UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA EEL7011 ELETRICIDADE BÁSICA TURMA: 141A MONTAGEM DE UM DETECTOR DE METAIS Equipe: Wagner Fiorini Fluck - 06141048. Alex Augusto Costa Machado - 06141002. Florianópolis, 18 de AGOSTO de 2006.
1 INTRODUÇÃO Os detectores de metal são largamente utilizados para encontrar peças de metal enterrados, minas ocultas, etc. Montamos um circuito simples, mas básico em vários equipamentos, como os de ressonância magnética, espectroscopia, utilizados como osciladores, filtros ou misturadores de frequência. Mostraremos o funcionamento de um circuito ressonante ou Circuito LC, assim como relataremos as variações que ocorreriam neste circuito com a mudança de alguns componentes. 2 LISTA DE EQUIPAMENTOS Placa universal Ilha 10x10 Resistor 22kΩ Resistor 4,7kΩ Resistor 100Ω Indutor 290μH Indutor 80μH Bateria 9V Capacitor 1nF Capacitor Variável ( 5-20pF ) Transistor F494/Y746 3 DESENVOLVIMENTO 3.1 - Apresentação A partir dos componentes listado acima montamos um detector de metais. O detector de metal foi montado através do circuito abaixo representado: Figura 1 Circuito do detector de metais. Ele funciona emitindo um sinal em certa freqüência que será então reproduzida em um simples aparelho de rádio AM. 3.2 Embasamento teórico Como o circuito é baseado em um circuito LC o funcionamento do detector de metais montado é uma consequência da freqüência de ressonância em Hz, que é expressa por: 1 f= 2πLC Os circuitos LC são chamados de ressonantes pois agem da seguinte forma: EEL7011 Eletricidade Básica 2006/1. 2
Suponhamos que inicialmente o capacitor encontra-se carregado com um potencial V. No momento que o indutor é ligado, uma corrente surge no circuito, através da qual a energia acumulada no capacitor, ½CV 2, passa a se transferir para o indutor. O processo atinge um ponto máximo quando toda a energia do capacitor tiver sido transferida para o indutor. A partir desse momento, a energia acumulada no indutor passa a se transferir para o capacitor, através do surgimento de uma corrente contrária à corrente inicial. Resulta daí que a corrente é nula quando a carga no capacitor for máxima, e a corrente será máxima quando a carga no capacitor for nula. Este circuito apresenta um comportamento, em termos de variação de energia, análogo ao apresentado pelo conjunto massa-mola, na ausência de qualquer tipo de atrito. Neste caso, energia potencial acumulada na mola é transformada em energia cinética da massa, e viceversa. Um resistor, se inserido, exerce o mesmo papel que o atrito no sistema massa-mola. Através do efeito Joule, parte da energia transferida do capacitor para o indutor (e vice-versa) será consumida no resistor. 3.3 Explicação do Funcionamento Figura 2 Circuito Ressonante Como os indutores são componentes que geram um campo magnético, a introdução de um metal neste campo gera uma variação na indutância do mesmo, aumentando assim a freqüência ressonante. As estações de rádio trabalham em uma estreita faixa de freqüência. Este fato é o que permite o funcionamento da nossa montagem pois quando ligado, um rádio próximo capta um resquício da freqüência emitida, mas essa freqüência muda quando um metal se aproxima, sendo então reproduzida em forma do apito no rádio. 3.4 Formas de Onda Figura 3 Onda com baixa freqüência e sobre-tensão EEL7011 Eletricidade Básica 2006/1. 3
Com a ajuda de um osciloscópio digital capturamos as formas de onda em algumas etapas do funcionamento do detector. Primeiramente montamos o circuito com um capacitor fixo de 100nF. Mas logo percebemos dois problemas: 1 A freqüência obtida, já com o metal próximo era de 441KHz, que não entra no espectro da rádio AM que varia entre 530 e 1600KHz. 2 A tensão sobre o transistor era maior do que a permitida para o bom funcionamento do mesmo ( 28,4 V ), que era de cerca de 20V. Para resolver estes problemas resolvemos mudar o capacitor fixo, agora com 1nF. Com os problemas resolvidos capturamos as imagens com e sem a presença de um metal próximo, respectivamente: Figura 4 Onda final com a presença de metal Figura 5 Onda final sem a presença de metal EEL7011 Eletricidade Básica 2006/1. 4
Com a sobre-tensão e a freqüência configuradas resolvemos variar o capacitor variável e descobrimos que o pulso era na verdade gerado por dois sinais, cada qual controlado por um capacitor, fixo ou variável. Essa composição é claramente observada na Figura 3 e também pode-se perceber que somente um pulso é observado, isso porque com a variação do capacitor fixo um sobrepôs ao outro. 4 CONCLUSÕES Mesmos após várias dificuldades durante o processo de montagem do circuito acabamos por descobrir os circuitos LC e aprendemos algo sobre o seu funcionamento e suas características, conhecendo também um pouco sobre o funcionamento de rádio-freqüência. Achamos também bastante proveitosa a idéia de montar um circuito na primeira fase do curso, mesmo não tendo base teórica, pois acabamos aprendendo alguns princípios teóricos,mas principalmente práticos da eletrônica. Sendo uma iniciativa válida também por incentivar os alunos e mostrar um pouco do que é o curso em que entramos. 5 BIBLIOGRAFIA OU REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Laboratório Eletrônico MK-902 Minipa [2] http://www.if.ufrgs.br [3] http://pt.wikipedia.org EEL7011 Eletricidade Básica 2006/1. 5