INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL CAMPUS RIO GRANDE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

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1 INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL CAMPUS RIO GRANDE INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

2 Aula 24 2

3 TERMÔMETROS DE RADIAÇÃO São medidores de temperatura sem contato. Os componentes fundamentais de um termômetro de radiação são: sistema óptico detector Estes componentes devem ser selecionados de forma a obter o melhor compromisso entre: custo precisão, tempo de resposta, gama de temperatura medida

4 PIRÔMETRO ÓPTICO Os pirômetros óticos atuam dentro do espectro visível, sendo essencialmente um método comparativo. A radiação do objeto é comparada com a intensidade da cor do filamento da lâmpada interna. O pirômetro é usado nos altos fornos das siderúrgicas, para indicação da temperatura dos metais aquecidos, através da cor da radiação emitida.

5 PIRÔMETRO ÓPTICO Alguns instrumentos antigos utilizavam um sistema formado por uma fonte de luz, cuja cor era calibrada para temperatura. Quando o instrumento é apontado para o objeto. Quando o instrumento é apontado para o objeto. Com um potenciômetro, a intensidade da cor da lâmpada é variada até se igualar a cor do objeto.

6 PIRÔMETRO ÓPTICO A corrente que passa pelo filamento de uma lâmpada é regulada até que sua cor fique igual à da radiação (o filamento "desaparece"). E o amperímetro pode ter sua escala gravada E o amperímetro pode ter sua escala gravada em unidades de temperatura para uma indicação direta.

7 PIRÔMETRO ÓPTICO Abaixo representamos pirômetro óptico constituído de: um telescópio (conjunto de lentes) T, com um filtro de vidro vermelho F, uma pequena lâmpada elétrica L e um reostato R (é um dispositivo utilizado para variar a resistência elétrica de um circuito).

8 PIRÔMETRO ÓPTICO Dirigindo-se o pirômetro para uma fornalha, por exemplo, observa-se, através do telescópio, o filamento escuro da lâmpada contra o fundo brilhante da fornalha. O filamento da lâmpada é ligado a uma bateria B, e a um reostato R. Deslocando-se o cursor do reostato, pode-se aumentar (ou diminuir) a corrente no filamento da lâmpada e, consequentemente, a sua luminosidade, até igualá-la à da fornalha. Quando a cor da luz emitida pelo filamento coincidir com a emitida pelo forno, o filamento deixa de ser visível no telescópio.

9 PIRÔMETRO ÓPTICO Como a temperatura do objeto está associada ao valor da corrente que passa pelo filamento, é possível associar-se valores de corrente a valores de temperatura. Calibrando-se previamente o instrumento com temperaturas conhecidas, pode-se, através da escala do amperímetro, ler diretamente a temperatura desconhecida.

10 PIRÔMETRO ÓPTICO A comparação da cor é feita pelo observador e é dependente da sensibilidade do olho humano em distinguir a diferença de cor entre duas superfícies. A comparação da cor é feita basicamente variando a corrente através do filamento da fonte de cor padrão até que esta se iguale àquela do objeto medido. Nesse pirômetro é necessário que o corpo emita comprimento de ondas na região do visível. 10

11 PIRÔMETRO ÓPTICO Estes pirômetros utilizam dois métodos para comparação: Variando a intensidade da luz emitida por uma lâmpada padrão ( corrente que passa através do filamento ) até atingir o mesmo brilho do objeto. Variando a luminosidade aparente do corpo quente (através de seu aquecimento), enquanto uma corrente constante atravessa o filamento da lâmpada padrão que permanece com brilho constante.

12 PIRÔMETRO ÓPTICO Portanto, os pirômetros ópticos são equipamentos que medem a temperatura de um corpo em função da radiação luminosa. Trabalham por comparação de cores. O operador do medidor faz uma comparação entre a cor de um filamento aquecido com a cor do objeto em medição. A cor do filamento é definida pela corrente elétrica que circula pelo mesmo, proporcionando, assim, a medida da temperatura definida por um medidor. Este medidor apresenta pouca precisão por estar dependente da comparação feita pelo olho humano. 12

13 PIRÔMETRO ÓPTICO Em pirômetros mais recentes, este ajuste é feito automaticamente.

14 PIRÔMETRO ÓPTICO Numa aplicação deve-se levar em conta os seguintes dados: Os limites normais de utilização estão entre 750 C e 2850 C. Com filtros de absorção especiais, pode-se estender sua calibração até 50 C. As medidas efetuadas com pirômetros ópticos são independentes da distância entre o objeto e o aparelho, além de que são providos de um conjunto de lentes que aproxima o objetivo a ser medido. Devido à medida de temperatura ser baseada na emissividade da luz ( brilho ), erros significativos podem ser criados, devido à reflexão de luz ambiente pela fonte a ser medida. Quando o meio onde se executa a medida possui luminosidade alta, pode causar uma diminuição da intensidade da luz proveniente do objeto, diminuindo a precisão da medição.

15 PIRÔMETRO ÓPTICO A comparação é visual, e a precisão depende em parte da prática do operador, sendo possível erro inferior a ± 5 C. Porém, a comparação também pode ser eletrônica. Encontram-se modelos sofisticados, nos quais o olho do operador é substituído por um detector, e a luminosidade da lâmpada padrão é ajustada por uma calibração automática, o sistema incorpora um ajuste de emissividade e é comandado por um microprocessador.

16 PIRÔMETRO ÓPTICO Apesar do pirômetro ótico ser bastante superior a uma observação direta, ainda há uma certa imprecisão. Também não podem ser medidas temperaturas mais baixas, na faixa de não emissão de radiação visível. Portanto, os sensores térmicos sem contato vieram preencher as lacunas dos pirômetros ópticos.

17 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO O sistema de medição infravermelha: Pirômetros fotoelétricos ou infravermelhos empregam sensores que atuam na faixa do infravermelho. Portanto, sensores de infravermelho não só operam em altas temperaturas, mas também podem ser usados nos processos industriais. Cobrem a faixa aproximada de 0 C até 4000 C, captando a energia radiante no espectro infravermelho. A intensidade da energia infravermelha emitida de um objeto aumenta ou diminui em razão da sua temperatura. São rápidos, respondendo na casa dos milisegundos. 17

18 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO

19 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Basicamente consiste em um sistema óptico e um detector. O sistema óptico foca a energia irradiada pelo corpo sobre o detector. Medem uma faixa típica de comprimentos de onda entre 0,7 e 20 μm.

20 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO A região do infravermelho é utilizada dentro do espectro eletromagnético. Pela medição da sua radiação térmica, se mede a temperatura de objetos.

21 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Corpo Real As superfícies só são capazes de emitir uma determinada parte da energia. O parâmetro que determina a capacidade de emissão é a emissividade (ε). O corpo negro também é considerado um irradiador perfeito, ou seja, toda energia incidente é também irradiada (ε=1).

22 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Toda forma de matéria com temperatura acima do zero absoluto emite radiação infravermelha de acordo com a temperatura. A causa da radiação ocorre devido ao movimento mecânico interno das moléculas. 22

23 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO O sistema de medição infravermelha: A intensidade do movimento mecânico interno das moléculas depende da temperatura do objeto. O movimento das moléculas representa o deslocamento de cargas, radiação eletromagnética (fótons) que é emitida. Dentro da área que envolve a radiação térmica, a radiação do infravermelho tem uma faixa de 0,7 a 1000 μm de comprimento de onda. Por esta razão, a radiação não pode ser vista a olho nu. Como esta faixa encontra-se na área antes da luz vermelha visível a olho nú, e desta forma tem sido chamada de infravermelha. 23

24 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO O sistema de medição infravermelha: Os pirômetros infravermelhos coletam a radiação infravermelha da região de uma superfície através de uma lente. A lente capta a radiação infravermelha emitida pela superfície incluída na sua área de foco. A radiação é, então, refletida e focada em um sensor. A partir da magnitude de radiação absorvida pelo sensor, pode-se ter o valor da temperatura da superfície emissora. A tensão de saída do sensor é uma medida direta da radiação absorvida por ele. 24

25 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO A figura abaixo apresenta o processo de medição por infravermelho. 25

26 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO

27 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO A distância do medidor infravermelho em relação ao alvo influencia na resposta conforme as especificações do fabricante. A medida é executada levando em conta a área enquadrada pelo instrumento de acordo com a sua abertura.

28 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO O alvo deve ser completamente ocupado pela janela. De outra forma o termômetro irá detectar temperatura do ambiente ao redor, ocasionando erro de leitura. 28

29 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO A resolução ótica é definida como a relação entre a distância do instrumento de medição em relação ao alvo e o diâmetro(spot) do ponto a ser medido. 29

30 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Notem na lateral, a distância entre o aparelho e o objeto. 30

31 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Há questões que precisamos saber quando utilizamos termômetros infravermelhos: O alvo deve ser oticamente visível ao termômetro infravermelho; O alto nível de sujeira ou fumaça fazem a medição perder precisão; Obstáculos como um tanque metálico fechado, só é possível a medição na superfície do mesmo, não podendo ser medido a temperatura do produto no interior do tanque; A parte ótica do sensor deve ser protegida de sujeira e líquidos condensados. 31

32 PIRÔMETRO INFRAVERMELHO Em suma, as principais vantagens da medição de temperatura por infravermelho são: Velocidade; Ausência de interferência; Medição de altas temperaturas até 4000 C.

33 APLICAÇÃO EM OBJETO FIXO

34 APLICAÇÃO EM OBJETO FIXO A existência de modelos compactos, portáteis e de custo acessível abriu uma vasta gama de aplicações. São utilizados para verificar a qualidade dos produtos, por exemplo.

35 APLICAÇÃO EM OBJETO FIXO Eles também podem ser utilizados na manutenção, onde são usados para detectar maus contatos em instalações elétricas, e sobre aquecimento de equipamentos elétricos e mecânicos.

36 APLICAÇÃO EM OBJETO MÓVEL

37 APLICAÇÃO Medições de temperatura em objetos que se encontram fisicamente inacessíveis e/ou em lugares com alto nível de periculosidade, como por exemplo: ambientes explosivos, redes de alta tensão, etc...