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Sensores: Materiais e Aplicações

Objetivos

Objectivos genéricos: Dar a conhecer aos alunos os conceitos que estão na origem, desenvolvimento e fabrico de sensores assim como das propriedades dos materiais utilizados no seu fabrico. Transmitir aos alunos as tecnologias associadas às medidas de grandezas físicas e químicas quer em meio industrial quer em meio laboratorial.

Objectivos específicos: Compreender os princípios físicos utilizados em transdutores e sensores, as suas características e os materiais utilizados na sua construção, ligando este estudo à medida específica das principais grandezas físicas: temperatura, força, pressão, deslocamento, deformação, etc.. Compreender o funcionamento e materiais utilizados em sensores químicos para detecção de compostos orgânicos voláteis.

Estudar caso a caso o condicionamento de sinal mais adequado a cada tipo de sensor. Desenvolver competências práticas na utilização de sensores e montagens específicas para os vários tipos de sensores estudados.                                   

Caracterização geral

Código

7460

Créditos

6.0

Professor responsável

Rui Alberto Garção Barreira do Nascimento Igreja

Horas

Semanais - 5

Totais - 66

Idioma de ensino

Português

Pré-requisitos

Possuir conhecimentos gerais nas áreas da física, química, ciência dos materiais e teoria de circuitos.

Bibliografia

Diapositivos da cadeira disponíveis no CLIP

Instrumentation for Engeneering Measurements, James Dally, Wiley.

Les Capteurs en Instrumentation Industrielle, Georges Asch, Dunod.

Measurement Systems Applications and Design, Ernest O. Doebelin, McGraw-Hill.

Instrumentação Industrial, Gustavo da Silva, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal.

AIP Handbook of Modern Sensors, Jacob Fraden, AIP Series in Modern Instrumentation.

The Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook, ed John g Webster, IEEE Press.   

Sensors Update - Wiley – VCH. Revistas: Sensors and Actuators A and B, Elsevier. Sensors (IEEE).

 

Método de ensino

Aulas Teóricas com utilização de Datashow.

Aulas Teórico-Práticas com participação dos alunos na resolução dos problemas.

Aulas práticas com preparação teórica previa, realização experimental, e preenchimento dum mini relatório.

Execução de um  mini-projecto

Método de avaliação

Componente teórico-prática (NTP): 2 testes (NTP=média dos testes)

Componente prática (NP): -dois trabalhos com relatório TP1 (10%) e TP2 (10%) + projecto (80%).

Componente sumativa: NS (presenças nas aulas TP)

Frequência: NP>=9,5 valores

Nota de avaliação contínua: NAC=0,4*NTP+0,55*NP+0,05*NS

Dispensa de exame: frequência e NAC>=9,5 valores

Com nota de exame (NE): Nota final=0.45*NE + 0,55*NP

Conteúdo

1. Sensores e sinais. Pequena introdução à Metrologia. Principios físicos da medida e propriedades dos materiais.

2. Sensores de temperatura - Sensores de temperatura resistivos (RTDs). Métodos de medição de resistência; circuito potenciométrico; ponte de Wheatstone (a tensão constante e corrente constante). Termistor. O problema do auto-aquecimento nas medidas de temperatura. Termopares; propriedades e materiais para a construção de termopares. métodos de medida; compensação de junção fria. Medição de temperatura com semicondutores e circuitos integrados. Sensores de radiação; detectores piroeléctricos; efeito piroeléctrico; métodos e materiais; pirómetros. Resposta dinâmica dos sensores de temperatura.

3. Sensors de deformação e tensão mecânica - Extensómetros resistivos. Materiais para extensometria. Instalação. Ponte de Wheatstone na medição da variação de resistência em extensómetros; Métodos de calibração; Efeitos dos fios; Ruído eléctrico; Extensómetros com compensação de temperatura; factor de sensibilidade cruzada; modulação e desmodulação síncrona para medição com extensómetros; Extensómetros de tensão. Métodos de determinação das tensões pricipais para um estado geral de tensões. Transformado diferencial variável (LVDT).

4. Medidas de força, momento e pressão - Células de carga; células do tipo barra e anel; Medidas de momento. Medidas de pressão; do tipo deslocamento; do tipo diafragma; do tipo piezoeléctrico.

5. Medidas de deslocamento, velocidade e aceleração - Medidas ópticas; LVDT; transdutores sismicos. Acelerómetro; tipo piezoeléctrico; circuitos de condicionamento de sinal para acelerómetros piezoeléctricos; amplificadores de carga; medidas de sinais transientes.

6. Medidas de fluxos - Transdutores de iserção; tubo de pitot; filamento quente; anemometros (corrente constante e temperatura constante). Transdutores baseados na força de arrasto. Medidores de venturi.

7. Sensores químicos e sistemas com multi-sensores - transdutores para sensores químicos; capaciticos; microbalanças de cristal de quartzo; tipo figaro. Materiais para camadas sensíveis. Adsorção e absorção de moléculas orgânicas voláteis em camadas sensiveis. Métodos de escolha de camadas sensíveis poliméricas. Sistemas de multi-sensores. Métodos de tratamento de sinais em sistemas com multi-sensores; Métodos de redução da dimensão dos dados e caracterização de amostras (análise de componentes principais; análise discriminante linear; redes neuronais).