UAS NO 2



1. Soal Uas [Kembali]





2.Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja[Kembali]

KONTROL KUALITAS UDARA PADA INDUSTRI MANUFAKTUR PABRIK SEMEN

SENSOR SUHU

Aplikasi Sensor Suhu


Prinsip Kerja Sensor LM35:

  • LM35 bekerja berdasarkan perubahan tegangan output yang linear terhadap perubahan suhu.
  • Sensor ini menghasilkan tegangan sebesar 10 mV untuk setiap 1°C perubahan suhu.
  • Misalnya, pada 25°C, output akan menjadi 250 mV.

    • Grafik


    Penjelasan :

    1. Thermal Resistance Junction to Air

    • Sumbu X: Kecepatan aliran udara (Air Velocity, ft/min)
    • Sumbu Y: Resistansi termal (°C/W)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan hubungan antara kecepatan aliran udara dan resistansi termal dari sambungan sensor ke udara.
      • Semakin tinggi kecepatan aliran udara, semakin rendah resistansi termal.
      • Hal ini berarti sensor lebih efektif dalam membuang panas pada aliran udara yang lebih cepat.

    2. Thermal Time Constant

    • Sumbu X: Kecepatan aliran udara (Air Velocity, ft/min)
    • Sumbu Y: Konstanta waktu termal (Time Constant, detik)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan waktu yang dibutuhkan sensor untuk merespons perubahan suhu terhadap aliran udara.
      • Semakin tinggi kecepatan aliran udara, semakin cepat sensor merespons perubahan suhu (konstanta waktu lebih rendah).

    3. Thermal Response in Still Air

    • Sumbu X: Waktu (menit)
    • Sumbu Y: Persentase dari nilai akhir (%)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan respons sensor LM35 dalam kondisi udara diam terhadap perubahan suhu.
      • Respons awal lambat tetapi kemudian stabil seiring waktu, mendekati 100% dari nilai suhu aktual.

    4. Thermal Response in Stirred Oil Bath

    • Sumbu X: Waktu (detik)
    • Sumbu Y: Persentase dari nilai akhir (%)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan respon sensor dalam lingkungan minyak yang diaduk (lebih konduktif dibanding udara).
      • Sensor merespons lebih cepat dalam minyak dibandingkan udara, mendekati nilai akhir dalam waktu singkat.

    5. Minimum Supply Voltage vs. Temperature

    • Sumbu X: Suhu (°C)
    • Sumbu Y: Tegangan suplai minimum (V)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan tegangan suplai minimum yang diperlukan sensor pada berbagai suhu operasi.
      • Pada suhu yang sangat rendah atau sangat tinggi, tegangan suplai minimum yang dibutuhkan sedikit meningkat.

    6. Quiescent Current vs. Temperature (Figure 1)

    • Sumbu X: Suhu (°C)
    • Sumbu Y: Arus diam (µA)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan arus diam (quiescent current) sensor terhadap perubahan suhu.
      • Arus meningkat seiring dengan kenaikan suhu.

    7. Quiescent Current vs. Temperature (Figure 2)

    • Sumbu X: Suhu (°C)
    • Sumbu Y: Arus diam (µA)
    • Penjelasan:
      • Mirip dengan grafik sebelumnya, tetapi mungkin menggunakan konfigurasi sirkuit yang berbeda.
      • Arus meningkat secara linear seiring dengan peningkatan suhu.

    8. Accuracy vs. Temperature (Guaranteed)

    • Sumbu X: Suhu (°C)
    • Sumbu Y: Kesalahan suhu (°C)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini menunjukkan akurasi sensor LM35 pada rentang suhu yang berbeda.
      • Terdapat sedikit penyimpangan pada suhu ekstrem (sangat rendah atau sangat tinggi).
      • Sensor LM35 memiliki performa terbaik dalam rentang suhu tertentu.

    9. Accuracy vs. Temperature (Guaranteed, Variasi Sensor)

    • Sumbu X: Suhu (°C)
    • Sumbu Y: Kesalahan suhu (°C)
    • Penjelasan:
      • Grafik ini membandingkan akurasi beberapa varian sensor LM35 (LM35, LM35A, LM35C, dll.).
      • Setiap varian memiliki tingkat akurasi yang sedikit berbeda pada suhu ekstrem.

    M35 (Temperature Sensor)

    • Pasif/Aktif: Aktif (mengubah suhu menjadi tegangan).
    • Analog/Digital: Analog (output berupa tegangan analog).
    • Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (mengukur sifat fisik berupa suhu).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Thermal (mengukur suhu).

    SENSOR GAS
    Aplikasi Sensor Gas Mq-2 dan Mq-7


    Prinsip Kerja Sensor Gas Mq-2 dan Mq-7:

  • Sensor MQ bekerja berdasarkan perubahan resistansi material semikonduktor SnO₂ (Timah Dioksida) ketika terpapar gas tertentu.
  • Ketika gas yang ditargetkan bersentuhan dengan permukaan sensor, gas akan bereaksi dengan oksigen yang teradsorpsi pada permukaan SnO₂, menyebabkan perubahan resistansi.
  • Perubahan resistansi ini kemudian diubah menjadi sinyal tegangan yang dapat diukur.


    • Grafik Sensor:


    Penjelasan Bagian-Bagian Grafik

    Pemanasan Awal (Rising Phase)

    • Rentang Waktu: 0 - ±60 detik
    • Kenaikan Suhu: 1°C/detik hingga 200°C
    • Penjelasan:
      • Sensor gas dipanaskan secara bertahap untuk mencapai suhu operasional.
      • Kenaikan suhu yang terkendali memastikan sensor dapat merespons gas target dengan optimal.

    Gelombang Pertama (1st Wave)

    • Rentang Waktu: ±60 - ±70 detik
    • Suhu Puncak: ±260°C
    • Penjelasan:
      • Pada fase ini, sensor mencapai suhu puncak pertama.
      • Biasanya digunakan untuk memicu reaksi kimia tertentu pada material sensor, seperti aktivasi atau penyerapan gas target.
      • Waktu di puncak sekitar 1,5 detik memastikan kestabilan dalam pendeteksian.

    Gelombang Kedua (2nd Wave)

    • Rentang Waktu: ±70 - ±80 detik
    • Suhu Puncak Stabil: ±260°C
    • Penjelasan:
      • Gelombang kedua merupakan fase stabilitas sensor.
      • Pada titik ini, sensor mempertahankan suhu optimal untuk memastikan keakuratan deteksi gas.
      • Fase ini biasanya berlangsung selama 10 detik.

    Pendinginan (Cooling Phase)

    • Rentang Waktu: ±80 - ±140 detik
    • Laju Pendinginan: 5°C/detik (awal) dan melambat menjadi 2°C/detik (akhir)
    • Penjelasan:
      • Sensor mengalami penurunan suhu bertahap.
      • Pendinginan yang terkendali memastikan tidak terjadi kerusakan material sensitif di dalam sensor.
      • Proses ini penting untuk menghindari efek termal berlebih pada komponen elektronik atau sensor itu sendiri.

  • MQ2 (Gas Sensor)

    • Pasif/Aktif: Pasif (karena hanya mendeteksi perubahan tanpa menghasilkan energi sendiri).
    • Analog/Digital: Analog (menghasilkan tegangan analog sebagai output).
    • Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (mengukur perubahan reaksi kimia dari gas tertentu).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Kimia (berbasis reaksi kimiawi).

  • MQ7 (Carbon Monoxide Sensor)

    • Pasif/Aktif: Pasif.
    • Analog/Digital: Analog.
    • Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (mendeteksi gas CO melalui reaksi kimia).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Kimia.

    • SENSOR PIEZO
    Aplikasi Sensor Piezo (Sensor Tekanan Udara)

    Prinsip Kerja Sensor piezo:
    • Berdasarkan efek piezoelektrik, di mana material tertentu (misalnya kuarsa atau keramik piezoelektrik) akan menghasilkan tegangan listrik ketika dikenakan tekanan mekanis.
    • Semakin besar tekanan, semakin tinggi tegangan yang dihasilkan.
    Grafik :

    (a) Grafik Kiri: Output Tegangan terhadap Waktu untuk Berbagai Percepatan

    • Sumbu X: Waktu (t) dalam detik.
    • Sumbu Y: Tegangan puncak ke puncak (Vpp) dalam volt.
    • Deskripsi:
      • Setiap kurva merepresentasikan respons sensor untuk percepatan tertentu (0.25g hingga 2.0g).
      • Amplitudo tegangan meningkat seiring bertambahnya percepatan.
      • Hal ini menunjukkan bahwa sensor piezoelektrik menghasilkan tegangan lebih besar saat mengalami percepatan yang lebih tinggi.
      • Periode gelombang tetap sama, menunjukkan bahwa frekuensi tidak berubah dengan percepatan, tetapi amplitudo meningkat secara signifikan.

    (b) Grafik Kanan: Tegangan Output terhadap Percepatan untuk Berbagai Frekuensi

    • Sumbu X: Percepatan (g).
    • Sumbu Y: Tegangan output dalam volt.
    • Keterangan Garis:
      • Garis-garis merepresentasikan tegangan output pada frekuensi eksitasi yang berbeda (1479.8 Hz, 1475.0 Hz, 1450.0 Hz, dan 100.0 Hz).
      • Pada frekuensi tinggi (misalnya, 1479.8 Hz), tegangan output lebih besar dibandingkan pada frekuensi rendah (misalnya, 100 Hz).
      • Tegangan output meningkat secara linier dengan percepatan untuk frekuensi tertentu.

    Piezosensor (Piezoelectric Sensor)

    • Pasif/Aktif: Aktif (menghasilkan tegangan listrik saat menerima tekanan).
    • Analog/Digital: Analog.
    • Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (mendeteksi perubahan fisik seperti tekanan).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Mekanis (merespons perubahan mekanis).


    • SENSOR LDR/PARTIKULAT
    Aplikasi Sensor LDR (Cahaya)/Partikulat

    Prinsip Kerja Sensor Ldr Sebagai sensor partikulat:

  • Sumber Cahaya dan LDR:

    • Sebuah sumber cahaya (biasanya LED atau laser) diarahkan melalui udara yang mengandung partikulat.
    • LDR diletakkan pada jalur cahaya tersebut untuk menerima intensitas cahaya.

  • Interaksi Cahaya dengan Partikulat:

    • Partikel debu atau asap akan menghamburkan (scattering) atau menyerap sebagian cahaya yang melewatinya.

  • Respon LDR:

    • Jika partikulat banyak, intensitas cahaya yang sampai ke LDR akan berkurang.
    • Penurunan intensitas cahaya akan meningkatkan resistansi LDR.

  • Output LDR:

    • Perubahan resistansi pada LDR akan diubah menjadi sinyal tegangan menggunakan rangkaian pembagi tegangan.
    • Tegangan output dapat diukur menggunakan mikrokontroler seperti Arduino untuk dianalisis.
    • Grafik :

    Figure 1: Power Dissipation Derating

    • Sumbu X: Suhu lingkungan (Ambient temperature) dalam °C.
    • Sumbu Y: Daya disipasi maksimum (dalam miliwatt, mW).
    • Deskripsi:
      • Grafik menunjukkan bahwa daya disipasi maksimum sensor menurun seiring dengan meningkatnya suhu.
      • Pada suhu sekitar 25°C, daya disipasi maksimum adalah 300 mW.
      • Ketika suhu mencapai 85°C, daya disipasi turun menjadi nol, menunjukkan bahwa LDR tidak boleh dioperasikan di atas suhu ini untuk menghindari kerusakan.

    Figure 2: Spectral Response

    • Sumbu X: Panjang gelombang cahaya (dalam nanometer, nm).
    • Sumbu Y: Respons spektral sensor dalam satuan relatif (%).
    • Deskripsi:
      • Grafik menunjukkan rentang sensitivitas LDR terhadap panjang gelombang cahaya.
      • Puncak respons LDR terjadi sekitar 550 nm, yang berada dalam spektrum cahaya hijau.
      • Respons sensor berkurang di panjang gelombang lebih rendah (UV) atau lebih tinggi (infrared), menunjukkan bahwa sensor lebih efektif untuk mendeteksi cahaya tampak, khususnya hijau.

    Figure 3: Resistance as a Function of Illumination

    • Sumbu X: Tingkat iluminasi (lux), dalam skala logaritmik.
    • Sumbu Y: Resistansi sensor (ohm), juga dalam skala logaritmik.
    • Deskripsi:
      • Grafik menunjukkan bahwa resistansi sensor berkurang secara signifikan dengan meningkatnya tingkat pencahayaan.
      • Pada iluminasi rendah (sekitar 0.1 lux), resistansi sangat tinggi (ribuan ohm).
      • Ketika pencahayaan meningkat hingga 100 lux, resistansi turun hingga nilai yang jauh lebih rendah.
      • Ini mencerminkan sifat LDR yang sensitif terhadap cahaya: semakin terang, resistansinya semakin rendah.

    Partikulat Sensor (Contoh: LDR untuk Cahaya)

    • Pasif/Aktif: Pasif (mendeteksi intensitas cahaya).
    • Analog/Digital: Analog (output berupa perubahan resistansi).
    • Fisika/Kimia/Biologi: Fisika (berbasis fenomena fisik cahaya).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Optik (mengukur intensitas cahaya).
    SENSOR OKSIGEN
    Aplikasi Rangkaian Sensor Oksigen

    Prinsip Kerja Sensor oksigen:
  • Sensor MQ bekerja berdasarkan perubahan resistansi material semikonduktor SnO₂ (Timah Dioksida) ketika terpapar gas tertentu.
  • Ketika gas yang ditargetkan bersentuhan dengan permukaan sensor, gas akan bereaksi dengan oksigen yang teradsorpsi pada permukaan SnO₂, menyebabkan perubahan resistansi.
  • Perubahan resistansi ini kemudian diubah menjadi sinyal tegangan yang dapat diukur.

    • Grafik :


    Grafik Kiri Atas: Hubungan Rs/R0 terhadap Konsentrasi Gas

    • Sumbu X: Konsentrasi gas dalam satuan ppm (part per million), ditampilkan dalam skala logaritmik.
    • Sumbu Y: Rasio resistansi sensor (Rs) terhadap resistansi referensi (R0), juga dalam skala logaritmik.
    • Keterangan:
      • Garis-garis menunjukkan respons sensor terhadap berbagai jenis gas, seperti hidrogen (H₂), amonia (NH₃), udara (Air), dan toluena (Toluene).
      • Secara umum, nilai Rs/R0 menurun seiring dengan meningkatnya konsentrasi gas.
      • Ini menunjukkan sensitivitas sensor terhadap masing-masing gas. Gas tertentu menghasilkan perubahan resistansi yang lebih besar dibandingkan yang lain.

    Grafik Kanan Atas: Hubungan Rs/R50 terhadap Temperatur

    • Sumbu X: Temperatur (°C), dari -20°C hingga 50°C.
    • Sumbu Y: Rasio Rs/R50, di mana R50 adalah resistansi sensor pada suhu referensi 50°C.
    • Keterangan:
      • Garis-garis menunjukkan perubahan rasio resistansi sensor terhadap temperatur pada berbagai konsentrasi gas (60 MHz, 30 MHz, dan 85 MHz).
      • Sensor tampaknya memiliki sensitivitas yang berbeda terhadap perubahan suhu tergantung pada kondisi atau frekuensi operasi.
      • Secara umum, rasio Rs/R50 menurun dengan meningkatnya suhu, menunjukkan bahwa resistansi sensor menurun seiring kenaikan suhu.

    Grafik Kiri Bawah: Hubungan antara Konsentrasi Gas (ppm) dan Tegangan Keluaran (VRL)

    • Sumbu X: Konsentrasi gas dalam satuan ppm (parts per million).
    • Sumbu Y: Tegangan keluaran (VRL) dalam volt (V).
    • Deskripsi Grafik:
      • Grafik menunjukkan peningkatan tegangan keluaran (VRL) seiring bertambahnya konsentrasi gas.
      • Grafik memiliki pola kurva yang mendekati saturasi, artinya peningkatan konsentrasi gas akan menghasilkan peningkatan tegangan yang semakin lambat setelah melewati titik tertentu.
      • Tegangan keluaran maksimal sekitar 3,5–4 V untuk resistansi beban RL sebesar 4,7 kΩ.
      • Hal ini menunjukkan bahwa MQ135 memberikan respons linier hingga tingkat tertentu, setelah itu respons menjadi lebih stabil.

    Grafik Kanan Bawah : Respon Sensor terhadap Waktu

    • Sumbu X: Waktu dalam detik (s).
    • Sumbu Y: Tegangan keluaran (VRL) dalam volt (V).
    • Deskripsi Grafik:
      • Grafik ini menunjukkan respons sensor terhadap perubahan konsentrasi gas dari waktu ke waktu.
      • Pada awalnya (0–20 detik), tegangan rendah, menunjukkan lingkungan tanpa gas target.
      • Antara 20–40 detik, tegangan naik dengan cepat dan mencapai nilai stabil, yang menunjukkan bahwa gas target telah terdeteksi dengan konsentrasi tertentu.
      • Setelah 40 detik, gas target dihilangkan, dan tegangan mulai turun kembali menuju nilai awal, menunjukkan pemulihan sensor.
      • Grafik ini menggambarkan sensitivitas dan waktu pemulihan sensor.

    MQ135 (Air Quality Sensor)

    • Pasif/Aktif: Pasif.
    • Analog/Digital: Analog.
    • Fisika/Kimia/Biologi: Kimia (mengukur kandungan gas berdasarkan reaksi kimia).
    • Thermal/Mekanis/Optik: Kimia.

    3. Video Simulasi[Kembali]




    4. Download File[Kembali]

    Datasheet sensor gas Klik Disini
    Datasheet Sensor Suhu Klik Disini
    Datasheet Sensor Oksigen Klik Disini
    Datasheet Piezo Sensor Klik Disini
    Datasheet Ldr Klik Disini




    Tidak ada komentar:

    Posting Komentar

    Langganan: Postingan (Atom)

         BAHAN PRESENTASI     MATA KULIAH ELEKTRONIKA 2022 Oleh Muhammad Farhan Pramasta 2210953033 DOSEN PENGAMPU DR. DARWISON, M.T. Referensi ...

    • (tanpa judul)
           BAHAN PRESENTASI     MATA KULIAH ELEKTRONIKA 2022 Oleh Muhammad Farhan Pramasta 2210953033 DOSEN PENGAMPU DR. DARWISON, M.T. Referensi ...
    • Tugas Besar Kontrol Wastafel
        [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Tujuan 2. Alat dan Komponen 3. Dasar Teori 4. Percobaan 5. Download File   ...