LAPORAN PRAKTIKUM 4 PROXIMITY, ACCELEROMETER, SENSOR GAS DAN SENSOR PH
OLEH
: MUHAMMAD ILHAM SIREGAR
NIM
: 3211601050
MATA KULIAH
: SENSOR DAN TRANSDUSER
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI BATAM 2018
LAPORAN PRAKTIKUM 4 PROXIMITY, ACCELEROMETER, SENSOR GAS DAN SENSOR PH
1.
Tujuan
Memahami prinsip dasar Proximity Sensor, Accelerometer, Flow Sensor, Sensor Gas dan Sensor pH. 2.
Dasar Teori
2.1
Proximity Sensor
2.1.1 Capasitive Proximity Sensor
Capasitive proximity sensor bekerja untuk mendeteksi ada atau tidaknya objek dengan melihat perubahan nilai kapasitansi ketika didekatkan dengan benda tertentu. Sensor ini akan membangkitkan medan elektrik dan nantinya akan mendeteksi nilai kapasitansi ketika medan elektrik ini memotong suatu objek. Dalam fisika kita punya persamaan untuk besarnya nilai kapasitansi suatu benda.
Keterangan :
C = Kapasitansi C1 = Kapasitansi yang telah terbentuk antara test plate dan board Ca = Kapasitansi antara body dan test plate Cb = Salah satu kapasitansi antara body dan test plate
Dari sini kita lihat bahwa perubahan nilai kapasitansi tergantung beberapa faktor yaitu jarak dan posisi benda di depan sensor proximity, ukuran dan bentuk objek, konstanta dielektrik benda tersebut. Karena hubungan perubahan jarak dengan benda dan nilai kapasitansi tidak linier, maka sensor ini sulit dipakai sebagai pendeteksi jarak. Aplikasinya hanya sebagai pendeteksi ada atau tidaknya benda (baik logam maupun nonlogam) dengan mengatur nilai set point kapasitansinya terhadap benda yang akan kita deteksi. Prinsip kerja capasitive proximity sensor yaitu dengan cara mengukur perubahan kapasitansi medan listrik sebuah kapasitor yang disebabkan oleh sebuah objek yang mendekatinya. Capacitive proximity ini biasanya digunakan pada bumper mobil atau bagian mobil yang lainnya. Manfaat sederhananya adalah untuk memudahkan mobil parkir, karena sensor ini akan bekerja apabila mendekteksi benda-benda pada jarak tertentu sehingga mobil tidak akan menabrak benda tersebut.
Gambar 2.1 Bentuk Capasitive proximity sensor dan prinsip kerja
2.1.2 Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive) Lakteal Gland Style atau High Frequency Oscillation Proximity Sensor digunakan untuk mendeteksi benda logam, khususnya untuk deteksi j arak jauh untuk target besi. Deteksi belitan oleh inti ferit terdiri dari bagian-frekuensi tinggi rangkaian osilator. Arus mengalir melalui kumparan untuk menghasilkan frekuensi tinggi pada medan magnet. Dan ketika logam memasuki bagian dalam magnet, arus melalui bagian dalam konduktor akan mengalami induksi yang menyebabkan hilangnya panas. Perubahan resistansi menyebabkan hilangkan kumparan deteksi dan induktansi. Perubahan ini mengambil output melalui perubahan frekuensi osilasi atau osilasi amplitude.
Gambar 2.2 Struktur dan bentuk Lacteal Gland Style Proximity Sensor
2.2
Accelerometer (MMA7361)
Accelerometer adalah sebuah tranduser yang berfungsi untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, ataupun untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi. Accelerometer juga dapat digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi pada kendaraan, bangunan, mesin, dan juga bisa digunakan untuk mengukur getaran yang terjadi di dalam bumi, getaran mesin, jarak yang dinamis, dan kecepatan dengan ataupun tanpa pengaruh gravitasi bumi. Prinsip kerja dari tranduser ini berdasarkan hukum fisika bahwa apabila suatu konduktor digerakkan melalui suatu medan magnet, atau jika suatu medan magnet digerakkan melalui suatu konduktor, maka akan timbul suatu tegangan induksi pada konduktor tersebut. Accelerometer yang diletakan di permukaan bumi dapat mendeteksi percepatan 1g (ukuran gravitasi bumi) pada titik vertikalnya, untuk percepatan yang dikarenakan oleh pergerakan
horizontal maka accelerometer akan mengukur percepatannya secara langsung ketika bergerak secara horizontal. Hal ini sesuai dengan tipe dan jenis sensor accelerometer yang digunakan karena setiap jenis sensor berbeda-beda sesuai dengan spesifikasi yang dikeluarkan oleh perusahaan pembuatnya. Saat ini hampir semua sensor/tranduser accelerometer sudah dalam bentuk digital (bukan dengan sistem mekanik) sehingga cara kerjanya hanya bedasarkan temperatur yang diolah secara digital dalam satu c hip. Berikut ini adalah gambaran bagaimana proses accelerometer analog (dengan system mekanik maupun digital) bekerja;
Accelerometer digital yang bekerja berdasarakan temperature
Accelerometer analog yang bekerja berdasarakan sistem mekanik
Tipe Sensor Accelerometer : Capacitive
lempengan metal pada sensor memproduksi sejumlah kapasitansi, perubahan kapasitansi akan mempengaruhi percepatan. Piezoelectric
kristal piezoelectric yang terdapat pada accelerometer jenis ini mengeluarkan tegangan yang selanjutnya dikonversi menjadi percepatan. Piezoresistive
lempengan yang secara resistan akan berubah sesuai dengan perubahan percepatan. Hall effect
percepatan yang dirubah menjadi sinyal elektrik dengan cara mengukur setiap perubahan pergerakan yang terjadi pada daerah yang terinduksi magnet. Magnetoresistive
Perubahan percepatan diketahui berdasarkan resistivitas material karena adanya daerah yang terinduksi magnet Heat Transfer
percepatan dapat diketahui dari lokasi sebuah benda yang dipanaskan dan diukur ketika terjadi percepatan dengan sensor temperatur. Sensor Accelerometer ini merupakan salah satu jenis sensor MEMS (Micro Electro Mechanical System) dengan kemampuan dapat mendeteksi kemiringan (tilt) untuk kapasitas g yang kecil (1-10g). sensor accelerometer kadang digunakan juga untuk nilai g yang cukup tinggi yaitu di atas 20g. MEMS terkenal karena kelebihannya memiliki daya yang rendah, dan sensitivitasnya yang tinggi terhadap kemiringan (tilt) gambar di bawah, menunjukan arah gerak kemiringan (tilt) yang bisa dideteksi oleh accelerometer
Gambar 2.3 Deteksi kemiringan (tilt) accelerometer
Sensor accelerometer yang digunakan dalam praktikum ini adalah jenis MMA 7361 pada gambar 4, yang memiliki diagram blok IC seperti pada gambar 5 di bawah:
Gambar 2.4 Sensor accelerometer MMA 7361
Gambar 2.5 Blok diagram IC MMA 7361
2.3
Sensor Gas
Sensor gas adalah salah satu jenis sensor metaloxide semiconductor (SnO2) yang mempunyai
prinsip
perubahan
ikatan
valensi
pada
atom
semiconductor
karena
dipanaskan pada suhu tertentu. Jika mencapai pada suhu tertentu, maka sifat bahan semikonduktor
akan
berubah
ikatan
valensi
nya
yang
pertama
memiliki
sifat
semikonduktor menjadi konduktor. Dimana material semikonduktor yang sudah diberi lapisan tertentu dialiri gas tertentu melalui proses penyerapan ( Absorption) akan mengakibatkan perubahan jenis ikatan valensinya. Hal ini dapat dilihat pada gambar dibawah
(a)
(b)
Gambar 2.6 (a) Ikatan Valensi Semikonduktor, (b) Ikatan Valensi Konduktor Ikatan valensi yang bersifat semikonduktor dan konduktor ditunjukan dalam bentuk resistansi yang berubah pada output sensor gas. Dimana nilai resistansi Rs akan turun sebanding dengan kenaikan konsentrasi gas tertentu. Dimana response dari sensor tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah.
Gambar 2.7 Respon Sensor Gas Dengan Kenaikan Konsentrasi Gas
Pada praktikum ini digunakan sensor MQ-6 sebagai sensor pendeteksi senyawa LPG ( Liquefied Petroleum Gas), selain MQ-6 terdapat sensor type MQ lain yang dapat mendeteksi senyawa lain berikut ini sedikit jenis-jenis dan fungsi sensor gas type MQ.
Gambar 2.8 Sensor Gas MQ-6 Jenis Jenis Sensor MQ dan Fungsinya Model Target Gas
Model
Target Gas
MQ-2 General combustible gas
MQ306A LPG, Propane
MQ-3 Alcohol
MQ309A Carbon Monoxide (CO), Flammable Gas
MQ-4 Natural gas, Methane
MQ303A Alcohol
MQ-5 LPG, Natural gas, Coal gas
MQ131 Ozone O3
MQ-6 LPG, Propane
MQ135 Air Quality Control (NH3,Benzene,Alcohol)
MQ-7 Carbon Monoxide (CO)
MQ136 Sulfureted Hydrogen (H2S)
MQ-8 Hydrogen
MQ137 Ammonia (NH3)
MQ-9 CO and Combustible gas
MQ138 VOC (Mellow,Benzene,Aldehyde,Ketone, Ester)
MQ216 Natural gasCoal gas 2.4
Sensor pH
Sensor pH berfungsi sebagai penentu derajat keasaman atau kebasaan dari suatu bahan. Dan pH itu sendiri adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Unit pH diukur pada skala 0 s ampai 14. Kadar keasaman suatu larutan diaktakan netral apabila bernilai 7. Sensor pH berfungsi sebagai penentu derajat keasaman atau kebasaan dari suatu bahan. Pada umumnya jenis sensor pH yang banyak digunakan terbuat dari bahan gelas yang memiliki ukuran yang relatif besar, memiliki tahanan dalam yang sangat besar dalam orde Mega-Ohmdan mudah pecah bila terjatuh atau terbentuk.Sensor yang biasa digunakan untuk mengukur pH adalah elektroda yang sensitif terhadap ion atau disebut juga elektroda gelas. Elektroda ini tersusun dari batang elektroda (terbuat dari gelas yang terisolasi dengan baik) dan membran gelas (yang berdinding tipis dan sensitif ter hadap ion H+ ). Elemen sensor pengukur pH terdapat di tengah-tengah, dilingkupi oleh larutan perak-perak klorida (Ag-AgCl). Bagian
bawah dari elemen sensor ini berhubungan dengan membran gelas dan berisi larutan perak perak klorida. Pada sistem mekanik dipasang sensor yaitu sensor derajat keasaman (PH), sensor derajat keasaman (PH) akan menentukan nilai PH pada cairan yang tersedia, sedangkan limit switch akan berfungsi sebagai penentu kapan sensor pH bergerak ke atas-bawah dan bergeser ke kirikanan. Data yang diperoleh dari sensor pH dikirimkan ke mikrokontroller untuk selanjutnya diubah kedalam bentuk data digital yang kemudian dapat ditampilkan melalui LCD, kejadian pengukuran kadar keasaman berlangsung secara otomatis dengan adanya bantuan system mekanik. Sensor pH mengeluarkan output berupa tegangan, semakin basa (nilai pH >7) maka sensor mengeluarkan tegangan semakin kecil, sebaliknya jika semakin asam maka sensor pH mengeluarkan tegangan yang semakin besar. Nilai pH 7 dikatakan netral karena pada air murni ion H+ terlarut dan ion OH- terlarut (sebagai tanda kebasaan) berada pada jumlah yang sama, yaitu 10-7 pada kesetimbangan. Penambahan senyawa ion H+ terlarut dari suatu asam akan mendesak kesetimbangan ke kiri (ion OH- akan diikat oleh H+ membentuk air). Akibatnya terjadi kelebihan ion hidrogen dan meningkatkan konsentrasinya.
Gambar 2.9 Sensor pH 3.
Alat dan Bahan
3.1
Capasitive Proximity Sensor
Alat dan Bahan Nama Barang
Jumlah
DC Power Supply
1
DAQ Module
1
Signal Conditioner
1
Meja Kerja
1
Circuit Connection Cable
1 set
AC 220V Power Supply Cable
2
Proximity Sensor (Capasitive)
1
Multimeter
1
Penggaris
1
Composition Set
Supply (-) Supply (+) 24 V
Multimeter (Volt Meter)
Object
3.2
Gambar 3.1 Cara Pengukuran Capasitive Proximity Sensor Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive) Alat dan Bahan Nama Barang
Jumlah
DC Power Supply
1
DAQ Module
1
Signal Conditioner
1
Meja Kerja
1
Circuit Connection Cable
1 set
AC 220V Power Supply Cable
2
Proximity Sensor (Inductive)
1
Multimeter
1
Penggaris
1
Composition Set
Supply (-) Supply (+) 24 V
Multimeter Volt Meter
Object
Gambar 3.3 Cara Pengukuran Inductive Proximity Sensor 3.3
Accelerometer (MMA7361)
Alat dan Bahan Nama Barang
Jumlah
Arduino Uno
1
Kabel Jumper
Secukupnya
Sensor Accelerometer (MMA7361)
1
Multimeter
1
Busur Drajat
1
Gambar 3.2 Wiring Sensor MMA7361 Dengan Arduino 3.4
Sensor Gas
Alat dan Bahan Nama Barang Power Supply 5V
Jumlah 1
Kabel Jumper
Secukupnya
Sensor Gas MQ-6
1
Multimeter
1
Bensin
Supply 5V (+) Supply (-) Multimeter Volt Meter
Gambar 3.6 Pengukuran Sensor Gas MQ-6
Gas
4.
Data Praktikum
4.1
Praktikum Capasitive Proximity Sensor
Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Capasitive Proximity Sensor Composition Type
Jarak Dengan Sensor (cm) 1.4
√
3.5 mV
1
√
3.6 mV
Timah
1.3
√
3.5 mV
Alumunium
1.2
√
3.6 mV
Kuningan
1.5
√
3.5 mV
Transparan
0.5
√
3.7 mV
Stainless Steel Tembaga
4.2
(√ atau X) Keterangan
Praktikum Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive)
Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive) NPN Composition Type
Jarak Dengan Sensor (cm)
(√ atau X) Keterangan
Stainless Steel
0.5
√
9.8 mV
Tembaga
0.6
√
9 mV
Timah
0.2
√
9 mV
Alumunium
0.3
√
10.2 mV
Kuningan
0.4
√
10.6 mV
-
X
-
Transparan
Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive) PNP Jarak Dengan Sensor (cm)
(√ atau X)
Stainless Steel
0.2
√
Tembaga
0.3
√
Timah
0.3
√
Alumunium
0.2
√
Kuningan
0.4
√
-
X
Composition Type
Transparan
Keterangan
4.3
Praktikum Accelerometer (MMA7361)
Tabel 4.3 Data Tegangan Out Sensor MMA 7361 Sumbu Y Sudut Aktual (Drajat) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Sudut Pada Sensor (Drajat) 0.27 10.29 20.15 30.26 40.28 50.22 60.11 70.23 80.21 90.25
Tegangan Out Y (Volt) 1.79 1.96 2.15 2.28 2.38 2.48 2.51 2.58 2.58 2.6
Error (%) 27 2.9 0.75 0.86 0.7 0.44 0.18 0.32 0.26 0.27
Grafik Hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Sudut Sensor Accelerometer Sumbu Y 3 2.5 ) V 2 ( n a g 1.5 n a g e 1 T
2.15
2.28
2.38
2.58 2.58 2.48 2.51
2.6
1.96 1.7 y = 0.0088x + 1.9336
0.5 0 0
20
40
60
80
100
Sudut (Drajat)
Gambar 4.3 Grfik hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Sudut Sensor Accelerometer Sumbu Y Program Regresi Sensor Accelerometer MMA7361 Sumbu X int out_y; float teg_y; float add_y; float g_y; float degree_y; float degreeReg_y, sudut_y; void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { out_y = analogRead(A1); teg_y = out_y * 5.0 / 1024; add_y = teg_y - 1.62; g_y = add_y / 0.8;
if (g_y <= 1 && g_y >= -1) //We use this condition to prevent the overflow of asin(x).( If x>1 or x<-1, asin(x)=0) { //calculate the degree value degree_y = asin(g_y) * 180.0 / PI; degreeReg_y = 1.9336 + (0.0088 * degree_y); sudut_y = degree_y + degreeReg_y; } Serial.print("Tegangan_Y: "); Serial.print(teg_y); Serial.print(" "); Serial.print("Reg_y: "); Serial.print(degree_y); Serial.print(" "); Serial.print("Sudut y: "); Serial.print(sudut_y); Serial.println(); delay(100); }
4.4
Praktikum Sensor Gas
Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Sensor Gas Jarak Dengan Sensor (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tegangan 1.634 Volt 0.548 Volt 0.372 Volt 0.382 Volt 0.365 Volt 0.348 Volt 0.345 Volt 0.331 Volt 0.381 Volt 0.353 Volt 0.333 Volt
Grafik Hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Jarak Dengan Gas 1.8 1.6 1.4 ) V1.2 ( n 1 a g n0.8 a g e 0.6 T
0.4 0.2 0 0
2
4
6
8
10
12
Jarak (cm)
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Jarak Dengan Gas
4.5
Praktikum Sensor pH
Tabel 4.5 Data Hasil Pengukuran Sensor pH Sifat Larutan/Kadar pH Tegangan (Volt) Kering 3.017 pH 10 0.764 pH 7 0.931 pH 4 2.025
Grafik Hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Sifat Larutan 3.5 3 ) 2.5 V ( n 2 a g n a 1.5 g e T 1
0.5 0 Kering
pH 10
pH 7
pH 4
Sifat Larutan/Kadar pH
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Pengukuran Tegangan Terhadap Sifat Larutan 5.
Analisa Data
Analisa Capasitive Proximity Sensor
Pada percobaan yang dilakukan pada proximity sensor yang berjenis capasitive, sensor dapat mendeteksi semua jenis objek dengan jarak yang berbeda seperti data
berikut, Stainless Steel 1.4 cm, Tembaga 1 cm, Timah 1.3 cm, Alumunium 1.2 cm, Kuningan 1.5 cm, Transparan 0.5 cm.
Analisa Lacteal Gland Style Proximity Sensor (Inductive)
Pegujian pada sensor Lacteal Gland Style Proximity Sensor yang bersifat inductive terdapat 2 type yaitu NPN dan PNP dengan sensor ini semua objek dapat di deteksi dengan jarak yang dekat yaitu sekitar 0.5 cm, terkecuali pada object plastik yang transparan sensor tidak dapat mendeteksi
Analisa Accelerometer (MMA7361)
Pada pengujian sensor accelerometer MMA7361 dengan mengukur tegangan pada output sensor pada sumbu y, penngujian dilakukan dengan memiringkan sensor pada sumbu y dengan sudut yang ditentukan tegangan yang dikeluarkan line ar.
Analisa Sensor Gas
Pada pengujian sensor gas MQ-6 digunakan bensin sebagai senyawa/bahan yang diukur, dengan mendekatkan dengan sensor pada jarak tertentu nilai tegangan pada output sensor berubah seiring dengan jarak yang diberikan, semakin jauh jarak yang diberikan makan tegangan yang terukur semakin kecil.
Analisa Sensor pH
Pengujian yang dilakukan dengan kadar pH yang berbeda, semakin tinggi kadar pH tegangan yang terukur semakin kecil. 6.
Kesimpulan
Dari praktikum ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
Sensor Proximity memiliki dua jenis yaitu Capasitive dan Inductive, Sensor Proximity Induktive hanya mampu mendeteksi benda logam. Sedangkan Sensor Proximity Kapasitif dapat mendeteksi benda logam dan non logam
Sensor Accelerometer dapat mengukur kemiringan dengan keluaran tegangan yang masuk ke mikrokontroler dengan perubahan yang linear sesuai dengan kemiringan sensor. Perbedaan sensor Accelerometer dan Gyroscope adalah sensor Accelorometer dapat mengukur kemiringan sedangkan sensor Gyroscope mengukur pergerakan rotasi.
Sensor gas MQ-6 dapat mendeteksi kandungan gas, sehingga sensor MQ-6 ini bisa digunakan sebagai sistem keamanan tabung LPG.
Sensor pH dapat mengukur tingkat/kadar dari suatu bahan, sensor ini termasuk kedalam chemical sensor biasanya digunakan untuk mendeteksi bahan kimia yang dapat berbahaya bagi manusia.
