SENSOR GAS

Sensor Gas merupakan sebuah alat untuk membaca keberadaan bermacam jenis gas dalam suatu tempat, biasanya sensor ini di gunakan dalam sebuah sistem keselamatan. Jenis alat sensor ini di gunakan untuk membaca kebocoran gas dan menghubungkan kepada sebuah sistem pengaturan untuk menutup segala proses yang menyebabkan atau mengalami kebocoran gas tersebut. Sensor gas juga dapat membunyikan alarm agar di ketahui oleh pangawas yang berada di sekitar kebocoran gas tersebut terjadi agar para pekerja yang berada di area tersebut dapat segera mengadakan evakuasi sehingga mencegah sesuatu hal yang lebih buruk. Alat ini sangat penting untuk menghindari kejadian-kejadian yang dapat mengancam nyawa pekerja maupun hewan atau tumbuhan yang berada di sekitar area tersebut, karena beberapa jenis gas bisa sangat membahayakan.

Sensor gas dapat membaca segala jenis gas yang mematikan, seperti gas yang mudah terbakar, gas beracun, gas yang dapat menimbulkan ledakan, dn jika adanya gejala pengurangan oksigen. Sensor ini dapat kita temui di berbagai jenis perusahaan dan tempat, seperti tambang minyak dan sebagainya, alat ini juga mungkin terdapat di stasiun pemadam kebakaran. Biasanya alat ini menggunakan batere untuk beroperasi. Alat ini mengirimkan sinyal peringatan menggunakan suara atau gambaran, seperti sinar lampu flashlight ataupun alarm yang bersuara nyaring saat terdapat konsentrasi gas yang dapat membahayakan bagi area tersebut. Saat alat ini merasakan konsentrasi gas yang membahayakan melebihi level yang telah di atur pada alat tersebut, alarm atau sinyal akan diaktifkan. Pada awalnya, detektor diproduksi untuk mendeteksi hanya satu jenis gas, tetapi alat sensor modern dapat mendeteksi beberapa gas beracun atau mudah terbakar, atau bahkan kombinasi dari kedua jenis.

Sensor gas dapat di golongkan dari cara pengerjaannya (semikonduktor, oksidasi, katalis, infrared, dan lain sebagainya). Ada dua jenis sensor gas, yaitu sensor gas portable dan sensor gas yang terpasang. Jenis sensor yang pertama merupakan alat sensor yang dapat di gunakan selagi berkeliling, yang biasanya di pasang di saku, sabuk atau topi pegawai. Jenis sensor ke dua yaitu alat sensor yang telah terpasang, biasanya alat sensor ini di pasang di dekat ruang control, dan biasanya dapat membaca lebih dari satu jenis gas yang berbahaya.

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. 

	Ilustrasi penyerapan O2 oleh sensor

Sensor Gas Tipe Semikonduktor 

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 Gas

Bila suatu kristal oksida logam seperti SnO₂ dipanaskan 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.

Gambar 2 model penghalang potensial antar butir kristal mikro SnO₂ pada 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. 

	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 sensor 
A = konstanta 
[ C] = konsentrasi gas 
a = gradien kurva Rs 

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 tinggi tekanan 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).

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

Aksi Awal

Seperti ditunjukkan pada gambar 7. berikut semua sensor memperlihatkan sifat sementara yang 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

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 contoh pengaruh 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

Rangkaian Pengukuran Dasar

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

Gambar 11: Rangkaian pengukur dasar

Ket: 

1 dan 4 elektroda pemanas 

2 dan 3 elektroda sensor 

V_H = Voltage pemanas 

Vc = Voltage Sirkit Sensor 

R_L = tahanan beban 

V_RL = Voltage antar kedua terminal 

tahanan beban 

Rs = tahanan semikonduktor sensor

Sensor memerlukan dua sumber tegangan, yakni tegangan pemanas (V_H) 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 (V_RL) antar kedua terminal tahanan beban (R_L) yang dihubungkan seri dengan sensor. Suatu sirkit catu daya umum dapat digunakan baik untuk Vc maupun V_H untuk memenuhi kebutuhan listrik sensor. Konsumsi daya (Ps)pada semikonduktor dibawah 15 mW.

Besarnya konsumsi daya dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut:

Ps = (V_c-V_RL)² ..............................................................(2.1) 

Rs 

Tahanan sensor dapat dihitung dengan rumus berikut: 

Rs = V_c-V_RL X R_L .......................................................................... ( 2.2) 

V_RL 

V_RL diukur lebih dahulu.

Sekian artikel tentang sensor gas. Semoga bermanfaat!!!!

Sumber : 

http://www.sharemyeyes.com/2013/05/sensor-gas.html

http://komponenelektronika.biz/sensor-gas.html