Sensores de Plataformas de Coleta de Dados

Esta combinação de Sensores de Temperatura e Umidade Relativa do Ar foi projetada para aplicações meteorológicas e seus respectivos elementos sensores estão localizados dentro de um único invólucro protegido por um filtro poroso o qual garante que ambos estejam amostrando as mesmas condições e protegidos contra poeira e água. Para evitar exposição direta dos elementos sensores à chuva e aos raios solares e também garantir que os mesmos recebam adequada ventilação para permitir o equilíbrio com a atmosfera a sua volta, o conjunto é protegido por uma espécie de chapéu que pode ser de plástico ou alumínio. O elemento sensor de temperatura do ar é um resistor de platina que possui uma bem calibrada e estável relação entre resistência elétrica e temperatura. As variações de resistência são medidas por um circuito eletrônico que apresenta em sua saída uma tensão contínua com 1,0 Volt representando +70ºC e 0,0 Volt representando – 30ºC. O elemento sensor de umidade relativa do ar é um filme higroscópico posicionado entre dois eletrodos, constituindo um capacitor. A capacitância depende da umidade absorvida pelo filme higroscópico (o dielétrico do capacitor) e representa a umidade relativa do ar. A capacitância medida é convertida numa tensão contínua com correção automática para a temperatura. A saída de tensão é 0,0 Volt para 0% de umidade relativa e 1,0 Volt para 100% de umidade relativa. O Sensor de Precipitação ou Pluviômetro é um instrumento destinado a medir a precipitação (chuva) acumulada num intervalo de tempo. Consiste de um funil com 200 mm de diâmetro de abertura o qual recolhe a chuva e encaminha para um sistema de básculas alternadas que é constituído de uma haste apoiada em seu centro com conchas nas extremidades, formando uma espécie de gangorra. Quando a quantidade de chuva acumulada em uma báscula ou concha, atinge 0,25 mm, o peso desta quantidade de líquido aciona o mecanismo, fechando um relé magnético, descartando o líquido e preparando a outra báscula ou concha para receber nova quantidade de líquido. O fechamento do relé magnético produz um pulso que é encaminhado a uma entrada contadora de pulsos da PCD que é programada para reportar a precipitação acumulada na unidade apropriada. A capacidade do pluviômetro é ilimitada, pois o líquido é descartado imediatamente após a medida. O pluviômetro possui um “nível de bolha” em sua base que é utilizado para o correto nivelamento do instrumento. O Sensor Ultra-Sônico de Vento é um instrumento que determina a direção e a velocidade horizontal do vento. Possui um circuito eletrônico com um micro-controlador que captura e processa os sinais e realiza comunicação serial com a PCD. O sensor de vento possui um arranjo de três transdutores ultra-sônicos igualmente espaçados no plano horizontal, formando um triângulo eqüilátero. O sensor mede o tempo de transito, isto é, o tempo que a onda de ultra-som leva para se deslocar de um transdutor para o outro. O tempo de trânsito é medido em ambas direções, resultando os tempos de trânsito direto e reverso. O tempo de trânsito depende da velocidade do vento ao longo do caminho da onda de ultra-som. Para velocidade zero ou nula do vento, os tempos de trânsito direto e reverso são o mesmo. Se o vento está na direção da onda de ultra-som, o tempo de trânsito direto é menor do que o tempo de trânsito reverso. O micro-controlador computa o a velocidade do vento dos tempos de trânsito, através da fórmula: V = 0,5 * L * (1/ td – 1/tr) Onde: V é a velocidade do vento, L é a distância entre dois transdutores, td é o tempo de trânsito na direção direta, e tr é o tempo de trânsito na direção oposta. Seis medidas do tempo de trânsito permitem que V seja computado para cada um dos três caminhos da onda de ultra-som, os quais estão espaçados de 120° um do outro. As velocidades de vento computadas são independentes da altitude, temperatura e umidade. Leituras errôneas de velocidade do vento, as quais podem acorrer devido à chuva forte ou granizo, são eliminadas através de uma técnica especial de processamento de sinais. A velocidade V que é mais afetada pelo erro de turbulência é descartada, de tal modo que a velocidade do vento e a direção do vento são calculadas a partir dos dois melhores vetores. Utilizado nas aplicações onde é necessário medir a Temperatura do Solo este sensor também pode ser utilizado para medir a temperatura da água. O elemento sensor é um termistor que consiste de um resistor de platina com uma bem calibrada e estável relação entre resistência elétrica e temperatura e se encontra encapsulado dentro de um invólucro de aço à prova d’água que o protege contra corrosão, mas que ao mesmo tempo proporciona o equilíbrio térmico entre o elemento sensor e o meio (solo) que se deseja medir a temperatura. Um tubo condutor de alumínio protege o cabo elétrico contra roedores.Nas aplicações de medida de temperatura do solo são instalados sensores em vários níveis de profundidade, tais como: 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100 cm, etc. Este sensor mede a Radiação Total Líquida que é a diferença entre a Radiação Incidente Hemisférica Total e a Radiação Refletida Hemisférica Total. A unidade de medida é W/m². Radiação incidente de Onda Curta consiste da radiação solar direta e difusa. A radiação de Onda Curta é definida para comprimentos de onda de 0,25 a 4 micrometros. Radiação incidente de Onda Longa consiste principalmente da radiação atmosférica de onda longa. A Radiação de Onda Longa é definida para comprimentos de onda de 4 a 10 micrometros. A soma das radiações Incidentes de Onda Curta e Onda Longa é denominada Radiação Incidente Hemisférica Total. Radiação refletida de Onda Curta consiste da radiação solar refletida. Radiação refletida de Onda Longa consiste da Radiação Terrestre de Onda Longa. A soma das radiações refletidas de Onda Curta e Onda Longa é denominada Radiação Refletida Hemisférica Total. Radiação Total Líquida é a diferença entre a Radiação Incidente Hemisférica Total e a Radiação Refletida Hemisférica Total. Albedo é a razão entre a radiação solar refletida e a radiação solar incidente. O elemento sensor do Saldo Radiômetro é uma termopilha, que é formada de uma série de junções termoelétricas, construídas com a combinação de dois metais tais como o Cobre e Constantan. Esta termopilha é capaz de fornecer em sua saída um sinal típico de vários µV/W/m² (micro-Volt por Watt por metro quadrado) proporcional à diferença de temperatura entre uma superfície absorvedora negra - junção “quente”, e a referência – junção “fria”. A referência é uma superfície refletiva ou a porção interna da base do sensor. A superfície negra ou junção “quente” absorve uniformemente dentro do espectro solar e é encapsulada dentro de um domo de vidro ou poliestireno que protege a termopilha dos efeitos de resfriamento pelo vento e chuva. Para compor o Saldo Radiômetro, duas termopilhas idênticas são conectadas eletricamente e montadas no plano horizontal, uma voltada para o céu e outra para o solo. Os sensores de Radiação Solar Global e da radiação fotossintética ativa ou, do Inglês, PAR (Photosynthetically Active Radiation) são funcionalmente semelhantes: ambos fornecem uma corrente elétrica proporcional a radiação solar recebida do hemisfério centrado na direção perpendicular ao eixo de montagem do dispositivo sensor. O elemento sensor é uma junção semicondutora p-n, formada por um material com deficiência de elétrons - semicondutor n, e outro material com excesso de elétrons – semicondutor p. Quando a radiação solar incidente à junção semicondutora p-n atinge um nível de energia capaz de ionizar os átomos, uma corrente elétrica proporcional a esta radiação é produzida nos terminais da junção semicondutora p-n.O sensor de radiação solar global é calibrado para medir a radiação solar total recebida, ou seja, as radiações direta e difusa na faixa de comprimentos de onda de 400 a 1.100 nanometros (nm); possui correção de co-seno para fazer com que o sensor fique insensível à direção da radiação dentro do hemisfério de medição. Este sensor também recebe a denominação de Piranômetro e sua unidade de medida é W/m². O sensor de radiação PAR ou sensor de radiação fotossintética ativa é filtrado e calibrado para medir radiação solar na faixa de comprimentos de onda de 400 a 700 nanometros (nm), os quais são efetivos na fotossíntese das plantas. Estes valores de radiação podem ser utilizados para se avaliar a adequada iluminação para o crescimento das plantas em áreas abertas, sombreadas ou internas sob luz artificial. A unidade de medida do sensor de radiação PAR é o µmol/s.m² (micromoles por segundo por metro quadrado). Freqüentemente, estas unidades são expressas em fótons, moles ou Einstein (E). Tem-se que: 1 µmol/s.m² = 6,02 x 1017 fótons = 1 µE/s.m². O Barômetro é o sensor responsável pela medida da pressão atmosférica ou barométrica. O princípio de funcionamento do elemento sensor baseia-se na variação da capacitância de uma cápsula de cerâmica. A deformação simétrica da cápsula de cerâmica é proporcional à pressão a que está submetida. Eletrodos de ouro embebidos no interior da cápsula formam o capacitor variável. Quando a pressão aumenta, os eletrodos se aproximam um do outro, aumentando a capacitância. É capaz de medir a pressão de qualquer gás ou líquido compatível com o elemento sensor. Este tipo de sensor tem aquecimento instantâneo e resposta rápida, menor que 10 milissegundos para atingir 90% da medida final. Pode ser montado em qualquer orientação: vertical ou horizontal. Geralmente é montado no interior da caixa da PCD em comunicação, através de tubo plástico, com um orifício externo à caixa onde é realizada a tomada de pressão atmosférica. Em meteorologia, a pressão atmosférica é reportada em hectoPascals (hPa). Teoricamente, a pressão atmosférica medida no nível da superfície do mar é de 1 hPa = 100 Pa, sendo o Pascal (Pa) a unidade básica de medida de pressão no Sistema Internacional (SI) tem-se que: 1 hPa = 100 N/m². A pressão atmosférica também pode ser expressa em milibar (mb), sendo que: 1 milibar = 1 hPa = 100 N/m². O Transdutor de Fluxo de Calor é projetado para medir o fluxo de calor nos solos. O elemento sensor do transdutor de fluxo é uma termopilha encapsulada em epóxi de alta condutividade térmica (ver definição e princípio de funcionamento de termopilha em Saldo Radiômetro). Outras características típicas do sensor de fluxo de calor no solo incluem: alto nível de sinal de saída, baixa resistência elétrica, não exige alimentação e possui calibração linear. A unidade de medida é W/m². Autor: Eng. Flávio C. Magina