SENSOR DE QUALIDADE DO AR
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA: ELE0325 – INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA
PROFESSOR: Luciano Fontes Cavalcanti
SENSOR SENSOR
DE QUALIDADE DO ARDE QUALIDADE DO AR
ALUNO: Emerson Pedro Lima da Silva
MATRÍCULA: 200321404
TópicosTópicos
1- Introdução1- Introdução
2- Sensor TGS41602- Sensor TGS4160
3- Construção do Sensor TGS41603- Construção do Sensor TGS4160
4- Princípio de Funcionamento4- Princípio de Funcionamento
5- Tratamento do Sinal5- Tratamento do Sinal
6- Circuito6- Circuito
7- Especificações Técnicas7- Especificações Técnicas
8- Referências8- Referências
IntroduçãoIntrodução
• A concentração de COA concentração de CO2 2 no interior de um escritório ou no interior de um escritório ou
habitação é um bom indicador da qualidade do ar.habitação é um bom indicador da qualidade do ar.
• Ar Puro: Concentração de COAr Puro: Concentração de CO22 é, aproximadamente, é, aproximadamente,
350 ppm (partes por milhão)350 ppm (partes por milhão)
• Ar sob influência da respiração, fumo, etc.: Algumas Ar sob influência da respiração, fumo, etc.: Algumas
milhares de partes por milhão.milhares de partes por milhão.
IntroduçãoIntrodução
• Sala de teste com Sala de teste com 240 m240 m33
• Número de Número de pessoas varia de pessoas varia de 10 a 80.10 a 80.
IntroduçãoIntrodução
• Se alguém entrar numa sala com elevada Se alguém entrar numa sala com elevada concentração de CO2 sente necessidade de ar puro.concentração de CO2 sente necessidade de ar puro.
Sensor TGS4160Sensor TGS4160
• É um sensor de COÉ um sensor de CO22 desenvolvido pelo fabricante desenvolvido pelo fabricante
japonês de sensores de gás Fígaro. Feito para japonês de sensores de gás Fígaro. Feito para
monitorização e controle da qualidade do ar.monitorização e controle da qualidade do ar.
• EstávelEstável
• Grande seletividadeGrande seletividade
• Baixa dependência da umidadeBaixa dependência da umidade
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Construção do Sensor TGS4160Construção do Sensor TGS4160
Rede de Aço InoxidávelRede de Aço Inoxidável
ProteçãoProteção
ZeoliteZeolite
Elemento SensorElemento Sensor
Base de PlásticoBase de Plástico
TermistorTermistor
Princípio de FuncionamentoPrincípio de Funcionamento
• O elemento sensor é O elemento sensor é
aquecido por meio de aquecido por meio de
uma resistência a até uma resistência a até
cerca de 450 °Ccerca de 450 °C
• Reação Cátodo: COReação Cátodo: CO22 e O e O22
• Reação no Ânodo: OReação no Ânodo: O22
Princípio de FuncionamentoPrincípio de Funcionamento
• Cada reação eleva o Cada reação eleva o
número de elétrons no número de elétrons no
respectivo eletrodo.respectivo eletrodo.
• Surge uma diferença de Surge uma diferença de
potencial devido à potencial devido à
diferença de carga diferença de carga
elétrica.elétrica.
Princípio de FuncionamentoPrincípio de Funcionamento
Resposta do Sensor TGS4160 à variações de COResposta do Sensor TGS4160 à variações de CO22..
Princípio de FuncionamentoPrincípio de Funcionamento
Dependência linear do sensor em relação à temperatura.Dependência linear do sensor em relação à temperatura.
Pode ser Pode ser
corrigida corrigida
ligando ligando um termistor um termistor
interno aos interno aos
pinos 2 e 5 do pinos 2 e 5 do
sensor.sensor.
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Medição da tensão fornecida para a célula deve ser Medição da tensão fornecida para a célula deve ser efetuada por circuitos de alta impedância de entrada.efetuada por circuitos de alta impedância de entrada.
• MotivoMotivo: A célula tem uma resistência interna elevada. As : A célula tem uma resistência interna elevada. As medições efetuadas com um circuito de baixa medições efetuadas com um circuito de baixa impedância não produziriam resultados satisfatórios.impedância não produziriam resultados satisfatórios.
• Impedância de entrada deve ser maior que 100 MImpedância de entrada deve ser maior que 100 MΩΩ..
• Corrente deve ser inferior a 1pA.Corrente deve ser inferior a 1pA.
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Circuito de Medição ApropriadoCircuito de Medição Apropriado
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• A tensão de saída do sensor é relativamente estável.A tensão de saída do sensor é relativamente estável.
• A diferença entre o A diferença entre o
valor correspondentevalor correspondente
ao ar puro (350 ppm)ao ar puro (350 ppm)
e um valor mais elevado e um valor mais elevado
permanecepermanece
relativamente constante.relativamente constante.
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Insensibilidade ao Insensibilidade ao CO e Etanol.CO e Etanol.
• Sensibilidade do Sensibilidade do TGS4160 ao COTGS4160 ao CO2.2.
• Curva de resposta Curva de resposta do sensor é do sensor é bastante linear para bastante linear para variações de COvariações de CO22..
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Utilização de software para tratar o sinal de saída, Utilização de software para tratar o sinal de saída,
considerando que:considerando que:
A concentração de COA concentração de CO22 no ar puro seja 350 ppm no ar puro seja 350 ppm
(referência).(referência).
No ambiente a ser medido, exista ar puro de tempos No ambiente a ser medido, exista ar puro de tempos
em tempos.em tempos.
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Auto-calibração:Auto-calibração:
Se durante um dia o valor de referência atual não for Se durante um dia o valor de referência atual não for atingido,o software decrementa automaticamente atingido,o software decrementa automaticamente uma determinada quantidade do valor de referência. uma determinada quantidade do valor de referência. até que o valor medido volte a ser superior ao valor até que o valor medido volte a ser superior ao valor armazenado como referência.armazenado como referência.
Um desvio em qualquer direção é compensado Um desvio em qualquer direção é compensado automaticamente.automaticamente.
Tratamento do SinalTratamento do Sinal
• Auto-calibração:Auto-calibração:
CircuitoCircuito
• Sensor TGS4160 incorporado no módulo AM4, Sensor TGS4160 incorporado no módulo AM4,
comercializado pela UNITRONIC AG.comercializado pela UNITRONIC AG.
CircuitoCircuito
• Esse módulo tem toda a eletrônica necessária para Esse módulo tem toda a eletrônica necessária para
desenvolver um sistema de controle de ventilação desenvolver um sistema de controle de ventilação
(exceto o estágio de potência).(exceto o estágio de potência).
Especificações TécnicasEspecificações Técnicas
ReferênciasReferências
[1] – VOIT, Christian. Sensor de Qualidade do Ar, revista [1] – VOIT, Christian. Sensor de Qualidade do Ar, revista
Elektor, setembro de 2005, p. 26.Elektor, setembro de 2005, p. 26.
[2] – CAVALCANTI, Luciano Fontes. Notas de Aula, [2] – CAVALCANTI, Luciano Fontes. Notas de Aula,
Instrumentação Eletrônica, 2008.2.Instrumentação Eletrônica, 2008.2.
[3] – [3] – www.unitronic.de/co2www.unitronic.de/co2
[4] – [4] – www.figarosensor.com/products/4160pdf.pdfwww.figarosensor.com/products/4160pdf.pdf