Sensor Kimia

 

Sensor Pendeteksi Nyala Rokok dengan Sensor APDS-9002 dan flame sensor

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI
1. Tujuan
2. Alat dan Bahan
3. Dasar Teori
4. Prosedur Percobaan
5. Rangkaian Simulasi
6. Video 
7. Download
1. Tujuan
- Untuk mengetahui aplikasi sensor ultreviolet yang merupakan sensor fisika
- Untuk membuat rangkaian dan mensimulasikannya dengan baik
-Memahami aplikasi dari sensor fisika(sensor ultraviolet-apds 9002) dalam rangkaian proteus
-Memahami aplikasi dari flame sensor untuk di simulasikan dalam rangkaian proteus

2. Alat dan Bahan
Alat: 
  • Voltmeter 
Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik dalam sebuah rangkaian.


BAHAN: 




Resistor
 Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya dalam suatu rangkaian listrik. 
Spesifikasi:




  • Komperator 
komparator adalah perangkat yang membandingkan dua tegangan atau arus dan mengeluarkan sinyal digital yang menunjukkan mana yang lebih besar.




  • Transistor

Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal (switching), stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor.  

Spesifikasi dan konfigurasi pin:

Spesifikasi

1. DC current gain maksimal 800

2. Arus Collector kontinu (Ic) 100mA

3. Tegangan Base-Emitter (Vbe) 6V

4. Arus Base maksimal 5mA



  • Relay


Relay adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik dalam sebuah rangkaian. Karena fungsi relay tersebut, itulah mengapa komponen yang satu ini juga disebut sebagai saklar.

 

Spesifikasi Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.

Konfigurasi pin:



Spesifikasi:



Input :
  • Sensor UVTron (digantikan dengan APDS 9002)

Sensor cahaya (APDS-9002) berfungsi untuk mengubah intensitas sinar/cahaya menjadi konduktivitas/arus litrik.



pin:



  • Flame Sensor
 


Flame detector merupakan salah satu alat instrument berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760 nm ~ 1100 nm. 

Spesifikasi dari flame detector ini adalah sebagai berikut:

           1. Keluaran = Digital (D0)

            2. Output Digital: 0 dan 1

            3. Tegangan operasi: 3.3V hingga 5V

            4. Format keluaran: Output digital (TINGGI / RENDAH) 

            5. Rentang deteksi panjang gelombang: 760nm hingga 1100nm

            6. Menggunakan komparator LM393

            7. Sudut deteksi: sekitar 60 derajat

            8. Sensitivitas yang dapat disesuaikan melalui potensiometer

            9. Arus Keluaran Maksimum: 15 mA

            10. Indikator lampu LED: daya (merah) dan output switching digital (hijau)

            11. Api yang lebih ringan mendeteksi jarak 80cm


Konfigurasi pin:

 Modul sensor api ini memiliki 4 kaki/pinout dengan konfigurasi : 

1. Vcc (5V) 

2. Gnd 

3. AO (Analog Input). 

4. Digital Output (DO). 

pin:



Grafik:


OUTPUT: 


a. LED
 
LED berfungsi sebagai penanda atau indikator bahwa Motor DC hidup.
Spesifikasi:


b. Buzzer 

Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Buzzer ini biasa dipakai pada sistem alarm, juga bisa digunakan sebagai indikasi suara. Buzzer adalah komponen elektronika yang tergolong tranduser. Sederhananya buzzer mempunyai 2 buah kaki yaitu positive dan negative.

Spesifikasi:

 
grafik:



3. Dasar Teori

  •    Sensor cahaya Ultraviolet (APDS-9002)

Ultraviolet (UV) adalah gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang sebesar  380-200 nm. Cahaya ini sulit untuk dilihat dengan mata telanjang. Cahaya ini biasanya dipancarkan oleh matahari.

Sensor cahaya ultraviolet adalah sensor cahaya yang hanya merespon perubahan intensitas cahaya ultraviolet yang mengenainya. Sensor ini menerima input dalam bentuk intensitas cahaya ultraviolet dan menghasilkan output dalam bentuk perubahan besaran listrik. 

Sensor yang umum digunakan adalah UVTron. UVTron merupakan detektor ultraviolet yang terbuat dari efek metal photoelektrik yang digabung dengan efek gas campuran. UVTron dapat mendeteksi api sehingga UVTron ini juga dikenal dengan sensor api. Keunggulan dari UVTron ini adalah memiliki konsumsi arus yang rendah dan sensitifitas yang tinggi. Untuk mengakses datanya berupa input dan output berupa sinyal digital 0 atau 1.

Sensor UV-Tron akan mengeluarkan logika high (1) jika ia mendeteksi keberadaan api dan sebaliknya sensor UV-Tron akan mengeluarkan logika low (0) jika ia tidak mendeeksi api, anda bisa mengecek keluarannya dengan multimeter analog.

 

  •    Komparator

 

Berfungsi untuk membandingkan dua tegangan yang terdapat pada kedua inputnya.

 Komparator adalah sebuat rangkaian yang dapat membandingkan besar tegangan masukan. Komparator biasanya menggunakan Op-Amp sebagai piranti utama dalam rangkaian.Vref di hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai pembagi tegangan, sehingga nilai tegangan yang di referensikan pada masukan + op-amp adalah sebesar :V = [ R1/(R1+R2) ]

Vsupply Op-amp tersebut akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op-amp akan menjadi sama dengan – Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp akan menjadi sama dengan + Vsupply. Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi – Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi + Vsupply.

Untuk op-amp yang sesuai untuk di pakai pada rangkaian op-amp untuk komparator biasanya menggunakan op-amp dengan tipe LM339 yang banyak di pasaran. Komparator merupakan rangkaian elektronik yang akan membandingkan suatu input dengan referensi tertentu untuk menghasilkan output berupa dua nilai (high dan low). Suatu komparator mempunyai dua masukan yang terdiri dari tegangan acuan (Vreference) dan tegangan masukan (Vinput) serta satu tegangan ouput (Voutput).
clip_image006

Dalam operasinya opamp akan mempunyai sebuah keluaran konstan yang bernilai”low” saat Vin lebih besar dari Vrefferensi dan “high” saat Vin lebih kecil dari Vrefferensi atau sebaliknya. Nilai low dan high tersebut akan ditentukan oleh desain dari komparator itu sendiri. Keadaan output ini disebut sebagai karakteristik output komparator.

kerja dari komparator hanya membandingkan Vin dengan Vref-nya maka dengan mengatur Vref, kita sudah mengatur kepekaan sensor terhadap perubahan tingkat intensitas cahaya yang terjadi. Dimana semakin rendah Vref semakin sensitif komparator terhadap perubahan tegangan Vin yang diakibatkan oleh perubahan intensitas cahaya


. LED

 

LED merupakan sebuah komponen yang menghasilkan cahaya monokromatik ketika diberi tegangan. LED terbuat dari semikonduktor dan 

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).

 

  • Relay


Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau swirch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen 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)

Grafik respon Relay:


  • Resistor

Simbol:

 

Resistor memiliki nilai resistansi atau hambatan yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Resistor memiliki dua pin untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu yang dapat  menghasilkan tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi  berbanding lurus dengan arus yang mengalir. 

Rumus dari Rangkaian Seri Resistor: Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn

Rumus dari Rangkaian paralel Resistor: 1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn

Rumus resistor dengan hukum ohm: R = V/I

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di tubuh resistor :


Perhitungan untuk resistor dengan 4 gelang warna :

  • Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1 (pertama)

  • Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-2

  • Masukkan Jumlah nol dari kode warna gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n)

  • Gelang ke 4 merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut

Perhitungan untuk resistor dengan 5 gelang warna :

  • Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1 (pertama)

  • Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-2

  • Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-3

  • Masukkan Jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n)

  • Gelang ke 5 merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut.

grafik:

  • Op-amp

Operational Amplifier atau lebih dikenal dengan istilah Op-Amp adalah salah satu dari bentuk IC Linear yang berfungsi sebagai penguat sinyal listrik. Sebuah Op-Amp terdiri dari beberapa transistor, dioda, resistor dan kapasitor yang terinterkoneksi dan terintegrasi sehingga memungkinkannya untuk menghasilkan gain (penguatan) yang tinggi pada rentang frekuensi yang luas. Dalam bahasa Indonesia, Op-Amp atau Operational Amplifier sering disebut juga dengan penguat operasional.

Secara umum, Operational Amplifier (Op-Amp) yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

  • Penguatan Tegangan Open-loop atau Av = ∞ (tak terhingga)
  • Tegangan Offset Keluaran (Output Offset Voltage) atau Voo = 0 (nol)
  • Impedansi Masukan (Input Impedance) atau Zin= ∞ (tak terhingga)
  • Impedansi Output (Output Impedance ) atau Zout = 0 (nol)
  • Lebar Pita (Bandwidth) atau BW = ∞ (tak terhingga)
  • Karakteristik tidak berubah dengan suhu


  • Flame Sensor

Flame detector merupakan salah satu alat instrument berupa sensor yang dapat mendeteksi nilai intensitas dan frekuensi api dengan panjang gelombang antara 760 nm ~ 1100 nm. 


Gambar. Panjang Gelombang Cahaya


Dalam suatu proses pembakaran pada pembangkit listrik tenaga uap, 
flame detector dapat mendeteksi hal tersebut dikarenakan oleh komponen-komponen pendukung dari flame detector. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan sebesar 60 derajat, dan beroperasi normal pada suhu 25 – 85 derajat Celcius. 

Cara kerja flame detector mampu bekerja dengan baik untuk menangkap nyala api untuk mencegah kebakaran, yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi  nyala apiyang dideteksi oleh keberadaan spectrum cahaya infra red maupun ultraviolet dengan menggunakan metode optic kemudian hasil pendeteksian itu akan diteruskan ke Microprosessor yang ada pada unit flame detector akan bekerja untuk membedakan spectrum cahaya yang terdapat pada api yang terdeteksi tersebut dengan sistem delay selama 2-3 detik pada detektor ini sehingga mampu mendeteksi sumber kebakaran lebih dini dan memungkinkan tidak terjadi sumber alarm palsu.

Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu, yang memungkinkan alat ini untuk membedakan antara spectrum cahaya pada api dengan spectrum cahaya lainnya seperti spectrum cahaya lampu, kilatan petir, welding arc, metal grinding, hot turbine, reactor, dan masih banyak lagi.

Grafik:

Gambar 14. Grafik Respon Flame Sensor
  • Buzzer

 


Buzzer adalah sebuah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengubah getaran listrik menjadi getaran suara. Pada dasarnya prinsip kerja buzzer hampir sama dengan loud speaker, jadi buzzer juga terdiri dari kumparan yang terpasang pada diafragma dan kemudian kumparan tersebut dialiri arus sehingga menjadi elektromagnet, kumparan tadi akan tertarik ke dalam atau keluar, tergantung dari arah arus dan 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.


  • Transistor

Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki. Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.

1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan elektron atau muatan negatif.

2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan negatif untuk keluar dari dalam transistor.

3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.
 

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal.



Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke emitor. 

 

Rumus transistor NPN:


 

Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor

teori titi saturasi transistor,pengertian titik saturasi transistor,pengertian daerah saturasi,definisi daerah saturasi,saturation region,titik saturasi transistor,daerah saturasi transistor,kondisi saturasi transistor,keadaan saturasi,transistor kondisi saturasi,analogi transistor saturasi,saklar tertutup,transistor jenug,transistor saturasi,titik saturasi,Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor,tegangan saturasi,arus saturasi transistor,resistansi saturasi,arus maksimum saturasi,rumus saturasi,konsisi penyebab saturasi,pengaruh saturasi

Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor

grafik saturasi transistor,syarat saturasi transistor,posisi saturasi transistor,persamaan tegangan saturasi,titis saturasi pada garis beban,nilai saturasi transistorGrafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor


4. Prosedur Percobaan 
-pertama disusun bahan dan alat rangkaian proteus
-lalu rangkai dan hubungkan komponen-komponen nya sehingga terbentuk rangkaian seperti gambar
-lalu rangkaian dijalankan dan disimulasikan 

5. Rangkaian Simulasi


Arus mengalir menuju kolektor transistor, ketika sinar ultraviolet terdeteksi maka basis transistor akan menerima sinar ultraviolet berupa tegangan sehingga adanya arus pada basis, karena adanya arus pada basis maka arus yang dari kolektor dann basis akan turun ke emiter, menuju C1, R1 dan op-amp non-inverting. Arus yang berada pada C1 Dan R1 akan menuju ground,di op-amp ada rus masuk sebesar 12V dari power dan ada arus yang masuk ke op-amp dimana arus didalam op-amp ini akan mengalami penguatan tegangan dan keluarannya berupa tegangan (+), kemudian arus yang keluar dari op-amp menuju R2 dan R4, arus pada R4 akan mengalir menuju R3 dan ground, arus yang berada pada R2 akan mengalir ke dioda lalu ke ground, karena adanya arus pada dioda maka dioda akan menyala. 

6. Video



7. Download
-Video (di sini)
-Rangkaian (di sini)
-Datasheet APDS 9002 (di sini)
-library sensor APDS 9002 (di sini)
-library flame sensor (di sini)
-datasheet resistor (di sini)
-datasheet led (di sini)
-datasheet relay (di sini)
-datasheet opamp (di sini)
-html (di sini)

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

BAHAN PRSENTASI UNTUK MATA KULIAH SISTEM DIGITAL SEMESTER GENAP 2020-2021 OLEH ROMA IMAM RAHMAN 1910953036 TEKNIK ELEKTRO Dosen Pengampu : M...