Medição de Temperatura. Profa. Michelle Mendes Santos

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Miguel Branco Zagalo
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1 Medição de Temperatura Profa. Michelle Mendes Santos

2 Métodos de Medição Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos, conforme a tabela abaixo: 1º grupo (contato direto) Termômetro a dilatação: de líquidos de sólido Termômetro a pressão de líquido: de gás de vapor Termômetro a par termoelétrico Termômetro à resistência elétrica 2º grupo (contato indireto) Pirômetro óptico Pirômetro fotoelétrico Pirômetro de radiação Termovisores

pressão de líquido: de gás de vapor Termômetro a par termoelétrico Termômetro à resistência elétrica

3 Medidores com contato

4 Medidores sem contato

5 Medição de Temperatura

8 Termômetro Bimetálico A operação deste tipo de termômetro se baseia no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura.na prática a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta mais ainda a sensibilidade do sistema conforme a figura. O termômetro mais usado é o de lâmina bimetálica helicoidal. E consiste de um tubo bom condutor de calor, do interior do qual é fixada um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. Normalmente o eixo gira de um ângulo de 270º para uma variação de temperatura que cubra toda a faixa do termômetro.

O termômetro mais usado é o de lâmina bimetálica helicoidal.

9 Termômetro Bimetálico

10 Termômetro a Pressão de Vapor

11 Termômetro de Resistência O princípio de medição de temperatura por meio de termômetros de resistência, repousa essencialmente sobre a medição de variação da resistência elétrica de um fio metálico em função da temperatura. A relação matemática entre a resistência de um condutor e sua temperatura é dada pela fórmula aproximada: R = R o (1 + αt) Onde: R = resistência a XXºC. Ro = resistência a 0ºC. α = coeficiente de variação de resistência do metal com a temperatura. t = temperatura.

A relação matemática entre a resistência de um condutor e sua temperatura é dada pela fórmula aproximada: R = R o (1 +

12 Termômetro de Resistência

13 Termômetro de Resistência - Características Desejáveis: O tipo de metal utilizado na confecção de bulbos sensores de temperatura, deve possuir características apropriadas, como: Maior coeficiente de variação de resistência com a temperatura (α1, α2,... αn), quanto maior o coeficiente, maior será a variação da resistência para uma mesma variação de temperatura, tornando mais fácil e precisa a sua medição. Maior resistividade, isto é, para pequenas dimensões de fio uma alta resistência inicial. Estabilidade do metal para as variações de temperatura e condições do meio (resistência à corrosão, baixa histerese, etc.). Linearidade entre a variação de resistência e a temperatura, produzindo escalas de leitura de maior precisão e com maior comodidade de leitura.

.. αn), quanto maior o coeficiente, maior será a variação da resistência para uma mesma variação de temperatura, tornando mais fácil e precisa a sua medição.

14 Termômetro de Resistência

15 Termômetro de Resistência No Brasil usa-se normalmente a norma DIN-IEC 751/85 que estabelece para termômetros de resistência de platina o valor de 100,00Ω a 0ºC, e de 138,50Ω a 100ºC. Este sensor chama-se PT100. Os metais utilizados com maior frequência na confecção de termo resistência são: PLATINA - faixa à 600ºC (excepcionalmente 1200ºC) - Ponto de Fusão 1774ºC. NÍQUEL - faixa à 300ºC - Ponto de Fusão 1455ºC. COBRE - faixa à 120ºC - Ponto de Fusão 1023ºC.

Os metais utilizados com maior frequência na confecção de termo resistência são: PLATINA - faixa - 200 à 600ºC

16 Termômetro de Resistência A exatidão dos termômetros de resistência, quando corretamente instalados, é grande, pode atingir a ± 0,01ºC. Normalmente as sondas utilizadas industrialmente apresentam uma precisão de ± 0,5ºC. Para pequenas faixas de temperatura um coeficiente médio α, variação de resistência, pode ser utilizado. Porém, para faixas mais amplas, necessita-se a introdução dos coeficientes de ordem superior, para uma maior aproximação à curva real de radiação R versus T.

Para pequenas faixas de temperatura um coeficiente médio α, variação de resistência, pode ser utilizado.

17 Termômetro de Resistência Classe de Exatidão

18 Termômetro de Resistência Tempo de Resposta

19 Termômetro de Resistência Bainha de Proteção A escolha do material da bainha é fundamental para a vida útil do termorresistor com isolação mineral, pois se a bainha resistir ás condições do ambiente agressivo, o termoelemento também resistirá

termorresistor com isolação mineral, pois se a bainha

20 Termômetro de Resistência Bainha de Proteção

21 Termopar A experiência de um físico chamado Thomas Seebeck demonstrou que, em circuito fechado, formado por dois fios de metais diferentes, haverá uma diferença de potencial entre as extremidades desse fio que é proporcional à diferença de temperatura entre a junção e as extremidades dos fios.

22 Termopar Principais Qualidades Requeridas por um Termopar: Desenvolver uma F.E.M. a maior possível, função contínua da temperatura de maneira a ser possível utilizar instrumentos de indicação de temperatura de construção simples e robusta. A faixa de F.E.M. normalmente fornecida nas temperaturas de trabalho normal vai de 10 a 50mV. Precisão de calibração (intercambialidade). Um termopar deve ser capaz de ser calibrado com um padrão de F.E.M. versus temperatura e deve manter esta calibração mantendo-a por um longo período de tempo sem desvios. Os termopares são construídos para trabalhar em conjunto com instrumentos tendo cartas e escalas pré calibradas. A intercambialidade entre dois termopares do mesmo material é a principal razão do seu uso em grande escala na indústria.

23 Termopar Principais Qualidades Requeridas por um Termopar: Resistência a corrosão e oxidação (durabilidade). Um termopar deve ser física e quimicamente resistente de maneira a possuir uma longa vida, e mais ainda exibindo a propriedade para uma dada temperatura gerar uma F.E.M. constante. Relação linear F.E.M. versus temperatura (linearidade). É interessante possuir uma relação F.E.M. versus temperatura mais linear possível para facilitar o procedimento de calibração.

24 Os demais termopares necessitam de cabos de ligação com o mesmo material do termopar, sob o risco de formarem com o cobre um "outro termopar", se a conexão estiver a temperatura diferente do instrumento de processamento do sinal (p.ex. transmissor)

25 Tipos de Termopar Tipo K (Cromel / Alumel) O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis variadas sondas. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1370 C, tendo uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/ C. Termoelemento positivo (KP): Ni90%, Cr10% (Cromel) Termoelemento negativo (KN): Ni95%, Mn2%, Si1%, Al2% (Alumel) Faixa de utilização: -270 C a 1200 C f.e.m. produzida: -6,458 mv a 48,838 mv

26 Tipos de Termopar Tipo E (Cromel / Constantan): Este termopar tem uma elevada sensibilidade (68 µv/ C) que o torna adequado para baixas temperaturas. Termoelemento positivo (EP): Ni90%, Cr10% (Cromel) Termoelemento negativo (EN): Cu55%, Ni45% (Constantan) Faixa de utilização: -270 C a 1000 C f.e.m. produzida: -9,835 mv a 76,373 mv

27 Tipos de Termopar Tipo J (Ferro / Constantan): A sua gama limitada (-40 a 750 C) é a responsável pela sua menor popularidade em relação ao tipo K. Aplica-se sobretudo com equipamento já velho que não é compatível com termopares mais modernos. A utilização do tipo J acima dos 760 C leva a uma transformação magnética abrupta que lhe estraga a calibração. Termoelemento positivo (JP): Fe99,5% Termoelemento negativo (JN): Cu55%, Ni45% (Constantan) Faixa de utilização: -210 C a 760 C f.e.m. produzida: -8,096 mv a 42,919 mv

28 Tipos de Termopar Os termopares tipo B, R e S apresentam características semelhantes. São dos termopares mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade (da ordem dos 10 µv/ C), utilizam-se apenas para medir temperaturas acima dos 300 C. Note-se que devido à reduzida sensibilidade destes termopares, a sua resolução de medida é também reduzida.

29 Tipos de Termopar Tipo B (Platina / Ródio-Platina): Adequado para medição de temperaturas até aos 1800 C. Origina a mesma tensão na saída a 0 e a 42 C, o qu e impede a sua utilização abaixo dos 50 C. Em compensação, utiliza cabos de extensão de cobre comum desde que a sua conexão com o termopar esteja neste intervalo (0 C a 50 C). Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%, Rh29,6% (Ródio- Platina) Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%, Rh6,1% (Ródio- Platina) Faixa de utilização: 0 C a 1820 C f.e.m. produzida: 0,000 mv a 13,820 mv

30 Tipos de Termopar Tipo R (Platina / Ródio-Platina): Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 C. Reduzida sensibilidade (10 µv/ C) e custo elevado. Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina) Termoelemento negativo (RN): Pt100% Faixa de utilização: -50 C a 1768 C f.e.m. produzida: -0,226 mv a 21,101 mv

31 Tipos de Termopar Tipo S (Platina / Ródio-Platina): Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 C. Reduzida sensibilidade (10 µv/ C), elevada estabilidade e custo elevado. Termoelemento positivo (SP): Pt90%,Rh10% (Ródio-Platina) Termoelemento negativo (SN): Pt100% Faixa de utilização: -50 C a 1768 C f.e.m. produzida: -0,236 mv a 18,693 mv

32 Tipos de Termopar Tipo T (Cobre / Constantan): É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 C a 400 C. Termoelemento positivo (TP): Cu100% Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan) Faixa de utilização: -270 C a 400 C f.e.m. produzida: -6,258 mv a 20,872 mv

33 Pirômetros Um pirômetro é um dispositivo que mede temperatura sem contacto com o corpo/meio do qual se pretende conhecer a temperatura. Baseia-se na radiação emitida por um corpo quente para calcular a temperatura desse corpo.

34 Termovisores

35 Termovisores

36 Termovisores

37 Termovisores Manutenção preditiva de sistemas elétricos

38 Termovisores Monitoramento de sistemas mecânicos como rolamentos e mancais de motores, vazamentos de vapor, etc.

39 Termovisores Análise de isolamento térmico e refratários (engenharia civil).

40 Termovisores Acompanhamento de desempenho térmico de placas e circuitos eletrônicos.

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