sensor gas.docx

8/14/2019 Sensor Gas.docx

1/9

BAB II

PEMBAHASAN

Sensor gas adalah sensor yang befungsi untuk mengukur senyawa gas polutan yang

ada di udara,seperti karbon monoksida, hidrokarbon, nitrooksida, dan lain-lain. Sudahsemakin banyak dipasaran telah beredar pengindra ga semikonduktor. Tentunya dibedakan

oleh sensitivitas sensor tersebut, semakin mahal maka sensitivitas semakin bagus. Pengindra

gas tersebut bekerja dengan semakin tinggi konsentrasi gas maka resistansinya semakin

rendah. Banyak sekali type sensor gas yang digunakan dan tersedia dipasaran, seperti sensor

gas untuk mendeteksi gas LPG yaitu type TGS 2610 dan sensor gas untuk mendeteksi asap

rokok yaitu type AF 30.

Pada pembahsan ini yang di bahas adalah Sensor Gas Type AF 30. Sensor AF 30

adalah sensor yang dapat mendeteksi asap rokok. Jenis sensor asap secara umum dibagi

menjadi 3 macam yaitu ionization smoke detector, photoelectric smoke detector, dan air-

sampling smoke detector. Perbedaan dari ketiga jenis smoke detector tersebut hanyalah pada

metode deteksinya.

1 Pengertian Umum Sensor

Sebenarnya sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap

fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik

ataupun tegangan. Fenomena fisik yang mampu menstimulus sensor untuk menghasilkan

sinyal elektrik meliputi temperatur, tekanan, gaya, medan magnet cahaya, pergerakan dan

sebagainya. Sementara fenomena kimia dapat berupa konsentrasi dari bahan kimia baik

cairan maupun gas.

Dengan definisi seperti ini maka sensor merupakan alat elektronik yang begitu banyakdipakai dalam kehidupan manusia saat ini. Bagaimana tekanan jari kita pada key board

computer, remote televisi, lantai lift yang kita tuju, menghasilkan perubahan pada layar

computer atau televisi, serta gerakan pada lift adalah contoh mudah sensor secara luas. Atau

sensor temperatur yang banyak digunakan dalam mengontrol temperatur ruangan pada AC.

Demikian pula sensor pengukur cairan oksigen ataupun gas lainnya yang sering

digunakan di rumah sakit. Hampir seluruh kehidupan sehari hari saat ini tidak ada yang

tidak melibatkan sensor. Tidak mengherankan jika sensor (atau juga ada yang menyebutnya

dengan transducer) banyak disebut juga sebagai panca indera-nya alat elektronik modern

2. Cara Kerja Sensor Gas Secara Umum

Terbentuk pada permukaan luar kristal. Tegangan permukaan yang terbentuk akan

menghambat laju aliran electron seperti tampak pada ilustrasi gambar.


2/9

Ilustrasi penyerapan O2oleh sensor

Sensor Gas Tipe Semikonduktor

a. Prinsip Kerja Sensor Gas Tipe Semikonduktor

Sensor gas terdiri dari elemen sensor, dasar sensor dan tudung sensor. Elemen sensor terdiri

dari bahan sensor dan bahan pemanas untuk memanaskan elemen. Elemen sensor

menggunakan bahan-bahan seperti timah (IV) oksida SnO2, wolfram (VI) oksida WO3, dan

lain-lain, tergantung pada gas yang hendak dideteksi. Gambar berikut menunjukkan susunan

(struktur) dasar sensor gas.

Gbr. 1 Susunan Dasar Sensor GasBila suatu kristal oksida logam seperti SnO2dipanaskan pada suhu tinggi tertentu di udara,

oksigen akan teradsorpsi pada permukaan kristal dengan muatan negatif . Elektron-elektron

donor pada permukaan kristal ditransfer ke oksigen teradsorpsi, sehingga menghasilkan suatu

lapisan ruang bermuatan positip. Akibatnya potensial permukaan terbentuk, yang akan

menghambat aliran elektron. Di dalam sensor, arus listrik mengalir melalui bagian-bagian

penghubung (batas butir) kristal-kristal mikro SnO2. Pada batas-batas antar butir, oksigen

yang teradsorpsi membentuk penghalang potensial yang menghambat muatan bebas bergerak.

Tahanan listrik sensor disebabkan oleh penghalang potensial ini.

Gambar.2 berikut menunjukkan model penghalang potensial antar butir kristal mikro SnO2

pada keadaan tanpa adanya gas yang dideteksi.
http://lh4.ggpht.com/-PQKZrpfMfLs/UZflE9Kt3lI/AAAAAAAAByQ/ToSnqvZH-Hw/s1600-h/clip_image008%5B3%5D.jpghttp://lh3.ggpht.com/-2oqDlTG9axw/UZflDcpq2OI/AAAAAAAAByA/yH7e2TYfgUg/s1600-h/clip_image006%5B3%5D.jpghttp://lh4.ggpht.com/-PQKZrpfMfLs/UZflE9Kt3lI/AAAAAAAAByQ/ToSnqvZH-Hw/s1600-h/clip_image008%5B3%5D.jpghttp://lh3.ggpht.com/-2oqDlTG9axw/UZflDcpq2OI/AAAAAAAAByA/yH7e2TYfgUg/s1600-h/clip_image006%5B3%5D.jpg


3/9

Gambar 2 model penghalang potensial antar butir kristal mikro SnO2pada keadaan tanpa

adanya gas yang dideteksi

Keterangan :

eVs = nilai energi penghalang permukaan

Gbr.2 Model penghalang antar butir pada keadaan tanpa gas yang dideteksi.

Dalam lingkungan adanya gas pereduksi, kerapatan oksigen teradsorpsi bermuatan negatif

pada permukaan semikonduktor sensor menjadi berkurang, sehingga ketinggian penghalang

pada batas antar butir berkurang. Ketinggian penghalang yang berkurang menyebabkan

berkurangnya tahanan sensor butir dalam lingkungan gas.
http://lh4.ggpht.com/-f0lkbO14B2M/UZflKjYq3QI/AAAAAAAABzA/Kbepj5Ub77Y/s1600-h/clip_image013%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-aLSED8mOd5s/UZflOyv1vlI/AAAAAAAABzQ/81qVDIw9h9A/s1600-h/clip_image015%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-f0lkbO14B2M/UZflKjYq3QI/AAAAAAAABzA/Kbepj5Ub77Y/s1600-h/clip_image013%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-aLSED8mOd5s/UZflOyv1vlI/AAAAAAAABzQ/81qVDIw9h9A/s1600-h/clip_image015%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-f0lkbO14B2M/UZflKjYq3QI/AAAAAAAABzA/Kbepj5Ub77Y/s1600-h/clip_image013%5B3%5D.gif


4/9

Gbr 3. Model penghalang potensial antar butir dalam lingkungan gas Hubungan antar tahanan sensor dan konsentrasi gas pereduksi pada suatu rentang konsentrasi

gas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut :

Rs = A [ C] -a, dengan :

Rs = tahanan listrik sensorA = konstanta

[ C] = konsentrasi gas

a = gradien kurva Rs

b. Karakteristik Sensor

Pengaruh Tekanan Parsial Oksigen

Gambar berikut menunjukkan hubungan antara tekanan parsial oksigen di atmosfir (PO2)

dengan resistensi sensor gas tipe semikonduktor tertentu. Dalam udara bersih semakin tinggitekanan parsial gas oksigen, semakin tinggi pula resistensi sensor.

Gambar 4. Pengaruh tekanan parsial gas oksigen (PO2) pada resistensi sensor

Sensitivitas Terhadap Gas

Sesuai dengan rumus Rs = A [ C ]-a sebelumnya, hubungan resistensi sensor terhadap

konsentrasi gas adalah linier dalam bentuk logaritma, dalam rentang tertentu konsentrasi gas (dari beberapa ppm ke beberapa ribu ppm ). Gambar.5 berikut merupakan suatu contoh

hubungan antara resistensi sensor dan konsentrasi gas. Sensor memperlihatkan kepekaan

yang berbeda-beda terhadap berbagai gas. Tingkat kepekaan relatif suatu sensor terhadap gas

juga tergantung pada jenis bahan sensor dan temperatur. Karena resistensi sensor berbeda

dari satu sensor ke sensor lain. Maka karakteristik sensitivitas sensor dinyatakan sebagai rasio

resistensi sensor dalam berbagai konsentrasi gas (Rs) dengan resistensinya dalam konsentrasi

tertentu suatu gas target (Ro).
http://lh5.ggpht.com/-ANRwgLzxGwg/UZflQU5g7-I/AAAAAAAABzg/4MAcqJyhCJ8/s1600-h/clip_image017%5B3%5D.gif


5/9

Gambar 5. Karakteristik sensitivitas sensor tertentu terhadap berbagai gas

Respons Sensor

Gambar 6. berikut memperlihatkan sifat tertentu ketika suatu sensor dikenakan (diekspos)terhadap suatu gas pendeoksidasi dan ketika sensor tersebut dijauhkan dari gas

pendeoksidasi. Resistensi sensor akan menurun tajam dengan cepat ketika dikenakan pada

gas, dan ketika dijauhkan dari gas, resistensinya akan kembali ke harga semula setelah waktu

yang singkat. Kecepatan respond an kembalinya ke keadaan semula bervariasi sesuai dengan

jenis sensor dan jenis gas yang dideteksi.

Gambar 6. Suatu contoh respons sensor
http://lh4.ggpht.com/-6s0ONLh1Bgs/UZflRxmxXSI/AAAAAAAABzw/qAxdFKGYhDM/s1600-h/clip_image019%5B3%5D.gifhttp://lh3.ggpht.com/-mDFIK8XQwAU/UZflTelOouI/AAAAAAAAB0A/W2uskR8Yxv8/s1600-h/clip_image021%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-6s0ONLh1Bgs/UZflRxmxXSI/AAAAAAAABzw/qAxdFKGYhDM/s1600-h/clip_image019%5B3%5D.gifhttp://lh3.ggpht.com/-mDFIK8XQwAU/UZflTelOouI/AAAAAAAAB0A/W2uskR8Yxv8/s1600-h/clip_image021%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-6s0ONLh1Bgs/UZflRxmxXSI/AAAAAAAABzw/qAxdFKGYhDM/s1600-h/clip_image019%5B3%5D.gif


6/9

Aksi Awal

Seperti ditunjukkan pada gambar 7. berikut semua sensor memperlihatkan sifat sementarayang disebut aksi awal , ketika sensor yang sebelumnya tak digunakan ataupun disimpan

kemudian digunakan / diberi energi di udara. Besarnya Rs turun seketika dengan tajam

selama beberapa detik setelah diberi energy, dalam keadaan ada atau tidak ada gas yang

dideteksi, yang selanjutnya akan mencapai tingkat yang stabil sesuai dengan keadaan

atmosfer sekitarnya. Lamanya aksi awal tergantung pada kondisi atmosfir selama

penyimpanan, lamanya penyimpanan, dan jenis sensor.

Gambar 7. Contoh Aksi Awal

Pengaruh Temperatur dan Kelembaban

Prinsip pendeteksian gas dengan sensor gas tipe semikonduktor adalah proses adsorpsi dan

desorpsi gas pada permukaan sensor. Sebagai akibatnya, temperatur sekitar akan

mempengaruhi karakteristik sensitivitas sensor, karena perubahan laju adsorpsi dan desorpsi.

Gambar 8. Contoh Pengaruh Temperatur dan Kelembaban
http://lh6.ggpht.com/-d6xelYYq9Z4/UZflWoJYKgI/AAAAAAAAB0g/5PVLzZUUUPg/s1600-h/clip_image025%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-6O___Flua3g/UZflVLgg6HI/AAAAAAAAB0Q/Q06XgUnkCns/s1600-h/clip_image023%5B3%5D.gifhttp://lh6.ggpht.com/-d6xelYYq9Z4/UZflWoJYKgI/AAAAAAAAB0g/5PVLzZUUUPg/s1600-h/clip_image025%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-6O___Flua3g/UZflVLgg6HI/AAAAAAAAB0Q/Q06XgUnkCns/s1600-h/clip_image023%5B3%5D.gif


7/9

Demikian juga kelembaban akan menurunkan resistensi, karena uap air teradsorpsi pada

permukaan sensor. Gambar.8 berikut merupakan suatu contoh pengaruh temperatur dan

kelembabab pada Rs/Ro.

Kestabilan Jangka Waktu Lama

Gambar.9 berikut menunjukkan kestabilan sensor gas tipe semikonduktor untuk jangka waktu

yang lama.

Gambar 9 Contoh Kestabilan Sensor Jangka Waktu Lama

Pengaruh Tegangan Rangkaian Pemanas

Sensor gas tipe semikonduktor menunjukkan karakteristik sensitivitas optimum pada

tegangan pemanas yang konstan dan tertentu. Gambar 10. berikut menunjukkan suatu contohpengaruh tegangan rangkaian pemanas pada sensitivitas sensor terhadap gas. Karena

sensitivitas sensor dipengaruhi tegangan pemanas, maka tegangan pemanas harus dipilih

sesuai dengan spesifikasi sensor.

Gambar 10. Contoh pengaruh tegangan pemanas

c. Rangkaian Pengukuran Dasar
http://lh4.ggpht.com/-kubmkSN8Mc4/UZflZvyywWI/AAAAAAAAB1A/1hCWEEVYFhc/s1600-h/clip_image029%5B3%5D.gifhttp://lh6.ggpht.com/-6Uxlirr7DjI/UZflYditjBI/AAAAAAAAB0w/GrsnFC4CyKg/s1600-h/clip_image027%5B3%5D.gifhttp://lh4.ggpht.com/-kubmkSN8Mc4/UZflZvyywWI/AAAAAAAAB1A/1hCWEEVYFhc/s1600-h/clip_image029%5B3%5D.gifhttp://lh6.ggpht.com/-6Uxlirr7DjI/UZflYditjBI/AAAAAAAAB0w/GrsnFC4CyKg/s1600-h/clip_image027%5B3%5D.gif


8/9

Berikut ini adalah gambar rangkaian pengukur dasar merupakan rangkaian pengukur dasar.

Gambar 11: Rangkaian pengukur dasarKet:

1 dan 4 elektroda pemanas

2 dan 3 elektroda sensor

VH= Voltage pemanasVc = Voltage Sirkit Sensor

RL= tahanan beban

VRL= Voltage antar kedua terminal

tahanan beban

Rs = tahanan semikonduktor sensor

Sensor memerlukan dua sumber tegangan, yakni tegangan pemanas (VH) dan tegangan

sirkit/rangkaian sensor (Vc). Tegangan pemanas dipakai pada pemanas terintegrasi untuk

mempertahankan elemen sensor pada suhu tertentu yang optimal. Tegangan sirkit digunakan

untuk memungkinkan pengukuran tegangan (VRL) antar kedua terminal tahanan beban (RL)

yang dihubungkan seri dengan sensor. Suatu sirkit catu daya umum dapat digunakan baikuntuk Vc maupun VH untuk memenuhi kebutuhan listrik sensor. Konsumsi daya (Ps)pada

semikonduktor dibawah 15 mW.

Besarnya konsumsi daya dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

Ps = (Vc-VRL)2..............................................................(2.1)

Rs

Tahanan sensor dapat dihitung dengan rumus berikut:

Rs = Vc-VRLX RL.......................................................................... ( 2.2)

VRL

VRLdiukur lebih dahulu.

Kesimpulan
http://lh5.ggpht.com/-iutBTvVqUWE/UZflbIIpLGI/AAAAAAAAB1Q/QNua1Yx7-ZI/s1600-h/clip_image031%5B3%5D.gif


9/9

1. Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahanlingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi

besaran listrik disebut Transduser

2. Sensor gas adalah sensor yang befungsi untuk mengukur senyawa gas polutan yangada di udara,seperti karbonmonoksida, hidrokarbon, nitrooksida, dan lain-lain. Sudahsemakin banyak dipasaran telah beredar pengindra ga semikonduktor.

3. Pengindra gas bekerja dengan semakin tinggi konsentrasi gas maka resistansinyasemakin rendah.

4. Banyak sekali tipe sensor gas yang digunakan dan tersedia dipasaran, seperti sensorgas untuk mendeteksi gas LPG yaitu type TGS 2610 dan sensor gas untuk mendeteksi

asap rokok yaitu type AF 30.

5. Pada dasarnya prinsip kerja dari sensor tersebut adalah mendeteksi keberadaan gas-gas yang dianggap mewakili asap rokok, yaitu gas Hydrogen dan Ethanol.

6. Sensitivitas tiap sensor gas bebedabeda sehingga perbedaan ini dapat dimanfaatkanuntuk pengenalan gas.

sensor gas.docx

Documents