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Sensores de qualidade do ar – Como Funcionam (ART4377)

Monitorar a qualidade do ar através de recursos eletrônicos pode ser a base de inúmeras aplicações que se tornam cada vez mais importantes em nossos dias. A poluição que pode nos afetar é cada vez mais perigosa, levando não apenas à doenças respiratórias como, o que é pior, a maior facilidade para a propagação de vírus. Neste artigo analisamos o princípio de funcionamento de alguns sensores que são utilizados no monitoramento da qualidade do ar.

 

A qualidade do ar pode ser avaliada por duas características: partículas em suspensão e composição química. Para os dois tipos de alteração que podem ocorrer no ar ambiente, existem tecnologias específicas de monitoramento, usando sensores apropriados.

Na Mouser Electronics os leitores podem encontrar sensores dos dois tipos para desenvolvimento de projetos e também placas tanto de avaliação como de desenvolvimento, o que facilita muito um projetista interessado.

Analisamos os princípias tipos.

 

Sensores infravermelhos NDIR

NDIR é o acrônimo para Nondispersive InfraRed, ou seja, Infravermelho não dispersivo.

O que ocorre é que no ar ambiente ou outra mistura de gases, a dispersão da radiação infravermelha em determinados comprimentos de onda ocorre em função da concentração de gás carbônico (CO2) ou monóxido de carbono (CO).

Assim, um sensor básico consiste num emissor infravermelho e um sensor infravermelho numa câmera onde pode ser colocado o ar em amostra ou onde entra através de aberturas esse ar, conforme mostra a figura 1.

 

Figura 1 – Um sensor NDIR
Figura 1 – Um sensor NDIR | Clique na imagem para ampliar |

 

O sinal obtido na saída do circuito tem uma intensidade proporcional à atenuação da radiação infravermelha, o que por sua vez, depende da concentração dos poluentes analisados.

 

Sensores eletroquímicos

Este tipo de sensor se baseia nas mudanças das propriedades elétricas de determinados materiais na presença de poluentes. Este tipo de sensor é usado na sonda lambda dos automóveis que mede a concentração de oxigênio na saída do escapamento e assim determina se houve a combustão completado combustível (veja artigo ART1824 – A sonda lâmbda).

Na figura 2 temos a estrutura básica de um sensor desse tipo.

 

  Figura 2 – Um sensor eletroquímico.
Figura 2 – Um sensor eletroquímico.

 

 

Uma variação deste tipo de sensor é usado na detecção de escape de gases combustíveis em alarmes.

 

Sensor eletroacústico

Para a detecção de CO e CO2 temos ainda a tecnologia do sensor eletroacústico que, de certo modo, lembra a tecnologia usada no caso dos sensores infravermelhos.

O que ocorre é que da mesma forma que no caso da radiação infravermelha, os ultrassons têm seu comportamento alterado quando se propagam no ar em função da concentração de CO e CO2.

Assim, podemos medir a reflexão dos ultrassons numa câmera onde entra o ar ambiente e com isso ter uma ideia de seu grau de contaminação, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – sensor ultrassônico
Figura 3 – sensor ultrassônico

 

 

Sensores de ozônio

Se bem que uma pequena quantidade de ozônio no ar seja interessante em nossos dias, pelas propriedades bactericidas que ele apresenta, o excesso é perigoso, podendo nos afetar.

Assim, no controle do ar ambiente, sensores de ozônio encontram aplicações específicas. Vejamos como funcionam.

Neste tipo de sensor, o ar passa através de um filtro chegando a um eletrodo sensor, onde ocorre uma reação química. Essa reação faz com que seja gerada uma tensão que então pode ser medida por um circuito externo.

Na figura 4 temos a estrutura básica desse tipo de sensor.

 

Figura 4 – Sensor de ozônio
Figura 4 – Sensor de ozônio

 

 

Sensores de matéria particulada (PM)

Os tipos mais comuns são os que se aproveita, da reflexão ou refração da luz quando passa pelo ar em que existem partículas em suspensão. Essas partículas são então iluminadas podendo ser detectadas por um sensor comum fotoelétrico.

Na figura 5 temos o PM 2.5 da Alta, sensor de qualidade do ar capaz de medir partículas na faixa de 0,3 a 10 um em três categorias. Acesse o datasheet em: https://br.mouser.com/datasheet/2/945/ADS-063-PM25-Sensor-Data-Sheet-1493984.pdf 

 

Figura 5 – Sensor de partículas disponível na Mouser
Figura 5 – Sensor de partículas disponível na Mouser

 

 

Sensores de dióxido de enxofre e sensores de óxido nitroso

Estes também são sensores importante para o monitoramento da qualidade do ar. O grau de complexidade varia segundo a aplicação.

Na figura 6 temos um sensor piroelétrico infravermelho da Pyreos para sensoriamento de gás da Pyyreos, vendido pela Mouser Electronics .

 

Figura 6 – Sensor piroelétrico de gás
Figura 6 – Sensor piroelétrico de gás

 

 

Este tipo de sensor trabalha com filtros que deixam passar as moléculas dos gases que devem ser detectados e que então alteram a propagação da radiação infravermelha.

Sugerimos visitar o site da Mouser Electronics onde existe uma grande quantidade de dispositivos sensores de qualidade do ar, a partir dos quais os datasheets permitem analisar o funcionamento, as aplicações e também ter circuitos práticos e placas de desenvolvimento.

 

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