Análise e caracterização de um sensor eletromagnético de cavidade ressonante aplicado à medição de fração de água em uma mistura bifásica

Abstract

Neste trabalho foi realizada uma análise teórica e experimental do comportamento de um sensor eletromagnético de cavidade ressonante empregado na medição de fração de água em fluidos bifásicos (água/óleo e água/ar), em fase de desenvolvimento no Departamento de Automação e Sistemas da UFSC. Foram efetuadas medições estáticas com água doce e água do mar em misturas contendo água/óleo e água/ar e ainda medições dinâmicas com água doce e ar. As medições foram realizadas com módulos de geração e recepção do sinal eletromagnético na faixa de radiofrequência (RF). Foi utilizado o método da perturbação em cavidades ressonantes a fim de investigar os distintos comportamentos do sensor em função do posicionamento das antenas na cavidade. Com o objetivo de melhorar o instrumento, foi estudado o casamento entre as impedâncias das portas do sensor e dos módulos de geração e recepção de sinais. Foram implementadas redes de casamento de impedâncias a fim de validar o projeto levando em consideração o casamento para uma fração de 100% de água. As redes implementadas melhoraram a relação sinal/ruído do primeiro modo ressonante em relação aos demais, aumentando a exatidão na identificação do pico do primeiro modo ressonante. Finalmente, foi elaborada uma avaliação metrológica parcial do sensor na qual foram identificados a faixa de repetibilidade, o percentual de incerteza padrão e as curvas de resposta para diferentes misturas estáticas. O tempo de resposta também foi calculado com base em um aplicativo de medição em tempo real desenvolvido no contexto deste trabalho