Detector de Raios Ultravioleta (INS542)

O furo na camada de ozônio tem trazido preocupações a todos, dada a possibilidade de rios ultravioleta nos atingirem de maneira perigosa. De fato, sabemos que uma exposição prolongada a estes raios pode causar câncer e outros problemas igualmente graves. Como detectar ou medir estes raios é algo que muitos gostariam de poder fazer e que descrevemos neste artigo com a montagem de sensor simples.

O sol é uma fonte poderosa de raios ultravioleta e existem outras de menor intensidade que podem estar presentes no nosso meio tais como lâmpadas, equipamentos especiais, etc.

Como saber se no ambiente em que nos encontramos existe radiação ultravioleta presente numa intensidade que pode ser perigosa?

A solução está no sensor, que justamente vamos descrever neste artigo.

Antes, porém, precisamos saber exatamente o que é a radiação ultravioleta e porque ela é tão perigosa.

No espectro das radiações que recebemos do sol, além da luz visível e dos raios infravermelhos temos radiações adicionais perigosas, dentre elas as ultravioletas, conforme mostra a figura 1.

 

   Figura 1 – A radiação solar
Figura 1 – A radiação solar | Clique na imagem para ampliar |

 

Estas radiações, entretanto, são bloqueadas em sua maior parte por uma camada de oxigênio ionizado da nossa atmosfera que é a camada de ozônio.

O gás ozônio é um gás quimicamente muito instável, sendo produzido por descargas elétricas e outros processos naturais.

Assim, ao mesmo tempo em que ele é produzido também desaparece, mantendo-se assim um certo equilíbrio na sua quantidade em torno da terra.

Existem entretanto produtos artificiais e processos que destroem o ozônio como, por exemplo, os aerosóis de inseticidas, desodorantes, o gás fréon usado nas geladeiras e até mesmo os motores de aviões à jato voando em grandes atitudes.

O resultado é que nos últimos tempos está havendo um déficit em relação ao ozônio produzido com efeitos perigosos para quem está aqui em baixo.

Nas condições normais, a radiação solar é mais intensa e portanto mais ultravioleta chega até nós quando o sol está na vertical, ou seja, entre 10:00 e 2:00 h da tarde, por isso evita-se a praia neste horário.

A figura 2 mostra o que ocorre.

 

   Figura 2 – Incidência maior de ultravioleta ao meio dia
Figura 2 – Incidência maior de ultravioleta ao meio dia | Clique na imagem para ampliar |

 

No entanto, em algumas partes do mundo, a camada de ozônio afinou ou até desapareceu, formando “buracos” por onde a radiação ultravioleta pode passar em muito maior quantidade.

Nesses locais, a presença do ultravioleta é muito maior, em mais horários, e com a possibilidade de causar mais danos.

Seria interessante então contar com algum meio que nos permitisse detectar esses raios, até mesmo no laboratório para demonstrarmos sua existência.

O simples detector que descreveremos a seguir pode ser útil.

 

Como Funciona

O espectro das radiações visível, dos infravermelhos e dos raios ultravioleta é mostrado na figura 3.

 

   Figura 3 – Espectro das radiações
Figura 3 – Espectro das radiações | Clique na imagem para ampliar |

 

Neste gráfico também temos as intensidades de emissão de algumas fontes comuns de radiação, além de alguns sensores que podem ser utilizados na sua detecção.

Conforme podemos ver, os sensores mostrados na figura não têm a maior sensibilidade na faixa do ultravioleta, mas isso não significa que eles não possam ser usados na sua detecção.

A menor sensibilidade pode ser perfeitamente compensada com a eliminação de qualquer outro tipo de radiação que possa chegar até eles, e ainda pelo uso de um amplificador de maior ganho.

É a solução dada neste projeto.

A seleção somente da radiação que queremos medir segue o mesmo princípio usado por J. W.Ritter em 1801, que descobriu a radiação ultravioleta.

Conforme mostra a figura 4, Ritter colocou um pedaço de papel embebido em cloreto de prata na parte de cima do espectro obtido da decomposição da luz solar por um prisma de cristal.

 

   Figura 4 – O experimento de Ritter
Figura 4 – O experimento de Ritter | Clique na imagem para ampliar |

 

 

O papel ficou enegrecido neste ponto, mostrando a presença de algum tipo de radiação capaz de atuar sobre o Cloreto de Prata (mesmo tipo de papel usado em fotografia).

Um ano antes, W. Herschel havia descoberto a radiação infravermelha, colocando na parte inferior do espectro um termômetro.

A elevação da temperatura no local, onde não incidia nenhuma luz visível, um pouco abaixo do vermelho, levou-o a denominar a radiação de infravermelho (abaixo do vermelho).

No nosso caso, o que faremos é usar um prisma para decompor a luz que vamos analisar e colocar no local onde deve incidir o ultravioleta um sensor, conforme mostra a figura 5.

 

   Figura 5 – Montando sensor
Figura 5 – Montando sensor | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Isso significa que se a fonte emissora for apenas de radiação ultravioleta, não precisaremos nos preocupar, pois a parte desejada do espectro já incidirá sobre o sensor.

Se a radiação tiver outros componentes, somente a parte ultravioleta irá para o sensor.

O sensor usado é um LDR que tem uma boa sensibilidade e é fácil de obter e usar.

Para aumentar sua sensibilidade possibilitando o trabalho com níveis muito baixos de radiação, aumentamos a corrente neste sensor por um circuito amplificador com dois transistores.

A alimentação do aparelho é feita por pilhas comuns.

 

Montagem

Na figura 6 temos o circuito completo do aparelho detector de ultravioleta.

 

   Figura 6 – Diagrama completo do detector
Figura 6 – Diagrama completo do detector | Clique na imagem para ampliar |

 

A melhor montagem é a que faz uso de uma placa de circuito impresso, mas como o circuito não é crítico, podemos usar uma ponte de terminais, conforme mostra a figura 7.

 

   Figura 7 – Montagem em ponte de terminais
Figura 7 – Montagem em ponte de terminais | Clique na imagem para ampliar |

 

Os resistores são comuns e o instrumento indicador é um microamperímetro.

Como alternativa, pode ser utilizada a escala mais baixa de um multímetro comum.

Na falta de um prisma de cristal ou outro material, podemos improvisar um conforme mostra a figura 8.

 

   Figura 8 – Montando um prisma
Figura 8 – Montando um prisma | Clique na imagem para ampliar |

 

Cortamos lâminas de plástico transparente montando uma caixinha que enchemos de água e vedamos.

Não recomendamos o uso de prismas de vidro, pois o vidro bloqueia a radiação ultravioleta, o que não ocorre com o cristal.

O sistema detector completo é mostrado na figura 9.

 

   Figura 9 – Montagem final do sensor
Figura 9 – Montagem final do sensor | Clique na imagem para ampliar |

 

 

Ajuste e Uso

O ponto crítico da montagem do detector é o posicionamento do prisma que deve ser feito conforme mostra a figura 9.

 

   Figura 9 – Posicionamento do prisma
Figura 9 – Posicionamento do prisma | Clique na imagem para ampliar |

 

Veja que o prisma deve ser posicionado de modo que apenas a radiação ultravioleta incida sobre o sensor.

Zere o instrumento quando completamente no escuro atuando sobre P1.

Fixe o limite da escala do instrumento através de P2.

Uma vez feito o posicionamento e o circuito fechado para que o LDR não receba radiação de outras fontes senão a analisada, ele pode ser usado.

 

Q1 e Q2 – BC548 – transistor NPN de uso geral

LDR – LDR miniatura

X1 – Prisma – ver texto

M1 – 200 uA – microamperímetro

B1 – 3 V – 2 pilhas pequenas

S1 – Interruptor simples

P1 – 1 M ohms – trimpot

P2 – 100 k ohms - trimpot

R1, R2 – 10 k ohms x 1/8 W – resistores – marrom, preto, laranja

 

Diversos:

Caixa para montagem, ponte determinais, suporte de pilhas, fios, solda, etc.

 

 

 


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