BLOG TEKNIK & VOKASI: Sensor Gas LPG TGS 813

Sensor TGS 813 adalah Sensor yang secara umum memiliki karakteristik sensitivitas yang baik untuk mendeteksi berbagai jenis gas. Sensor TGS 813 dirancang untuk beroperasi dengan stabil pada tegangan pemanas 5 V dan tegangan rangkaian tidak melebihi 24 V Aplikasi sensor TGS 813 yang paling cocok dan sangat baik adalah untuk mendeteksi kebocoran gas metana, propana dan butana atau yang dikenal dengan gas LPG yang digunakan untuk keperluan rumah tangga (kompor gas). Waktu stabilisasi awal dari TGS 813 relatif sangat pendek dan karakteristiknya berlalu dengan sangat baik dalam jangka panjang operasi. Sensor TGS 813 memiliki sensitivitas yang sangat rendah terhadap “noise-gas”, sehingga jauh mengurangi masalah kekhawatiran akan gangguan. Oleh karena sensitivitas sensor TGS 813 sangat tinggi untuk deteksi gas LPG (metana, propana dan butana), sehingga sensor TGS 813 sangat praktis untuk keperluan peralatan detektor kebocoran penggunaan gas LPG dan pemantauan gas LPG. Dengan menambahkan fitur periode stabilisasi awal yang pendek dan karakteristik sensitivitasnya yang sangat handal, maka sensor TGS 813 merupakan generasi terbaru dari jenis sensor gas produk Figaro.

a. Struktur dan Konfigurasi Sensor TGS 813

Bagian terbesar sensor TGS 813 terbuat dari semikonduktor terutama terdiri dari tio dioksida (SnO2). Bahan semikonduktor dan elektroda tersebut disimpan pada keramik berbentuk tube (tubular). Coil pemanas terletak di dalam keramik berbentuk tube tersebut dan coil pemanas ini terbuat dari kawat berdiameter 60 mikron yang memiliki resistansi 30 Ohm. Kabel lead dari elektroda sensor terbuat dari emas paduan berdiameter 80 mikron. Pemanas dan kabel lead disambung dengan dilas titik ke pin-pin sensor yang diatur agar sesuai dengan 7 pin soket tube mini (miniatur tube socket). Pin-pin sensor dapat menahan gaya tarikan lebih dari 5 kg. Dasar dan penutup sensor terbuat dari bahan nilon 66 yang sesuai dengan standard bahan resmi UL 94HB. Suhu deformasi untuk bahan nilon tersebut lebih dari 240 °C. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar-gambar berikut di bawah ini.

Gambar 1. Konfigurasi sensor TGS 813

Gambar 2. Diagram kelistrikan sensor TGS 813

Keterangan :-Pin nomor 1 dan 3 tersambung di dalam

-Pin nomor 4 dan 6 tersambung di dalam

Gambar 3. Struktur sensor TGS 813

Gambar 4. Bentuk fisik sensor TGS 813

Bukaan atas dan bawah dalam casing sensor ditutupi dengan kasa stainless steel tahan api berlapisan ganda 100 mesh sesuai dengan SUS 316. Konfrimasi tes independen menyatakan bahwa mesh ini akan mencegah percikan yang dihasilkan di dalam penutup tahan api dari picuan bahan peledak campuran dari hidrogen dan oksigen dengan perbandingan 2 : 1. Sensor TGS 813 ini memenuhi persyaratan mekanik yang tercantum dalam Tabel 1 beriku ini.

Tabel 1. Tes getaran dan pukulan

Kondisi Tes Getaran (Vibration)	Kondisi Tes Pukulan (Shock)
Frekuensi : 1000 cpm	Akselerasi : 100 gram
Jumlah ampltudo : 4 mm	Jumlah tes : 5 kali
Durasi : 1 jam
Getaran langsung : Vertikal

b. Rangkaian Dasar Sensor TGS 813

Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian dasar pengunaan sensor TGS 813, Variasi resistensi dari sensor TGS adalah measured-indirectly sebagai perubahan tegangan yang muncul pada resistor beban RL. Dalam udara segar saat melewati sensor dan RL dalam hubungan seri adalah stabil, tetapi ketika gas yang mudah terbakar seperti propana, methana, LPG dsb hadir dan kontak dengan permukaan sensor, maka reistansi sensor akan menurun sebanding dengan hadirnya konsentrat gas. Perubahan tegangan pada RL adalah sama ketika VC dan VH disuplai dengan sumber AC atau DC.

Gambar 5.Rangkaian dasar sensor TGS 813

Keterangan : -Vc : Tegangan circuit

-Vh : Tegangan heater

-RL : Resistansi beban

Agar beroprasi dengan aman rangkaian tersebut harus sesuai dengan nilai-nilai yang tercantum dalam Tabel 2 berikut ini.

Tabel 2. Area Operasi Aman

Besaran	Area Aman
Dsispasi Daya Sensor (Ps)	Max. 15 mW
Tegangan Circuit (Vc)	Max. 24 V
Tegangan Heater (Vh)	5 V + 0,2 V DC atau AC

Penulis merasa bahwa rangkaian ini paling cocok untuk mengevaluasi performan sensor TGS 813, karena kemudahan dalam mengukur tegangan output. Namun, ketika mengukur tegangan output (VRL) pada rangkaian ini penulis sarankan agar sobat blogger mengkonversi nilai tersebut ke resistansi sensor (RS) dengan menggunakan rumus berikut ini: RS = [(Vc x RL) / VRL ] – RL. Cara ini harus didukung oleh data-data lain yang tersedia dalam brosur Figaro tentang performan sensor TGS 813 yang siap sobat gunakan dan hasil tes yang sobat lakukan akan terstandarisasi.

Tabel 2 di atas merupakan daftar area operasi yang aman untuk sensor TGS 813, dimana nilai-nilai Vc, Vh dan Ps tidak dapat dilampaui. Penetapan disipasi daya maksimum sensor sebesar 15 mW, nilai-nilai Vc dan RL dapat dipilih untuk memenuhi persyaratan desain. Dalam prakteknya Vc dapat menjadi 5 V, 6 V, 12 V atau 24 Volt, dan harus disuplai dari hattery atau sumber AC. Bila menggunakan rangkaian dasar, disipasi daya sensor (PS) menjadi maksimum ketika RS = RL. Penulis sangat menyarankan bahwa nilai PS sebaiknya di bawah 15 mW, oleh karena itu pembaca harus hati-hati dalam menentukan nilai Vc dan RL agar nilai maksimum PS tidak terlampaui.

c. Kondisi Tes Standar dan Spesifikasi Sensor TGS 813

Kondisi standar dimana sensor TGS 813 harus diuji adalah diilustrasikan pada Tabel 3 di bawah ini.

Tabel 3. Kondisi Tes Standar

Kondisi	Tes Standar
Atmosfir (Udara segar)	Suhu = 20 °C + 2 °C Rh = 65 % + 5 %
Rangkaian pengukuran dasar	Vc = 10 V + 0,1 V Vh = 5 V + 0,05 V RL = 4 KΩ + 1 %
Waktu pengkondisian	7 hari atau lebih
Jenis gas yang di tes	Gas Methane

Kita harus menekankan pentingnya mengikuti kondisi tersebut karena beberapa alasan. Sebagai contoh, jika sensor yang diuji atau dievaluasi di udara sangat lembab atau kotor, atau jika nilai tegangan heater tidak dipertahankan dengan tepat, maka evaluasi yang tepat dari karakteristik sensor sebenarnya tidak dapat dicapai dan akurasi yang kita butuhkan dalam penggunaan detektor tidak akan terjadi. Untuk itu penulis juga menyarankan agar pembaca mengikuti panduan ini bahwa data yang dihasilkan dari pengujian akan sesua dengan data teknik yang tersedia dalam brosur dari FIGARO.

Tabel 4. Performan Sensor TGS 813

Besaran	Nilai
Resistansi Heater (RH)	30 Ω + 3 Ω
Resistansi Sensor (RS)	5 – 15 KΩ dalam gas methane 1.000 ppm/udara
Ratio Resistansi	(RS dalam gas methane 3.000 ppm/udara) / (RS dalamgas methane 1.000 ppm/udara) = 0,6020 : 0,5

d. Karakteristik Sensitivitas Sensor TGS 813

Gambar di bawah ini menunjukkan perubahan nilai-nilai resistansi sesnor TGS 813.yang berkaitan dengan pendeteksian berbagai jenis dan konsentrasi gas. Grafik ini ditetapkan pada konsentrat gas metane 1000 ppm, setelah nilai Ro ditemukan oleh pengguna. Proses sederhana ini dapat digunakan untuk menentukan resistensi konsentrat gas lainnya. Ingat bahwa R / Ro merupakan rasio resistansi terhadap Rs pada 1000 ppm gas methana dan bukan nilai resistansi yang sebenarnya. Oleh karena itu, nilai R / Ro R untuk 1000 ppm gas methana, menurut grafik gambar 6 di bawah ini adalah 1.

Gambar 6. Grafik karakteristik sensor TGS 813

Keterangan : -Ro : Resistansi sensor dalam udara yang berisi 1000 ppm gas methana

-R : Resistansi sensor pada konsentrat gas yang berbeda.

Nilai resistansi yang sebenarnya untuk konsentrasi gas tertentu dapat dihitung sebagai berikut: Misalnya, jika resistansi sensor pada 1000 ppm gas methana ditemukan sebesar 7 kΩ dalam pengukuran dan pembaca ingin menemukan Rs untuk 4000 ppm gas hidrogen dimana R / Ro adalah 0,3 dalam gambar 6 tersebut, maka hanya tinggal kalikan 7 KΩ dengan 0,3 dan hasilnya sebesar 2,1 KΩ. Hal penting yang harus diingat adalah bahwa resistansi sensor pada 1000 ppm gas methana harus ditentukan oleh pengguna terlebih dahulu sebelum menentukan nilai resistansi yang sebenarnya dengan menggunakan grafik tersebut. Demikian juga, bila grafik ini dapat digunakan untuk menentukan titik alarm untuk berbagai jenis dan konsentrasi gas. Sekali lagi, jika titik alarm untuk gas methana diatur pada konsentrasi 1.000 ppm, maka titik alarm terkait untuk gas propana akan berada pada 700 ppm, isobutana pada 600 ppm dan ethanol pada 1.500 ppm Namun, perlu dicatat bahwa sensitivitas relatif terhadap berbagai gas berdasarkan gas methana berbeda sampai batas tertentu dari satu sensor ke sensor lainnya.

e. Rangkaian Aplikasi Sensor TGS 813

Seperti yang telah disebutkan di atas sensor TGS 813 cocok untuk digunakan untuk mendeteksi berbagai gas seperti gas alam, gas LPG. dan gas untuk keperlua kompor gas lainnya. Ketika sobat merancang rangkaian detektor gas LPG dengan menggunakan sensor TGS 813 sobat harus mempertimbangkan jenis dan konsentrat gas yang ingin dideteksi, karena sensitivitas kinerja sensor TGS 813 akan bervariasi sesuai dengan jenis dan konsentrat gas yang dideteksi tersebut. Selain itu, titik alarm yang tepat untuk detektor tersebut harus ditentukan setelah mempertimbangkan faktor-faktor sebagai berikut :

1) Dimana sensor TGS 813 tersebut akan diinstal

2) Tujuan dari detektor (untuk deteksi kebocoran gas, kontrol kipas otomatis, pemantauan udara, dll)

3) Operasi detektor (suara, cahaya, kontrol kipas, kontrol katup, dll)

4) Jenis gas yang dideteksi atau dimonitor.

Contoh Rangkaian :

Gambar 7 di bawah ini adalah contoh dari rangkaian sederhana dan ekonomis untuk detektor kebocoran gas LPG. Hal ini dirancang terutama untuk mendeteksi sekitar 3000 ppm metana (gas LPG). Output regulator tegangan (I1) konstan 5V tersedia untuk pemanas (heater) dari sensor TGS 813 dan rangkaian detektor. Rangkaian detektor ini terdiri dari sensor TGS 813, Regulator tegangan I1, Komparator tegangan I2, R1 dan R Adj dalam seri. Output VRL yang merupakan tegangan output di resistor R1 dan R Adj memasuki input komparator non-pembalik Vr, yang merupakan tegangan referensi untuk komparator, yang diukur di R4. Komponen ini merupakan bagian dari rangkaian kompensasi suhu yang terdiri dari RZ, R3 dan Tr1 (termistor). Nilai Vr di rangkaian ini dirancang untuk 2,5V pada suhu 20 °C. Setelah sobat mengkalibrasi detektor pada 3000 ppm dengan menyesuaikan R Adj (di bawah kondisi 20 °C pada 65% RH), sobat akan mendapatkan tegangan perkiraan 2,5 V di konsentrasi 3000 ppm gas LPG (metana). Ketika gas yang mudah terbakar seperti gas LPG kontak dengan sensor dan tegangan output (V) dari rangkaian detektor melebihi Vr, maka output dari komparator akan menjadi 'High'. dan Tr1 kemudian diaktifkan dan bel akan terdengar (berbunyi).