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1 TEMPERATURA INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - ENG3501 PROFª. LETÍCIA CHAVES FONSECA

2 Medição de Temperatura 1. INTRODUÇÃO 1.1 Conceito de Temperatura e Calor 1.2 Escalas de Temperatura 2. MEDIDORES DE TEMPERATURA POR DILATAÇÃO/EXPANSÃO 2.1 Termômetro a dilatação de líquido 2.2 Termômetros à pressão de gás 2.3 Termômetro à pressão de vapor 2.4 Termômetros à dilatação de sólidos (Termômetros bimetálicos) 3. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA COM TERMOPAR 4. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR TERMORRESISTÊNCIA 5. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR RADIAÇÃO 6. EXERCÍCIOS 7. BIBLIOGRIA 2

3 1. Introdução O objetivo de se medir e controlar as diversas variáveis físicas em processos industriais é obter produtos de alta qualidade, com melhores condições de rendimento e segurança, a custos compatíveis com as necessidades do mercado consumidor. 3

4 1. Introdução TERMOMETRIA: "Medição de Temperatura". PIROMETRIA: Medição de ALTAS TEMPERATURAS (efeitos de radiação térmica). CRIOMETRIA: Medição de BAIXAS TEMPERATURAS (próximas ao zero absoluto). 4

5 1.1 Conceito Temperatura e Calor Substâncias são constituídas de moléculas que se encontram em contínuo movimento. Movimento mais rápido = corpo mais quente Movimento mais lento = corpo mais frio Então, TEMPERATURA = Grau de agitação térmica das moléculas. 5

6 1.1 Conceito Temperatura e Calor Energia Térmica: somatória das energias cinéticas de todos seus átomos. Calor: energia em trânsito ou a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema em virtude da diferença de temperatura. Meios de transmissão de calor: condução, radiação e convecção. 6

7 1.1 Conceito Temperatura e Calor Condução: calor flui de uma região de alta temperatura para uma de baixa, em contato físico direto. Radiação: calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa, quando os mesmos estão separados no espaço. Convecção: transporte de energia pela ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura (entre meio sólido e um líquido ou gás). 7

8 1.2 Escalas de Temperatura Dificuldade para atribuir valores de forma padronizada à temperatura por meio de escalas reproduzíveis Daniel Gabriel Fahrenheit (fabricante de termômetros de Amsterdã) encontrou: Ponto de fusão do gelo 32ºF Ponto de ebulição da água 212ºF 1742 Anders Celsius (professor de Astronomia na Suécia) propôs: Ponto de fusão do gelo 0ºC Ponto de ebulição da água 100ºC 8

9 1.2 Escalas de Temperatura Escalas relativas = valores arbitrários Celsius Fahrenheit Escalas absolutas = zero absoluto (sem movimento atômico) Kelvin (mesma divisão Celsius). Rankine (mesma divisão Fahrenheit). 9

10 1.2 Escalas de Temperatura IPTS - Escala Prática Internacional de Temperatura: Escala baseada em fenômenos de mudança de estado físico de substâncias puras, que ocorrem em condições únicas de temperatura e pressão. Pontos fixos de temperatura. 10

11 1.2 Escalas de Temperatura Normas: ISA AMERICANA DIN ALEMÃ JIS JAPONESA BS INGLESA UNI ITALIANA NFE FRANCESA IEC INTERNACIONAL IEC Comissão Internacional Eletrotécnica: trabalho junto aos países envolvidos para internacionalizar o mercado de instrumentação relativo a termopares. 11

12 TIPOS: 2. Medidores de Temperatura por Dilatação / Expansão 2.1 TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO Recipiente de vidro Recipiente metálico. 2.2 TERMÔMETROS À PRESSÃO DE GÁS 2.3 TERMÔMETRO À PRESSÃO DE VAPOR 2.4 TERMÔMETROS À DILATAÇÃO DE SÓLIDOS (TERMÔMETROS BIMETÁLICOS) 12

13 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO Tamanho do reservatório depende da sensibilidade desejada, soldada a um tubo capilar e fechado na parte superior. O reservatório e parte do capilar são preenchidos de um líquido. Na parte superior do capilar existe um alargamento que protege o termômetro no caso da temperatura ultrapassar seu limite máximo. 13

14 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO Tubo capilar é graduada em graus ou frações deste. A medição de temperatura se faz pela leitura da escala no ponto em que se tem o topo da coluna líquida. Líquidos mais usados: Mercúrio, Tolueno, Álcool e Acetona. Uso em laboratórios. 14

15 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO 15

16 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO Líquido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumento de temperatura se dilata, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico). Aplicação: Indústria em geral para indicação e registro, pois permite leituras remotas e por ser o mais preciso dos sistemas mecânicos de medição de temperatura, entretanto, por ter um tempo de resposta relativamente grande, não é recomendável para controle. Possui: Bulbo Capilar Elemento de medição 16

17 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO 17

18 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO Bulbo: Dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e principalmente com a sensibilidade desejada. 18

19 2.1 Termômetro a dilatação de líquido TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO Capilar: Dimensões variáveis, diâmetro interno deve ser o menor possível, a fim de evitar a influência da temperatura ambiente, porém não deve oferecer resistência a passagem do líquido em expansão. Elemento de medição: Materiais mais usados: bronze fosforoso, cobre - berílio, aço - inox e aço - carbono. 19

20 2.2 Termômetro a pressão de gás Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido, consta de um bulbo, elemento de medição e capilar de ligação entre estes dois elementos. O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás a alta pressão. Com a variação da temperatura, o gás varia sua pressão conforme, aproximadamente a lei dos gases perfeitos, com o elemento de medição operando como medidor de pressão. 20

21 2.2 Termômetro a pressão de gás 21

22 2.2 Termômetro a pressão de gás O gás mais utilizado é o N 2 e geralmente é pressurizado com uma pressão de 20 a 50 atm, na temperatura mínima a medir. Faixa de medição: -100 a 600 ºC, sendo o limite inferior devido à própria temperatura crítica do gás e o superior proveniente do recipiente apresentar maior permeabilidade ao gás nesta temperatura, o que acarretaria sua perda inutilizando o termômetro. 22

23 2.2 Termômetro a pressão de gás 23

24 2.3 Termômetro a pressão de vapor Construção semelhante ao de dilatação de líquidos, baseando o seu funcionamento na Lei de Dalton: "A pressão de vapor saturado depende somente de sua temperatura e não de seu volume Portanto, para qualquer variação de temperatura haverá uma variação na tensão de vapor do gás liquefeito colocado no bulbo do termômetro e, em consequência disto, uma variação na pressão dentro do capilar. 24

25 2.3 Termômetro a pressão de vapor 25

26 2.3 Termômetro a pressão de vapor Líquidos mais utilizados e seus pontos de fusão e ebulição: 26

27 2.4 Termômetros à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) Consiste em duas laminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. Quando são aquecidas, como o coeficiente de dilatação de uma é diferente do coeficiente da outra, a diferença de tamanho produzida fará com que o par se curve. 27

28 2.4 Termômetros à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) Se um contato elétrico estiver fixo num dos extremos do par, e quando este curvar fazer contato no outro extremo com outro contato elétrico, um circuito elétrico pode ser fechado. Dessa maneira, o dispositivo conforma um switch térmico. Assim, este sensor não serve para medir temperatura, apenas para fechar um circuito quando a temperatura ultrapassa um determinado limite; trata-se, portanto, de um sensor digital. Muitos termostatos caseiros utilizam este sistema. 28

29 2.4 Termômetros à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) O termômetro mais usado é o de lamina helicoidal, e consiste em um tubo bom condutor de calor, no interior do qual é fixado um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. Normalmente usa-se o Invar (aço com 64% Fe e 36% Ni) com baixo coeficiente de dilatação e o latão como metal de alto coeficiente de dilatação. Faixa de trabalho: de -50 a 800ºC, sendo sua escala bastante linear. Possui exatidão na ordem de +/- 1%. 29

30 2.4 Termômetros à Dilatação de Sólidos (Termômetros Bimetálicos) Na prática a lamina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade. 30

31 Curiosidade O sensor de temperatura semicondutor na forma de circuito integrado (LM35) fornece uma saída de tensão diretamente proporcional à temperatura: 10mV/ºC Estes dispositivos aproveitam a característica da junção semicondutora de mudar a sua corrente de saturação em função da temperatura. Range: - 55 a 150ºC 31

32 3. Medição de Temperatura com Termopar Em 1821, o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as extremidades de dois metais diferentes "x" e "y" e submetendo as junções "a" e "b" a temperaturas diferentes T1 e T2, surge uma tensão (normalmente da ordem de mv) entre os pontos a e b, denominada "tensão termoelétrica". 32

33 3. Medição de Temperatura com Termopar Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou ligas metálicas), tem-se um circuito tal que, se as junções "a" e "b" forem mantidas em temperaturas diferentes T1 e T2, surgirá uma tensão termoelétrica e uma corrente elétrica "i circulará pelo chamado "par termoelétrico" ou "termopar". 33

34 3. Medição de Temperatura com Termopar Qualquer ponto deste circuito poderá ser aberto e nele inserido um voltímetro para medir a tensão. 34

35 3. Medição de Temperatura com Termopar Uma consequência imediata do efeito Seebeck é o fato de que, conhecida a temperatura de uma das junções pode-se, através da tensão produzida, saber a temperatura da outra junção. Um termopar, portanto, consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas. 35

36 3. Medição de Temperatura com Termopar Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição ou ainda, de medida. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de F.E.M. (força eletromotriz), fechando um circuito elétrico por onde flui uma corrente elétrica. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. 36

37 3. Medição de Temperatura com Termopar 37

38 3.1 Efeitos Termoelétricos Efeito termoelétrico de Seebeck O efeito Seebeck se produz pelo fato de que os elétrons livres de um metal diferem de um condutor para outro e dependem da temperatura. Quando dois condutores diferentes são conectados para formar duas junções e estas são mantidas a diferentes temperaturas, a difusão dos elétrons nas junções se produz a ritmos diferentes. 38

39 3.1 Efeitos Termoelétricos Efeito termoelétrico de Seebeck Ao se medir a tensão termoelétrica de um par termoelétrico em função da temperatura, obtém-se, em geral, uma relação do tipo mostrado abaixo. 39

40 3.1 Efeitos Termoelétricos Efeito termoelétrico de Seebeck A relação da tensão termoelétrica com a temperatura, normalmente, não é linear, mas para algumas faixas de temperatura, pode ser considerada como se o fosse e na prática é um dos fatores que define a faixa de temperatura de utilização de um determinado tipo de termopar 40

41 3.2 Leis Termoelétricas Leis para compreensão de todos os fenômenos que ocorrem na medida de temperatura com termopares: Lei do circuito homogêneo Lei dos metais intermediários Lei das temperaturas intermediárias 41

42 3.2 Leis Termoelétricas Lei do circuito homogêneo A F.E.M. medida depende única e exclusivamente da composição química dos dois metais e das temperaturas existentes nas junções. 42

43 3.2 Leis Termoelétricas Lei do circuito homogêneo Um exemplo de aplicação prática desta lei é que, podemos ter uma grande variação de temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, que esta não influirá na tensão produzida pela diferença de temperatura entre as juntas, portanto, pode-se fazer medidas de temperaturas em pontos bem definidos com os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura entre as juntas. 43

44 3.2 Leis Termoelétricas Lei do circuito homogêneo Algumas consequências importantes desta Lei: Se as junções estiverem a mesma temperatura, a tensão gerada pelo termopar é nula. A tensão gerada pelo termopar independe do ponto escolhido para medir o sinal. Por isso, ao confeccionar o termopar, numa das junções não é realizada a solda, para ser introduzido ali o instrumento de medição. 44

45 3.2 Leis Termoelétricas Lei dos metais intermediários Um circuito termoelétrico, composto de dois metais diferentes, a F.E.M. produzida não será alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito, um metal genérico, desde que as novas junções sejam mantidas a temperaturas iguais. 45

46 3.2 Leis Termoelétricas Lei das temperaturas intermediárias "A F.E.M. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e diferentes entre si, com as suas junções às temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma algébrica da F.E.M. deste circuito, com as junções às temperaturas T1 e T2 e a F.E.M. deste mesmo circuito com as junções às temperaturas T2 e T3. 46

47 3.2 Leis Termoelétricas Lei das temperaturas intermediárias Um exemplo prático da aplicação desta lei é a compensação ou correção da temperatura ambiente pelo instrumento receptor de milivoltagem. 47

48 3.3 Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura Como a F.E.M. depende da composição química dos condutores e da diferença de temperatura entre as juntas, podemos, portanto, construir uma tabela de correlação entre temperatura e a F.E.M. 48

49 3.3 Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura 49

50 3.4 Tipos e Características dos Termopares Termopares Básicos Termopares Nobres Termopares Especiais 50

51 3.4 Tipos e Características dos Termopares Termopares Básicos Maior uso industrial; Fios são de custo relativamente baixo; Aplicação admite um limite de erro maior. Tipo T Cobre e Constantan (Cu (58 %) e Ni (42 %)). Tipo J Ferro e Constantan Tipo E Cromel (Ni e Cr) e Constantan Tipo K Cromel e Alumel (Ni, Mn, Si e Al) 51

52 3.4 Tipos e Características dos Termopares Termopares Nobres Constituídos de platina Custo elevado Exige instrumento receptor de alta sensibilidade Altíssima precisão Tipo S liga de platina (90%) e rhódio (10%) com platina Tipo R liga de platina (87%) e rhódio (13%) com platina Tipo B liga de platina (70%) e rhódio (30%) e outra de platina (94%) e rhódio (6%) 52

53 3.4 Tipos e Características dos Termopares Termopares Especiais Onde os termopares básicos não podem ser utilizados. TUNGSTÊNIO RHÊNIO: até 2300 C IRÍDIO 40 % - RHODIO / IRÍDIO: até 2000 C PLATINA - 40% RHODIO / PLATINA - 20 % RHODIO: substituição ao tipo B até 1600 C OURO-FERRO / CHROMEL: temperaturas criogênicas NICROSIL / NISIL: substituto para o par tipo K 53

54 3.4 Tipos e Características dos Termopares 54

55 3.4 Tipos e Características dos Termopares 55

56 3.5 Correção da Junta de Referência Nas tabelas existentes da F.E.M. gerada em função da temperatura para os termopares, o valor fixado da junta de referência é 0 C (ponto de solidificação da água). Nas aplicações práticas dos termopares, junta de referência é considerada nos terminais do instrumento receptor e esta se encontra a temperatura ambiente que é normalmente diferente de 0 C e variável com o tempo. Assim, é necessário que se faça uma correção da junta de referência, podendo esta ser automática ou manual 56

57 3.5 Correção da Junta de Referência Os instrumentos utilizados para medição de temperatura com termopares costumam fazer a correção da junta de referência automaticamente. Para isso, utilizam um circuito eletrônico que adiciona aos terminais, uma milivoltagem correspondente à diferença de temperatura de 0 C à temperatura ambiente. 57

58 3.5 Correção da Junta de Referência Existem também alguns instrumentos em que a compensação da temperatura é fixa em 20 C ou 25 C. Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor fixo, o instrumento indicará a temperatura com um erro que será tanto maior quanto maior for a diferença de temperatura ambiente e do valor fixo. 58

59 3.5 Correção da Junta de Referência FEM = JM - JR FEM = 2,25-1,22 FEM = 1,03 mv 20 C Temperatura obtida pelo cálculo está errada, pois a leitura do termômetro é 50 C. 59

60 3.5 Correção da Junta de Referência FEM= mv JM mv JR + mv CA (Compensação automática) FEM = 2,25-1,22 + 1,22 FEM = 2,25 mv 50 C 60

61 3.6 Fios de Compensação e Extensão Na maioria das aplicações industriais de medição de temperatura, através de termopares, o elemento sensor não se encontra junto ao instrumento receptor. Torna-se necessário que o instrumento seja ligado ao termopar, através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em função da temperatura similar aquela do termopar, afim de que no instrumento possa ser efetuada a correção na junta de referência. 61

62 3.6 Fios de Compensação e Extensão Chama-se de fios ou cabos de extensão aqueles fabricados com as mesmas ligas dos termopares a que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX, EX e KX. Chama-se de fios ou cabos de compensação àqueles fabricados com ligas diferentes das dos termopares a que se destinam, porém que forneçam, uma curva da FEM em função da temperatura equivalente à desses termopares. Exemplo : Tipo SX e BX. 62

63 3.7 Erros de Ligação Usando fios de cobre Aplicação industrial: necessário que termopar e instrumento encontrem-se relativamente afastados. Processar a ligação entre os terminais do cabeçote e o aparelho, através de fios de extensão ou compensação. Cabeçote onde estão os terminais do termopar e o registrador devem estar a mesma temperatura de medição. 63

64 3.7 Erros de Ligação Usando fios de cobre Vejamos o que acontece quando esta norma não é obedecida. 64

65 3.7 Erros de Ligação Usando fios de cobre Solução simples e usada na prática: inserção de fios de compensação entre o cabeçote e o registrador. Estes fios de compensação em síntese, nada mais são que outros termopares cuja função é compensar a queda da FEM que aconteceu no caso estudado, ocasionada pela diferença de temperatura entre o cabeçote e o registrador. 65

66 3.7 Erros de Ligação Usando fios de cobre Vejamos o que acontece se, no exemplo anterior, ao invés de cobre usamos um fio compensado. 66

67 3.7 Erros de Ligação Inversão Simples O fio positivo está ligado no borne negativo do registrador e vice-versa. A FEM produzida ao longo do circuito se opoe àquela do circuito de compensação automática do registrador, indicando uma temperatura negativa. 67

68 3.7 Erros de Ligação Inversão Dupla Ocorre com frequência, pois quando uma simples inversão é constatada, é comum pensar-se que uma nova troca de ligação dos terminais compensará o erro. Porém isto não acontece. 68

69 3.8 - Termopar de Isolação Mineral Constituído de um ou dois pares termoelétricos, envolvidos por um pó isolante de óxido de magnésio, altamente compactado em uma bainha externa metálica. Devido a esta construção, os condutores do par termoelétrico ficam totalmente protegidos contra a atmosfera exterior, consequentemente a durabilidade do termopar depende da resistência à corrosão da sua bainha e não da resistência à corrosão dos condutores. 69

70 3.8 - Termopar de Isolação Mineral Em função desta característica, a escolha do material da bainha é fator importante na especificação destes. 70

71 3.8 - Termopar de Isolação Mineral Vantagens dos termopares de isolação mineral A. Estabilidade na Força Eletromotriz B. Resistência Mecânica C. Dimensão Reduzida D. Imperpeabilidade a Água, Óleo e Gás E. Facilidade De Instalação F. Adaptabilidade G. Resposta Mais Rápida H. Resistência A Corrosão I. Resistência De Isolação Elevada J. Blindagem Eletrostática 71

72 3.9 Associação de Termopares 3.9.1Associação série TC tipo K FEM t = FEM 1 + FEM 2 FEM t = (2,27 1,00) + (2,022 1,00) FEM t = 2,292 mv 72

73 3.9 Associação de Termopares 3.9.1Associação série TC tipo K Dois ou mais termopares podem ser associados em série simples para obter a soma das tensões individuais. É a chamada termopilha. A associação em série é usada quando se pretende usar os termopares como conversores termoelétricos. 73

74 3.9 Associação de Termopares 3.9.2Associação série oposta TC tipo K 50ºC = 2,022mV 56ºC = 2,27mV FEM t = FEM 1 FEM 2 FEM t = 2,27 2,022 FEM t = 0,248 mv = 6ºC 74

75 3.9 Associação de Termopares 3.9.2Associação série oposta Utiliza esta associação quando se está interessado em diferenças de temperaturas e não nos valores obtidos delas, como, por exemplo, as diferenças de temperaturas existentes entre dois pontos distintos dentro de um forno. O termopar que mede a maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento, e o que mede menor temperatura, ao negativo. 75

76 3.9 Associação de Termopares 3.9.2Associação em paralelo Valor registrado corresponde à média das mv geradas. FEM t = FEM 1 + FEM 2 2 FEM t = (JM 1 JR 1 ) + (JM 2 JR 2 ) 2 FEM t = (5,268 1,019) + (0 1,019) = 1,615mV 2 Tipo J 20ºC 100ºC 0ºC FEM TI = FEM t + FEM tr = 1, ,019 (tensão referente a compensação automática) FEM T = 2,634 mv = 50ºC 76

77 4. Medição de Temperatura por Termoresistência Iniciou esta medição por volta de 1835, com Faraday. Utilização em processos industriais a partir de Alta estabilidade mecânica e térmica (capacidade de o sensor manter e repetir suas características dentro da faixa especificada de operação). Repetitividade. Resistência à contaminação. Baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. Faixa de -270 C a 850 C. 77

78 4.1 Princípio de funcionamento Se baseiam no princípio de variação da resistência em função da temperatura. Materiais mais utilizados para a fabricação: platina, cobre ou níquel, que são metais que apresentam características de: Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do sensor. Alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura. Rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos. 78

79 4.1 Princípio de funcionamento A equação que rege o fenômeno: Para faixa de -200 a 0ºC: Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T 2 + C. T 3. ( T 100 ) ] Para faixa de 0 a 850ºC: Rt = R 0. [ 1+ A. T + B. T 2 ] onde: Rt = resistência na temperatura T (Ω), R 0 = resistência a 0ºC (Ω) T = temperatura (ºC ) A, B, C = coeficientes inerentes do material empregado A = 3,90802 x 10-3 B = -5,802 x 10-7 C = -4,2735 x

80 4.2 Construção física do sensor O bulbo de resistência se compõe de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni, com diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização. As termoresistências de Ni e Cu têm sua isolação normalmente em esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro. 80

81 4.2 Construção física do sensor Os sensores de platina, permitem um funcionamento até temperaturas mais elevadas, têm seu encapsulamento normalmente em cerâmica ou vidro. 81

82 4.3 Características da Termoresistência de Platina As termoresistências Pt100 são as mais utilizadas industrialmente, devido a: Estabilidade, Larga faixa de utilização Alta precisão. Faixa de -200 C a 850 C. Repetibilidade 82

83 4.3 Características da Termoresistência de Platina 83

84 4.4 Vantagens e Desvantagens Vantagens: Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores. Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação. Dispensa utilização de fiação especial para ligação. Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente. Têm boas características de reprodutibilidade. Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. 84

85 4.4 Vantagens e Desvantagens Desvantagens: São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. Deterioram-se com mais facilidades, caso haja excesso na sua temperatura máxima de utilização. Temperatura máxima de utilização 850 C. É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para indicar corretamente. Alto tempo de resposta. 85

86 4.5 Princípio de medição Antigamente por um circuito do tipo Ponte de Wheatstone. Atualmente, devido ao grande avanço tecnológico da eletrônica, a medição de temperatura com as termoresistências sofreram muitas modificações. Basta a medição de um ou dois níveis de tensão, para podermos determinar a temperatura do processo. 86

87 4.5 Princípio de medição Ligação a 2 fios Maneira mais simples de se ligar uma termoresistência, porém é a menos exata, pois o valor das resistências R1 e R2 dos fios de ligação são adicionados ao valor de resistência da Pt-100. Utilizado onde a termoresistência fica a menos de 10 m de distância do instrumento de medição. 87

88 4.5 Princípio de medição Ligação a 2 fios 88

89 4.5 Princípio de medição Ligação a 3 fios Método mais utilizado para termoresistências na indústria. A medição de temperatura do processo não sofre a influência da variação da temperatura ambiente ao longo dos fios, portanto, não há limites de distância entre a termorresistência e o instrumento de medição. 89

90 4.5 Princípio de medição Ligação a 3 fios 90

91 5. Medição de temperatura por Radiação Ao se medirem temperaturas em que o contato físico com o meio é impossível ou impraticável, faz-se uso da pirometria óptica ou de radiação térmica. Um corpo aquecido emite energia mesmo que esteja no vácuo. 91

92 5. Medição de temperatura por Radiação Esta energia, a radiação térmica, é transportada por ondas eletromagnéticas, como a energia luminosa, mas com predominância de frequências bem menores que as do espectro visível, enquanto o corpo está à temperatura não muito elevada. À medida que se aquece um corpo, a partir de temperaturas da ordem de 500 C, o corpo começa a ficar visível porque começa a emitir radiações que tem uma fração apreciável com frequência de luz: o espectro visível. 92

93 5. Medição de temperatura por Radiação Ainda assim a maior parte da intensidade da radiação tem frequência localizada na região do infravermelho. Se pudéssemos aquecer indefinidamente o corpo, ele passaria do rubro para o branco e para o azul, Isto indica que a predominância da intensidade de radiação emitida dentro do espectro visível corresponde a frequências crescentes à medida que a temperatura do corpo é elevada. 93

94 5. Medição de temperatura por Radiação Os sistemas de detecção de infravermelho têm por objetivo transformar a radiação medida em informações de temperatura e há duas formas principais de detectores: Radiômetros Termovisores 94

95 5. Medição de temperatura por Radiação Radiômetros são sistemas simples baseados em arranjos óticos que transformam a radiação em sinais elétricos (termômetro de infravermelho). 95

96 5. Medição de temperatura por Radiação Termovisores são sistemas imageadores dotados de recursos para análise e medição das distribuições térmicas (câmara termográfica). 96

97 5. Medição de temperatura por Radiação Os radiômetros são usados industrialmente onde: As temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares (faixa entre -30 C a 4000 C). A atmosfera do processo for prejudicial aos pares termoelétricos, causando medidas falsas e pequena durabilidade ao par. No interior de fornalhas a vácuo ou pressão, onde os sensores de temperatura danificam o produto. O objeto cuja temperatura se vai medir está em movimento. Em locais onde os termopares não podem ser instalados, por causa de vibrações, choques mecânicos ou impossibilidade de montagem. 97

98 5. Medição de temperatura por Radiação Ao considerar-se uma aplicação deve-se levar em conta os seguintes dados: A temperatura do alvo e a temperatura normal de operação. O sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do sistema óptico esteja preenchido totalmente pelo mesmo. O material da fonte e sua emitância. Ângulos de visada com aplicações em corpo não negro (deve restringir o ângulo para uma visada de 45, ou menos, da perpendicular). As condições do ambiente, temperatura e poeira. Velocidade do alvo. 98

99 5.1 - Pirômetros Ópticos Um pirômetro (também denominado de pirômetro óptico) é um dispositivo que mede temperatura sem contato com o corpo/meio do qual se pretende conhecer a temperatura. Geralmente este termo é aplicado a instrumentos que medem temperaturas superiores a 600ºC. Uma utilização típica é a medição da temperatura de metais incandescentes em fundições. Existem vários tipos de pirômetros, com diferentes princípios de funcionamento. 99

100 6. Exercícios 6.1 Determine a FEM medida pelo voltímetro, sabendo que o instrumento não compensa automaticamente a temperatura de referência. 30ºC 1,536mV TC tipo J 20ºC 1,019mV 50ºC 2,585mV 100

101 6. Exercícios 6.1 Resposta 30ºC 1,536mV TC tipo J FEM = Jm Jr FEM = 2,585 1,536 FEM = 1,049 mv 20,5ºC 20ºC 1,019mV 50ºC 2,585mV Erro 30ºC devido não compensar e cabo de cobre 101

102 6. Exercícios 6.2 Determine a FEM medida pelo voltímetro, sabendo que o instrumento compensa automaticamente a temperatura de referência. 30ºC 1,536mV TC tipo J 20ºC 1,019mV 50ºC 2,585mV 102

103 6. Exercícios 6.2 Resposta 30ºC 1,536mV TC tipo J FEM = Jm Jr + mvca FEM = 2,585 1, ,019 FEM = 2,068 mv 40ºC 20ºC 1,019mV 50ºC 2,585mV Erro 10ºC devido ao cabo de cobre 103

104 6. Exercícios 6.3 Determine a FEM medida pelo voltímetro, sabendo que o instrumento compensa automaticamente a temperatura de referência. 30ºC 1,536mV Cabo tipo JX TC tipo J 1,049 mv 0,517 mv 20ºC 1,019mV 50ºC 2,585mV 104

105 6. Exercícios 6.3 Resposta 30ºC 1,536mV Cabo tipo JX TC tipo J 50ºC 2,585mV 1,049 mv 0,517 mv 20ºC 1,019mV FEM = Jm Jr + mvca FEM = (2,585 1,536) + (1,536-1,019) + 1,019 FEM = 2,585 mv = 50ºC 105

106 7. BIBLIOGRAFIA ALVES, J. L. L. Instrumentação, controle processos. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, e automação de PESSA, Rogério. Manual de Treinamento SMAR: Instrumentação Básica para Controle de Processo. Rev SMAR, PAZOS, F. Automação de sistemas e robótica. Rio de Janeiro: Axcel Books, FIALHO, A. B. Instrumentação industrial: Conceitos, aplicações e análises. 7.ed. São Paulo: Érica,