Mengukur Tekanan gas Dengan Sensor Tekanan(MPX 4115)
Serta Aplikasinya
Referensi dari gambar 8.22 sub chapter 8.6
-Mampu menjelaskan prinsip kerja sensor tekanan (MPX 4115)
-Mampu merancang suatu aplikasi sederhana dengan sensor tekanan (MPX 4115) pada proteus
- Alat yang digunakan:
Dalam Elektronika, ground yang dimaksud adalah ground semu (boleh juga nanti dihubungkan dengan ground sesungguh nya untuk pengamanan terhadap setrum).
Yang dimaksud titik "ground semu" adalah titik tersebut dihubungkan dengan body alat elektronik yang terbuat dari logam sehingga semua komponen di dalamnya tertutupi oleh ground semu itu.
Dengan cara ini jika ada (dan pasti ada) gelombang elektromagnetik dari udara sekitarnya tidak masuk ke alat elektronik kita.
Ground pada elektronik berfungsi sebagai:
1.Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.
2.Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.
Simbol Grounding Listrik
Sama seperti kebanyakan istilah dalam dunia kelistrikan sering terdapat simbol yang berbeda beda di tiap negara begitupun juga dengan simbol grounding listrik yang terdapat beberapa yang umum digunakan. Pada peralatan kelistrikan tentunya kita tidak jarang melihat ikon simbol dibawah ini bukan.
Kesemuanya adalah sama yaitu sebagai simbol grounding listrik. Fungsi dari simbol ini tentu saja banyak sekali misalnya saat proses gambar teknik instalasi listrik, proses pembangunan gedung, troubleshooting pada saat terjadi kegagalan ataupun maintenance instalasi listrik.
Spesifikasi:5V
VCC menunjukkan pin yang harus disambung ke tegangan positip (biasanya 5V atau 3.3V)
Pada awalnya VCC muncul ketika berbicara tentang rangkaian yang melibatkan transistor, khsusunya Bipolar Junction Transistor. Komponen-komponen elektronik aktif hampir selalu memiliki transistor di dalamnya. Sebuah IC (Integrated Circuit) bisa terdiri dari jutaan atau bahkan milyaran transistor di dalamnya.
Sebuah transistor memiliki 3 kaki yaitu Collector, Base dan Emiter. VCC menyatakan tegangan (Voltage) pada kaki Collector. Jadi istilah VCC pada awalnya merujuk kepada tegangan di Collector ini. Sedangkan tegangan pada Emiter disebut VEE. Dan di kaki Base adalah ground.
Istilah VCC dan VEE ini terus terbawa sampai sekarang bahkan kepada komponen yang tidak mengandung transistor sekalipun. VCC menyatakan power supply positif sedangkan VEE menyatakan power supply negatif. Sedangkan ground adalah netral (0 V). Kebanyakan kasus kita hanya menemukan VCC dan Ground.
Berapakah nilai VCC? tergantung spesifikasinya bisa +3.3V, +5V, +9V atau +12V dan VEE bisa -3.3V, -5V, -9V atau -12V.
Oleh karena itu SANGAT PENTING untuk membaca spesifikasi VCC ini, jika salah bisa berisiko rusaknya komponen arduino kita.
Sebetulnya selain VCC dan VEE ada juga VDD dan VSS. Kalau VCC dan VEE ditemui pada transitor jenis bipolar (BJT), VDD dan VSS ada di transistor jenis FET (Field Effect Transistor). VDD (Drain) sama seperti VCC menyatakan power positif sedangkan VSS (Source) menyatakan power negatif.
- Bahan yang digunakan:
a)Resistor(Analog Resistor Primitive)
Spesifikasi:-Analog
-Resistance:220 ohm
-Toleransi : +/- 5%
(V = I.R)
Berikut adalah macam-macam resistor dan simbolnya
b)Lampu LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
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).
LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.
c)Op-Amp CA3140
Spesifikasi:-Tegangan : ±2 - 3V
- Arus:±20 mA
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
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).
LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.
Spesifikasi:
- Catu daya : maks. 36V DC (antara pin V+ dan pin V-)
- Input offset voltage : 5 mV (typ. @Vsupply = +5V)
- Input bias current : 0.1 pA (typ. @Vsupply = +5V)
- Arus output : 10 mA (source), 1 mA (sink)
- Gain bandwidth : 4.5 MHz
- Kemasan : DIP-8
Operasional amplifier (Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalam sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan non-inverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan balik dapat ditambahkan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier (Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki 2 input dan 1 output. Op-amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-mcam atau dapat juga digunakan untuk operasi-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC dan memiliki simbol sebagai berikut : Simbol Operasional Amplifier (Op-Amp) Prinsip kerja sebuah operasional Amplifier (Op-Amp) adalah membandingkan nilai kedua input (input inverting dan input non-inverting), apabila kedua input bernilai sama maka output Op-amp tidak ada (nol) dan apabila terdapat perbedaan nilai input keduanya maka output Op-amp akan memberikan tegangan output. Operasional amplifier (Op-Amp) dibuat dari penguat diferensial dengan 2 input. Sebagai penguat operasional ideal , operasional amplifier (Op-Amp) memiliki karakteristik sebagai berikut : Impedansi Input (Zi) besar = ∞ Impedansi Output (Z0) kecil= 0 Penguatan Tegangan (Av) tinggi = ∞ Band Width respon frekuensi lebar = ∞ V0 = 0 apabila V1 = V2 dan tidak tergantung pada besarnya V1. Karakteristik operasional amplifier (Op-Amp) tidak tergantung temperatur / suhu.
Penggunaan komponen MOSFET (PMOS) didalamnya membuat CA3140 bekerja dengan efisiensi yang tinggi, arus yang ditarik pada saat IC sedang tidak menerima input hanya 10pA (10 piko Ampere), sangat kecil dan nyaris mendekati 0.
Penggunaan komponen MOSFET ini juga membuat CA3140 memiliki impedansi input yang sangat tinggi yaitu: 1,5TΩ (satu koma lima tera Ohm). Dengan impedansi sebesar itu maka perpindahan daya dari peralatan input ke rangkaian penguat didalam IC menjadi maksimal.
CA3140 juga didesain untuk dapat bekerja pada rangkaian yang disuplai oleh dual power supply maupun rangkaian yang disuplai oleh single power supply. Sehingga cocok untuk digunakan sebagai penguat pada rangkaian audio yang manapun.
Berikut ini penjelasan lebih lanjut mengenai IC CA3140:
d)Sensor tekanan(MPX 4115)
Spesifikasi:
- Tipe Tekanan : Absolut
- Sensitivitas : 45.9mV/kPa
- Tekanan Kerja : 15 - 115 kPa
- Catu Daya : 5 V
- Temperatur Kerja : -25 - 125°C
- Tingkat Kesalahan : 1.5% (maks)
- Respon Waktu : 1 ms
- Kemasan : SIP
- Jumlah Pin : 6 Pin
Sensor Tekanan diciptakan untuk mengukur tekanan suatu zat yang memiliki tekanan sangat kecil sehingga sulit untuk diukur apabila menggunakan alat pengukur biasa. Dalam pelajaran Science, kita mengenal adanya alat pengukur untuk suatu benda. Seperti contoh thermometer sebagai alat untuk mengukur suhu, anemometer untuk mengukur kecepatan angin dan speedometer untuk mengukur kecepatan suatu benda. Tekanan yang dilambangkan dalam huruf (p) adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya, yang dilamabangkan dengan (F) persatuan luas, yang dilambangkan dengan (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk menguk kekuatan atau tekanan dari unsur zat yaitu berupa cairan dan gas. Fungsi dari sensor tekanan sebenarnya adalah untuk mengubah tekanan menjadi induktasi.
Konstruksi sensor tekanan:
Pemanfaatan sensor tekanan: mengukur tinggi suatu cairan.
Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan
rumus :
P = d.g.h
Keterangan:
P = tekanan statis (pascal)
D = kepadatan cairan ( kg/m3)
G = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)
H = tinggi cairan (m)
Sensor Tekanan(MPX 4115)
Sensor tekanan mempunyai prinsip kerja yang sedikit rumit. Pertama, perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga menyebabkan perubahan induksi magnetic pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT ( center tap). Dengan demikian, apabla inti mengalami pergeseran, maka induktasi pada salah satu kumparan bertambah, namun menyebabkan kumparan yang lain berkurang. Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan rumus (P = d.g.h). Untuk keterangannya, (p) adalah tekanan statis (pascal) sementara (D) adalah kepadatan cairan (km/m3), lalu (G) adalah konstanta gravitasi ( 9,81 m/s2) dan (H) adalah tinggi cairan (M).
Prinsip kerja dari sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik menjadi listrik. Kurang ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah ketahananya. Ada beberapa fungsi lain dari sensor tekanan. Applikasi sensor tekanan adalah sebagai pemantau cuaca yang sering berubah-ubah. Digunakan dipesawat terbang untuk mengukur tekanan angina yang berada didalam band pesawat terbang, lalu yang terakhir adalah pengukur tekanan udara pada ruangan tertutup. Tiga fungsi ini adalah fungsi umum dari sendor tekanan yang sering ditemui oleh masyarakat namun masyarakat belum mengetahui cara kerja dari pengukur tekanan tersebut.
Gambar konfigurasi pin sensor(MPX 4115)
a)Prosedur percobaan
1.Siapkan semua alat dan bahan yang diperlukan.Untuk alat terminal ground dan VCC bisa ditemukan di sub tab terminal.
2.Kemudian masukkan semua alat dan bahan tersebut kedalam lembar kerja untuk persiapan merangkai.Setelah itu,atur posisi alat atau bahan yang akan digunakan.
Berikut langkah-langkah menghubungkan MPX 4115 dan Op-Amp CA3140 dengan perangkat lainnya.
Langkah-langkah menghubungkan dengan MPX 4115:
-Pin nomor 3 dihubungkan pada VCC
-Pin nomor 2 dihubungkan pada ground dan juga dihubungkan pada resistor 10k
-Pin nomor 1 dihubungkan pada pin 3 Op-Amp CA3140
Langkah-langkah menghubungkan dengan Op-Amp CA3140 :
-Pin nomor 7 dihubungkan dengan VCC 5 volt
-Pin nomor 4 dihubungkan dengan Ground
-Pin nomor 2 dihubungkan dengan 2 resistor 10k dan 100k
-Pin nomor 6 dihubungkan dengan lampu yang juga terhubung dengan ground
4.Setelah dihubungkan maka simulasi rangkaian dapat dijalankan.
Dapat dilihat bahwa lampu pada percobaan hidup yang menandakan bahwa rangkaian yang kita buat berhasil.
Ketika Power supply dalam kondisi ON, maka rangkaian pendeteksi tekanan sensor MPX4115 akan mendapat tegangan. Output dari sensor tekanan berupa sinyal listrik yang masih lemah untuk menguatkannya maka digunakan rangkaian penguat yang menggunakan IC Op-Amp tipe CA3140, IC disini dikonfigurasikan sebagai penguat non inverting. Penguat non Inverting akan menghasilkan sinyal output yang sephasa dengan sinyal output.
Besar nilai output adan AV ( penguatan tegangan dari rangkaian penguat itu sendiri). Ciri penguat non inverting adalah inputnya menggunakan pin + (positif), sedangkan input inverting akan dihubungkan pada rangkaian unterresistor yang akan membentuk besarnya penguatan rangkaian non inverting atau besarnya penguatan penguat non inverting,
File html Klik Disini
File rangkaian simulasi Klik Disini
File video simulasi Klik Disini
File datasheet Klik Disini
Tidak ada komentar:
Posting Komentar