Sobre o sensor de umidade para estações meteorológicas responda:
Princípios de Medição de Umidade
Diferença entre umidade relativa, umidade absoluta e ponto de orvalho.
Fundamentos físicos por trás da medição (capacitivo, resistivo, térmico).
Princípios de Medição de Umidade
Fundamentos físicos por trás da medição (capacitivo, resistivo, térmico).
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique os três principais conceitos de umidade – umidade absoluta, umidade relativa e ponto de orvalho – e depois descreva como funcionam os sensores de umidade baseados em princípio capacitivo, resistivo e térmico. Ou seja, primeiro a teoria das grandezas de umidade e depois o “por dentro” dos sensores usados em estações meteorológicas.
Passo 2
Vamos diferenciar as grandezas de umidade:
. Umidade absoluta
É a massa de vapor d’água presente num certo volume de ar. Se é a massa de vapor e
o volume de ar, então
É a massa de vapor d’água presente num certo volume de ar. Se
é a umidade absoluta (tipicamente em
).
É a relação entre a pressão parcial de vapor no ar e a pressão de saturação daquele vapor à mesma temperatura. Chamando
Isso diz quão “perto” o ar está de ficar saturado e condensar água.
É a temperatura
Passo 3
Princípio capacitivo
Um sensor capacitivo de umidade explora a variação da constante dielétrica de um material (polímero ou óxido) quando ele absorve vapor d’água. O sensor é basicamente um condensador cuja capacitância é
Um sensor capacitivo de umidade explora a variação da constante dielétrica de um material (polímero ou óxido) quando ele absorve vapor d’água. O sensor é basicamente um condensador cuja capacitância é
onde
muda com a quantidade de água no dielétrico. Ao medir
, infere-se a umidade relativa. Esses sensores têm boa linearidade e resposta rápida.
Passo 4
Princípio resistivo
Aqui há um filme de material higroscópico (por exemplo polímeros condutores ou óxidos metálicos) cuja resistência elétrica varia com a umidade. Quando o filme absorve moléculas de água, aumentam os íons livres e a condutividade elétrica sobe (resistência cai). Basta aplicar uma pequena tensão e medir a corrente ou a resistência para determinar a umidade.
Aqui há um filme de material higroscópico (por exemplo polímeros condutores ou óxidos metálicos) cuja resistência elétrica varia com a umidade. Quando o filme absorve moléculas de água, aumentam os íons livres e a condutividade elétrica sobe (resistência cai). Basta aplicar uma pequena tensão e medir a corrente ou a resistência para determinar a umidade.
Passo 5
Princípio térmico
Existem duas abordagens principais:
. Psicrômetro (bulbo úmido e bulbo seco): mede a diferença de temperatura entre dois termômetros, um seco e outro com pavio molhado. A evaporação no bulbo úmido retira calor, abaixando sua temperatura; quanto maior a diferença, menor a umidade relativa.
. Sensores de condutividade térmica: exploram o fato de que a condutividade térmica do ar muda ligeiramente com a concentração de vapor d’água. Um elemento aquecido dissipa calor no ar; medindo a potência necessária para manter a temperatura constante ou a queda de temperatura, deduz-se a umidade.
Existem duas abordagens principais:
Resposta
Pronto! Você agora tem claro o que são umidade absoluta, relativa e ponto de orvalho, e os fundamentos de sensores de umidade capacitivo (variação da constante dielétrica), resistivo (variação de condutividade elétrica) e térmico (psicrômetro ou condutividade térmica do ar).