Electrical Engineering: Simulasi Rangkaian Gas Alkohol Detektor

a. Mengetahui dan memahami prinsip kerja sensor MQ-3 pada rangkaian pendeteksi gas alkohol

b. Mengaplikasikan sensor MQ-3 sebagai sensor kimia dalam rangkaian pendeteksi gas alcohol

2. Alat dan Bahan

a. Sensor MQ-3

Sensor MQ-3 adalah sensor yang diproduksi oleh Hanwei Electronics. Sensor ini cocok digunakan untuk mendeteksi konsentrasi alkohol di udara secara langsung. Keluaran dari sensor berupa teganggan analog yang sebanding dengan alkohol yang diterima. Spesifikasi dari sensor MQ-3 adalah sebagai berikut:

> Mampu mendeteksi konsentrasi alkohol dengan jangkauan pengukuran 0,04 mg/L – 4 mg/L.

> Mampu bekerja pada rentang temperatur -10°C - 50°C.

> Memiliki tegangan sirkuit dan tegangan pemanas 5VDC dengan konsumsi daya kurang dari 750 mW.

> Memiliki hambatan beban dan hambatan pemanas masing-masing 200 KΩ dan 33 Ω.

> Memiliki kondisi deteksi standar pada temperatur 40°C ± 2°C dan kelembaban relatif 65% ± 5%.

> Memiliki keluaran data analog berupa perubahan tegangan listrik sensor.

Sensor gas alkohol MQ-3 harganya lebih murah dibanding dengan jenis sensor gas alkohol lainnya, dengan sensitivitas sensor yang hampir sama. Hanya saja sensor MQ-3 ini mengkonsumsi daya yang cukup besar dibandingkan dengan jenis sensor gas alkohol lainnya, yaitu sekitar 750 mW. Disamping itu pemilihan sensor MQ-3 didasarkan pada pertimbangan sebagai berikut :

- Kepekaan terhadap alkohol yang tinggi dan rendah terhadap bensin,

- Waktu respon cepat,

- Stabil dan tahan lama,

- Sumber tegangan AC atau DC 5 Volt,

- Suhu Operasional -10 s/d 70 derajat Celcius

b. Resistor

Resistor merupakan komponen elektronika yang berguna untuk menghambat aliran arus listrik sehingga tidak terjadi short circuit. mempunyai resistansi yang berbeda beda sesuai kebutuhan.

Resistor disebut juga dengan tahanan atau hambatan, berfungsi untuk menghambat arus listrik yang melewatinya. Satuan harga resistor adalah Ohm. ( 1 M: (mega ohm) = 1000 K: (kilo ohm) = 106 : (ohm)). Kebanyakan rangkaian listrik menggunakan penghantar berupa kawat tembaga, karena tembaga adalah bahan penghantar yang baik. Akan tetapi , sejumlah sambungan pada rangkaian listrik memerlukan tahanan listrik yang lebih besar oleh sebab itu perlu menggunakan tahan atau resistor. Foto dibawah ini memperlihatkan resistor tersebut.

c. Transistor NPN

Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus listrik kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor Cara kerja transistor NPN adalah jika kaki basis transistor diberi tegangan bias maka arus pda kolektor akan mengalir ke kaki emitor.

d. Relay

Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay disebut sebagai komponen electromechanical karena terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal.Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang memiliki tegangan lebih tinggi.

e. Baterai

Sebagai sumber arus DC.

f. Motor

Motor Listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Pada pengaplikasian kali ini, harusnya digunakan gearbox,namun karena pada proteus tidakada, maka digunakan motor DC.

g. Sumber AC

Sebagai sumber penghasil tegangan AC

h. Transformator

fungsi dari transformator atau trafo ini adalah untuk menaikkan dan menurunkan tegangan bolak-balik atau tegangan AC

i. Dioda Bridge

Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

j. Kapasitor

Kapasitor (Capacitor) atau disebut juga dengan Kondensator (Condensator) adalah Komponen Elektronika Pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara dengan satuan kapasitansinya adalah Farad. Satuan Kapasitor tersebut diambil dari nama penemunya yaitu Michael Faraday (1791 ~ 1867) yang berasal dari Inggris. Namun Farad adalah satuan yang sangat besar, oleh karena itu pada umumnya Kapasitor yang digunakan dalam peralatan Elektronika adalah satuan Farad yang dikecilkan menjadi pikoFarad, NanoFarad dan MicroFarad.

Dibawah ini adalah beberapa fungsi daripada Kapasitor dalam Rangkaian Elektronika :

Sebagai Penyimpan arus atau tegangan listrik
Sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current)
Sebagai Isolator yang menghambat arus DC (Direct Current)
Sebagai Filter dalam Rangkaian Power Supply (Catu Daya)
Sebagai Kopling
Sebagai Pembangkit Frekuensi dalam Rangkaian Osilator
Sebagai Penggeser Fasa
Sebagai Pemilih Gelombang Frekuensi (Kapasitor Variabel yang digabungkan dengan Spul Antena dan Osilator)

k. Voltage Regulator

Voltage Regulator yang berfungsi untuk mengatur tegangan sehingga tegangan Output tidak dipengaruhi oleh suhu, arus beban dan juga tegangan input yang berasal Output Filter.

Terdapat berbagai jenis Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan, salah satunya adalah Voltage Regulator dengan Menggunakan IC Voltage Regulator. Salah satu tipe IC Voltage Regulator yang paling sering ditemukan adalah tipe 7805 yaitu IC Voltage Regulator yang mengatur Tegangan Output stabil pada Tegangan 5 Volt DC.

3. Dasar Teori

a. Sensor MQ-3

Elemen sensor MQ-3 terdiri atas lapisan kristal metaloksida (SnO2) dengan konduktivitas yang kecil dalam udara bersih. Resistansi sensor akan berubah-rubah seiring dengan terdeteksinya keberadaan gas alkohol (etanol) oleh elemen sensor. Jika konsentrasi etanol tinggi, maka resistansi sensor akan berkurang sehingga tegangan keluaran akan meningkat. Ketika kristal metal oksida (SnO2) pada kondisi normal yaitu pada suhu kamar, permukaan bahan metal oksida (SnO2) berinteraksi dengan molekul-molekul oksigen yang ada di udara. Atom-atom oksigen akan terabsorpsi dan mengikat elektron bebas yang terdapat pada permukaan metal oksida (SnO2). Di dalam sensor gas, arus listrik mengalir melewati daerah sambungan (grain boundary) dari kristal SnO2. Pada daerah sambungan, penyerapan oksigen mencegah muatan untuk bergerak bebas. Jika konsentrasi gas menurun, proses dioksidasi akan terjadi. Rapat permukaan dari muatan negatif oksigen akan berkurang dan akan mengakibatkan menurunnya ketinggian penghalang dari daerah sambungan. Dengan menurunnya penghalang maka resistansi sensor juga akan ikut menurun.

Keterangan :

A dan B dapat dipertukarkan, asalkan AA dan BB dihubungkan bersama-sama

Sensor gas alkohol MQ-3 adalah sensor yang cocok untuk mendeteksi kadar alkohol secara langsung, misalnya kadar alkohol pada napas kita. Driver untuk sensor MQ-3 ini sangat sederhana, hanya memerlukan 1 buah resistor variabel. Output sensor MQ-3 dalam bentuk tegangan analog yang sebanding dengan kadar alkohol yang diterima. Interfaxe yang diperlukan juga cukup sederhana, bisa menggunakan ADC yang dapat merespon tegangan 0 volt - 3,3 volt. Nilai resistor yang dipsang pada sensor MQ-3 harus dibedakan terhadap berbagai jenis dan konsentrasi gas yang ada dalam udara bersih, sehingga pada saat menggunakannya perlu dilakukan penyesuaian. Jadi perlu dikalibrasi untuk 0,4 mg / L (sekitar 200 ppm) konsentrasi alkohol di udara dan pada resistansi output sekitar 200 KΩ (100 KΩ s/d 470 KΩ).

Keterangan :

Rs = Sensor resistance in displayed gases at various concentrations

Ro = Sensor resistance in 200 ppm of ethanol

b. Resistor

Berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika. Cara menghitung nilai dari resistor yaitu dengan melihat warna pita dari resistor tersebut. Umumnya resistor memiliki 4 sampai 6 pita.

4. Prosedur Percobaan dan Rangkaian Simulasi

Rangkaian ketika tidak ada gas alkohol terdeteksi, yang di tandai dengan logicstatenya bernilai 0.

Rangkain ketika ada gas alkohol yang terdeteksi, yang ditandai dengan logicstate bernilai benar atau 1.

5. Prinsip Kerja

Ketika tidak ada gas alkohol yang terdeteksi (logic sate = 0), maka sensor tidak akan aktif, sehingga tidak ada tegangan yang akan mengaktifkan relay.

Keika gas alkohol terdeteksi (logic state = 1) maka sensor akan aktif. Rangkaian Regulator tegangan berfungsi untuk menyuplai tegangan pada relay dan kaki emitor transistor. Pada regulator tegangan, tegangan AC yang masuk akan dinaikkan pada transformator kemudian disearahkan pada dioda bridge. Tegangan yang telah disearahkan ini akan di filter untuk menghilangkan riak. Kemudian Voltage regulator akan mengatur agar tegangan Output tidak dipengaruhi oleh suhu, arus beban dan juga tegangan input yang berasal Output Filter.

Tegangan hasil dari voltage regulator ini akan masuk sebagai sumber pada kaki emitor transistor.

Dengan aktifnya sensor, maka akan ada arus yang masuk ke kaki basis transistor, sehinggan transistor akan aktif.

Dengan aktifnya transistor, maka akan ada tegangan yang masuk pada relay maka relay akan aktif, sehingga akan tebentuk rangkian tertutup pada buzzer. Baterai dan motor yang ada pada rangkaina tertutup ini akan mendorong buzzer untuk aktif dan mengeluarkan bunyi.

Electrical Engineering

Simulasi Rangkaian Gas Alkohol Detektor

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Laporkan Penyalahgunaan