanan Permukaan Terhadap Tubuh = 2-20k pada 100ppm Carbon Monoxide(CO)
- a(300/100ppm)/ Tingkat Konsentrasi Kemiringan = Kurang dari 0.5 Rs (300ppm)/Rs(100ppm)
- Standar Kondisi Bekerja = Temperature -20℃±2℃ Kelembapan 65%±5% , RL:10KΩ±5%, Vc:5V±0.1V VH:5V±0.1V, VH:1.4V±0.1V
- Waktu Panaskan Tidak kurang dari 48 jam
- Jarak Deteksi: 20ppm-2000ppm carbon monoxide

Grafik Karakteristik Sensitivitas

gambar 10. grafik sensitivitas MQ-7

Menunjukkan karakteristik sensitivitas tipikal dari MQ-7 untuk beberapa gas.
- Suhu: 20 ℃, Kelembaban: 65%, O2 konsentrasi 21%
- RL = 10kΩ
- Ro: resistansi sensor pada 100ppm CO di udara bersih.
- Rs: resistansi sensor pada berbagai konsentrasi gas

Prinsip Operasi
Hambatan permukaan sensor Rs diperoleh melalui dipengaruhi sinyal output tegangan dari resistansi beban RL yang seri. Hubungan antara itu dijelaskan:
Rs\RL = (Vc-VRL) / VRL Sinyal ketika sensor digeser dari udara bersih untuk karbon monoksida (CO), pengukuran sinyal dilakukan dalam waktu satu atau dua periode pemanasan lengkap (2,5 menit dari tegangan tinggi ke tegangan rendah). Lapisan sensitif dari MQ-7 komponen gas sensitif terbuat dari SnO2 dengan stabilitas, Jadi, ia memiliki stabilitas jangka panjang yang sangat baik. Masa servis bisa mencapai 5 tahun di bawah kondisi penggunaan.

Smoke detector merupakan suatu alat yang digunakan untuk mendeteksi adanya asap sebagai bentuk antisipasi terjadinya kebakaran yang lebih besar.
Pada sensor mq-2 terdapat dua input yakni VH dan VCC. VH digunakan untuk pemanas (heater) internal dan Vcc merupakan tegangan sumber serta memiliki output yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog.

Jenis-Jenis Smoke Detector:

Ionizatio Smoke Detector: Mendeteksi asap berdasarkan proses ionisasi pada ionisasi pada radioisotop. asap akan terbawa di udara dan menyebabkan isotop terionisasi sehingga memicu alarm
Optical Smoke Detector: Mendeteksi asap berdasarkan kerapatan cahaya. penggunaan LED dan Photo Transistor.

Pada prinsip sebuah penguat operasional (operational amplifier) idela memiliki impedansi masukan yang sangat besar hingga dinyatakan sebagai impedansi masukkan tak terhingga (infinite input impedance). kondisi penguat operasional yang memiliki impedansi masukkan tak terhingga tersebut menyebabkan tidak adanya arus yang melewati masukkan membalik (inverting input) pada penguat opersional. keadaan tak berarus pada masukkan membalik tersebut membuat tegangan jatuh diantara masukkan membalik dan masukkan tak membalik bernilai 0Volt. kondisi tersebut menunjukan bahwa tegangan pada masukkan membalik adalah bernilai 0Volt karena kondisi masukkan tak membalik (non-inverting input) yang di hubungkan ke ground. kondisi masukkan membalik (inverting input) yang memiliki tegangan 0Volt tersebut dinyatakan sebagai ground semu (Virtual Ground).

[kembali]

4. Cara Kerja
Ketika sensor mq 2 mendeteksi asap maka logicstate berlogika 1 outputnya alirkan tegangan ke op amp dan ke RV1 lalu dialrikan ke R1 maka tegangan mengalir ke R2 op amp disini sebagai penguat tegangan terjadi 10x penguatan. selanjutnya tegangan dialirkan ke Q1 sehingga transistor ON saat ada arus yang mengalir melewati basis , arus juga melewati emiter ke ground sehingga saat Q1 on maka arus akan mengalir colector lalu di alirkan dan dihasilkan tersebut akan menginduksi kumparan pada RL1 relay sehingga switch akan berubah posisi. Perubahan posisi switch menyebabkan rangkaian menjadi tertutup sehingga arus mengalir menuju Fan-Dc bergerak dan Buzzer berbunyi .Jika logicstate berlogika 0 maka tidak ada arus yang di aliri sehingga Q1 transistor OFF dan switch tidak akan berubah posisi maka Fan-Dc tidak bergerak dan buzzer tidak berbunyi.

[kembali]

5. Bentuk Rangkaian