Tag Archives: Kalibrasi

Kalibrasi Gas Detektor

Kalibrasi Gas Detektor (Sumber gambar: Ventis Pro Series)

Mengapa gas detektor harus di kalibrasi? Sebetulnya tidak hanya gas detektor, namun pertanyaan ini juga harus selalu ditanyakan ke setiap alat pengukuran, apapun itu jenisnya.

Sepengetahuan saya hal ini dilakukan karena dua alasan. Pertama, pembacaan pada gas detektor dapat dipengaruhi oleh beberapa hal seperti: keadaan suhu dan kelembaban, kontaminasi dari paparan gas tertentu, mungkin juga pernah merespon konsentrasi gas tertentu sampai pada batas maksimum pengukurannya, berkurangnya lifetime produk, dsb. Hal-hal tersebut dapat mempengaruhi pembacaan, seperti misalnya konsentrasi dari suatu combustible gas terbaca sebesar 45%LEL yang sebetulnya konsentrasi aktualnya adalah 50%LEL. Kedua, biasanya dalam sebuah plant ada regulasi tersendiri dari tingkat manajerial ataupun departemen safety yang mengharuskan semua alat ukur harus terkalibrasi dan juga memiliki  jadwal kalibrasi secara periodik.

Oleh karena itu, jika sebelumnya saya pernah melakukan Kalibrasi Sensor Gas MQ-7 maka kali ini saya akan membagi rangkuman mengenai metode-metode pengujian gas detektor yang pernah saya lakukan.

1. Bump Test (Calibration Check)
Bump test merupakan metode pengujian gas detektor dengan menggunakan calibration gas (test gas) untuk memastikan bahwa gas detektor masih melakukan pembacaan secara tepat.

DSCF4892

Contoh test gas yang berisi methana (CH4) dengan konsentrasi sebesar 2.5% volume (50% LEL).

Test gas berisikan gas dengan konsentrasi tertentu yang biasanya kurang dari 100% LEL. Apabila gas detektor melakukan pembacaan secara tepat, maka saat dikoreksi menggunakan kalibrator akan menampilkan nilai konsentrasi yang sama besarnya dengan konsentrasi pada test gas.

DSCF4911

Kalibrator menampilkan hasil pengujian performa gas detektor (error 0.5%LEL)

Oleh karena itu, pada praktiknya di lapangan bump test biasanya dilakukan secara periodik untuk memastikan bahwa performa gas detektor di lapangan selalu dalam keadaan baik.

2. Function Test (Performance Test)
Function test merupakan pengujian yang sama dengan bump test hanya saja gas detektor yang di uji sudah terintegrasi dengan sistem alarm, sehingga pengujian ini selain memastikan pembacaan gas yang tepat juga memastikan sistem alarm bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Semisal sebuah gas detektor telah dirancang untuk memberikan alarm LOW pada level 10% kemudian HIGH pada level 20% dan HIGH HIGH pada level 50%. Maka pengujian ini dilakukan untuk memastikan bahwa sistem alarm bekerja di tiap-tiap level tersebut.

3. Calibration
Penyesuaian respon gas detektor (sensor) agar sesuai dengan nilai yang diinginkan. Artinya dalam metode ini dilakukan pengaturan atau adjusment agar didapat respon yang diinginkan. Langkah kalibrasi yang paling mudah adalah dengan merujuk pada manual gas detektor, karena pada manual tersebut berisi prosedur kalibrasi yang jelas sehingga dapat menjamin agar prosedur kalibrasi yang dilakukan benar.

Disclaimer : Setiap manufaktur memiliki cara kalibrasi yang spesifik sesuai dengan produknya masing-masing. Sehingga penting untuk selalu mengikuti prosedur yang sudah dibuat oleh manufaktur.

 

Cara Kalibrasi Sensor Gas MQ-7

Salah satu sensor yang sering digunakan dalam proyek-proyek elektronika adalah sensor gas MQ buatan Hanwei. Sering sekali saya melihat beberapa pertanyaan baik itu di forum tertentu ataupun pada suatu postingan yang ada di blog tentang bagaimana cara mengkalibrasi sensor gas MQ agar dapat melakukan pengukuran konsentrasi gas dalam satuan ppm (part per milion). Oleh karena itu, saya akan menceritakan pengalaman saya saat mengkalibrasi sensor MQ-7 dengan alat ukur gas standar.

Sekilas tentang MQ-7

MQ-7

Grafik Karakteristik Sensitivitas MQ-7

Jika kita melakukan analisa terhadap grafik diatas, maka terlihat bahwa rasio resistansi sensor gas MQ-7 (Rs/Ro) akan bernilai ≈ 1 pada saat konsentrasi gas CO ≈ 100 ppm. Artinya adalah pada saat konsentrasi gas CO ≈ 100 ppm maka nilai Rs = Ro. Hal ini dapat dibuktikan dengan persamaan berikut:

100 ppm CO=  Rs/Ro=1          (1)

Rs 100 ppm CO=Ro          (2)

Informasi inilah yang dapat dimanfaatkan untuk mendapatkan nilai Ro, karena nilai Ro secara definitif tidak dijelaskan pada lembar data sensor (Hanwei).

Pengujian MQ-7

Pengujian saya lakukan di laboratorium Balai HIPERKES dan K3 Yogyakarta dengan menggunakan alat ukur konsentrasi gas Karbon Monoksida (CO) “Krisbow KD09-224 Carbon Monoxide Meter” yang berfungsi sebagai kalibrator. Dalam pengujian ini rentang pengukuran disesuaikan dengan kebutuhan, yakni 20 – 200 ppm CO.

IMG_0258

Krisbow KD09-224 Carbon Monoxide Meter

Pada dasarnya nilai konsentrasi gas CO dalam satuan ppm dapat diketahui dengan cara mengambil beberapa data Rs (resistansi sensor MQ-7 pada tingkatan konsentrasi gas yang berbeda-beda) dan kemudian dicari model matematisnya (persamaan garis) terhadap setiap perubahan konsentrasi gas CO. Nilai pembacaan tegangan keluaran (Vout) yang dibaca oleh mikrokontroler dalam bentuk ADC kemudian diolah untuk mendapatkan nilai dari Vout, Rs dan Rs/Ro.

Vout = (ADC/1023) . Vcc          (3)

Rs = (Vcc.RL/Vout) – RL          (4)

ADC1

Hasil pengujian sensor (ADC) dengan kalibrator (ppm)

Pada tabel diatas dapat dilihat bahwa nilai Rs pada saat konsentrasi gas CO 100 ppm adalah sebesar 6.89 kΩ. Sesuai dengan persamaan (2) maka nilai Ro secara definitif dapat langsung diketahui, yaitu sebesar 6.89 kΩ.

Selanjutnya hubungan antara ppm CO dan Rs/Ro dituangkan ke dalam bentuk grafik untuk kemudian dicari persamaan atau model matematisnya. Untuk memudahkan plotting data ke dalam grafik serta mencari persamaan tersebut maka saya menggunakan perangkat lunak MS.Excel.

ADC2

Grafik ppm co vs Rs/Ro

Dengan menggunakan regresi (trendline) power maka diperoleh persamaan (y = 96.311x^-1.239) yang merupakan hubungan antara ppm CO dengan Rs/Ro. Trendline tersebut dipilih karena melihat bentuk kurva pada grafik, selain itu juga dari sisi komputasi dengan menggunakan trendline tersebut akan lebih mudah diterapkan pada mikrokontroler.

Pada lembar data sensor MQ-7 (Hanwei) terdapat penjelasan mengenai karakteristik sensor sebagai berikut.

ADC3

Karakteristik sensitivitas MQ-7

Hasil Pengujian MQ-7

Berdasarkan pengujian didapat nilai resistansi sensor (Rs) saat konsentrasi gas CO sebesar 100 ppm adalah 6.89 kΩ. Karena pengujian sensor hanya sampai pada konsentrasi 200 ppm (Rs = 3.44 kΩ) maka untuk mengetahui nilai Rs saat konsentrasi CO sebesar 300 ppm dilakukan dengan menganalisa data pada tabel hasil pengujian. Nilai Rs semakin berkurang seiring bertambahnya konsentrasi gas CO. Oleh karena itu, dapat dipastikan bahwa nilai Rs saat konsentrasi CO sebesar 300 ppm adalah < 3.44 kΩ. Sebagai contoh digunakan nilai 3.40 kΩ sebagai perumpamaan dari nilai Rs saat konsentrasi CO sebesar 300 ppm.

Concentration slope rate : Rs (300 ppm) / Rs (100 ppm CO ) < 0.5
Concentration slope rate : ((3.40 kΩ) / 6.89 kΩ)) < 0.5
Concentration slope rate : 0.49 < 0.5

Dengan menggunakan perumpamaan tersebut nilai concentration slope rate sudah bernilai < 0.5. Maka dapat dipastikan bahwa nilai concentration slope rate pada saat konsentrasi gas CO sebesar 300 ppm akan bernilai < 0.49. Dengan demikian sensitivitas sensor MQ-7 yang digunakan sudah sesuai dengan karakteristik pada lembar data (Hanwei) .

ADC4

Hasil pengujian sesuai dengan karakteristik sensitivitas MQ-7

Contoh penggunaan model matematis sensor MQ-7 yang telah diperoleh (y = 96.311x^-1.239) pada kode Arduino dengan menggunakan fungsi pow.

R = Rs/Ro;
p = -1.239;
z = pow(R,p);
ppm = 96.311*z;

Untuk mendapatkan hasil maksimal, ada baiknya jika sensor dilakukan pengujian kembali untuk mengetahui akurasi pembacaan sensor terhadap konsentrasi gas CO dalam satuan ppm. Selamat mencoba dan semoga berhasil! 😀