Sensor Gas : Pengertian, Jenis dan Cara Kerjanya

Sensor gas merupakan perangkat yang berfungsi untuk mendeteksi adanya konsentrasi gas pada suatu tempat. Berdasarkan konsentrasi gas, sensor ini akan menghasilkan beda potensial yang sesuai dengan cara mengubah resistansi material di dalam sensor sehingga bisa diukur sebagai tegangan keluaran. Berdasarkan besarnya nilai tegangan keluaran ini bisa diperkirakan berapa konsentrasi gas yang ada.

 

Jenis gas yang bisa di deteksi oleh sensor tergantung dari bahan pembuat sensor yang ada di dalamnya. Pada umumnya, sensor gas berbentuk sebuah modul dengan komparator untuk membandingkan nilai tegangan. Pembanding ini bisa diatur untuk menentukan nilai ambang pada konsentrasi gas tertentu. Saat terjadi konsentrasi suatu gas melebihi ambang batas, keluaran digital akan menjadi tinggi. Selain itu, bisa juga menggunakan pin analog untuk mengukur konsentrasi gas.

 

Jenis - jenis Sensor Gas

 

Secara umum, sensor gas dibagi menjadi beberapa jenis sesuai dengan jenis elemen sensor yang digunakan. Berikut beberapa jenis sensor gas dilihat dari elemen sensor yang digunakan untuk aplikasi tertentu :

• Sensor gas berbasis oksida logam (Metal Oxide Based Gas Sensor)

• Sensor gas optik (Optical gas Sensor)

• Sensor gas elektrokimia (Electrochemical gas Sensor)

• Sensor gas berbasis kapasitansi (Capacitance-based gas Sensor)

• Sensor gas kalorimetri (Calorimetric gas Sensor)

• Sensor gas berbasis akustik (Acoustic based gas Sensor)

 

Konstruksi Sensor Gas

 

Sensor gas yang paling sering digunakan yaitu sensor gas berbasis semikonduktor oksida logam (Metal Oxide Based Gas Sensor). Secara umum, sensor gas tersusun dari beberapa bagian antara lain:

1. Lapisan pengindera gas

Lapisan pengindera merupakan komponen utama dari sebuah sensor untuk mendeteksi perbedaan konsentrasi gas dan menghasilkan perbedaan resistansi. Pada dasarnya, lapisan pengindera yaitu sebuah chemiresistor yang nilainya akan berubah apabila ada perbedaan struktur kimia gas di suatu tempat. Elemen pengindera tersebut terbuat dari Dioxide (SnO2) yang mempunyai kelebihan elektron (elemen donor). Jadi, jika gas terjadi perubahan konsentrasi gas, resistansi elemen akan berubah dan arus yang mengalir akan ikut berubah sesuai dengan perubahan konsentrasi gas.

2. Koil pemanas

Koil pemanas berfungsi untuk meningkatkan suhu elemen pengindera supaya sensitivitas dan efisiensinya meningkat. Koil pemanas tersebut terbuat dari Nikel-Chromium yang mempunyai titik leleh tinggi, sehingga bisa bekerja memanaskan elemen pengindera dan tidak meleleh.

3. Jalur elektroda

Elemen pengindera menghasilkan arus yang sangat kecil saat mendeteksi perbedaan konsentrasi gas. Oleh karena itu, efisiensi jalur untuk menghantarkan arus harus diperhatikan. Biasanya digunakan penghantar platinum untuk melewatkan arus dengan efisien.

4. Tabung keramik

Diantara koil pemanas dan lapisan pengindera ada sebuah tabung keramik yang terbuat dari Alumunium Oksida (Al2O3). Tabung  keramik ini mempunyai titik leleh yang tinggi sehingga bisa bertahan ketika terjadi pemanasan lapisan pengindera.

5. Elektroda

Elektroda disini merupakan sebuah persimpangan yang menghubungkan antara lapisan pengindera dengan output. Elektroda terbuat dari emas (Au) berupa konduktor yang sangat baik. Elektroda juga digunakan sebagai jaring kawat untuk melindungi elemen pengindera supaya terhindar dari partikel debu dan mencegah kerusakan karena partikel korosif.

 

Cara Kerja Sensor Gas

 

Kemampuan sensor gas digunakan untuk mendeteksi adanya perbedaan konsentrasi gas tergantung dari chemireistor untuk menghantarkan arus listrik. Chemiresistor yang biasa digunakan adalah Tin Dioxide (SnO2) yang merupakan semikonduktor tipe N yang mempunyai elektron bebas (elemen donor). Pada umumnya kandungan oksigen di udara lebih banyak jika dibandingkan dengan gas yang mudah terbakar lainnya. Partikel oksigen akan menarik elektron bebas yang berada pada SnO2 sehingga elektron akan terkumpul di permukaan. Karena tidak ada elektron bebas yang tersedia, maka arus keluaran akan menjadi nol.

 

Saat sensor gas ditempatkan pada suatu tempat yang terdapat gas beracun atau pun gas yang mudah terbakar, maka gas pereduksi akan bereaksi dengan oksigen yang teradopsi. Hal ini menyebabkan terputusnya ikatan kimia antara oksigen dengan elektron bebas sehingga elektron bebas akan terlepas. Karena elektron bebas kembali ke tempat semula, maka arus listrik akan mengalir. Aliran arus listrik akan sebanding dengan jumlah elektron bebas yang terdapat pada SnO2, apabila gas sangat beracun maka akan ada lebih banyak elektron bebas.

 

Cara Menggunakan Sensor Gas

 

1. VCC

Dihubungkan dengan tegangan positif 5V

2. GND

Dihubungkan dengan tegangan netral 0V

3. Digital Output

Pin ini akan menghasilkan perubahan output baik itu logika High atau Low yang menunjukkan adanya gas yang mudah terbakar atau gas beracun yang terdapat di sekitar sensor.

4. Analog Output

Pin ini akan mengeluarkan tegangan kontinyu sesuai dengan konsentrasi gas yang ada di sekitar sensor.

 

Tipe dan Fungsi Sensor Gas

 

Sensor gas dari tipe MQ terdiri dari beberapa jenis sesuai dengan peruntukannya masing-masing. Pada gambar di bawah diperlihatkan fungsi dari setiap tipe sensor gas.