Desenvolvimento de um protótipo para medição de capacitâncias aplicado à tomografia capacitiva elétrica com eletrodos ativos

Abstract

Esta dissertação aborda o desenvolvimento de um dispositivo para Tomografia Capacitiva Elétrica (ECT) que atenda às necessidades de medição de vazão multifásica numa aplicação industrial. A ECT é uma tecnologia utilizada para visualização da distribuição espacial de permissividade, por meio da medição do sinal elétrico vindo de eletrodos que circundam a região de interesse. Utiliza-se o dispositivo para fornecer um sinal de excitação para a região de interesse e recepcionar o sinal de tensão proporcional à capacitância do meio, encaminhando este sinal para um algoritmo de reconstrução de imagem capaz de estimar a distribuição de diferentes fases presentes na região sob análise. Neste trabalho é desenvolvido um dispositivo eletrônico capaz de realizar as medições da forma sequencial clássica, bem como por meio de medições paralelas onde todos os eletrodos são utilizados ao mesmo tempo. Para tal finalidade são analisadas as características necessárias para implementação de um dispositivo para ECT, sendo projetado um dispositivo capaz de atender às necessidades que a técnica exige para realizar uma reconstrução de imagem adequada. O desempenho do circuito desenvolvido é testado em conjunto com um sensor projetado para análise de ECT, com os resultados de reconstrução de imagem gerados indicando a capacidade do sistema em distinguir diferentes elementos numa mistura multifásica.

Abstract: This dissertation addresses the development of a device for Electrical Capacitive Tomography (ECT) that meets the needs of multiphase flow measurement in an industrial application. ECT is a technology used to visualize the spatial distribution of permittivity by measuring the electrical signal coming from electrodes that surround the region of interest. The device is used to supply an excitation signal to the region of interest and receive the voltage signal proportional to the capacitance of the medium, forwarding this signal to an image reconstruction algorithm capable of estimating the distribution of different phases present in the region under analyze. In this work, an electronic device capable of performing measurements in the classical sequential way is developed, as well as through parallel measurements where all electrodes are used at the same time. For this purpose, the characteristics necessary for the implementation of a device for ECT are analyzed, and a device capable of meeting the needs that the technique requires to perform an adequate image reconstruction is designed. The performance of the developed circuit is tested in conjunction with a sensor designed for ECT analysis, with the generated image reconstruction results indicating the system?s ability to distinguish different elements in a multiphase mixture.