APLIKASI SENSOR PRIBADI (REMEDIAL)

KONTROL KEAMANAN PERTAMBANGAN


1. Tujuan[kembali]
-Mengetahui aplikasi dan prinsip kerja sensor vibration dalam pertambangan
-Mengetahui aplikasi dan prinsip kerja sensor MQ-9 dalam pertambangan
-Mengetahui aplikasi dan prinsip kerja water sensor dalam pertambangan

2. Alat dan Bahan[kembali]
Alat: 
  • Voltmeter

Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik dalam sebuah rangkaian.

  • Power Supply

 






Power Supply merupakan alat yang berfungsi untuk menyediakan energi listrik pada suatu perangkat elektronika.


Bahan:

1. Resistor


gambar 1 resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika.



2. Vcc


 jadi istilah VCC menyebut tegangan pada kaki collector.



  3.  Op-amp

Hasil gambar untuk omp am komponen elektronika"

gambar 3 op-amp

Operasional Amplifier atau lebih dikenal dengan Op Amp adalah suatu komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai penguat atau amplifier multiguna. Penguat ini memiliki dua input yaitu inverting dan non-inverting, serta sebuah terminal output. 

Spesifikasi:

 



Grafik respon:

4. Ground
Fungsi grounding adalah untuk memberikan perlindungan  pada seluruh sistem. Grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting.


INPUT:

 1. sensor vibration

gambar 2 vibration sensor

Sensor getaran adalah suatu alat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya getaran dan akan diubah dalam ke dalam sinyal listrik.

pin:

2. MQ-9
Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-9 adalah gas seperti Karbon Monoksida CO, CH4, LPG dan gas-gas berbahaya lainnya.Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-9 adalah gas seperti Karbon Monoksida CO, CH4, LPG dan gas-gas berbahaya lainnya.

respon grafik sensor mq-9
pin:


3. Water sensor 


Water sensor merupakan sensor yang berfungsi untuk mendeteksi air dengan output analog

spesifikasi:



konfigurasi pin water sensor:






   

OUTPUT: 
   
a. Buzzer


gambar 5 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.


b. LED


LED merupakan sebuah komponen elektromagnetik yang dapat memancarkan cahaya monokromatik melalui tegangan maju. LED terbuat dari bahan semikonduktor yang merupakan keluarga dioda. LED dapat memancarkan berbagai warna, tergantung dari bahan semikonduktor yang digunakan.

Spesifikasi:


c. Motor DC

Motor DC digunakan sebagai output dari rangkaian dan juga merupakan alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi listrik menjadi energi gerak berupa putaran.

Konfigurasi pin:

 

 Pin 1 : Terminal 1

  Pin 2 : Terminal 2

3. Dasar Teori[kembali]

a.         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: Î©) 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.

 

b.         Transistor NPN


Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal, stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor. Transistor ini diperumpamakan sebagai saklar, yaitu ketika kaki basis diberi arus, maka arus pada kolektor akan mengalir ke emiter yang disebut dengan kondisi ON. Sedangkan ketika kaki basis tidak diberi arus, maka tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor  yang disebut dengan kondisi OFF. Namun, jika arus yang diberikan pada kaki basis  melebihi arus pada kaki kolektor atau arus pada kaki kolektor adalah nol (karena tegangan kaki kolektor sekitar 0,2 - 0,3 V), maka transistor akan mengalami cutoff  (saklar tertutup). 

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.

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

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

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

 

c.         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.

 

d.        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 :

·    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)

 

e.         Opamp


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



f.          Ground


Ground adalah titik yang dianggap sebagai titik kembalinya arus listrik arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan (referensi) dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik di dalam rangkaian elektronika.

 

Kegunaan Ground

1.                   Titik kembali nya arus atau sinyal listrik

2.                   Pelindung terhadap gelombang elektromagnetik dari udara sekitar

3.                   Pengaman setrum jika ada kerusakan (ground sesungguhnya)

4.                   Titik patokan (referensi) tegangan atau sinyal dari berbagai titik di rangkaian.

5.                   Menghilangkan dengung (hum) pada penguat audio (amplifier)

6.                   Mengurangi Noise pada penguat audio (amplifier)

7.                   Pada kendaraan (mobil atau motor) mengurangi kebutuhan kabel listrik, karena menjadikan body motor atau mobil sebagai pengganti kabel negatif.

8.                   dll.

 

g.         Motor DC

Motor listrik DC atau DC Motor adalah suatu perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi kinetik atau gerakan (motion). Motor DC ini juga dapat disebut sebagai motor arus searah. Seperti namanya, DC Motor memiliki dua terminal dan memerlukan tegangan arus searah atau DC (Direct Current) untuk dapat menggerakannya.

Prinsip Kerja Motor DC

Terdapat dua bagian utama pada sebuah motor listrik DC, yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian motor yang tidak berputar, bagian yang statis ini terdiri dari rangka dan kumparan medan. Sedangkan rotor adalah bagian yang berputar, terdiri dari kumparan jangkar. Pada prinsipnya motor DC menggunakan fenomena elektromagnet untuk bergerak, ketika arus listrik diberikan ke kumparan, permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak menghadap ke magnet yang berkutub selatan dan sebaliknya. Karena kutub utara dan selatan kumparan bertemu maka akan terjadi saling tarik menarik yang menyebabkan pergerakan kumparan berhenti.

 


Untuk menggerakannya lagi, tepat pada saat kutub kumparan berhadapan dengan kutub magnet, arah arus pada kumparan dibalik. Dengan demikian, kutub utara kumparan akan berubah menjadi kutub selatan dan kutub selatannya akan berubah menjadi kutub utara. Pada saat perubahan kutub tersebut terjadi, kutub selatan kumparan akan berhadap dengan kutub selatan magnet dan kutub utara kumparan akan berhadapan dengan kutub utara magnet. Karena kutubnya sama, maka akan terjadi tolak menolak sehingga kumparan bergerak memutar hingga utara kumparan berhadapan dengan selatan magnet dan selatan kumparan berhadapan dengan utara magnet. Pada saat ini, arus yang mengalir ke kumparan dibalik lagi dan kumparan akan berputar lagi karena adanya perubahan kutub. Siklus ini akan berulang-ulang hingga arus listrik pada kumparan diputuskan.

 

h. Sensor Accelerometer (Sensor Vibration) 
Accelerometer adalah sebuah perangkat yang mampu mengukur sebuah kekuatan akselerasi. Kekuatan ini mungkin statis (diam) seperti halnya kekuatan konstan dari gravitasi Bumi, atau bisa juga bersifat dinamis karena gerakan atau getaran dari sebuah alat akselerometer. Accelerometer merupakan sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer memiliki tipe yaitu, capasitive, piezoelectric,piezoresistive,hall effect,magnetoresistive, heat transfer.

    Operasi Dasar Accelerometer
          Hukum Gerak Newton Kedua mengatakan bahwa Akselerasi (m / s2) suatu benda berbanding lurus dengan arah yang sama dengan Gaya Bersih (Newton) yang bekerja pada tubuh, dan berbanding terbalik dengan massanya (gram).

Akselerasi = Force (Newton)
(M / s2) Massa (gram)

         Akselerasi menciptakan kekuatan yang ditangkap oleh mekanisme pendeteksi gaya accelerometer. Jadi akselerometer benar-benar mengukur kekuatan, bukan akselerasi. Dasarnya mengukur akselerasi secara tidak langsung melalui sebuah gaya yang diterapkan pada salah satu sumbu accelerometer.

               Sensor getar dan sensor accelerometer mendeteksigetaran dan pergerakan tanah,data tersebut akan diolah menggunakan rumus British Geological Survey untuk menjadi satuan Skala Richter. Setelah data sensor selesai diolah dan dihitung,lalu hasil data tersebut dibaca apakah alat tersebut mendeteksiadanya gempa atau tidak, jika alat tersebut mendeteksi maka buzzer akan aktif dan lcd akan menampilkan besar gempa, jika tidak maka alat akan membaca ulang datasensor.

              Berikut merupakan bentuk grafik dari tiga sensor pada daerah kerja menunjukkan bahwa pada jarak getaran gempa yang semakin dekat, kurva mendekati linier, sehingga sensitivitas sensor semakin besar, sedangkan pada jarak maksimum sensitivitas sensor sangat kecil



grafik 1 sensor accemerometer

 i.  Water Sensor 

Kerja dari sensor tersebut adalah membaca resistasi yang dihasilkan oleh air yang mengenai lempengan yang bergiris garis pada sensor tersebut, semakin banyak air yang mengenai permukaan bergaris garis tersebut maka hambatannya semakin kecil dan ketika tidak ada air yang mengenai lempengan sensor tersebut maka hambatanya sangat besar atau bisa dikatakan tidak terhingga.

 





 

Features: Features: Features: Features: 1Working voltage: 5V 2Working Current: <20ma 3Interface: Analog 4Width of detection: 40mm×16mm 5Working Temperature: 10℃~30℃ 6Weight: 3g 7Size: 65mm×20mm×8mm 8Arduino compatible interface 9Low power consumption 10High sensitivity 11Output voltage signal: 0~4.2V

 

        Pin definition: 

 "S" stand for signal input 

 "+" stand for power supply 

 "-" stand for GND


 

 j. mq-9 sensor

Sensor MQ-9 ini sangat sensitif terhadap gas-gas polutan dan gas buang kendaraan bermotor. Material gas yang dideteksi oleh sensor gas MQ-9 adalah gas seperti Karbon Monoksida CO, CH4, LPG dan gas-gas berbahaya lainnya.

 

Sensitivitas tinggi dengan area deteksi luas

Long life

Detection gas : CO, CH4, LPG

Concentration : 10 - 10000 ppm

Circuit Voltage (Vc) : 5V

Heating Voltage (Vh) High  : 5V

Heating Voltage (Vh) Low  : 1.4V

Heating Time Th (High) : 60s

Heating Time Th (Low) : 90s

Load Resistence (RL): Adjustable

Heater resistance (Rh) : 33 ohm

Heater Consumption : <340mW

Sensing resistance : 2K ohm - 20K ohm (pada 100ppm CO)

Slope : >=5

Preheat time : >48 jam

respon grafik sensor mq-9

pin:



4. Prosedur Percobaan[kembali]
- Buka aplikasi proteus
- Ambil komponen yang dibutuhkan seperti resistor, strain gauge, dan baterai
- Rangkai setiap komponen
- Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
- Tambahkan Voltmeter
- Jalankan rangkain
5. Rangkaian Simulasi[kembali]



Pada saat dideteksi gas beracun dan berbahaya, maka sensor MQ-9 berlogika 1. maka mengeluarkan tegangan 5 volt lalu menuju ke kaki basis transistor dengan tegangan yang terukur sebesar 8 volt, maka transistor ON. arus mengalir dari baterai menuju ke relay, terus ke colector lalu ke emitter terus ke ground. Dioda dipasang paralalel dengan relay bertujuan untuk mempecepat respon dari relay.  Arus yang menuju ke kolektor tersebut melewati relay sehingga relay aktif maka arus mengalir dari baterai menuju  buzzer, motor dan led sehingga buzzer,motor dan led  hidup.

Ketika logic state bernilai satu maka arus akan mengalir menuju op amp amplifier  dan masuk ke kaki non inverting pada op amp menyebabkan tegangan output diperkuat, selanjutnya  tegangan output op amp(> 0.76 V) akan menuju base transitor , yang mana tegangan base sehingga  transistor aktif .maka  arus dari supply ke relay ,lalu ke kolektor lanjut ke emitor setelah itu ke ground, karena adanya arus yang mengalir di relay maka relay ON. Dioda dipasang paralalel dengan relay bertujuan untuk mempecepat respon dari relay. Akibat relay ON maka switch akan berpindah ke kiri yang akan menghungkan kutup positif baterai ke buzzer  dan led  lalu ke kutup negatif batrai, sehingga led hidup dan buzzer berbunyi.      

Ketika sensor mendeteksi adanya air maka resistor variabel menjadi lebih dari  30%, maka tegangan sebesar  2,17 volt akan mengalir melewati induktor lalu ke capacitor, lalu menuju ke ground.Arus juga akan masuk ke kaki non inverting amplifer. terjadi penguatan tegangan 2 kali.selanjutnya  tegangan output op amp(> 0.76 V) akan menuju base transitor , yang mana tegangan base menyebabkan transistor aktif .maka  arus dari supply ke relay ,lalu ke kolektor lanjut ke emitor setelah itu ke ground, karena adanya arus yang mengalir di relay maka relay ON.Dioda dipasang paralalel dengan relay bertujuan untuk mempecepat respon dari relay.  Akibat relay ON maka switch akan berpindah ke kiri yang akan menghungkan kutup positif baterai ke buzzer  dan led  lalu ke kutup negatif batrai, sehingga led hidup dan buzzer berbunyi.      

6. Video[kembali]







7. Download[kembali] 

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

BAHAN PRESENTASI UNTUK MATAKULIAH SENSOR TA SEMESTER GANJIL 2020-2021 Oleh: MUHAMMAD ALFARIO WIRAWAN 1910953019 ...