UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
DISCIPLINA DE INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA - TE-149
PROFESSOR: EDUARDO PARENTE RIBEIRO
ALUNO: EVERSON TOYOMI KAKIZAKI GRR20055394
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Sensor Ultrasônico de Velocidade do Vento WS425 F/G
WS425 F/G:
Sensor que mede a direção e a velocidade do vento através de um sistema triangular formado por três transdutores, utilizando a tecnologia de ultrasom.
Figura 1 – Sensor WS425 F/G (Fonte: Guia de Usuário do WS425 F/G)
Descrição Geral:
Fabricado pela Vaisala, inicialmente foi projetado para o programa de Sistema Automatizado de Observação de Superfície, sigla em inglês ASOS, fruto de um esforço conjunto da Administração Federal de Aviação (FAA), Serviço Nacional de Metereologia dos Norte Americano (U.S NWS) e do Departamento de Defesa (DOD).
Apropriado para condições adversas de temperatura, é dotado de um aquecedor com 150 W de potência, podendo operar sem dificuldades em ambientes de baixas temperaturas. Por não conter nenhuma parte móvel, não requere manutenção periódica, além de possuir alta resistência à corrosão e ser fabricado com aço inoxidável.
O tamanho dos transdutores impede que as leituras sejam afetadas por causa da chuva, mantendo a precisão do equipamento independente da condição metereológica.
A comunicação do sensor com o sistema é feita através de cabos de fibra óptica, configurados no padrão RS-232.
Figura 2 - Cabo de conexão entre Sensor e interface (Fonte: Catálogo do WS425 F/G)
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Princípio de Funcionamento:
O sistema de medição do sensor usa como base três transdutores alinhados no mesmo plano horizontal, deixando um espaçamento idêntico entre cada um deles, em forma de um triângulo eqüilatero. Cada um mede o tempo que um pulso demora para ir e vir dos outros dois transdutores.
Como o tempo de trânsito do pulso varia conforme a velocidade e direção do vento, as seis medições feitas pelos transdutores são processadas por um microcontrolador e através da Equação 1 a velocidade do vento é calculada.
Caso alguma das leituras seja muito discrepante das demais, ela é ignorada e somente um vetor com as duas medidas mais compatíveis são consideradas para o processamento dos dados.
A velocidade do vento computada é independente de altitude e temperatura. Apesar da humidade afetar a velocidade do som, ela também não interfere na medição pois esse fator já é corrigido na fórmula utilizada pelo microcontrolador.
Para determinar a direção do vento o sensor utiliza como referência dois de seus transdutores que devem ser alinhados com o norte e o sul, conforme mostra a figura 3
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Vw = 0.5 x L x (1/tf – 1/ tr) |
Equação 1:
Vw – Velocidade do Vento
L – Espaço entre 2 Transdutores
tf – Tempo de trânsito na direção positiva
tr – Tempo de trânsito na direção negativa
Figura 3 – Alinhamento do sensor com Norte e Sul (Fonte: Guia de Usuário do WS425 F/G)
Especificações:
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Velocidade do vento |
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Faixa de Operação |
0 à 165 nós ( 0 à 84.876 m/s) |
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Limite inicial |
Aproximadamente 0 |
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Distância de Retardo |
Aproximadamente 0 |
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Resolução |
0.1 nó (0.05144 m/s) |
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Precisão (faixa de 0 à 125 nós) |
± 0,26 nó (0.134m/s) ou ± 3% da leitura, o que for maior |
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Direção do Vento |
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Faixa de Operação |
0° a 360° |
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Limite Inicial |
Aproximadamente 0 |
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Distância de Retardo |
Aproximadamente 0 |
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Resolução |
1° |
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Precisão |
± 0,2° |
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Saídas |
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Mídia de comunicação |
cabo óptico, RS-232 para serviço |
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Formato da mensagem |
Compatível com ASOS |
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Taxa de transmissão |
2400 bauds, 4800 bauds e 9600 bauds |
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Médias disponíveis |
1 s a 30 s |
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Tempo de Resposta (medição contínua) |
1 s |
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Geral |
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Tensão operacional |
115 V CA/60 Hz ou 240 V CA/50 Hz |
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Consumo de energia (Aquecimento Máximo) |
150 W |
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Temperatura operacional |
-62 ºC a +55 °C (-80 ºF a +130 °F) |
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Material corpo, braços, alimentação |
Aço inoxidável |
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Material cabeças dos transdutores |
Borracha de silicone |
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Dimensões |
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Altura |
350 mm |
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Largura |
250 mm |
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Profundidade |
286 mm |
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Peso |
1.7 kg |
Aplicações:
A medição da velocidade e direção do vento é diretamente aplicada para segurança de transportes marítimos e aéreos, além de ser utilizado também a metereologia em geral e para realização de estudos climatológicos e hidrológicos.
Conclusão:
Sensor que apresenta como principal diferencial a capacidade de operação em temperaturas extremamente baixas e também por conseguir realizar medições independentes de altitude e humidade no local, além de obter boa precisão nas leituras.
O fabricante afirma que o equipamento é livre de manutenção por não conter partes removíveis, porém dessa forma se um dos componentes do sensor apresentar defeito será necessário efetuar a troca do conjunto inteiro. No entanto este fato não é uma desvantagem muito grande, pois seu custo é baixo.
Figura 4 – Sensor e fonte de alimentação - Fonte: (Catálogo do WS425 F/G)
Referências Bibliográficas:
Acesso em: 07 Mar 2008.
Acesso em: 07 Mar 2008.