Sensor Kimia



Aplikasi Pendeteksi Kebakaran
(Sensor Mq-2 dan Flame Sensor) 

1. Tujuan     [kembali]

a. Mengetahui pengertian Sensor Api (Flame) dan Sensor Gas (MQ2)

b. Mengetahui cara kerja Sensor Api (Flame) dan Sensor Gas (MQ2)

c. Mengetahui kegunaan Sensor Api (Flame) dan Sensor Gas (MQ2) dalam kehidupan sehari-hari dengan pengaplikasiannya


2. Alat dan Bahan      [kembali]       

  2.1 Alat      [kembali]

    2.1.1 Voltmeter

    Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan dalam rangkaian listrik.






  2.2.1 Sensor Flame
    Sensor Flame berfungsi untuk mendeteksi api di sekitar sensor.



2.2.2  Sensor MQ2
    Sensor MQ2 berfungsi untuk mendeteksi adanya gas disekitar sensor.




2.2.3 Buzzer
    Buzzer berfungsi sebagai penanda atau peringatan adanya  gas disekitar buzzzer.

 
2.2.4  LED
 LED berfungsi sebagai penanda atau indikator bahwa sensor Flame dan MQ2 mendeteksi adanya gas atau api yang dapat membahayakan.



2.2.5 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. 

2.2.6 Relay
    Relay berfungsi untuk memutus dan menghubungkan rangkaian dalam suatu rangkaian listrik.
2.2.7  Motor DC
    Motor dc dalam rangkaian ini berfungsi untuk memompakan air pada saat sensor Flame mendeteksi adanya api yang akan membahayakan atau terjadinya kebakaran.

                                
2.2.8 Transistor NPN

    Termasuk dalam komponen semikonduktor aktif adalah transistor, Transistor ini berfungsi untuk menhidupkan motor dan mengaktifkan buzzer.

2.2.9  Baterai
    Baterai berfungsi sebagai sumber tegangan pada suatu rangkaian, juga mengaktikan buzzer dan motor DC.


 3.1 Sensor Flame

    Flame sensor merupakan sensor yang mempunyai fungsi sebagai pendeteksi nyala api yang dimana api tersebut memiliki panjang gelombang antara 760nm – 1100nm. Sensor ini menggunakan infrared sebagai tranduser dalam mensensing kondisi nyala api.
    Dalam kebanyakan pertandingan kompetisi robot, pendeteksian akan nyala api misalny lilin masih tetap jadi salah satu aturan yang umum dalam kompetensi lomba yang tidak akan pernah ditinggalkan. Dikarena itulah sensor ini mempunyai peran yang vital yang berfungsi sebagai “mata” bagi robot dalam menyelesaikan tugasnya menemukan posisi nyala api. Suhu normal pembacaan normal sensor ini yaitu pada 25 – 85°C dengan besar sudut pembacaan pada 60°.



    Spesifikasi sensor Flame antara lain :
Output= Digital (D0)
Working voltage: 3.3V to 5V
Output format: Digital output (HIGH/LOW)\
Wavelength detection range: 760nm to 1100nm
Using LM393 comparator
Detection angle: About 60 degrees, particularly sensitive to the flame spectrum
Lighter flame detect distance 80cm
    Cara kerja sensor ini yaitu dengan mengidentifikasi atau mendeteksi  nyala api dengan menggunakan metode optik. Pada sensor ini menggunakan tranduser yang berupa infrared (IR) sebagai sensing sensor. Tranduser ini digunakan untuk mendeteksi akan penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu.
    Prinsip Flame Detektor tersebut menggunakan metode optik yang bekerja seperti UV (ultraviolet) dan IR (infrared), pencitraan visual api, serta spektroskopi yang berfungsi untuk mengidentifikasi percikan api atau flame. Reaksi intens bahan yang memicu kebakaran dapat ditandai dari UV, terlihatnya emisi karbondioksida, dan radiasi dari infrared. Flame Detector juga mampu membedakan antara False Alarm atau peringatan palsu dengan api kebakaran sungguhan melalui komponen sistem yang dirancang dengan fungsi mendeteksi adanya penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang tertentu.
    Teknologi Flame Sensing yang umum digunakan adalah teknologi Visual Flame Imaging, UV atau ultraviolet, MSIR atau Multi-Spectrum Infrared, dan UV/IR yang merupakan gabungan dari ultraviolet/infrared. Keempat teknologi tersebut dirancang berdasarkan dengan deteksi radiasi line-of-sight yang berasal dari visible, UV, hingga IR spectral bands oleh percikan api.
    Berikut contoh simulasi sensor Flame pada Arduino :


    Fitur dari flame sensor

  • Tegangan operasi antara 3,3 – 5 Vdc
  • Terdapat 2 output yaitu digital output dan analog output yang berupa tegangan
  • Sudah terpackage dalam bentuk modul
  • Terdapat potensiometer sebagai pengaturan sensitivitas sensor dalam mensensing

   3.2  Sensor MQ2

    Sensor MQ2 adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi konsentrasi gas yang 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. Sensor ini sangat cocok di gunakan untuk alat emergensi sebagai deteksi gas-gas, seperti deteksi kebocoran gas, deteksi asap untuk pencegahan kebakaran dan lain lain.

    Sensor gas MQ2 tersusun oleh senyawa SnO2, dengan sifat conductivity rendah pada udara yang bersih, atau sifat penghantar yang tidak baik. Sifat conductivity semakin naik jika konsentrasi gas asap semakin tinggi di sekitar sensor gas. Lebih jelas nya bisa dilihat di datasheet sensor ini. Spesifikasi sensor pada sensor gas MQ-2 adalah sebagai berikut:

  1. Catu daya pemanas : 5V AC/DC
  2. Catu daya rangkaian : 5VDC
  3. Range pengukuran : 200 - 5000ppm untuk LPG, propane 300 - 5000ppm untuk butane 5000 - 20000ppm untuk methane 300 - 5000ppm untuk Hidrogen
  4.  Keluaran : analog (perubahan tegangan)
    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 terdapat 2 masukan tegangan yakni VH dan VC. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (Heater) internal dan Vc merupakan tegangan sumber serta memiliki keluaran 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.
    Sensor Asap MQ-2 berfungsi untuk mendeteksi keberadaan asap yang berasal dari gas mudah terbakar di udara. Pada dasarnya sensor ini terdiri dari tabung aluminium yang dikelilingi oleh silikon dan di pusatnya ada elektroda yang terbuat dari aurum di mana ada element pemanasnya.
    Ketika terjadi proses pemanasan, kumparan akan dipanaskan sehingga SnO2 keramik menjadi semikonduktor atau sebagai penghantar sehingga melepaskan elektron dan ketika asap dideteksi oleh sensor dan mencapai aurum elektroda maka output sensor MQ-2 akan menghasilkan tegangan analog.
    Sensor MQ-2 ini memiliki 6 buah masukan yang terdiri dari tiga buah power supply (Vcc) sebasar +5 volt untuk mengaktifkan heater dan sensor, Vss (Ground), dan pin keluaran dari sensor tersebut.
    Untuk sensitivitas sensor terhadap tipe gas di atas dapat dibaca pada kurva sebagai berikut:



  3.3  Buzzer

   Buzzer Elektronika adalah sebuah komponen elektronika yang dapat menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi. Buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara ketika diberikan sejumlah tegangan listrik dengan taraf tertentu sesuai dengan spesifikasi bentuk dan ukuran buzzer elektronika itu sendiri. Pada umumnya, buzzer elektronika ini sering digunakan sebagai alarm karena penggunaannya yang cukup mudah yaitu dengan memberikan tegangan input maka buzzer elektronika akan menghasilkan getaran suara berupa gelombang bunyi yang dapat didengar manusia.
    Pada dasarnya, setiap buzzer elektronika memerlukan input berupa tegangan listrik yang kemudian diubah menjadi getaran suara atau gelombang bunyi yang memiliki frekuensi berkisar antara 1 - 5 KHz. Jenis buzzer elektronika yang sering digunakan dan ditemukan dalam rangkaian adalah buzzer yang berjenis Piezoelectric (Piezoelectric Buzzer). Hal itu karena Piezoelectric Buzzer memiliki berbagai kelebihan diantaranya yaitu lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah penggunaannya ketika diaplikasikan dalam rangkaian elektronika. Berikut ini adalah gambar bentuk dan struktur dasar dari sebuah Piezoelectric Buzzer.




    Efek Piezoelektrik (Piezoelectric Effect) ditemukan pertama kali oleh dua orang ilmuwan Fisika pada tahun 1880 bernama Pierre Curie dan Jacques Curie yang berasal dari kebangsaan Perancis. Penemuan tersebut kemudian dikembangkan oleh sebuah perusahaan Jepang menjadi Piezoelectric Buzzer dan mulai populer digunakan pada tahun 1970-an.
    Dalam rangkaian elektronika, piezoelectric buzzer dapat digunakan pada tegangan listrik sebesar 6 volt hingga 12 volt dan dengan tipikal arus sebesar 25 mA. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini sering disebut juga dengan Beeper. Fungsi buzzer pada rangkaian ini yaitu sebagai penanda bahwa sensor MQ2 mendeteksi adanya Gas dalam suatu ruangan.
    Pada umumnya Buzzer Elektronika memiliki bentuk seperti tabung silinder dengan sebuah lubang kecil di bagian atas dan dua buah pin/kaki di bagian bawah. Berikut adalah bentuk dan simbol Buzzer Elektronika :


3.4  LED

    Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.

    Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya.  Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.


     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).
    Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED. Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. Ciri-ciri Terminal Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.





    

  3.5  Resistor

    Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Dalam sejarah, kata ohm itu diambil dari nama salah seorang fisikawan hebat asal German bernama George Simon Ohm. Beliau juga yang mencetuskan keberadaan hukum ohm yang masih berlaku hingga sekarang.

    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


  3.6  Relay


    Relay adalah alat untuk memutuskan atau menghubungkan suatu rangkaian. Prinsip kerjanya hampir sama seperti saklar, hanya saja relay bekerja otomatis dan bisa digunakan sebagai kontrol jarak jauh. Relay terdiri atas kumparan yang berinti besi dan saklar. Relay pada pendeteksi kebakaran ini digunakan sebagai penghubung dan pemutus arus yang akan disalurkan ke motor DC dan buzzer. Relay merupakan suatu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengatur atau memasukan suatu rangkaian listrik (rangkaian trip atau alarm) akibat adanya perubahan lain.

Konfigurasi Pin Relay

Nomor PIN

Nama Pin

Deskripsi

1

Coil End 1

Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 5V dan ujung lainnya ke ground

2

Coil End 2

Digunakan untuk memicu (On / Off) Relay, Biasanya satu ujung terhubung ke 5V dan ujung lainnya ke ground

3

Umum (COM)

Umum terhubung ke salah satu Ujung Beban yang akan dikontrol

4

Biasanya Tutup (NC)

Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NC beban tetap terhubung sebelum pemicu

5

Biasanya Terbuka (TIDAK)

Ujung lain dari beban terhubung ke NO atau NC. Jika terhubung ke NO, beban tetap terputus sebelum pemicu



    Pada simulasi pendeteksi kebakaran ini Relay sebagai alat perasa untuk mendeteksi tidak adanya gangguan api yang akan membhayakanyang selanjutnya memberi perintah trip kepada Pemutus Tenaga (PMT). Jika adanya bahaya kebakaran maka realy akan otomatis menghubungkan rangkaian dan akan mengaktifkan buzzer, dan motor DC.

3.7   Transistor NPN
          Transistor termasuk dalam komponen semikonduktor aktif adalah transistor, Transistor sebenarnya kepanjangan dari Transfer dan Varistor. Mengenal karakteristiknya transistor terbagi dua kategori ialah  Bipolar Junction Transistor (BJT)  dan Unipolar Transistor. Kerja transistor pada dasarnya difungsikan sebagai saklar elektronik (Switching) dan penguat sinyal (Amplifier).
          Sekitar tahun 1947an, Tiga orang ilmuwan fisika asal Amerika yaitu William Shockley beserta rekannya John Barden, dan W. H Brattain yang tergabung sebagai peneliti pada sebuah laboratorium milik perusahaan AT&T Bell, merekalah yang berhasil pertama kali menemukan Transistor. Transistor adalah nama yang diberikan oleh ilmuwan John Robinson karena sifat kerjanya komponen ini yang dapat menghantarkan energi dengan kekuatan daya hantar dapat ditentukan dengan cara mengatur nilai tahanan pada bias pengontrolnya. Pernyataan ini sesuai dengan kepanjangan kata dari transistor yaitu Transfer (Pemindahan) dan Varistor (Variable Resistor). Dan sekitar tahun 1958an, komponen transistor mulai digunakan pada rangkaian elektronik dalam projek-projek penelitian para ilmuwan tersebut.

Jenis Transistor:

1. Bipolar Junction Transistor (BJT)

          Bi artinya dua dan Polar asal kata dari polarity yang artinya polaritas, dengan kata lain bipolar junction transistor (BJT) adalah jenis Transistor yang memiliki dua polaritas yaitu hole (lubang) atau elektron sebagai carier (pembawa) untuk menghantarkan arus listrik. Prinsip dasar konstruksinya disusun seperti dari dua buah dioda yang disambungkan pada kutub yang sama yaitu Anoda dengan anoda sehingga menghasilkan transistor jenis NPN atau Katoda dengan katoda yang menjadi transistor jenis PNP.

2. Unipolar Junction Transistor (UJT)

    Pada transistor UJT hanya satu polaritas saja yang dijadikan carier/pembawa muatan arus listrik, yaitu elektron saja atau hole/lubangnya saja, tergantung dari jenis transistor UJT tersebut. Karena prinsip kerjanya transistor ini berdasarkan dari efek medan listrik, maka transistor UJT lebih dikenal dengan nama FET (Field Efect Transistor) atau Transistor Efek Medan.

Rumus:


3.8   Motor DC
    Motor DC adalah piranti elektronik yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik atau gerak yang disebut dengan motor. Jenis motor ada 2 yaitu motor AC dan motor DC. Motor DC mempunyai keunggulan dibandingkan dengan motor AC dalam kemudahan pengendaliannya. Motor ini dapat diubah arah putarannya dengan membalik polaritasnya saja. Kecepatan motor DC dapat diatur salah satunya adalah dengan cara mengatur tegangan yang masuk ke dalamnya.




3.9  Baterai

    Baterai adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik. Secara historis istilah "baterai" secara khusus mengacu pada perangkat yang terdiri dari beberapa sel, namun penggunaannya telah berkembang untuk memasukkan perangkat yang terdiri dari satu sel. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katoda dan terminal negatifnya adalah anoda. Terminal bertanda negatif adalah sumber elektron yang akan mengalir melalui rangkaian listrik eksternal ke terminal positif. Ketika baterai dihubungkan ke beban listrik eksternal, reaksi redoks mengubah reaktan berenergi tinggi ke produk berenergi lebih rendah, dan perbedaan energi bebas dikirim ke sirkuit eksternal sebagai energi listrik. Dengan adanya Baterai, kita tidak perlu menyambungkan kabel listrik untuk dapat mengaktifkan perangkat elektronik ini. Oleh karena, dalam aplikasi kontrol garasi ini kita menggunakan baterai berkapasitas 12V untuk mengaktifkan atau menggerakan motor DC ketika sensor RTD mendeteksi adanya suhu yang meningkat melebihi batas tertentu.

    Baterai yang biasa dipakai terdiri dari seng dan batang karbon. Kedua penghantar ini memiliki sifat yang berbeda dalam hal melepas dan menerima elektron. Seng adalah zat yang lebih mudah melepas elektron daripada batang karbon. Akibatnya, saat baterai terhubung dengan rangkaian listrik, elektron dari karbon akan mengalir ke rangkaian melalui kabel/kawat hingga akhirnya kembali ke baterai dan mencapai batang karbon. Batang karbon sangat sulit bereaksi, elektron yang berada di permukaan batang karbon akan digunakan oleh elektrolit untuk menjalankan reaksi kimia.

    Secara sederhana, baterai adalah alat yang menghasilkan listrik dari reaksi kimia. Atau dapat dikatakan, baterai adalah alat yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Saat ada arus listrik mengalir melewati kabel, maka yang terjadi adalah elektron berpindah melalui kabel, yang merupakan penghantar listrik.

    Baterai terdiri dari beberapa bagian, ada dua zat penghantar listrik berbeda, yang disebut ELEKTRODA,dan cairan penghantar listrik yang disebut, ELEKTROLIT.

elemen baterai
4. Percobaan   [kembali]                                         

-Buka aplikasi proteus

-Ambil komponen yang dibutuhkan, pada rangkaian ini dibutuhkan komponen berupa baterai, resistor, transistor, sensor Flame dan MQ2, relay, led, motor, dan buzzer.

-Rangkai setiap komponen

-Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan

-Tambahkan voltmeter

-Jalankan rangkaian 


4.2  Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja     [kembali]



Prinsip Kerja Rangkaian Simulasi :
    Pada rangkaian simulasi pendeteksi kebakaran ini menggunakan 2 sensor yaitu, sensor Flame berfungsi untuk mendeteksi adanya api, dan sensor MQ2 berfungsi untuk mendeteksi adanya gas berbahaya yang akan mengakibatkan kebakaran.
    Sensor MQ2 akan mengalirkan tegangan atau arus ketika mendeteksi adanya gas berbahaya ke basis pada kaki transistor dan diteruskan ke relay sehingga relay akan menjadi on. Ketika relay on maka LED kuning akan menyala dan buzzer pun akan aktif yang menandakan adanya kebocoran gas atau gas yang berbahaya yang akan memancing terjadinya kebakaran. Ketika sensor MQ2 tidak mendeteksi adanya gas berbahaya maka sensor tidak akan mengalirkan arus atau tegangan ke kaki basis dan relay off, sehingga LED hijau akan menyala yang menandakan kondisi aman dari gas.
    Sensor Flame akan mengalirkan tegangan atau arus ketika mendeteksi adanya api ke basis pada kaki transistor dan akn diteruskan ke relay sehingga relay menjadi on. Pada saat relay on maka LED merah akan menyala dan motor DC akan aktif sebagai pompa air untuk memadamkan api. Ketika sensor Flame tidak mendeteksi adanya api maka sensor tidak akan mengalirkan arus atau tegangan ke kaki basis dan relay off, sehingga LED hijau akan menyala yang menandakan kondisi aman dari gas.
    Pada rangkaian simulasi ini kita menggunakan 4 motor DC karena motor DC berfungdi sebagai pompa air yang terdepat di beberapa bagian ruangan yang akan secara efektif memadamkan api pada saat terjadinya kebakaran.





Download File HTML [Disini]
Download File Rangkaian [Disini]
Download File Simulasi Proteus  [Disini]
Download Library Sensor Flame [Disini]
Download Library Sensor MQ2 [Disini]
Download Data sheet Sensor Flame [Disini]
Download Data sheet Sensor MQ2  [Disini]
Download Data sheet LED [Disini]
Download Data sheet Buzzer [Disini]
Download Data sheet Baterai [Disini]
Download Data sheet Motor DC [Disini]
Download Data sheet Relay [Disini]
Download Data sheet Resistor [Disini]
Download Data sheet Transistor NPN [Disini]
Download Data sheet Voltmeter [Disini]
Download Materi [Disini]
Download Vidio Simulasi [Disini]



                                                        [MENUJU AWAL]
Langganan: Postingan (Atom)