PENDETEKSI SUHU LELEH BESI DENGAN SENSOR THERMOCOUPLE DAN FLAME SENSOR
b. Mengetahui prinsip kerja thermocouple dan flame sensor
c. Mengetahui aplikasi dari sensor thermocouple dan flame sensor
Bahan:
a. Thermocouple (TCB)
Thermocouple adalah alat ukur atau sensor untuk mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabungkan pada bagian ujungnya hingga dapat menimbulkan efek "thermo electric".
Spesifikasi:
b. Ground
Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.
c. Resistor
Resistor merupakan komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya.
Spesifikasi:
d. Opamp
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:
e. Baterai
Baterai merupakan sebuah alat yang mengubah energi kimia yangtersimpan menjadi energi listrik. Pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya.
f. Relay
Relay adalah salah satu komponen elektronika yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik dalam sebuah rangkaian. Karena fungsi relay tersebut, itulah mengapa komponen yang satu ini juga disebut sebagai saklar.
Spesifikasi Relay umumnya adalah tegangan input 5 VDC, 12 VDC atau 48 VDC. Untuk common dan NO NC umumnya 220 vac dengan arus kerja 10 A.
Konfigurasi pin:
Spesifikasi:
g. Transistor NPN
Transistor merupakan alat semikonduktor yang dapat digunakan sebagai penguat sinyal, pemutus atau penyambung sinyal (switching), stabilisasi tegangan, dan fungsi lainnya. Transistor memiliki 3 kaki elektroda, yaitu basis, kolektor, dan emitor.
Spesifikasi dan konfigurasi pin:
Output= Digital (D0)
Working voltage: 3.3V to 5V
Output format: Digital output (HIGH/LOW)\
Wavelength detection range: 760nm to 1100nm
Using LM393 comparator
Detection angle: About 60 degrees, particularly sensitive to the flame spectrum
Lighter flame detect distance 80cm
2. Pin2 (GND): Ini adalah pin ground
3. Pin3 (AOUT): Ini adalah pin keluaran analog (MCU.IO)
4. Pin4 (DOUT): Ini adalah pin keluaran digital (MCU.IO)
Grafik
Komponen output:
a. 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.
Spesifikasi:
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:
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
a. Thermocouple (TCB)
Pengertian Sensor Thermocouple
Termokopel (Thermocouple) adalah jenis sensor suhu yang digunakan untuk mendeteksi atau mengukur suhu melalui dua jenis logam konduktor berbeda yang digabung pada ujungnya sehingga menimbulkan efek “Thermo-electric”. Efek Thermo-electric pada Termokopel ini ditemukan oleh seorang fisikawan Estonia bernama Thomas Johann Seebeck pada Tahun 1821, dimana sebuah logam konduktor yang diberi perbedaan panas secara gradient akan menghasilkan tegangan listrik. Perbedaan Tegangan listrik diantara dua persimpangan (junction) ini dinamakan dengan Efek “Seeback”.
Termokopel merupakan salah satu jenis sensor suhu yang paling populer dan sering digunakan dalam berbagai rangkaian ataupun peralatan listrik dan elektronika yang berkaitan dengan suhu (temperature). Beberapa kelebihan termokopel yang membuatnya menjadi populer adalah responnya yang cepat terhadap perubahaan suhu dan juga rentang suhu operasionalnya yang luas yaitu berkisar diantara -200˚C hingga 2000˚C. Selain respon yang cepat dan rentang suhu yang luas, Termokopel juga tahan terhadap goncangan/getaran dan mudah digunakan.
Tipe-tipe Thermocouple
- Termokopel Tipe E
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 900˚C
- Termokopel Tipe J
Bahan Logam Konduktor Positif : Iron (Besi)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : 0˚C – 750˚C
- Termokopel Tipe K
Bahan Logam Konduktor Positif : Nickel-Chromium
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nickel-Aluminium
Rentang Suhu : -200˚C – 1250˚C
- Termokopel Tipe N
Bahan Logam Konduktor Positif : Nicrosil
Bahan Logam Konduktor Negatif : Nisil
Rentang Suhu : 0˚C – 1250˚C
- Termokopel Tipe T
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Constantan
Rentang Suhu : -200˚C – 350˚C
- Termokopel Tipe U (kompensasi Tipe S dan Tipe R)
Bahan Logam Konduktor Positif : Copper (Tembaga)
Bahan Logam Konduktor Negatif : Copper-Nickel
Rentang Suhu : 0˚C – 1450˚C
Prinsip Kerja Thermocouple
Pada dasarnya Termokopel hanya terdiri dari dua kawat logam konduktor yang berbeda jenis dan digabungkan ujungnya. Satu jenis logam konduktor yang terdapat pada Termokopel akan berfungsi sebagai referensi dengan suhu konstan (tetap) sedangkan yang satunya lagi sebagai logam konduktor yang mendeteksi suhu panas.
Berdasarkan gambar diatas, ketika kedua persimpangan atau Junction memiliki suhu yang sama, maka beda potensial atau tegangan listrik yang melalui dua persimpangan tersebut adalah “NOL” atau V1 = V2. Akan tetapi, ketika persimpangan yang terhubung dalam rangkaian diberikan suhu panas atau dihubungkan ke obyek pengukuran, maka akan terjadi perbedaan suhu diantara dua persimpangan tersebut yang kemudian menghasilkan tegangan listrik yang nilainya sebanding dengan suhu panas yang diterimanya atau V1 – V2. Tegangan Listrik yang ditimbulkan ini pada umumnya sekitar 1 µV – 70µV pada tiap derajat Celcius. Tegangan tersebut kemudian dikonversikan sesuai dengan tabel referensi yang telah ditetapkan sehingga menghasilkan pengukuran yang dapat dimengerti oleh kita.
Prinsip kerja dari termokopel adalah, adanya perbedaan panas secara gradien akan menghasilkan tegangan listrik, hal ini disebut sebagai efek termoelektrik. Untuk mengukur perubahan panas ini gabungan dua macam konduktor sekaligus sering dipakai pada ujung benda panas yang diukur. Konduktor tambahan ini kemudian akan mengalami gradiasi suhu, dan mengalami perubahan tegangan secara berkebalikan dengan perbedaan temperatur benda. Menggunakan logam yang berbeda untuk melengkapi sirkuit akan menghasilkan tegangan yang berbeda, meninggalkan perbedaan kecil tegangan memungkinkan kita melakukan pengukuran, yang bertambah sesuai temperatur. Perbedaan ini umumnya berkisar antara 1 hingga 70 microvolt tiap derajad celcius untuk kisaran yang dihasilkan kombinasi logam modern. Beberapa kombinasi menjadi populer sebagai standar industri, dilihat dari biaya, ketersediaanya, kemudahan, titik lebur, kemampuan kimia, stabilitas, dan hasil. Sangat penting diingat bahwa termokopel mengukur perbedaan temperatur di antara 2 titik, bukan temperatur absolut.
Kelebihan dan Kekurangan Thermocouple
Untuk kelebihannya adalah:
- Mudah dibaca, karena memiliki layar yang tidak mudah keruh dan skala yang jelas
- Respon cepat untuk setiap adanya perubahan suhu
- Akurasi yang tepat dalam pengukuran suhu
- Baik digunakan untuk pengukuran variasi suhu dengan jarak kurang dari 1 cm
- Termokopel tidak mudah rusak dan tahan lama
Sementara itu, termokopel juga memiliki kekurangan dalam pemakaiannya, yakni:
- Kalibrasi yang sulit, saat termokopel dinyalakan, suhu yang tertera adalah suhu pada ruangan tersebut
- Hanya dapat digunakan untuk mengukur perbedaan suhu
- Termokopel membutuhkan perlengkapan tambahan yang harganya biasanya cukup mahal
Berikut grafik pada thermocouple menggunakan Op-Amp
b. Resistor
Simbol:
Resistor memiliki nilai resistansi atau hambatan yang berfungsi untuk menghambat dan mengatur arus listrik yang mengalir dalam rangkaian. Resistor memiliki dua pin untuk mengukur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu yang dapat menghasilkan tegangan listrik di antara kedua pin. Nilai tegangan terhadap resistansi berbanding lurus dengan arus yang mengalir.
Cara menghitung nilai resistor:
Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di tubuh resistor :
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.
Rumus:
- Titik kembali nya arus atau sinyal listrik
- Pelindung terhadap gelombang elektromagnetik dari udara sekitar
- Pengaman setrum jika ada kerusakan (ground sesungguhnya)
- Titik patokan (referensi) tegangan atau sinyal dari berbagai titik di rangkaian.
- Menghilangkan dengung (hum) pada penguat audio (amplifier)
- Mengurangi Noise pada penguat audio (amplifier)
- Pada kendaraan (mobil atau motor) mengurangi kebutuhan kabel listrik, karena menjadikan body motor atau mobil sebagai pengganti kabel negatif.
- dll.
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
Inverting Amplifier
Rumus:
NonInverting
Rumus:
Komparator
Rumus:
Adder
Rumus:
Bentuk Gelombang
LED merupakan keluarga dari Dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
g. 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.
h. 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 :
1. Electromagnet (Coil)
2. Armature
3. Switch Contact Point (Saklar)
4. 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)
i. 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. Motor Listrik DC ini biasanya digunakan pada perangkat-perangkat Elektronik dan listrik yang menggunakan sumber listrik DC seperti Vibrator Ponsel, Kipas DC dan Bor Listrik DC.
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, bagian Rotor ini terdiri dari kumparan Jangkar. Dua bagian utama ini dapat dibagi lagi menjadi beberapa komponen penting yaitu diantaranya adalah Yoke (kerangka magnet), Poles (kutub motor), Field winding (kumparan medan magnet), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Commutator (Komutator) dan Brushes (kuas/sikat arang).
Pada prinsipnya motor listrik 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 kumparan yang bersifat selatan akan bergerak menghadap ke utara magnet. Saat ini, karena kutub utara kumparan bertemu dengan kutub selatan magnet ataupun kutub selatan kumparan bertemu dengan kutub utara magnet 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.
j. Flame Sensor
 |
| Gambar. Panjang Gelombang Cahaya |
Dalam suatu proses pembakaran pada pembangkit listrik tenaga uap, flame detector dapat mendeteksi hal tersebut dikarenakan oleh komponen-komponen pendukung dari flame detector. Sensor nyala api ini mempunyai sudut pembacaan sebesar 60 derajat, dan beroperasi normal pada suhu 25 – 85 derajat Celcius. Adapun unit flame detector dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
 |
| Gambar. Flame Detector untuk Arduino |
- Prosedur Percobaan
- Buka aplikasi proteus
- Siapkan alat dan bahan pada library proteus, yang dibutuhkan pada rangkaian ini adalah voltmeter, resistor, ground, opamp, buzzer, LED, motor, transistor NPN, relay, flame sensor, baterai.
- Rangkai setiap komponen
- Ubah spesifikasi komponen sesuai kebutuhan
- Simulasikan rangkaian dengan mengatur suhu thermocouple hingga led menyala dan buzzer berbunyi
- Rangkaian Simulasi
- Prinsip Kerja:
Saat flame sensor mendeteksi adanya api pembakaran besi, sensor berlogika 1, maka arus akan mengalir ke basis transistor Q2 diteruskan ke emitter. Lalu diteruskan ke opamp menuju basis transistor Q3 sehingga transistor aktif. Arus juga dihasilkan melalui baterai lalu diteruskan ke relay sehingga relay aktif, led dan motor hidup karena adanya arus yang mengalir pada baterai. Suhu diukur oleh thermocouple, perbedaan jenis metal pada thermocouple menimbulkan adanya beda potensial pada ujung thermocouple. Ujung negatif thermocouple dihubungkan ke pin negatif op-amp, ujung positif thermocouple dihubungkan dengan pin positif op-amp. Tegangan dari thermocouple di inputkan ke op-amp dengan penguatan 500 kali penguatan. Output op-amp berupa tegangan yang sudah mengalami penguatan yang diukur oleh voltmeter. Semakin tinggi suhu yang diukur thermocouple maka semakin besar pula tegangannya. Begitu pula sebaliknya, semakin rendah suhu yang diukur thermocouple maka semakin rendah tegamgan yang terukur. Titik leleh pada besi sekitar 1300 derajat celcius. Saat suhu pada mesin peleleh besi melebihi titik leleh besi, maka output dari thermocouple setelah dikuatkan mampu menghidupkan buzzer sebagai alarm.
- Video
- Download File
Tidak ada komentar:
Posting Komentar