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Título: Desenvolvimento de um sensor capacitivo para o monitoramento de umidade do solo
Título em inglês: Development of a capacitive sensor for the monitoring of humidity of the soil
Autor(es): Silva, Ilda de Oliveira
Orientador(es): Teixeira, Adunias dos Santos
Palavras-chave: Irrigação e drenagem
Capacitor
Calibração
Água
Método gravimétrico
Célula de carga
Data do documento: 2006
Citação: SILVA, I. O. (2006)
Resumo: O objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um sensor capacitivo de umidade e a calibração do mesmo utilizando o método gravimétrico e a célula de carga. Para simular um capacitor com características próximas às dos comercialmente vendidos, isolaram-se as placas com verniz bi-componente, do tipo utilizado para isolamento de motores de carro. A isolação alcançada, medida pelo multímetro, foi da ordem de 106 W. O sensor fez parte de um oscilador RC implementado utilizando-se o circuito integrado (CI) 74LS122 como “multivibrador”. A saída do circuito RC foi inserida em um divisor de freqüência. Foi feito uso do contador de pulsos TC4040 e de um similar HEF4040, a fim de verificar as respectivas formas de onda de saída. O segundo apresentou uma resposta mais uniforme e a forma de onda quadrada, já o primeiro apresentou uma forma de onda de saída um pouco discrepante, tendendo para uma onda triangular, mas não uniformemente. O circuito foi instalado na placa do sensor com o intuito de minimizar a influência da capacitância inerente aos cabos. O monitoramento dos dados e a calibração do sensor foram efetuados durante sessenta e três dias, sendo verificados quatro vezes ao dia e com três leituras. A temperatura foi também monitorada dessa forma. Para tal, foram empregados dois sistemas. O primeiro foi instalado em um tubo de PVC de 2", contendo solo seco ao ar posteriormente saturado, e monitorou-se a drenagem de água por meio da pesagem em uma balança de precisão. No segundo sistema, foram instalados três sensores em uma caixa contendo solo úmido e a calibração do sensor foi obtida por intermédio da célula de carga. O tempo de resposta foi conseguido usando o sistema de PVC, cuja água foi drenada; efetuou-se novamente a saturação do sistema com água, e verificou-se com um sistema de aquisição de dados a resposta do sensor, que foi da ordem de segundos. Os fatores que influenciaram a resposta do sensor foram avaliados, concluindo-se que a temperatura influencia, porém não de maneira tão significativa quanto a umidade do solo. Os níveis de significância para a umidade foram de até 0,01 % contrastando com os da temperatura de somente 7 %. Válido para todos os sensores, inclusive a célula de carga. O modelo estatístico que mais se adequou à resposta dos sensores foi a regressão múltipla polinomial.
Abstract: The development of a capacitive sensor based on dielectric characteristics of soil was carried through this work. The sensor was designed as a probe. A fiberglass circuit board was chosen to simulate a parallel plate capacitor. To simulate a capacitor with characteristics similar to the ones commercially sold, within electrical isolation, the plates were isolated by varnish of the type used for isolation of car engines. A value of 106 W of the insulation was measured by a multimeter. The sensor was part of an oscillator RC provided by an integrated circuit to perform the oscillator, the 74LS122 a multivibrating oscillator which gave better responses. The RC circuit output was the input of a frequency divider. The IC TC4040 and HEF4040 both similar counters were used in order to verify the output wave forms. The second one provided a uniform and square waveform, although the first one provided an output waveform tending to triangular. The circuit was printed on the plate of the sensor in order to minimize the influence inherent wire capacitance. The data acquisition, monitoring and the probe calibration had been acquired daily, four times a day and with three readings for sixty three days. The temperature also was monitored this way for both systems. The first one installed in a 2" PVC pipe filled with air dry soil, the water drainage was monitored by weighting. In another system had been installed three sensors in a box full filled by humid soil. The calibration of the sensor was supplied by the strain gage. The time response was obtained using the PVC system, whose water was drained, the soil submitted to saturation again and data were acquired by a microprocessor-based system of data acquisition supplying an output of seconds. The factors that had influenced the sensor output had been evaluated, concluding that the temperature influences however not in so significant way as moistures. The moisture significance levels had been of up to 0,01 % contrasting with the ones of the temperature 7 %. This was valid for all the sensors and also strain gage. The statistical models that more fitted the sensors output were the multiple regression followed by the polynomial regression.
Descrição: SILVA, Ilda de Oliveira. Desenvolvimento de um sensor capacitivo para o monitoramento de umidade do solo. 2006. 85 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2006.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/18606
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