Tugas 2 Bagian 2

                                                            Aplikasi Sederhana

Pendeteksi Gas CO Pada Proses Metalurgi Besi

Dengan Sensor MQ-7

Referensi dari gambar 21.3 halaman 934 subchapter 21.2

Daftar Isi

1. Tujuan

2. Komponen

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Simulasi

6. Link Download

1. Tujuan

• Mengetahui cara kerja alat pendeteksi gas karbon monoksida dengan sensor MQ-8 
• Memahami cara membuat rangkaian pendeteksi gas karbon monoksida menggunakan proteus
• Mengaplikasikan materi pembahasan dengan menggunakan sensor

2. Komponen

• Sensor MQ-7

Spesifikasi :

1. Circuit Voltage (Vc) : 5V
2. Heating Voltage (Vh)  : 1.4V-5V
3. Heating Time Th (High) : 60s
   
4. Heating Time Th (Low) : 90s
5. Heater resistance (Rh) : 33 ohm
6. Heater Consumption : <350 mW

• LED

Spesifikasi :

1. Tegangan : ±2 - 3V
2. 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

•  Resistor

Spesifikasi :

- Toleransi +/- 1%

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

3. Dasar Teori

Sensor MQ-7 adalah sensor gas yang digunakan untuk mendeteksi gas karbon monoksida. Sensor ini tersusun dari senyawa SnO2. Sensor MQ-7 mempunyai sensitivitas yang tinggi terhadap karbon monoksida (CO), stabil, berumur panjang.

Sensor MQ-7 dapat beroperasi pada suhu -20°C sampai 50°C.

Grafik respon sensor gas MQ-7

• LED

  

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).

• 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

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).

• 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 :

1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. 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 :

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

Hambatan permukaan sensor  (Rs) diperoleh melalui pengaruh 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). Struktur dan konfigurasi sensor gas MQ-7 disusun oleh mikro AL2O3 tabung keramik, Tin Dioksida (SnO2) lapisan sensitif, elektroda pengukuran dan pemanas adalah tetap menjadi kerak yang dibuat oleh plastik dan stainless steel bersih. Pemanas menyediakan kondisi kerja yang diperlukan untuk pekerjaan komponen sensitif. MQ-7 dibuat dengan 6 pin, 4 dari mereka yang digunakan untuk mengambil sinyal, dan 2 lainnya digunakan untuk menyediakan arus pemanasan.

5. Simulasi 

Video simulasi :

6. Link Download

Rangkaian download di sini

Html download di sini

Datasheet download di sini

Video simulasi download di sini