Dea Adella Byani (1910933020): Aplikasi Rangkaian Tugas Besar

Pendeteksi Kebocoran Pipa Gas pada Industri Perminyakan

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

1. Tujuan [Kembali]

a. Mampu memahami tentang sensor thermistor dan aplikasi yang lebih kompleks

b. Untuk mengetahui bagaimana prinsip kerja dari sensor gas dan sensor phototransistor

c. Mampu memahami rangkaian.

d. Mampu menggunakan proteus dan mengaplikasikannya.

2. Alat dan Bahan [Kembali]

-Sensor Mq 4

fungsi untuk mendeteksi gas metana

Konfigurasi Pin:

- Transistor NPN

Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Pada rangkaian water level sensor ini transistor hanya digunakan sebagai saklar, dengan adanya arus di base maka transistor akan "on" sehingga akan ada arus dari kolektor ke emitor.

Fitur:
1. DC Current gain(hfe) maksimal 800
2. Arus Collector kontinu(Ic) 100mA
3. Tegangan Base-Emitter(Vbe) 6V
4. Arus Base(Ib) maksimal 5mA

Datasheet Transistor

-Resistor

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

- Motor

Motor DC dimanfaatkan sebagai penggerak dalam rangkaian sederhana .

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

-RELAY

Relay berfungsi untuk menggerakkan Kontak Saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

-Buzzer

sebagai indikator adanya arus yang mengalir dan output dari rangkaian

Konfigurasi Pin:

Spesifikasi:

-Phototransistor

Digunakan untuk untuk mendeteksi keberadaan sumber api berdasarkan gelombang ultraviolet yang dipancarkan oleh api.

-Power

sebagai sumber tegangan

-Ground

Ground atau pentanahan berfungsi sebagai penghantar arus listrik ke tanah dan juga berfungsi sebagai pelindung. Apabila ada timbul percikan api atau kebocoran isolasi maka dengan adanya ground ini bisa meredam bahaya tersebut sehingga tidak membahayakan.

Thermistor NTC

Grafik Respon:

Spesifikasi:

3. Dasar Teori [Kembali]

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika. Satuan Resistor adalah Ohm (simbol: Ω) yang merupakan satuan SI untuk resistansi listrik. Resitor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan hukum Ohm (V = I.R ).

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.

Baterai

Baterai adalah perangkat yang terdiri dari satu atau lebih sel elektrokimia dengan koneksi eksternal yang disediakan untuk memberi daya pada perangkat listrik seperti senter, ponsel, dan mobil listrik. Ketika baterai memasok daya listrik, terminal positifnya adalah katode 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. 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.

Prinsip operasi

Baterai mengubah energi kimia langsung menjadi energi listrik. Baterai terdiri dari sejumlah sel volta. Tiap sel terdiri dari 2 sel setengah yang terhubung seri melalui elektrolit konduktif yang berisi anion dan kation. Satu sel setengah termasuk elektrolit dan elektrode negatif, elektrode yang di mana anion berpindah; sel-setengah lainnya termasuk elektrolit dan elektrode positif di mana kation berpindah. Reaksi redoks akan mengisi ulang baterai. Kation akan tereduksi (elektron akan bertambah) di katode ketika pengisian, sedangkan anion akan teroksidasi (elektron hilang) di anode ketika pengisian. Ketika digunakan, proses ini dibalik. Elektrodanya tidak bersentuhan satu sama lain, tetapi terhubung via elektrolit. Beberapa sel menggunakan elektrolit yang berbeda untuk tiap sel setengah. Sebuah separator dapat membuat ion mengalir di antara sel-setengah dan bisa menghindari pencampuran elektrolit.

Phototransistor

Phototransistor merupakan suatu jenis transistor yang sangat peka terhadap cahaya yang ada disekitarnya. Ketika basis menangkap cahaya maka collector akan terhubung dengan emitter dalam hal ini transistor bekerja. Prinsip kerja phototransistor sama dengan transistor pada umumnya dengan kata lain phototransistor akan bekerja seperti saklar dengan parameter cahaya untuk mendapatkan kondisi ON dan OFF. Ketika cahaya dengan frekuensi diatas frekuensi ambang suatu bahan semikonduktor transistor pada daerah basisnya, maka terbentuklah pasangan elektron dan hole (lubang) sehingga akan menyebabkan arus seolah-olah mengalir masuk ke dalam basis. Besarnya arus ini bergantung pada besarnya intensitas cahaya yang diberikan atau diterimanya. Daerah utama dari terbentuknya arus ini adalah daerah persambungan kolektor dan basis.

Light Emitted Diode (LED) adalah komponen 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 bahan semikonduktor yang digunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Relay

Beberapa aplikasi pada industri dan kontrol proses memerlukan relai sebagai elemen kontrol penting. Pada pokoknya relai digunakan sebagai alat penghubungan pada rangkaian. Fungsi atau kegunaan relai (relay) dalam dunia elektronika sebenarnya juga sama seperti dalam teknik listrik. Hanya saja kebanyakan relay yang digunakan dalam teknik elektronik adalah relay dengan voltase kecil seperti 6volt, 12volt, 24volt berbeda dengan teknik listrik yang memakai relai 220 volt, 110 volt. Namun ada juga dalam teknik elektronik yg memakai relai dg voltase tinggi. Walau ada perbedaan pemakaian voltase pada relay, sebenarnya relay memiliki fungsi/kegunaan yg sama yakni sebagai alat pengganti saklar yang bekerja untuk mengontrol/membagi arus listrik ataupun sinyal lain ke sirkuit (circuit) rangkaian lainnya.

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)

Komparator

Non-Inverting Komparator

Pada Non-Inverting Comparator, tegangan input dipasang pada saluran non-inverting (+) dan tegangan referensi pada saluran inverting (-). Pada rangkaian Non-Inverting Comparator, jika Vin lebih besar dari Vref, maka tegangan output adalah +Vsat (mendekati tegangan +VCC). Jika Vin lebih kecil dari Vref, maka tegangan output adalah -Vsat (mendekati tegangan -VEE).

Inverting Komparator

Pada Inverting Comparator tegangan input (Vin) dihubungkan pada saluran inverting (-) dan tegangan referensi (Vref) pada saluran non-inverting (+). Tegangan referensi dapat menggunakan sumber catu daya tegangan konstan atau rangkaian pembagi tegangan. Pada saat Vin lebih kecil dari Vref, tegangan outp

Buzzer

Buzzer Listrik adalah sebuah komponen elektronika yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi getaran suara. Pada umumnya, Buzzer yang merupakan sebuah perangkat audio ini sering digunakan pada rangkaian anti-maling, Alarm pada Jam Tangan, Bel Rumah, peringatan mundur pada Truk dan perangkat peringatan bahaya lainnya. Jenis Buzzer yang sering ditemukan dan digunakan adalah Buzzer yang berjenis Piezoelectric, hal ini dikarenakan Buzzer Piezoelectric memiliki berbagai kelebihan seperti lebih murah, relatif lebih ringan dan lebih mudah dalam menggabungkannya ke Rangkaian Elektronika lainnya. Buzzer yang termasuk dalam keluarga Transduser ini juga sering disebut dengan Beeper.

Thermistor NTC

Thermistor merupakan resistor yang sensitif terhadap perubahan suhu dalam listrik. Resistansi akan berubah jika temperature badan sensor berubah.

Thermistor NTC memiliki nilai koefisien negatif dimana apabila temperatur naik maka nilai tahanan thermistor PTC akan menurun dan sebaliknya, nilai tahanannya akan turun apabila temperatur naik. Dengan kata lain, thermistor tipe PTC ini akan berbanding terbalik antara kenaikan tahanan dengan kenaikan temperaturnya.

Sensor gas

Sensor gas untuk mendeteksi gas-gas yang ada pada rumah tangga atau industry. Memiliki spesifikasi:

Catu daya heater : 5v AC/DC

Catu daya rangkaian : 5V DC

Range pengukuran : 200 – 10000ppm LPG, LNG, Natural Gas, iso-butane, Propane

Mampu mengukur gas LPG, Natural Gas, Town gas

Terhindar dari gangguan gas alcohol dan asap
Output: analog (perubahan tegangan ) dengan tambahan rload

Sensor MQ-4 dapat beroperasi pada suhu dari -20°C sampai 50°C dan mengkonsumsi arus kurang dari 150mA pada 5v.

Sensor MQ-4 terdapat 2 input tegangan yakni VH dan Vcc. VH digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater) internal dan Vcc merupakan tegangan sumber serta memiliki output yang menghasilkan tegangan berupa tegangan analog. Berikut konfigurasi sensor MQ-4 :

Pin1 merupakan heater internal yang terhubung dengan ground

Pin 2 merupakan tegangan sumber (VC) dimana Vc < 24v DC.

Pin 3 (VH) digunakan untuk tegangan pada pemanas (heater internal) dimana VH = 5v DC

Pin 4 merupakan output yang menghasilkan tegangan analog

4. Prinsip Kerja [Kembali]

Apabila rangkaian tidak mendeteksi adanya kebocoran gas, tidak adanya timbul percikan api dan suhu stabil, maka motor tidak akan menyala dan buzzer tidak akan berbunyi. Lalu apabila rangkaian mendeteksi adanya kebocoran gas pada pipa maka output akan high. Arus dari sumber VCC akan mengalir ke output lalu menju resistor dan menuju kaki base transistor. Arus dari sumber VCC akan mengalir menuju relay terus ke kaki kolektor,emitor dan terakhir menuju ground. Karena relay mendapatkan daya maka switch relay akan berpindah dan arus dari sumber baterai akan mengalir menuju motor yang berguna untuk membuka atau menutup regulator.

Setelah itu, apabila terdeteksi adanya nyala api, arus dari sumber B4 akan mengalir menuju phototransistor dan relay. Nyala api mengakibatkan transistor aktif, arus dari B4 akan menuju ke kaki kolektor, lalu menju emitor dan kemudian menuju R2 lalu menuju kaki base Q3, arus dari R2 berguna untuk mengaktifkan transistor Q3. Arus dari B4 menuju ke Relay terus ke kaki kolektor,emitor dan terakhir menuju ground. Untuk membutikan adanya arus yang melewati transistor dapat dilihat pada voltmeter. Dikarenakan relay mendapatkan daya maka switch relay berpindah. Kemudian, ketika thermistor menunjukkan suhu diatas 46 derajat maka arus dari sumber VCC akan mengalir menuju thermistor, potensio, dan op-amp. Setelah dari thermistor akan terbagi menuju R3 dan non inverting op-amp. Op-amp berguna sebagai pembanding tegangan, apabila tegangan pada non inverting > inverting maka arus akan keluar melalui output op-amp menuju R4 lalu menuju kaki base Q4. Dikarenakan relay mendapatkan daya maka switch akan berpindah dan menyebabkan buzzer berbunyi menandakan peringatan bahaya.

5. Gambar Rangkaian [Kembali]