OXYGEN SENSOR

Alat Ukur Kadar Gas Oksigen Menggunakan GS Oxygen Sensor

Oksigen terlarut (Dissolved Oxygen  = DO) dibutuhkan oleh semua jasad hidup untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen juga dibutuhkan untuk oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik dalam proses aerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal sari suatu proses difusi dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam perairan tersebut. Kadar oksigen bisa juga digunakan sebagai acuan untuk menentukan kualitas udara suatu lingkungan. Semakin tinggi kadar oksigen maka kualitas udara suatu lingkungan semakin bagus.

Pada makalah ini akan dijelaskan mengenai alat ukur kadar oksigen yang dirancang manual (buatan manusia) menggunakan sensor GS Oxygen KE-Seires buatan Figaro Sensor. Blok diagram dari sistem pengukuran ini ditunjukkan pada gambar 1. Pengkondisial sinyal yang digunakan berupa operational ampiflier (Op-Amp). Mikrokontroller digunakan sebagai elemen pemrosesan sinyal. Untuk elemen penampil, digunakan Liquid Crystal Display (LCD) karakter dan sebuah tampilan pada komputer menggunakan Borland Delphy 7 dan MySQL sebagai penyimpanan basis data. Makalah ini hanya akan menjelaskan sampai elemen penampil berupa LCD karakter saja.

Gambar 1: Blok diagram sistem pengukuran kadar oksigen

SENSOR GAS OKSIGEN

Sensor yang digunakan adalah sensor gas oksigen jenis KE buatan Figaro Sensor. Sensor jenis ini mempunyai struktur yang sama dengan baterai yang terdiri dari elektroda dan eletrolit. Sensor ini memiliki 2 tipe, yaitu KE-25 dan KE-50. Elektroda dibagi menjadi anoda berupa Pb (timbal) dan katoda yang terbuat dari emas (Ag) serta elektrolit berupa asam lemah atau alkaline. Elektroda emas merupakan sebuah padatan yang beupa selaput yang tidak berongga (non-porous membrane).

Oksigen yang masuk ke dalam sensor, direduksi pada elektroda emas dengan reaksi elektrokimia. Anoda dan katoda dihubungkan dengan sebuah termistor dan resistor. Resistansi dua resistor ini mengubah arus yang terjadi akibat reaksi elektrokimia menjadi tegangan. Besar arus yang mengalir pada dua resistor dipengaruhi oleh banyak oksigen yang tertangkap oleh membran elektroda. Tegangan resistansi ini digunakan sebagai keluaran sensor oksigen. Skema struktur sensor ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2: Struktur sensor oksigen KE-25/KE-50

Karakteristik dari sensor ini ditunjukkan pada gambar 3. Gambar 3a menunjukkan grafik hubungan konsentrasi oksigen dengan tegangan keluaran yang dihasilkan untuk jenis KE-25, sedangkan gambar 3b untuk jenis KE-50. Gambar 4 menunjukkan pola respon dari tagangan keluaran sensor. Sumbu y merupakan rasion tegangan keluaran terhadap tegangan saturasi 

PENGKONDISIAN SINYAL

Pengkondisian sinyal adalah device yang difungsikan untuk mengkondisikan sinyal keluaran dari sensor agar dapat dibaca oleh elemen pemrosesan sinyal. Karena keluaran dari sensor oksigen masih dalam skala milivolt, maka digunakan elemen pengkondisial  sinyal berupa penguat operasional tak membalik (non-inverting op-amp). Non-inverting op-amp dipilih untuk menguatkan tegangan keluaran sensor menjadi 0-5 Volt agar dapat dibaca oleh mikrokontroller.

Gambar 5: Skema non-inverting op-amp

Gambar 5 menunjukkan skema non-inverting op-amp. Cara kerja dari op-amp tersebut adalah keluaran sensor dihubungkan langsung ke masukan op-amp. Integrated Circuit (IC) yang digunakan adalah tipe OP07 dengan R1 = 1 kΩ dan R2 = 10 kΩ variabel. Tegangan untuk supply adalah +12 Volt dan -12Volt. 

ELEMEN PEMROSESAN SINYAL

Elemen pemrosesan sinyal yang digunakan adalah Analog to Digital Converter (ADC) yang terdapat pada microcontroller tipe ATMEGA 8535, yang ditunjukkan pada gambar 6. Fungsi ADC adalah untuk mengubah sinyal keluaran dari elemen pengkondisian sinyal yang berupa tegangan (sinyal analog) menjadi bentuk sinyal digital. Sinyal digital digunakan sebagai masukan pada elemen penampil (display). Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi. Sebagai contoh, bila tegangan referensi 5 volt, tegangan input 3 volt, rasio input terhadap referensi adalah 60%. Jadi, jika menggunakan ADC 8 bit dengan skala maksimum 255, akan didapatkan sinyal digital sebesar 60% x 255 = 153 (bentuk desimal) atau 10011001 (bentuk biner)

ELEMEN PENAMPIL (DISPLAY)

Display digunakan untuk menampilkan informasi nilai terukur dari sensor. Pada alat ukur kadar gas oksigen ini digunakan elemen display berupa Liquid Crystal Display (LCD) karakter, yang ditunjukkan pada gambar 7. Informasi yang terdapat pada LCD adalah nilai prosentase kadar oksigen. Untuk dapat menampilkan nilai tersebut, perlu dilakukan pmrograman pada mikrokontroller dengan menggunakan program CodeVision AVR. Pada program tersebut, nilai keluaran ADC akan dihubungkan ke LCD dengan bahasa pemrograman. Contoh pemrograman mikrokontroller menggunakan CodeVision AVR ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7: LCD karakter 

Source :

http://dokumen.tips/download/document/?id=Q4Z8AQruF%2FuqWS5Y8Fy%2F8y2Qwel2dJe3%2BCpEvANyZqntFzt1vEakE56LYp7%2FFmv8dAvkJyYoGU2mRhMXCL8Mdw%3D%3D