Fabricação e caracterização de sensores de hidrogênio e acetileno integrados com circuitos de condicionamento de sinais.

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Venuto, Edelson da Silva Procopio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Circuito Flyback; Corrente de ionização; Espectrometria; Espectrometria de mobilidade iônica; Flyback circuit; Hidrocarbonetos; Hidrogênio; Ion mobility spectrometry; Ionization current; Spectrometer
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-25112022-082313/

Este trabalho tem como objetivo principal a construção e caracterização de sensores para detecção de espécies gasosas de hidrogênio e acetileno. Os hidrocarbonetos apresentam grande importância econômica, dado que eles são os principais componentes dos combustíveis de origem fóssil além de participar da composição de diversos produtos de grande importância para a sociedade, como os plásticos. O sensor de hidrogênio construído foi integrado com circuito para processamento do sinal de sensoriamento gerado. Esse microssistema implementado consistiu em tratar o sinal gerado pelo sensor, condicionar a temperatura de trabalho e fornecer informações de funcionamento em tempo real para sistemas computadorizados. Um sistema de controle automatizado empregando um microcontrolador comercial PSoC 4 (Programmable System on Chip) foi implementado utilizando um gerador de corrente da DAC, um amplificador operacional, um ADC e um gerador PWM além do código interno (firmware) para configurar um controlador de temperatura PI. Como sensor de temperatura, foi empregado um resistor PT100 e um elemento aquecedor com resistor de filme espesso Pt(1%Pd) serigrafado sobre um substrato de alumina. Foram fabricados quimiorresistores utilizando Pd(P) como camadas sensoras os quais foram montados sobre o elemento aquecedor. A resistência relativa dos quimiorresistores variaram na faixa de 0,7 a 1,7% para a temperatura de (125,0±0,1) ºC e na faixa de 1,4 to 2,9 % para a temperatura de (135,0±0,1) ºC quando a concentração de hidrogênio foi variada na faixa de 5 a 10000 ppm. Para detecção de acetileno, foi proposto um sistema de espectroscopia de mobilidade iônica (IMS) utilizando um circuito compacto tipo flyback de alta tensão acoplado a um estágio de medida de íons (câmara de ionização) para monitorar e controlar a corrente de ionização associada ao gás de arraste argônio do sistema IMS. Na validação experimental do sistema IMS proposto, foi possível controlar a corrente na câmara de ionização na faixa de 1A a 2mA, variando a distância entre uma agulha metálica e a grade de referência, o que resultou em uma ondulação de tensão pico-a-pico inferior a 1,5% em relação à máxima tensão CC obtida na faixa de 200 à 700 V. A câmara IMS foi construída em sua maior parte de teflon o qual é um material isolante e quimicamente inerte, fácil de ser trabalhado e de baixo custo. Como resultado, foi possível medir concentrações de acetileno na faixa de 4600 a 6500 ppm tendo o argônio como gás de arraste. A pressão de entrada do gás foi variada na faixa de 1,0 a 2,5 kgf/cm2 e a pressão mínima atingida na saída do sistema IMS foi de aproximadamente 10 Torr utilizando bombeamento mecânico.