Desenvolvimento e aplicação de um equipamento de espectroscopia de impedância para medição de capacitância

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: RODRIGUES, Robson Borges lattes
Orientador(a): GELAMO, Rogério Valentim lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Triângulo Mineiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Mestrado Profissional em Inovação Tecnológica
Departamento: Instituto de Ciências Tecnológicas e Exatas - ICTE::Programa de Mestrado Profissional em Inovação Tecnológica
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Espectroscopia de impedância
Capacitância
Super capacitor
Palavras-chave em Inglês:
Impedance spectroscopy
Capacitance
Super capacitor
Área do conhecimento CNPq:
Engenharia Elétrica. Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas; Instrumentação
Link de acesso: http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/242
Resumo: The development of new fabrication techniques for capacitors with high storage capabilities, called super capacitors, requires appropriated equipment in order to obtain the device’s electric behaviours. There is various equipment to do this analysis if operating with alternating or continuum voltage. However, the elevated cost of this equipment makes purchasing it impossible in many laboratories. In this work, we present the development and construction of a low-cost impedance spectrometer that allows for the analysis of the capacitor’s electric behaviour. The analysis is performed by alternating voltage and current measurements as a function of the frequency in the range of 0.001 Hz to 100 kHz. The capacitance and electric behaviour of some commercial capacitors are shown, thereby proving the efficiency of the developed equipment.
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In this work, we present the development and construction of a low-cost impedance spectrometer that allows for the analysis of the capacitor’s electric behaviour. The analysis is performed by alternating voltage and current measurements as a function of the frequency in the range of 0.001 Hz to 100 kHz. The capacitance and electric behaviour of some commercial capacitors are shown, thereby proving the efficiency of the developed equipment.O desenvolvimento de novas técnicas de fabricação de capacitores de alta capacidade, denominados de super-capacitores, requerer equipamentos apropriados para determinar as características elétricas no próprio laboratório de pesquisa. Existem diversos equipamentos para esta finalidade, que trabalham com tensão contínua e alternada, porém com custo elevado e múltiplas funções que os torna, em muitos casos, subutilizados. Este trabalho mostra o desenvolvimento e construção de um equipamento de baixo custo, que utiliza a técnica da espectroscopia de impedância, que permite a caracterização elétrica de capacitores de alta capacidade permitindo, assim, analisar as características elétricas do capacitor, agilizando os resultados através da medida da corrente e da tensão alternada e, também de gráficos em função da frequência aplicada ao componente analisado, com faixa ajustável de 1mHz a 100kHz.application/pdfhttp://bdtd.uftm.edu.br/retrieve/1105/Dissert%20Robson%20B%20Rodrigues.pdf.jpgporUniversidade Federal do Triângulo MineiroPrograma de Mestrado Profissional em Inovação TecnológicaUFTMBrasilInstituto de Ciências Tecnológicas e Exatas - ICTE::Programa de Mestrado Profissional em Inovação Tecnológica[1] WINTER, M. et al., What Are Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors?, Chem. Rev., 2004, 104 (10), pp 4245-4270. [2] LOGERAIS, P. et al., Study of Photovoltaic Energy Storage by Supercapacitors through Both Experimental and Modelling Approaches, Journal of Solar Energy, Vol. 2013, Article ID 659014, 9 pages. [3] CHEN, T. et al., Flexible supercapacitors based on carbon nanomaterials, Journal of Materials Chemistry A, Issue 28, Feb/2014 [4] LISOWSKA-OLEKSIAK, A. et al., Supercapacitors as energy storage devices, Przeglad Komunalny Journal, Issue 8, 2008. [5] MALVINO, Albert Paul. Eletrônica 1 – Volume, 4ª Edição, Editora Pearson Education, São Paulo, SP. [6] FRACKOWIAK, Elzbieta; BÉGUIN, François. Carbon materials for the electrochemical storage of energy in capacitors. Carbon, 2001. [7] DEVILLERS, Nathalie; JEMEI, Samir; PÉRA, Marie-Cécile; BIENAIMÉ, Daniel; GUSTIN, Frédéric. Review of characterization methods for supercapacitor modelling. Journal of Power Sources, 2014, páginas 596-608. [8] VILLATE, Jaime E.. Eletricidade, Magnetismo e Circuitos,7 de janeiro de 2014. ISBN: 978-97299396-2-4 [9] https://pt.wikipedia.org/wiki/Garrafa_de_Leiden. Acessado em 01 de novembro de 2015. [10] SHARMA, Pawan; BHATTI, T.S.. A review on electrochemical double-layer capacitors. Energy Conversion and Management, 2010. [11] DOCA, Ricardo Helou; VILLAS BOAS, Newton; BISCOLA, Gualter José. Tópicos de Física – Vol. 3 – Eletricidade, Física Moderna e Análise Dimensional – 18º Ed. 2012. Editora Saraiva. [12] BOYLESTAD, Robert L. Introdução de Análise de Circuitos – 10º Ed. 2004. Pearson – Prentice Hall – São Paulo – SP - ISBN: 978-85-87918-18-5. [13] Halper, Marin S.; ELLENBOGEN, James C.. Supercapacitors: A Brief Overview. The MITRE Corporation, McLean, Virginia, USA, 2006. [14] DEVILLERS, Nathalie; JEMEI, Samir; PÉRA, Marie-Cécile; BIENAIMÉ, Daniel; GUSTIN, Frédéric. Review of characterization methods for supercapacitor modelling. Journal of Power Sources, 2014, páginas 596-608. [15] CHINAGLIA, D. L.; GOZZI, G.; ALFARO, R.A.M; HESSEL, R.. Espectroscopia de impedância no laboratório de ensino. Revista Brasileira de Ensino de Física, publicado em 27/02/2009. [16] HALLIDAY, David. Fundamentos de física, volume 3; eletromagnetismo. Jean Walker; tradução e revisão técnica Ronaldo Sérgio de Biasi. – Rio de Janeiro: LTC. 2009. [17] BARSOUKOV, Evgenij; MACDONALD, J. Ross. Impedance Spectroscopy Theory, Experiment, and Applications – Second Edition. Wiley-Interscience; 2 edition (March 17, 2005). ISBN-13: 978-0471647492. [18]<http://www.ebay.com/itm/Solartron-1260-Impedance-Gain-Phase-Analyzer/271388084246?_trksid=p2045573.c100033.m2042&_trkparms=aid%3D111001%26algo%3DREC.SEED%26ao%3D1%26asc%3D20131017132637%26meid% 3D7cfe4bd6c63b43d1935568305851ffb1%26pid%3D100033%26rk%3D1%26rkt%3 D1%26sd%3D271388084246>. Acesso em: 10 nov. 2015. [19] Folha de dados do fabricante (datasheet) – CMOS 300 MSPS Complete DDS - AD9852. Disponível no site do fabricante Analog Devices <www.analog.com>. [20] Folha de dados do fabricante (datasheet) – PIC24FJ64GA004 Family Data Sheet – 28/44-Pin General Purpose, 16-Bit Flash Microcontrollers. Disponível no site do fabricante Microchip <www.microchip.com>. [21] Folha de dados do fabricante (datasheet) – LM6171 Reference. Disponível no site do fabricante Texas Instrument <www.ti.com>. [22] Folha de dados do fabricante (datasheet) – LM136-2.5/LM336-2,5 – 2,5V Reference. Disponível no site do fabricante Linear Technology <www.linear.com>. [23] Folha de dados do fabricante (datasheet) – Miniature Power Relay – SRD Series. Disponível no site do fabricante Sanyou Relays <www.sanyourelay.ca>. [24] Folha de dados do fabricante (datasheet) – USB UART IC D FT232R, March, 2012. Disponível no site do fabricante FTDI Chip. <http://www.ftdichip.com/FTProducts.htm>.http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessEspectroscopia de impedânciaCapacitânciaSuper capacitorImpedance spectroscopyCapacitanceSuper capacitorEngenharia Elétrica. Medidas Elétricas, Magnéticas e Eletrônicas; InstrumentaçãoDesenvolvimento e aplicação de um equipamento de espectroscopia de impedância para medição de capacitânciainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFTMinstname:Universidade Federal do Triangulo Mineiro (UFTM)instacron:UFTMLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81976http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/1/license.txt1e1650138dd271baea0105346966c99cMD51CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; charset=utf-849http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_texttext/html; charset=utf-80http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-80http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54ORIGINALDissert Robson B Rodrigues.pdfDissert Robson B Rodrigues.pdfDissert Robson B Rodriguesapplication/pdf2863504http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/5/Dissert%20Robson%20B%20Rodrigues.pdf6ba647697f3bd3be82386ff183b97be0MD55TEXTDissert Robson B Rodrigues.pdf.txtDissert Robson B Rodrigues.pdf.txtExtracted Texttext/plain106764http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/6/Dissert%20Robson%20B%20Rodrigues.pdf.txtbb9f857181f218789eed0b1b28a07f9aMD56THUMBNAILDissert Robson B Rodrigues.pdf.jpgDissert Robson B Rodrigues.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1943http://bdtd.uftm.edu.br/bitstream/tede/242/7/Dissert%20Robson%20B%20Rodrigues.pdf.jpgcc73c4c239a4c332d642ba1e7c7a9fb2MD57tede/2422018-03-23 16:28:08.179oai:bdtd.uftm.edu.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bdtd.uftm.edu.br/PUBhttp://bdtd.uftm.edu.br/oai/requestbdtd@uftm.edu.br||bdtd@uftm.edu.bropendoar:2018-03-23T19:28:08Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFTM - Universidade Federal do Triangulo Mineiro (UFTM)false
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