SEMINÁRIO INSTRUMENTAÇÃO PARA CALIBRAÇÃO DE TEMPERATURA

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1 SEMINÁRIO INSTRUMENTAÇÃO PARA CALIBRAÇÃO DE TEMPERATURA Fundamentos Teóricos e Soluções Oeiras / Porto, 25 e 26 de Maio de 2011 PROGRAMA 1. Fundamentos Teóricos 2. Equipamentos necessários à Calibração 3. Apresentação ISOTECH 4. Soluções Isotech 5. Humidade Relativa

2 O que é a TEMPERATURA? O parâmetro físico mais medido na industria. O que é a TEMPERATURA? A TEMPERATURA é a propriedade física de um sistema que determina se o dito sistema estará ou não em equilíbrio térmico com outros sistemas. A TEMPERATURA é também a propriedade física que mede o nível de nervosismo das moléculas que compõem a matéria (Energia Cinética).

3 O que é a TEMPERATURA? A Temperatura não se mede : realmente compara-se com algum corpo com uma escala e que fazemos entrar em equilibrio térmico com aquele cujo nivel de Calor queremos saber. O que é a TEMPERATURA? Definida pela Lei dos Gases Perfeitos:

4 Escala de Temperatura: Pontos Fixos / Calibração Absoluta Elemento utilizado em Metrologia Primária baseado fundamentalmente em Temperaturas definidas dfiid em termos de fases de transição de estado de SUBSTÂNCIAS PURAS Os Metais PUROS solidificam sempre à mesma Temperatura Água PURA em estado triplo está sempre à mesma Temperatura Os Gases PUROS liquidificam ou estão em estado triplo à mesma Temperatura ITS 90 International Temperature Scale

5 Escalas de Temperatura - História Unidades de Temperatura Unidade de Base do Sistema Internacional da Grandeza Temperatura (T ): kelvin (K) definido como sendo: A fracção 1 / 273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água. Unidade Derivada do Sistema Internacional da Grandeza Temperatura (t ): grau Celsius (ºC) definido pela equação: t = T - T0, onde T0 = 273,15 K é o ponto de congelação da água. A unidade de temperatura Celsius é por definição igual à unidade kelvin.

6 Unidades de Temperatura Kelvin está para Grau Celsius como Rankin está para Grau Fahrenheit CONVERSÕES Graus Celsius ( ºC) Kelvin ( K) Fahrenheit ( ºF) Rankin ( R) Graus Celsius ( ºC) 1 ºC = K ºC = 5/9 * (ºF 32) ºC = 5/9 * (R ) Kelvin ( K) K = ºC K = /9 *(ºF 32) K = 5/9 * R Fahrenheit ( ºF) F = 9/5 ºC + 32 F = 9/5 * (K ) ºF = R Rankin ( R) R = 9/5 * ºC R = 9/5 * K R = ºF Tipos de Sensores Expansão Térmica: Sensores bimetálicas. Termómetro de Coluna de Líquido. Termómetro de gas. Efeito Termoeléctrico: Termopares. Termopilhas. Termopar Continuo. Variação de Resistencia: Termorresistências (RTD). Termistores. Radiação de Calor: Termografia. Pirómetro Óptico. Termómetros de Fibra óptica. Variação de Frequência de Ressonância: Termómetros de Quartzo. Termometria Acústica.

7 TERMOPARES Tipo de Sensor mais usado Disponíveis numa ampla gama de : Tipos Construções Gamas de temperatura Podem ser: De baixo custo Robustos TERMOPARES Produzem uma voltagem dependendo de uma diferença de temperatura entre as junções: de dois metais diferentes para medir a temperatura uma das junções tem que ser mantida a uma temperatura conhecida (de referência) Esta junção designa-se por junção fria Volts

8 TERMOPARES TERMOPARES Medem Sempre uma Diferença Mesmo que não vejamos uma junção fria! Aqui Junção Fria Simulada Um sensor mede a temperatura na ligação para compensar Junção Fria Junção Quente

9 TERMOPARES Termopar Padrão Junção Fria exterior Introduzida em sistema automático Ou em banho de gelo TERMOPARES

10 TERMOPARES - TIPOS Metais Base E.g Tipo K Ligas de Níquel Crómio e Níquel Alumínio Metais Nobres E.g Tipo R Ligas de Platina e Platina / Ródão TERMOPARES - TIPOS

11 TERMOPARES TIPOS TERMOPARES - TIPOS Metais Base: Baixo Custo Compromisso de Performance Tipo K Histerese O que sobe não desce Tipo N melhor alternativa

12 TERMOPARES - TIPOS Metais Nobres (Tipos R e S): Maior Custo Maior Reproductibilidade Menor Output TERMOPARES MIMS ou MI Mineral insulated metal sheathed Isolamento bainha metálica Tipicamente para intervalo de medição até1300 C Fio Isolado Teflon / Kapton / PTFE / PVC / Fibre Glass / Ceramica -200 C / 70 C / 350 C / 1800 C

13 TERMORRESISTÊNCIAS RTD: Resistance Temperature Detector PRT: Platinum Resistance Thermometer SPRT: Standard Platinum Resistance Thermometer PT100: Termorresistência de Platina de 100 Ohm TERMORRESISTÊNCIAS Teoria e Principio de Funcionamento: A variação de resistência de um condutor metálico de comprimento e secção conhecidas é directamente proporcional à variação da Temperatura a que está submetido o condutor. Basicamente: R T = R 0 * ( 1 + α* T) Mais Complexo: equação Callendar-Van Dussen

14 TERMORRESISTÊNCIAS TERMORRESISTÊNCIAS Modo de Leitura: Faz-se circular pelo elemento sensor uma corrente o mais estável possível (0.5 ma ou 1 ma normalmente) e realiza-se uma leitura nos seus extremos em ohm ou mediante ponte de resistências em equilíbrio. ModelosdeMedidaa2,3e4fios:

15 TERMORRESISTÊNCIAS Diversos Tipos Construtivos e Diversos Encapsulados Industriais TERMORRESISTÊNCIAS

16 COMPARAÇÃO COMPARAÇÃO

17 PROGRAMA 1. Fundamentos Teóricos 2. Equipamentos necessários à Calibração 3. Apresentação ISOTECH 4. Soluções Isotech 5. Humidade Relativa Equipamentos Necessários Calibração por Comparação GERAÇÃO TEMPERATURA + INDICADOR (UNIFORME E ESTÁVEL) PADRÃO CALIBRADO

18 Equipamentos Necessários Calibração por Comparação FONTE ISOTÉRMICA SENSOR PADRÃO SENSOR A CALIBRAR LEI ZERO DA TERMODINÁMICA CALIBRAÇÃO POR COMPARAÇÃO Equipamentos Necessários

19 Equipamentos Necessários KO vs OK! Equipamentos Necessários Fonte Isotérmica: Considerações Uniformidade Etbilidd Estabilidade O que devemos ter em conta ao eleger uma Fonte Isotérmica? Intervalo de Temperatura de utilização Rapidez Robustez / Peso = Portabilidade Versatilidade O que procuramos numa Fonte Isotérmica para Calibração In-Situ? Calibração simultânea de múltiplos sensores

20 Estabilidade Equipamentos Necessários Fonte Isotérmica: Consideracões Nivel máximo de oscilação da fonte de calor / frio em torno do ponto de referência (set point) Uniformidade Diferença máxima de Temperatura entre dois pontos quaisquer do Meio Isotérmico uma vez estabilizado Equipamentos Necessários Fontes Isotérmicas Erros CONDUCÇÃO ATRAVÉS DA BAÍNHA PROFUNDIDADE DE IMERSÃO FONTE DE ERRO EM CALIBRAÇÃO DE PRT

21 Equipamentos Necessários Fontes Isotérmicas Erros Equipamentos Necessários Fontes Isotérmicas Erros PROFUNDIDADE DE IMERSÃO? COMPRIMENTO DO ELEMENTO SENSÍVEL + 10 VEZES O SEU DIÂMETRO = 15 + (10 X 6)= 75 mm EA-10-13: 15 VEZES O SEU DIÂMETRO = 15 X 6= 90 mm (FAST CAL = 148mm)

22 Equipamentos Necessários Fontes Isotérmicas FORNOS SECO BANHOS Grande portabilidade Mais rapidez Maior limpeza Sem derrames Grande versatilidade Maior Uniformidade e Estabilidade Sem inserções perfuradas Gama de trabalho mais ampla Alta capacidade Equipamentos Necessários Fontes Isotérmicas FORNO SECO COM MÓDULOS PELTIER ºC BLOCOS METÁLICOS AQUECIDOS FORNOS DE ALTA TEMPERATURA até 1200ºC ºC

23 Equipamentos Necessários BANHOS - SELECÇÃO DO FLUIDO Gama de Temperatura Viscosidade Temperatura de ebulição do fluido Temperatura de congelação fluido Conductividade Eléctrica Toxicidade / Gases Segurança Flashpoint Expansão do fluido Custo Contaminação do sensor Equipamentos Necessários

24 PROGRAMA 1. Fundamentos Teóricos 2. Equipamentos necessários à Calibração 3. Apresentação ISOTECH 4. Soluções Isotech 5. Humidade Relativa

25 Apresentação ISOTECH Companhia Inglesa: Cerca de 50 pessoas Estabelecida em 1980 Fabricante de referência de Equipamento de Temperatura Fornece Maioria dos Laboratórios Nacionais Principal Laboratório UKAS de Calibração de Temperatura Importante fonte de Artigos e Formação Apresentação ISOTECH ation_id=&vmenuoption=1

26 Apresentação ISOTECH Gama Completa Equipamento Calibração Industrial: Blocos Secos Banhos Líquidos Sensores Padrão, Indicadores e Software Equipamento para Laboratórios de Calibração Acreditados e Primários: - Pontos Fixos ITS-90 - Banhos Líquidos - Fluidized Furnace - Fornos de Alta Temperatura - Termómetros / Indicadores Padrão - Software Recursos

27 Recursos PROGRAMA 1. Fundamentos Teóricos 2. Equipamentos necessários à Calibração 3. Apresentação ISOTECH 4. Soluções Isotech 5. Humidade Relativa

28 Soluções Industriais Isotech Soluções Ind. Isotech Testers Quick Cal Gama: -12 C a 350 C (-12a140ºC)(30a350ºC) Inserções Substituíveis Rápidos Muito Compactos Aplicações de menor exactidão Exactidão: ±0.1 a ±0.4 C Estabilidade: ±0.05 C Hot Plate Gama: 50 C a 350 C, Sensores Superficie Estabilidade: +/-0.1 C Incerteza: 1 C tipico

29 Soluções Ind. Isotech Fast Cal Gama de -35 C a 650 C em três modelos: Low: -35 C a 140 C Medium: 30 C a 350 C High: 35 C 650 C Estabilidade: 0.02 C / 0.03 C / 0.03 a 0.05 C Exactidão Complete : ±0.15 C/±0.2 C/±0.5 C Exactidão Basic : ±0.2 C/±0.3 C/±1 C (500 C) ±2 C (650 C) Ideal para Calibração Industrial Rápida Em campo Leve Robusto Excelente relação preço / qualidade Soluções Ind. Isotech ISIS - Novidade Primeiro Bloco Seco do mundo até -100 C Gama: -100 C a 40ºC Evita uso de fluidos dispendiosos Transportável Estabilidade Absoluta a 0 C: ±0.03 C (30 minutes) 90 C 002 C (30 i t ) a -90 C ±0.02 C (30 minutes) Homogeneidade Radial: 0.01 C (inserções similares) Gradientes Verticais 0 C: 0.1 C (over bottom 40mm) -90 C: 0.2 C

30 Soluções Ind. Isotech Pegasus 1200 Calibra Termopares até1200 C Gama: 150 a 1200 C Estabilidade Absoluta a 150 C: ±0.1 C (30 minutos) a 1200 C: ±0.2 C Opção Corpo Negro: ±0.3 C Soluções Ind. Isotech Gama Isocal 6 Bloco Seco Banho de fluidos Banho de gelo Corpo negro Pontos fixos ITS-90 Sensores de superficie

31 Soluções Ind. Isotech Gama Isocal 6 Soluções Ind. Isotech Gama Isocal 6 Europa Gama: -45 C a 140 C Exactidão: ±0.15ºC Uniformidade Radial Bloco Seco <0.008 C Uniformidade Radial Banho Liquid <0.02 C Uniformidade Axial Bloco Seco <0.040 C Uniformidade Axial Banho Liquido <0.026 C Venus Gama: -35 C a 140 C Exactidão: ±0.15ºC Uniformidade Radial Bloco Seco <0.008 C Uniformidade Radial Banho Liquid <0.02 C Uniformidade Axial Bloco Seco <0.040 C Uniformidade Axial Banho Liquido <0.026 C Calisto Gama: 30 C a 250 C Exactidão: ±0.25ºC Uniformidade Radial Bloco Seco <0.02 C Uniformidade Radial Banho Liquid <0.011 C Uniformidade Axial Bloco Seco <0.25 C Uniformidade Axial Banho Liquido <0.02 C Estabilidade: Dry Block: ±0.03 C, Blackbody: ±0.3 C, Surface Sensor:±0.5 C, Liquid Bath: +/0.025 C, ITS-90 Cells: ± C, Ice Bath: ±0.001 C (not Calisto)

32 Soluções Ind. Isotech Gama Isocal 6 Hyperion Gama: -35 C a 140 C Drago Gama: 30 C a 250 C Maior volume de Calibração: 65 x 160 mm Soluções Laboratório Isotech

33 Soluções Lab. Isotech - Banhos BANHOS DE FLUIDO BANHOS DE LÍQUIDO AGITADO TIPO TANQUE BANHOS DE TUBOS PARALELOS BANHOS DE TUBOS CONCÊNTRICOS Soluções Lab. Isotech - Banhos BANHOSTIPO TANQUE DESENHO SIMPLES MAIORVOLUME / CAPACIDADE ZONAS FRIAS BAIXA Uniformidade

34 Soluções Lab. Isotech - Banhos DESENHO DE TUBOS PARALELOS EXCELENTE Uniformidade TUBO 1 VOLUME DE CALIBRAÇÃO TUBO 2 ZONA DE AGITAÇÃO /CONDICIONAMENTO FLUIDO Soluções Lab. Isotech - Banhos DESENHO DE TUBOS CONCÊNTRICOS EXCELENTE Uniformidade TUBO INTERIOR VOLUME DE CALIBRAÇÃO TUBO EXTERIOR ZONA DE AGITAÇÃO /CONDICIONAMENTO FLUIDO

35 Soluções Lab. Isotech - Banhos $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $$$$$$$$$ $ Período de vida do óleo limitado Custo de enchimento!!! Soluções Lab. Isotech Banhos Hydra Gama : -80 C a 300 C L: -80a125ºC M: -40 a 125ºC H: 30 a 200ºC EHT: 30 a 300ºC Estabilidade: até ± C Uniformidade Vert.: até ±0.002 C Profundidade: 300mm (5L) TUBOS PARALELOS Orion Gama : -40 C a 300 C M: -40 a 125ºC H: 30 a 300ºC Estabilidade: até ± C Uniformidade Vert.: até ±0.005 C Profundidade: 470mm (8,5L)

36 Soluções Lab. Isotech - Banhos BANHOS SERIE HYDRA 798 Soluções Lab. Isotech Banhos TUBOS PARALELOS 915 Gama : -65 C a 300 C LW: -65 a 40ºC MWE: -30 a 40ºC H: 30 a 300ºC Estabilidade: até ± C Estabilidade: até ± C Uniformidade Vert.: até ± C Incerteza: até ± C Profundidade: 400mm (7L)

37 Soluções Lab. Isotech Banhos GRANDE VOLUME 820 Gama : 30 C a 300 C Estabilidade: até ± C Uniformidade : até ±0.005 C Profundidade: 300mm (15L) Abertura: 185 x140 mm Soluções Lab. Isotech Banhos Limitações Banhos de Fluido Temperatura máxima de Operação do Óleo Temperatura de Inflamação do Óleo Producção de fumos Mistura ignífuga em contacto com o ar Sistemas de Extracção LIMITAÇÃO DO USO DO ÓLEO A TEMPERATURAS MÁXIMAS DE 300ºC

38 Soluções Lab. Isotech - Banhos BANHOS FLUIDIZADOS Gama: 50 a 700ºC SÓLIDO INERTE PULVERIZADO: ALUMINA FORNECIMENTO DE AR FLUIDIZAÇÃO ISOTECH BANHO SELADO DE TUBOS CONCÊNTRICOS Soluções Lab. Isotech - Forno Cerâmico Altas Temperaturas FORNO CERÂMICO SATURNO: - Exactidão de 0.25 C a 1000 C - Gama:100 C a 1300 C - Central Zone of Zero Heat flux

39 Soluções Lab. Isotech - Fornos Cerâmicos Altas Temperaturas DESENHO ESFÉRICO ZONA CENTRAL GRANDE Uniformidade TERMOPARES COLOCADOS CONCENTRICAMENTE UNIÕES DE MEDIÇÃO DOS TC A POUCOS MILÍMETROS Soluções Isotech - Termómetros

40 Soluções Isotech - Indicadores Incorporados Grande portabilidade Sistema numa única unidade Mais económico Facilidade de utilização Externos Melhores exactidões Possibilidade de leitura de vários sensores simultaneamente Calibração PRT: Eliminação Erros FEM e Auto aquecimento Calibração TC: Compensação União Fria Interna ou Externa Scanner de canais; memoria interna; Cálculos Estatísticos Soluções Isotech - Indicadores TTI-7 Plus Suporta: SPRTs de 25 e 100 Ohm, Coeficientes i ITS-90 e IEC 751 (CvD), todos os tipos de Termopar. Dois canais independentes + Scanner Opcional Datalogger Exactidão até 0.01 C Resolução C Elimina Thermal EMFs com corrente reversível

41 Soluções Isotech - Indicadores Mili K NOVIDADE!!! Suporta: SPRTs de 25 e 100 Ohm, Coeficientes ITS-90 e IEC 751 (CvD), todos os tipos de Termopar, 4-20mA. Dois canais independentes + Scanner Opcional Datalogger, USB, Ethernet Exactidão até C Resolução C Controla Banhos Isotech Soluções Isotech - Indicadores TTI-22 Suporta: SPRTs de 25 e 100 Ohm, Coeficientes ITS-90 e IEC 751 (CvD), todos os tipos de Termopar. Dois canais independentes Exactidão até C Resolução C Simples de usar

42 Soluções Isotech - Indicadores MicroK Exactidão: até 0.1 PPM (toda a gama): Exactidão(a 0.01C) até mk Três canais independentes Resolução até mk Estabilidade: 0 (zero) Expansível até 90 canais PRT, Termopares e Termistores Soluções Isotech Sensores Padrão PRT Semi-Standard Cobertura de -200 C a 670 C Ideais para aplicações Industriais Boa estabilidade, baixa deriva: 0.01 C/ano a 0 C tipico Incertezas tipicas de 10 a 50 mk Bobine de Platina de Alta Estabilidade

43 Soluções Isotech Sensores Padrão Termopares Semi-Standard Cobertura de 0 C a 1300 C Ideais para aplicações Industriais de Alta Temperatura Metais Nobres (R e S) e Tipo N para melhor duração, estabilidade e reprodutibilidade Incertezas típicas de 0,25 a 2,2K2K Soluções Isotech Sensores Padrão 909 Gama: -196 C a 670 C 25.5Ω ou 100Ω Incertezas típicas de 1 a 10mK SPRT de trabalho económica Três comprimentos: 480mm 550mm 600mm Bainha de Metal ou Quartzo

44 Soluções Isotech Sensores Padrão Termopares Padrão 1600 Cobertura de 0 C a 1600 C Metais Nobres (R e S) Com ou sem junção fria Sem junções intermédias Dois comprimentos: 300 ou 600mm Calibração UKAS incluída 48 termopares calibrados no NPL apresentaram desvio padrão relativo ao valor nominal de tabela no ponto do ouro ( ºC) equivalente a 0,5ºC. Soluções Isotech Sensores Padrão 670 Gama: -200 C a 670 C 25.5Ω ou 100 Ω SPRT Primária Super estável: deriva até +/- 0,001ºC/ano Dois comprimentos: 480mm 650mm Bainha de Metal ou Quartzo

45 Soluções Isotech Sensores Padrão Gama: -0 C a 1000 C 0,25Ω SPRT Primária para Ponto Fixo da Prata Soluções Isotech Sensores Padrão Termopar Platina - Ouro Gama: -0 C a 1000 C Alternativa económica a HTSPRT s. Incertezas: Zinco 0.05 C Aluminio 0.05 C Prata 0.05 C C : 0.10 C

46 ITS 90 International Temperature Scale Soluções Isotech ITS C ( K )

47 Calibração Absoluta: Pontos Fixos CÉLULA DE PONTO FIXO SELADA Calibração Absoluta: Exemplo práctico CÉLULA DE PONTO FIXO DO GÁLIO

48 Calibração Absoluta: Exemplo práctico Célula a Temperatura Ambiente : 22ºC Ponto de fusão do Gálio: ºC Equipamento eleva a sua Temperatura até 30.2ºC Calibração Absoluta: Exemplo práctico A Temperatura da Célula começa a aumentar

49 Calibração Absoluta: Exemplo práctico O metal começa a fundir-se a ºC CALOR LATENTE!!! Calibração Absoluta: Exemplo práctico Quando o metal está totalmente em estado líquido Temperatura aumenta à Temperatura do equipamento (30.2ºC)

50 Automatização da Calibração Calibração de Temperatura Longo Período de realização! Automatização da Calibração Controlo remoto Redução de tempo Automatização da Calibração

51 Soluções Isotech: Calibração de Termómetros Ópticos Outras Soluções

52 PROGRAMA 1. Fundamentos Teóricos 2. Equipamentos necessários à Calibração 3. Apresentação ISOTECH 4. Soluções Isotech 5. Humidade Relativa Calibração Humidade Relativa Unidade Grandeza Humidade Relativa (UW ou r. h) em relação à água: símbolo (%) definido como sendo: A relação entre a pressão parcial do vapor de água (e) e a pressão de saturação (ew) sobre uma superfície plana de água (estado líquido) à mesma temperatura t (ºC), expressa em percentagem.

53 Soluções Vaisala HMK15 Soluções Kaymont

54 Soluções Thunder Scientific Soluções MBW

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