UTS2012 Sensor Gas CO2 - Laboratorium Fisika Dan Instrumentasi

Tugas Proyek Komponen Sistem Kontrol
Kelompok 1 :
Henry Rahardjo (1022006)
Kristian Hernowo (1022022)
UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA
BANDUNG
2012
SENSOR GAS CO
FIGARO TGS 2201
Prinsip Kerja Figaro TGS 2201
Figaro TGS 2201 merupakan sensor gas pembuangan
kendaraan bermotor.Terbagi menjadi 2 yaitu diesel dan bensin. Sisa
gas pembuangan diesel yang terdiri dari NO dan NO₂ dan dari bensin
CO, H₂, dan HC. yang konduktivitasnya berubah-ubah tergantung
pada konsentrasi gas di udara. Konduktivitas dari sensor berubah
sesuai dengan konsentrasi di udara.Rangkaian sederhana mengubah
perubahan konduktivitas menjadi sebuah sinyal keluaran (tegangan).
TGS 2201 memiliki dua elemen sensor yang tidak saling bergantung. Setiap elemen
sensor mengeluarkan output terpisah satu keluaran untuk diesel dan keluaran kedua untuk
bensin. Elemen sensor ini terbuat dari semiconductor metal oxida berlapis yang terbuat dari
bahan dasar alumina yang bekerjanya bersama dengan elemen pemanas.
GAMBAR RANGKAIAN DASAR dan FISIK SENSOR
Rangkaian dasar di atas menunjukkan elemen satu pada kaki satu yang berguna untuk
mendeteksi sinyal keluaran dari diesel (Vrl1) dan kaki ketiga yang mendeteksi sinyal
keluaran bensin (Vrl2). Sensor TGS 2201 bekerja dengan dua input tegangan yaitu tegangan
pemanas (Vh) dan tegangan rangkaian (Vc). Tegangan pemanas berguna untuk mengaktifkan
pemanas dalam rangkaian.Pemanas ini berguna untuk mengoptimalkan pengukuran dari
elemen sensor serta membersihkan sensor.Tegangan rangkaian berguna untuk mengaktifkan
rangkaian dasar sehingga sinyal keluaran Vrl1 dan Vrl2 dapat diukur melalui Rl1 dan Rl2.
Setiap resistansi ini terhubung dengan setiap kaki keluaran elemen sensor.
KARAKTERISTIK FIGARO TGS 2201
Gambar tersebut menunjukkan respon karakteristik dari Figaro TGS 2201 untuk
elemen gas buang bensin yang didalamnya terdiri dari CO, H2, dan hidrokarbon pada keadaan
test standar. Dimana :
𝑅𝑠 =
𝑉𝑐 − 𝑉𝑟𝑙
𝑅𝑙
𝑉𝑟𝑙
APLIKASI FIGARO TGS 2201
Sensor Figaro TGS 2201 ini dapat digunakan untuk mengatur saluran pembuangan
kendaraan bermotor dan uji kelayakan emisi gas kendaraan bermotor.
DESAIN PROYEK
Pada kondisi rangkaian standar, digunakan RL sebesar 10 kOhm dan Vc sebesar 5
Volt. Pada keadaan standar di udara bebas didapat VRL sebesar 0.66 Volt, sehingga :
𝑉𝑐 − 𝑉𝑟𝑙
𝑅𝑙
𝑉𝑟𝑙
5 − 0.66
𝑅𝑜 =
10 𝑘𝑂ℎ𝑚
0.66
𝑅𝑜 =
𝑅𝑜 = 65.78 𝑘𝑂hm
Pada kondisi rangkaian di atas, di dapat VRL minimum sebesar 0 Volt dan VRL
maksimum sebesar 4.12 Volt. Pada rangkaian di atas, Voutput menunjukkan besarnya gas
concentration dalam satuan ppm dengan menggunakan skala 1:50. Gas concentration bernilai
minimum 10 ppm dan bernilai maksimum 1000 ppm. Sehingga Voutput minimum bernilai
sebesar 0 Volt dan Voutput maksimum bernilai sebesar 20 Volt.
Untuk mengkonversi nilai VRL menjadi Voutput maka digunakan Non-Inverting
Amplifier dengan perhitungan penguatan sebagai berikut :
𝑉𝑜 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑜 𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑟𝑙 𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑟𝑙 𝑚𝑖𝑛
20
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 =
4.12
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 =
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 = 4.85 𝑘𝑎𝑙𝑖
Berdasarkan penguatan yang telah kita perhitungkan, maka kita dapat mencari nilai Rf
dan Rg dengan rumus penguatan Non-Inverting Amplifier sebagai berikut :
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 = 1 +
𝑅𝑓
𝑅𝑔
𝑃𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 − 1 =
𝑅𝑓
𝑅𝑔
𝑅𝑓
= 4.85 − 1
𝑅𝑔
𝑅𝑓
= 3.85
𝑅𝑔
Berdasarkan perhitungan perbandingan Rf dan Rg diatas, maka dalam rangkaian ini
kita menggunakan Rf sebesar 4700 Ohm dan Rg sebesar 1200 Ohm.
HASIL PERCOBAAN
No.
VRL
VOutput
Rs
Rs/Ro
Gas Concentration
1
2.57 V
12.34 V
9.46 kOhm
0.144
617 ppm
2
2.73 V
13.10 V
8.32 kOhm
0.126
655 ppm
3
2.89 V
13.29 V
7.3 kOhm
0.111
664.5 ppm
4
3.21 V
14.77 V
5.58 kOhm
0.085
738.5 ppm
5
3.36 V
15.46 V
4.88 kOhm
0.074
773 ppm
6
3.44 V
16.16 V
4.53 kOhm
0.069
808 ppm
7
3.56 V
17.09 V
4.04 kOhm
0.061
854.5 ppm
8
3.74 V
17.20 V
3.37 kOhm
0.051
860 ppm
9
3.87 V
18.19 V
2.92 kOhm
0.044
909.5 ppm
10
4.12 V
19.36 V
2.14 kOhm
0.033
968 ppm
Grafik Karakteristik VRL terhadap Rs
Grafik Karakteristik Sensor Resistance terhadap Gas Concentration
KESIMPULAN
Pada rangkaian sensor gas CO seperti diatas diperoleh beberapa hal yang dapat
disimpulkan sebagai berikut :
-
Semakin besar nilai VRL, maka nilai RS akan semakin kecil (berbanding terbalik).
-
Semakin besar nilai Sensor Resistance, maka nilai Gas Concentration akan
semakin kecil (berbanding terbalik).
-
Dengan menggunakan Rf sebesar 4.7 kOhm dan Rg sebesar 1.2 kOhm, kita bisa
mendapatkan penguatan sebesar 4.85 kali sehingga mempermudah pembacaan
ppm dengan skala 1:50.
-
Nilai tegangan output maksimum yang kita peroleh adalah sebesar 20 Volt yang
mengindikasikan kadar CO sebesar 1000 ppm.
-
Karakteristik yang kami peroleh berdasarkan percobaan dengan rangkaian tersebut
mendekati karakteristik yang digambarkan pada datasheet sensor.