Oktober 2020 ~ 2010953008 Ramadhana Putra

THERMOCOUPLE DAN PENGAPLIKASIANNYA

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Simulasi

6. Link Download

1. Tujuan

a) Untuk mengetahui apa itu sensor Thermocouple

b) Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja dari sensor Thermocouple

c) Untuk mempelajari aplikasi dari sensor Thermocouple

d) Untuk mempelajari simulasi rangkaian sensor Thermocouple dengan menggunakan aplikasi proteus

2. Komponen

OP-AMP CA3140

Spesifikasi :

- Impedansi input : 1,5 T ohm

- Arus yang ditarik : 10pA (Piko ampere)

Sensor Thermocouple
Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”.

Resistor

Spesifikasi :

- Toleransi +/- 1%

- Daya : 1/2 watt atau 1/4 watt

Spesifikasi :

- Tegangan : ±2 - 3V

- Arus : ±20 mA

Potensiometer

Potensiometer adalah sebuah jenis resistor yang mengatur sebuah tahanan atau hambatan secara linier atau Komponen resistif tiga kawat yang bertindak sebagai pembagi tegangan yang menghasilkan sinyal output tegangan variabel kontinu yang sebanding dengan posisi fisik wiper di sepanjang trek.

3. Dasar Teori

Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”. Efek Thermo-electric pada Termokopel ini ditemukan oleh seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck pada Tahun 1821, dimana sebuah logam konduktor yang diberi perbedaan panas secara gradient akan menghasilkan tegangan listrik. Perbedaan Tegangan listrik diantara dua persimpangan (junction) ini dinamakan dengan Efek “Seeback”.

Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding.

Gambar 1. Simbol Thermocouple

Kelebihan Thermocouple

§Self Powered

§Sederhana

§Murah

§Bentuk yang beragam

§Range respon suhu yang luas

Kekurangan Thermcouple

§Tidak linier

§Tegangan output rendah

§Memerlukan tegangan referensi

§Kurang Stabil

§Kurang Sensitif

Karakteristik Thermocouple

Salah satu contoh thermocouple adalah J-TC Thermocouple. JTC merupakan sensor yang mengubah besaran suhu menjadi tegangan, dimana sensor ini dibuat dari sambungan dua bahan metallic yang berlainan jenis. Sambungan ini dikomposisikan dengan campuran kimia tertentu, sehingga dihasilkan beda potensial antar sambungan yang akan berubah terhadap suhu yang dideteksi.

Prinsip Kerja Termokopel (Thermocouple)

Prinsip kerja Termokopel cukup mudah dan sederhana. Pada dasarnya Termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya. Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.

Untuk lebih jelas mengenai Prinsip Kerja Termokopel, mari kita melihat gambar dibawah ini :

Gambar 2. Skema Prinsip Kerja Thermocouple

Berdasarkan Gambar diatas, ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan Tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti oleh kita.

Jenis-jenis Termokopel (Thermocouple)

Termokopel tersedia dalam berbagai ragam rentang suhu dan jenis bahan. Pada dasarnya, gabungan jenis-jenis logam konduktor yang berbeda akan menghasilkan rentang suhu operasional yang berbeda pula. Berikut ini adalah Jenis-jenis atau tipe Termokopel yang umum digunakan berdasarkan Standar Internasional.

Gambar 3. Grafik Respon Sensor Thermocouple

1. Termokopel Tipe E

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 900˚C

2. Termokopel Tipe J

Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C – 750˚C

3. Termokopel Tipe K

Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C – 1250˚C

4. Termokopel Tipe N

Bahan Logam Konduktor Positif : Nicrosil
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C – 1250˚C

5. Termokopel Tipe T

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 350˚C

6. Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)

Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-Nickel
Rentang Suhu : 0˚C – 1450˚C

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.Prinsip kerja resistor adalah dengan mengatur elektron (arus listrik) yang mengalir melewatinya dengan menggunakan jenis material konduktif tertentu yang dicampur dengan material lain sehingga menimbulkan suatu hambatan pada aliran elektron (arus listrik).

LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

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).

CA3140
CA3140 adalah penguat operasional sirkuit terpadu yang menggabungkan kelebihan dari PMOS transistor tegangan tinggi dengan tegangan tinggi transistor bipolar pada sebuah chip monolithic.

Peringkat Maksimum Mutlak

Tegangan Suplai DC (Antara Terminal V + dan V-). ..... . ... . . . . . . . . 36V

Tegangan Input Mode Diferensial. . . . . . . . . .... ... . . ... . .. ... . . . . . . . . . 8V

Tegangan Input DC. . . . . . . . . . . . . . . . . ... ... ... . . (V + + 8V) Ke (V- -0.5V)

Input Terminal Saat Ini. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .... .... . . . . . . . . . . 1mA

Output Short Circuit Duration∞ (Catatan 2). . . . . ... ... .. .... . . . . . . . Tak terbatas

Rentang Suhu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . ... ... . . -55oC sampai 125oC

Suhu Persimpangan Maksimum (Paket Plastik). ..... . ... ... . . . . . 150oC

Kisaran Suhu Penyimpanan Maksimum. . . . . .. .... .... .. ... -65oC hingga 150oC

Suhu Timbal Maksimum (Solder 10s). . . . .... . ... . ..... . . . . 300oC

4. Percobaan

Rangkaian

5. Simulasi

Video simulasi :

6. Link Download

- Rangkaian download di sini

- Html download di sini

- Video simulasi download di sini

- Datasheet download di sini

PENDETEKSI GAS HIDROGEN

DENGAN SENSOR GAS MQ 8

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Simulasi

6. Link Download

1. Tujuan

Memenuhi tugas
Merancang sensor yang dapat mendeteksi gas hidrogen yang ada di udara
Dapat membuat rangkaian sensor pendeteksi gas hidrogen pada proteus

2. Komponen

Sensor MQ-8

Spesifikasi :

a. Target Gas : Gas Hidrogen (H2)

b. Output : Resistance (tahanan)

c. Range pendeteksian : 100 - 10000 ppm

d. Pemanasan tegangan : 5V±0.1 (DC/AC)

e. Tegangan Rangkaian : 5V±0.1 (DC/AC)

Resistor

Spesifikasi :

- Toleransi +/- 1%

- Daya : 1/2 watt atau 1/4 watt

Spesifikasi :

- Tegangan : ±2 - 3V

- Arus : ±20 mA

Relay 5V

Spesifikasi

- Tegangan Nominal : 3 VDC hingga 48 VDC - Resistensi Coil 50 ± 10% - Operasi Tegangan : 3.75V - Rilis Tegangan : 0,5V - Konsumsi Daya Nominal : 360 hingga 450 mW

Transistor

Spesifikasi :

- - Transistor NPN arus tinggi Bi-Polar

- - Penguatan Arus DC (hFE) adalah 100

- - Arus Kolektor Kontinyu (IC) adalah 800mA

- - Emitter Base Voltage (VBE) adalah 6V

- - Collector Emitter Voltage (VCE) adalah 30V

- - Base Current (IB) adalah maksimum 5mA

Baterai

Spesifikasi :

- 12v

Buzzer

Spesifikasi :

- Tegangan terukur = 12V DC

- Tegangan operasi = 3-24V DC

- Nilai saat ini = <30mA

- Output suara => 90 dB

- Frekuensi resonansi = 3000 +/- 500 Hz

- Suhu operasi = -20C s / d + 60C

- Suhu penyimpanan = -20C s / d + 70C

3. Dasar Teori

Sensor MQ-8

MQ8 adalah sensor semikonduktor yang dapat mendeteksi keberadaan gas Hidrogen pada konsentrasi dari 100 hingga 10.000 ppm. Bahan sensitif yang digunakan untuk sensor ini adalah SnO2, yang konduktivitasnya lebih rendah di udara bersih. Konduktivitasnya meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi gas penginderaan. Sensor gas Hidrogen MQ8 dapat dengan mudah dihubungkan dengan Mikrokontroler, Papan Arduino, Raspberry Pi dll menggunakan Analog to Digital Converter (ADC).

Buzzer

Merupakan suatu perangkat sinyal yang dapat mengeluarkan suara apabila adanya getaran listrik yang kemudia dikonversikan menjadi getaran suara. Prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker. Buzzer terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi electromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari polaritas magnetnya, karena kumparan dipasang pada diafragma, maka setiap gerakan kumparan akan menggerakkan diafragma secara bolak-balik sehingga membuat udara bergetar yang akan menghasilkan suara. Biasanya komponen ini digunakan sebagai indikator bahwa proses telah selesai atau terjadi kesalahan yang akan diposisikan seperti alarm.

Baterai

Baterai merupakan alat yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia saat pengisian dan mengubah energi kimia menjadi energi listrik saat digunakan. Baterai memiliki dua kutub yaitu kutub pertama yang bertanda positif (+) dan kutub kedua yang bertanda negatif (-).

Prinsip kerja :

Di dalam baterai ada beberapa sel listrik, dan sel listrik tersebut menjadi tempat menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia. Elektroda-elektroda yang tersimpan di dalam baterai ada yang negatif ada pula yang positif. Elektroda negatif disebut katoda, yang memiliki fungsi sebagai pemberi elektron. Sedangkan elektroda positif, disebut anoda yang berfungsi sebagai penerima elektron.

Ada aliran arus listrik yang mengalir dari kutub positif (anoda) ke kutub negatif (katoda). Sedangkan elektron akan mengalir dari kutub negatif menuju kutub positif.

Di dalam baterai sendiri, terjadi sebuah reaksi kimia yang menghasilkan elektron. Kecepatan dari proses ini (elektron, sebagai hasil dari elektrokimia) mengontrol seberapa banyak elektron dapat mengalir diantara kedua kutub. Elektron mengalir dari baterai ke kabel dan tentunya bergerak dari kutun negatif ke lutub positif tempat dimana reaksi kimia tersebutr sedang berlangsung.

Dan inilah alasan mengapa baterai bisa bertahan selama satu tahun dan masih memiliki sedikit power, selama tidak terjadi reaksi kimia atau selama kita tidak menghubungkannya dengan kabel atau sejenis Load lain. Seketika kita menghubungkannya dengan kabel maka reaksi kimia pun dimulai.

Lalu bagaimana komponen-komponen tersebut bisa menghasilkan aliran listrik? Begini, anoda dan katoda terbuat dari bahan yang dapat bereaksi dengan bahan elektrolitnya. Saat anoda dan elektrolit bereaksi, terbentuklah satu senyawa baru yang menyisakan satu elektron. Sebaliknya, reaksi antara katoda dan elektrolit membutuhkan satu elektron.

Transistor

Transistor adalah sebuah komponen elektronika yang digunakan untuk penguat, sebagai sirkuit pemutus, sebagai penyambung, sebagai stabilitas tegangan, modulasi sinyal dan lain-lain. Fungsi transistor juga sebagai kran listrik yang dimana berdasarkan tegangan inputnya, memungkinkan pengalihat listrik yang akurat yang berasal dari sumber listrik.

Cara kerja transistor NPN adalah sebagai berikut: ketika saklar dihubungkan maka arus listrik utama akan mengalir dari positif baterai melewati beban (lampu) dan ke kaki Collector, arus terhenti di kaki Collector karena transistor belum aktif (belum mendapatkan arus pemicu), karena beban atau lampu belum mendapatkan massa maka lampu masih mati.

Dan pada saat yang sama arus pemicu yang lebih kecil dari arus utama mengalir dari positif baterai menuju Resistor, saklar, lalu ke kaki Basic dan menuju kaki Emitor selanjutnya ke massa. Dengan adanya arus pemicu ini membuat transistor menjadi aktif, selanjutnya arus sesungguhya yang tadi terhenti pada kaki Collector akan lanjut mengalir ke kaki Emitor dan berakhir di massa, sehingga beban atau lampu akan mendapatkan massa dan lampu pun akan menyala.

Resistor

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.

Cara kerja relay :

Pada dasarnya, Relay terdiri dari 4 komponen dasar yaitu :

Electromagnet (Coil)
Armature
Switch Contact Point (Saklar)
Spring

Berikut ini merupakan gambar dari bagian-bagian Relay :

Kontak Poin (Contact Point) Relay terdiri dari 2 jenis yaitu :

Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi CLOSE (tertutup)
Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)

Berdasarkan gambar diatas, sebuah Besi (Iron Core) yang dililit oleh sebuah kumparan Coil yang berfungsi untuk mengendalikan Besi tersebut. Apabila Kumparan Coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya Elektromagnet yang kemudian menarik Armature untuk berpindah dari Posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi Saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana Armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi OPEN atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, Armature akan kembali lagi ke posisi Awal (NC). Coil yang digunakan oleh Relay untuk menarik Contact Poin ke Posisi Close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil.

4. Percobaan

Langkah membuat rangkaian menggunakan proteus :

1. Siapkan komponen yang dibutuhkan seperti gambar di bawah

2. Lalu susun komponen seperti gambar di bawah

3. Kemudian sambungkan komponen satu persatu seperti gambar dibawah

4. Jangan lupa untuk menambahkan file gas pada proteus

5. Rangkaian akan tampil seperti ini apabila di run

Sensor Gas Hidrogen (MQ-8) adalah salah satu sensor gas yang memiliki sensivitas tinggi terhadap gas hidrogen. Sensor ini juga memiliki kepekaan terhadap alkohol, gas LPG dan asap masakan namun kecil kepekaannya. Sensor ini merupakan sensor gas semikonduktor yang peka terhadap gas hidrogen dengan respon pendeteksian yang cepat. Jika molekul gas H2 mengenai permukaan sensor maka satuan resistansinya akan mengecil sesuai dengan konsentrasi gas, sebaliknya jika konsentrasi gas menurun akan diikuti dengan semakin tingginya resistansi maka tegangan keluarannya akan menurun. Pengaruh perubahan konsentrasi gas dapat mengubah nilai resistansi sensor dan juga akan mempengaruhi tegangan keluarannya, sehingga perbedaan inilah yang dijadikan acuan bagi pendeteksi gas berbahaya ini.

2010953008 Ramadhana Putra

Rabu, 21 Oktober 2020