5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

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Rosa Fernandes Rijo
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1 54 5 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL O nss bjetiv é avaliar desempenh ds dispsitivs pteletrônics LED e ftdetectres cm sensres de mediçã da variaçã da cncentraçã de pluentes particulads atmsférics. Cm este prpósit fizeram-se as seguintes atividades: Selecinaram-se s emissres e detectres óptics (LED e ftdetectres). Frmaram-se e avaliaram-se s Pares Emissres-Detectres, Pares E-D. Cnstruiu-se um circuit cm s Pares E-D e cnstruiu-se uma maquete que fi instrumentada cm estes Pares E-D. Desenvlveu-se um prgrama de aquisiçã de dads n sftware LabVIEW. Simulu-se uma cntaminaçã ambiental jgand fumaça sbre a maquete instrumentada Seleçã ds emissres e detectres óptics. Esclheram-se s emissres e ftdetectres cnsiderand-se as especificações individuais frnecidas pel fabricante. Cm emissr de luz fi selecinad LED: L-1060SRC, Super Bright da Multicmp cm as seguintes características: Cmpriment de nda: 700nm (cr vermelha) Temp de respsta: na rdem de nansegunds. Intensidade luminsa: 500mcd Ângul da luz emitida: 30 Tamanh: 1,8mm

Cnstruiu-se um circuit cm s Pares E-D e cnstruiu-se uma maquete que fi instrumentada cm estes Pares E-D. Desenvlveu-se um prgrama de aquisiçã de dads n sftware LabVIEW.

2 55 Selecinu-se este LED pr estar dentr d range da luz visível e assim ficu mais demnstrativ nas experiências. O LED apresentu mair intensidade luminsa e baix cust em relaçã as utrs. N referente a dispsitiv ftdetectr, esclheram-se quatr dispsitivs ftdetectres diferentes: Ftdetectr 1: Ftdid de silíci Mnlític cm amplificadr peracinal. (TSL250). Ftdetectr 2: Fttransistr de silíci NPN (OP505D). Ftdetectr 3: Fttransistr NPN de silici (BPW85B). Ftdetectr 4: Fttransistr NPN de silici (BPW85C). Para a seleçã ds ftdetectres fram cnsiderads s seguintes parâmetrs: As respstas espectrais ds ftdetectres. Eles abrangem cmpriment de nda (700nm) crrespndente à luz emitida pel LED utilizad. O temp de respsta, na rdem de micrsegunds. Tamanh. As especificações frnecidas pels fabricantes d LED e ds ftdetectres encntram-se ns seguintes endereçs eletrônics: Ftdetectr 1 (TSL 250): Ftdetectr 2 (OP505D): Ftdetectr 3 (BPW85B): Ftdetectr 4 (BPW85C): Frmaçã ds Pares E-D. A frmaçã ds Pares E-D apresenta-se na tabela 4:

Ftdetectr 2: Fttransistr de silíci NPN (OP505D). Ftdetectr 3: Fttransistr NPN de silici (BPW85B). Ftdetectr 4: Fttransistr NPN de silici (BPW85C).

3 56 Tabela 4- Pares Emissres-Detectres frmads. PARES E-D EMISSOR DETECTOR Par E-D 1 LED L-1060SRC Ftdid TSL250 Par E-D 2 LED L-1060SRC Fttransistr OP505D Par E-D 3 LED L-1060SRC Fttransistr BPW85B Par E-D 4 LED L-1060SRC Fttransistr BPW85C Os Pares E-D fram dispsts em uma placa metálica cm se bserva na figura 20. O circuit fi mntad numa placa Prtbard. Figura 20- Circuit ds Pares Emissres Detectres Avaliaçã ds Pares E-D Os Pares E-D fram avaliads individualmente para evitar interferências de luz entre eles, e s testes realizaram-se em ambiente cmpletamente escur para evitar interferências da luz d ambiente. Os testes fram feits a 20 e 25 C segund especificações d fabricante Avaliaçã d temp de respsta ds Pares E-D Cnsiderams cm parâmetr imprtante temp de respsta devid a nss interesse em avaliar desempenh ds emissres e detectres óptics cm sensres da variaçã da cncentraçã ds pluentes particulads atmsférics em relaçã a temp.

Pares E-D fram dispsts em uma placa metálica cm se bserva na figura 20. O circuit fi mntad numa placa Prtbard. Figura 20- Circuit ds Pares Emissres Detectres. 5.3.

4 57 Utilizand geradr de funções, geru-se um trem de puls de nda quadrada de 100Hz para excitar LED, que fez papel de switch para acender e apagar LED e desta frma mediu-se temp que demra ftdetectr em respnder as sinais emitids pel LED. Entenda-se cm Temp de Respsta, a temp que demra ftdetectr em respnder a uma excitaçã n LED, e Cnstante de Temp é temp que demra ftdetectr em respnder até alcançar 63,2% d sinal ttal. As medições fram feitas em um ambiente cmpletamente escur para evitar interferências externas de luz. Repetiram-se as medições para 20, 25 e 30 C, cm bjetiv de garantir a estabilidade ds cmpnentes nesta faixa de temperatura, prque desta será a faixa de trabalh dentr d túnel de vent na cntinuaçã d prjet. Segund temp de respsta selecinaram-se Par E-D 2 e Par E-D 4. Eles apresentaram menr temp de respsta (11 e 16 µs respectivamente, para sinal de elevaçã d sinal e de 16 e 16 µs respectivamente, para sinal de queda d sinal). Figura 21- Sinal d LED e sinal de respsta d Ftdetectr Equipament utilizad Cm fnte de alimentaçã ds LED e ds ftdetectres utilizu-se uma fnte digital mdel PS-5000D (ICEL-GUBINTEC), ver figura 22. Ela é cmpsta de três saídas independentes em um mesm gabinete. Send uma saída fixa de 5V cm capacidade até 3A, e duas saídas ajustáveis independentemente até 30V e capacidade até 3A cada uma.

Entenda-se cm Temp de Respsta, a temp que demra ftdetectr em respnder a uma excitaçã n LED, e Cnstante de Temp é temp que demra ftdetectr em respnder até alcançar 63,2% d sinal ttal.

5 58 Frneceu-se para LED uma tensã de alimentaçã na faixa de 2 a 2,2V e uma intensidade de crrente na faixa de 20 a 40mA. Para s ftdetectres frneceu-se uma tensã de alimentaçã de 5V. A fnte apresenta uma exatidã de ± (0,5% da leitura + 2 dígits). As cndições de utilizaçã sã: para temperatura na faixa de 0 a 40 C, a umidade mens que 80% de umidade. Figura 22- Fnte digital de alimentaçã PS-5000D -ICEL-GUBINTEC. Para avaliar temp de respsta ds ftdetectres à luz emitida pel LED, utilizu-se um geradr de funções GV-10, ICEL-GUBINTEC. Ver figura 23. Geru-se um trem de puls de nda quadrada de 100Hz, para excitar LED, que fez papel de switch para acender e apagar LED e desta frma mediu-se temp de respsta, temp que demra ftdetectr em respnder as sinais emitids pel LED. Figura 23- Geradr de funções GV-10 - ICEL-GUBINTEC.

Figura 22- Fnte digital de alimentaçã PS-5000D -ICEL-GUBINTEC. Para avaliar temp de respsta ds ftdetectres à luz emitida pel LED, utilizu-se um geradr de funções GV-10, ICEL-GUBINTEC. Ver figura 23.

6 59 O Temp de respsta fi medid utilizand um scilscópi HP 54645A, HEWLETT PACKARD. Ver figura 24. A resluçã vertical de 8 bits e uma faixa nminal de 1mV/div até 5V/div. A resluçã na base de temp é de 40ps e a faixa nminal de 2ns/div até 50s/div. A exatidã d delta t quand as leituras sã feitas n mesm canal é de (± 0,01% da leitura ± 0,2%largura da janela ± 40ps). As medições fram feitas a 25,1± 0,3 C, nas cndições de referência dadas pel fabricante. Figura 24- Oscilscópi HP 54645A - HEWLETT PACKARD. Para medir a temperatura utilizu-se um Termpar K, mdel CL24. OMEGA. Resluçã de 0,1 C. Exatidã de ± 0,3 C. Ver figura 25. Figura 25- Termpar K, CL24 OMEGA.

A exatidã d delta t quand as leituras sã feitas n mesm canal é de (± 0,01% da leitura ± 0,2%largura da janela ± 40ps).

7 60 Para verificar a tensã frnecida pela fnte de alimentaçã as LED e as ftdetectres utilizu-se um Multímetr FLUKE 111. Para medições da Intensidade de crrente em crrente cntinua (DC Amps) apresenta uma faixa nminal de 0,01A até 10A e exatidã de ± (1,0% da leitura + 3 dígits). Para medições de tensã em crrente cntinua (DC Vlts) apresenta uma faixa nminal de 1mV até 600V e uma exatidã: ± (0,7% da leitura + 2 dígits) Figura 26- Multímetr FLUKE Cnstruçã da maquete instrumentada Cnstruiu-se uma maquete que representa uma zna urbana. Fram instalads na maquete it Pares E-D, quatr de cada tip ds Pares E-D 2 e 4 selecinads anterirmente. Cada LED trabalhu cm um ftdetectr específic, frmand assim nvs Pares E-D. Figura 27- Dispsiçã ds LED e ftdetectres.

Para medições de tensã em crrente cntinua (DC Vlts) apresenta uma faixa nminal de 1mV até 600V e uma exatidã: ± (0,7% da leitura + 2 dígits) Figura 26- Multímetr FLUKE 111. 5.4.

8 61 Teve-se cuidad na dispsiçã física ds Pares E-D para evitar interferências de luz entre eles e para assegurar que a luz emitida pel LED incidisse cm ângul adequad sbre ftdetectr, e assim ter um sinal de saída d ftdetectr cm nível razável (2V cm mínim). Para diminuir a mair quantidade de fntes de ruíd, a maquete revestiu-se de cr preta pr dentr. Os testes fram feits em um ambiente cmpletamente escur para evitar interferências de luz d ambiente e trabalhu-se numa temperatura de 25,1 C. Figura 28- Maquete Instrumentada. Ns testes iniciais bservu-se que a placa Prtbard era uma fnte de ruíd cnsiderável, entã se trasladu circuit da placa Prtbard para um circuit impress. A relaçã sinal ruíd que se bteve fi de 1% d sinal de saída d ftdetectr Circuit Eletrônic cm s Pares E-D Para instrumentar a maquete, mntu-se um circuit eletrônic cm it Pares E-D em uma placa de circuit impress, cm prpósit de diminuir nível de ruíd. Utilizaram-se quatr pares emissres-detectres d tip Par E-D2 e quatr d tip par E-D 4. Utilizaram-se resistências de 1kΩ n circuit ds ftdetectres. Na figura 29 apresenta-se circuit eletrônic que fi utilizad para instrumentar a maquete.

Os testes fram feits em um ambiente cmpletamente escur para evitar interferências de luz d ambiente e trabalhu-se numa temperatura de 25,1 C. Figura 28- Maquete Instrumentada.

9 62 Figura 29- Circuit Eletrônic ds Pares E-D Desenvlviment d prgrama de aquisiçã de dads. Desenvlve-se um prgrama especific n sftware LabVIEW. O prgrama fi utilizad para adquirir s sinais emitids pels ftdetectres. Este prgrama permitiu registrar dads a cada 10µs que fram armazenads em uma base de dads para psterir análise. Os sinais emitids pel ftdetectr fram registrads em Vlts pel LabVIEW e fram cnferids, n mment da aquisiçã, utilizand scilscópi. Utilizu-se uma placa de aquisiçã AT-MIO-16E10 da Natinal Instruments, cm uma freqüência de aquisiçã de 100kHz. As vantagens da utilizaçã deste sftware fi a autmaçã das medições e armazenament ds dads em uma base de dads. Pde-se bservar painel frntal e diagrama d prgrama de aquisiçã nas figuras 30 e 31. A descriçã d prgrama de aquisiçã e as instruções de peraçã encntram-se n apêndice 11.1

Os sinais emitids pel ftdetectr fram registrads em Vlts pel LabVIEW e fram cnferids, n mment da aquisiçã, utilizand scilscópi.

10 Figura 30- Painel frntal d prgrama de aquisiçã n LabVIEW. 63

11 Figura 31- Diagrama d prgrama n LabVIEW. 64

12 Simulaçã de cntaminaçã ambiental A maquete instrumentada fi submetida a simulações de cntaminaçã ambiental para avaliar desempenh ds Pares E-D. Geru-se fumaça cm auxíli de uma máquina de fumaça (FOG). Simulu-se, desta frma, cntaminaçã ambiental utilizand a máquina geradra de fumaça, a qual fi acinada segund s requeriments para aquisiçã ds dads. Ligu-se circuit e sftware, e jgu-se fumaça sbre a maquete e prcedeu-se a adquirir s dads para psterir análise da variaçã da cncentraçã ds pluentes.

desempenh ds Pares E-D. Geru-se fumaça cm auxíli de uma máquina de fumaça (FOG).

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