Medição de temperatura

Transcrição

1 ZEA Instrumentação Medição de temperatura Prof. Dr. Rubens Tabile tabile@usp.br FZEA - USP

2 Condução (sólidos) Transferência de calor por contato físico; Processo onde o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meios diferentes em contato físico direto.

3 Convecção (líquidos e gases): Transmissão ou transferência de calor de um lugar para outro através de um deslocamento de material. Processo onde a ação combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura. A convecção é mais importante como mecanismo de transferência de energia (calor) entre uma superfície sólida e um líquido ou gás.

4 Radiação (sem contato físico): Emissão contínua de energia de uma corpo para outro, através do vácuo ou do ar. Processo onde o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista um vácuo entre eles.

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6 MEDIÇÃO

7 A medição de temperatura pode ser feita utilizando diferentes meios Baseada em expansão térmica Bulbo líquido e bimetálicos Baseada na resistência elétrica RTD e Termistores Baseada em tensão elétrica Termopar Baseada em radiação emitida Pirômetros infravermelho e ótico

8 EXPANSÃO TÉRMICA

9 Termômetros de bulbo líquido. Expansão térmica de um liquido. A medida que o liquido se aquece ele dilata e percorre um capilar Existem diferentes tipos de calibração e formas de uso

10 Termômetros bimetálicos. Expansão térmica diferencial de dois metais O sensor e construindo unindo-se duas tiras de metais diferentes. Como cada metal tem uma expansão térmica característica ocorre a deformação da tira bimetálica. A tira bimetálica resultante pode ter varias formas dependendo da aplicação

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12 RESISTÊNCIA ELÉTRICA

13 Termômetros de resistência (RTD). Princípio da alteração da resistência elétrica dos metais com a temperatura Monta-se um fio de metal sobre uma estrutura de sustentação isolante para eliminar deformações mecânicas A relação entre a resistência elétrica de um material e sua temperatura pode ser expressa por (desde que linearizado): R= R 0 [1+ a(t -T 0 )]

14 Praticamente linear Baixa variação com a temperatura

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16 R2 = R3 = 25Ω RTD = 25Ω a 0 o C Com aumento da temperatura há variação na resistência R= R 0 [1+ a(t -T 0 )] Termômetros de resistência (RTD). Princípio da alteração da resistência elétrica dos metais com a temperatura

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18 Termistores Os termistores são sensores fabricados com materiais semicondutores como óxido de magnésio, cobalto, silício, germânio. Por serem construídos de material semicondutor, possuem a grande vantagem de poderem ser fabricados em um tamanho físico muito pequeno. R= R 0 e b ( 1/T-1/T 0 )

19 Logarítmica Alta variação com a temperatura

20 TENSÃO ELÉTRICA

21 Termopar Consiste em dois condutores metálicos de natureza distintas. Suas pontas são soldadas em um extremo, ao qual se dá o nome de junta. A outra extremidade é ligada a um circuito que mede a tensão resultante. Em um condutor elétrico que esta sujeito a um gradiente de temperatura, existirão fluxos de energia térmica e de eletricidade, que esta intimamente ligado a o comportamento dos elétrons no material

22 Junta Quente Junta Fria

23 Comercialmente existe uma vasta gama de materiais usados em termopares O tipo de material vai fornecer características especificas para cada sensor (faixas de temperatura, valores de sensibilidade) A leitura da tensão pode ser feita por uma aquisição de dados ou voltímetros de alta precisão

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25 Vendidos por meio de catalogo de cores e em rolos com dezenas de metros.

26 Circuito com termopar tipo J (ferro-constatam / FeCo) padrão NIST com a junta de referencia mantida em um recipiente com gelo fundente. A tensão de saída é 9,669 mv. Qual o valor da temperatura T1?

27 Saída = 9,669 mv T1 =

28 RADIAÇÃO TÉRMICA

29 Radiação térmica é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura, constituindo uma forma de transmissão de calor. - Radiação térmica +

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31 Considere uma resistência elétrica Sem fluxo de energia elétrica através do elemento ela mostra-se negra, sua cor na temperatura ambiente. Com fluxo de energia a temperatura aumenta e ela muda sua cor para o vermelho, laranja até a cor branca. Essa mudança de cor indica uma mudança na intensidade máxima de radiação emitida por menores comprimentos de onda.

32 Medir a temperatura pela detecção da radiação térmica Sensor não precisa estar em contato com a superfície medida. Leituras rápidas se tornando atrativo para diversas aplicações

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34 MEDIDA DE ENERGIA RADIANTE

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36 Câmeras térmicas ou termovisores, são equipamentos desenvolvido para captar imagens na faixa do infravermelho. A maioria das câmeras comuns detectam parte da faixa do infravermelho entretanto não são projetas para mostrar suas escalas Leituras rápidas se tornando atrativo para diversas aplicações. Mesmo principio usado nos óculos de visão noturna

37 COR LÂMPADAS

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40 ZEA Instrumentação Medições de temperatura tabile@usp.br Prof. Dr. Rubens Tabile FZEA - USP