Sistema para medição do potencial mátrico do solo com um único elemento de dissipação de calor baseado em um resistor termossensível de SnSe2

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Flosi, Fábio Antonio Serra, 1948
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/2836
Resumo: Orientadores: José Antonio Siqueira Dias, Pedro Carvalhaes Dias
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spelling Sistema para medição do potencial mátrico do solo com um único elemento de dissipação de calor baseado em um resistor termossensível de SnSe2Soil matric potential measurement system with a single heat dissipation element based on a SnSe2 thermo sensitive resistorSistemas de potênciaSistemas elétricos de potênciaPower systemsPower electric systemsOrientadores: José Antonio Siqueira Dias, Pedro Carvalhaes DiasDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Este trabalho apresenta o projeto completo de um sistema de baixo custo constituído por um sensor e pelos circuitos eletrônicos de processamento/controle de sinal associados, para a medição do potencial matricial da água no solo (ou índice de umidade do solo). Sua principal aplicação é no gerenciamento da irrigação na agricultura de alta precisão. Um método inovador para o sensor (único elemento para dissipar calor e medir variação de temperatura) foi desenvolvido e um resistor termossensível, baseado em nanopartículas de SnSe2, foi fabricado. Esse tipo de resistor termossensível possui um coeficiente térmico (CT) bastante elevado (compreendido entre -2,4 ?/°C, na faixa de 20 °C a 25 °C, e -1,07 ?/°C, na faixa de 25 °C a 30 °C), uma característica obrigatória do sensor para o tipo mencionado de aplicação. Ele foi encapsulado com um material poroso (bloco de gesso) para facilitar o contato com o solo. Quando o material poroso se equilibra com a água do solo, o conteúdo de água do complexo sensor/solo é medido e convertido em um potencial matricial. Para controlar a potência dissipada no resistor termossensível e mantê-la constante durante os pulsos de calor, foi projetado um circuito analógico/digital especial com a utilização de um microcontrolador. O circuito desenvolvido é capaz de manter a potência dissipada em 327,98 ± 0,3% mW enquanto a resistência do resistor varia de 94,96 ? até 86,23 ?. Quando o conteúdo gravimétrico de água do bloco poroso mudou de seco para saturado (?w = 36,7%), foi medida uma variação de 4,77 ? no resistor termossensível, o que resultou em uma sensibilidade do ponto final com valor de 130 m? / %. O sistema apresentado pode facilmente atender aos requisitos padrões de medição do teor gravimétrico da água do solo com uma resolução de aproximadamente ??w = 1%, uma vez que a resistência do resistor é medida com uma resolução de aproximadamente 31 µ? (três ordens de grandeza menor do que a sensibilidade)Abstract: This work presents the complete design of a low cost system (sensor and associated signal processing/control electronic circuits) for measuring the soil water matric potential (or soil moisture content). Its main application is in the high precision agriculture irrigation management. An innovative method for the sensor (single element to dissipate heat and measure temperature variation) was developed and a thermo sensitive resistor, based on SnSe2 nanoparticles, was manufactured. This type of thermo sensitive resistor has a very high thermal coefficient (TC), between -2.4 ?/°C, in the range from 20 °C to 25 °C, and -1.07 ?/°C, in the range from 25 °C to 30 °C, a mandatory feature on the sensor for the mentioned type of application. It was encapsulated with a porous material (gypsum block) to facilitate contact with the soil . When the porous material equilibrates with the soil water, the water content of the sensor/soil complex is measured and converted to a matric potential. To control the power dissipated in the thermo sensitive resistor and keep it constant during the heat pulses, a special analog/digital circuit was developed with a microcontroller. The control circuit is able to maintain the dissipated power at 327.98 ± 0.3% mW while the resistor resistance varies from 94.96 ? to 86.23 ?. When the gravimetric water content of the porous block changed from dry to saturated (?w = 36.7%), a variation of 4.77 ? in the thermo sensitive resistor was measured, which resulted in an end point sensitivity of 130 m?/%. The presented system can easily meet the standard requirements of measuring the gravimetric content of soil water with a resolution of approximately ??w = 1%, since the resistor resistance is measured with a resolution of approximately 31 µ? (three orders of magnitude smaller than the sensitivity)MestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestre em Engenharia Elétrica[s.n.]Dias, Jose Antonio Siqueira, 1954-Dias, Pedro Carvalhaes, 1983-Morais, Flávio José de OliveiraDuarte, Luís Fernando CaparrozUniversidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASFlosi, Fábio Antonio Serra, 194820212021-12-21T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (50 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/2836FLOSI, Fábio Antonio Serra. Sistema para medição do potencial mátrico do solo com um único elemento de dissipação de calor baseado em um resistor termossensível de SnSe2. 2021. 1 recurso online (50 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/2836. 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