OS SENSORES DE GASES

SENSORES DE GASES

Guilherme Mendes da Silva

Luiz Capelão Salvio

24 de janeiro de 2022

Resumo

Sensores são dispositivos de captura e conversão em sinal elétrico. Sua saída é uma grandeza eletrônica e via circuitos é processada. Cada sensor possui sua Datasheet e, para melhor compreendimento, foi selecionado os sensores de gás para estudo. Sensores de gases alertam a presença de alto níveis de gases por meio eletrônico. Para isso, existem os tipos: MQ, MOS, eletroquímico, catalítico e NDIR; sua aplicação é voltada para a segurança do trabalho com grande importância preventiva.

Palavras-chave: sensores; Datasheet; gás; MQ; MOS

Abstract

Sensors are devices for capturing and converting an electrical signal. Its output is an electronic quantity and is processed via circuits. Each sensor has your datasheet and, for better understanding, the gas sensors were selected for study. Gas sensors alert the presence of high levels of gases electronically. For this, there are types: MQ, MOS, electrochemical, catalytic and NDIR; its application is focused on work safety with great preventive importance.

Keywords: Sensors; Datasheet; gas; MQ; MOS

1 INTRODUÇÃO AO TRABALHO

Segundo Reis (2018), sensores, em eletrônica, são aqueles dispositivos que captam e convertem um fenômeno físico em um sinal elétrico. Por conta disso, fazem parte da interface entre o mundo físico e o dos dispositivos eletrônicos, como os computadores e redes de dados. As saídas obtidas é uma grandeza eletrônica como valores de tensão, corrente ou alteração na resistência; essa grandeza é levada a um processamento via circuitos – a utilização de microcontroladores é comum a esse fim.

Devido a existência de inúmeros formatos de sensores disponíveis, cada um destes possui sua ficha técnica, um Datasheet. Nessa mesma ficha técnica, encontramos algumas características comuns como: função de transferência, sensibilidade, faixa dinâmica, incerteza ou precisão, histerese, linearidade, ruído, resolução, temperatura de operação e níveis de saída.

Para a classificação, dividimos os sensores em algumas categorias, de acordo com a propriedade física que o mesmo é projeto para medir.

Tabela 1: Sensores por Categorias[pic 1]

Fonte: REIS, 2018

No intuito de compreender melhor os sensores, foi selecionado, para o presente trabalho, os sensores de gás; com isso, iremos ver seu principio de funcionamento, métodos de medição, aplicação na engenharia de materiais, modelo matemático e exemplos de modelos comerciais.

2 SENSORES DE GÁS

General Instruments define que: “Os sensores de gás basicamente são dispositivos que alertam a presença de altos níveis de gases por meio de sinais elétricos.”. A partir disso, temos a ideia de que esses sensores são confeccionados em alta tecnologia, uma vez que, dessa forma, garante sua eficiência na detecção de gases dos mais variados tipos.

2.1 SENSOR MQ

Para entender o funcionamento desses sensores, priorizaremos os sensores MQ. O Conjunto MQ é a serie de sensores de gases de baixo custo. A seguir, temos uma tabela com os sensores desse conjunto:

Tabela 2: Conjunto MQ

[pic 2]

Fonte: REIS, 2020

Cada sensor tem seu gás primordial de acordo com a sua sensibilidade; isso é definido através de sua curva de sensibilidade -  em ppm, é mostrado o sensoriamento de gases em relação aos sensores MQ - ( 0-9) -. Os sensores dessa serie utilizam um pequeno aquecedor interno, que possui sua tensão específica,  em conjunto a um sensor eletroquímico. Abaixo, temos, como exemplo, a curva de sensibilidade de um sensor MQ-2 que como vemos tem como principais, a fumaça e gases inflamáveis; isso não a deixa de forma exclusiva apenas para a medição destes, pois mesmo que sua sensibilidade seja inferior ao hidrogênio, a mesma ainda é capaz de capta-lo e fazer a sua leitura.

Figura 1: Curva de Sensibilidade

[pic 3]

Fonte: LEITE, 2016

Embora sejam distintas as sensibilidades, o funcionamento destes sensores é similar. Como forma de melhor exemplificação, usamos como base o sensor MQ-8 que será visto de forma aprofundada na seção a seguir.

2.1.1 Sensor MQ-8

Analisando o sensor MQ-8, trata-se de um sensor semicondutor para gás hidrogênio. O mesmo é classificado como um sensor direto, ou seja, sua característica elétrica é afetada em um elemento sensível. Quanto sua classificação temos: os condutométricos – alteração de resistência -, os amperométricos – alteração na corrente elétrica – e os potenciométricos – alteração na tensão elétrica.

Esses sensores químicos diretos usam as reações químicas que afetam diretamente uma característica elétrica mensurável; para tanto, necessitam de algum tipo de condicionamento de sinal elétrico, mesmo que sem necessidade de transdutor.

Seu funcionamento é explicado por REIS(2020): “[...] utiliza como material sensível o SnO2 (dióxido de estanho), o qual possui baixa condutividade elétrica em ambiente com ar sem hidrogênio presente. Quando um sensor de metal-óxido, como SnO2, é aquecido a uma determinada temperatura no ar, oxigênio é absorvido na superfície do cristal e um potencial de superfície é formado, inibindo o fluxo de elétrons. Quando essa superfície é exposta a gases redutíveis, como moléculas de hidrogênio e outros gases (como metilmercaptana – CH3SH – e álcool etílico – C2H5OH), o potencial de superfície diminui e a condutividade elétrica do sensor aumenta consideravelmente, de acordo com o aumento da concentração do gás.”.

Sua pinagem é distribuída em 4 pinos, como mostrado na figura abaixo.

Figura 2: Pinagem MQ-8

[pic 4]

Fonte: REIS, 2020

O pino 1 é o VCC (de alimentação), o 2 é o AOUT (saída analógica), o 3 é o DOUT (saída digital) e o 4 é o GND (“terra”). Os pinos VCC e GND fornecem a alimentação ao sensor. O AOUT envia uma tensão analógica proporcional à quantidade de gás detectada. Caso a tensão detectada neste pino ultrapasse um valor estabelecido como limite, thresold, o pino DOUT vai para nível 1 indicando que o nível de gás hidrogênio ultrapassou o limite estabelecido ou aceitável. Para ajustar o limite basta regular o potenciômetro embaixo do sensor.