Instrumentação Eletroeletrônica. Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Transcrição

1 Instrumentação Eletroeletrônica Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

2 Termistores Termistores são resistores sensíveis à temperatura, que apresentam resistência variando com coeficiente positivo (PTC) ou negativo (NTC). Os termistores, diferente dos RTD, são formados por elementos semicondutores. Esses dispositivos não são lineares e presentam uma sensibilidade elevada. Instrumentação Eletroeletrônica 2

3 Termistores PTC A maioria dos PTC são utilizados em aplicações de chaveamento, pois a resistência desses elementos apresenta uma curva de resistência com inclinação ligeiramente negativa até que a temperatura alcança um valor crítico (que pode ser ajustado de fábrica). Neste momento a resistência do PTC aumenta significativamente com a temperatura (da ordem de 100% ou mais para cada ). A resistência destes elementos varia conforme: onde R 0 é a resistência na temperatura de referência T 0, normalmente 298,15 K (25 ), e T é a temperatura em Kelvin Instrumentação Eletroeletrônica 3

4 Termistores NTC Os termistores do tipo NTC são os termistores mais comuns para medidas de temperatura, consistem em óxidos metálicos tais como cromo, níquel, cobre, ferro, manganês e titânio. Esses componentes diminuem a sua resistência com a temperatura. Considerando uma temperatura de referência T 0, tem-se uma resistência conhecida R 0. Assim, a equação da resistência é: β é o coeficiente do material do termistor Instrumentação Eletroeletrônica 4

5 Termistores NTC Exemplo: Calcular β para um termistor NTC que tem 10kΩ a 25 o C e 3,8kΩ a 50 o C. Instrumentação Eletroeletrônica 5

6 Termistores NTC Exercício: Montar a curva característica aproximada de um termistor NTC que tem 10kΩ a 0 o C e β=3600 K. Instrumentação Eletroeletrônica 6

7 Termistores NTC Linearização R p = R R T R + R T Instrumentação Eletroeletrônica 7

8 Termistores NTC Linearização Uma maneira da escolha de R é forçar 3 pontos equidistantes na curva. Se para T 1 T 2 = T 2 T 3 : R p1 R p2 = R p2 R p3 R R T1 R + R T1 R R T2 R + R T2 = R R T2 R + R T2 R R T3 R + R T3 R = R T2 R T1 + R T3 2 R T1 R T3 R T1 + R T3 2 R T2 Instrumentação Eletroeletrônica 8

9 Termistores NTC Exercício: Considere um termistor NTC do exercício anterior (10kΩ a 0 o C e β=3600 K). Determine R para que a resposta seja linearizada entre 280 e 380 K. Desenhe o gráfico e compare com o do exemplo anterior. Instrumentação Eletroeletrônica 9

10 Termopares 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 f.e.m. (força eletromotriz, normalmente da ordem de mv) entre os pontos a e b, denominada tensão termoelétrica. x a T 1 T 2 =T. ambiente b i y Instrumentação Eletroeletrônica 10

11 Termopares x x x a T 1 T 2 =T. ambiente b a T 1 T 2 =T. ambiente b i y i y Dois metais diferentes, x e y com as extremidades unidas e mantidas a temperaturas diferentes Abrindo o circuito em qualquer ponto e inserindo um instrumento adequado, tem-se o valor da f.e.m. Instrumentação Eletroeletrônica 11

12 Termopares Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou ligas metálicas) do modo mostrado na Figura anterior, temse um circuito tal que, se as junções a e b forem mantidas em temperaturas diferentes T 1 e T 2, surgirá uma f.e.m. termoelétrica e uma corrente elétrica i circulará pelo chamado "par termoelétrico ou "termopar". Instrumentação Eletroeletrônica 12

13 Termopares Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos Lei do Circuito Homogêneo: A força eletromotriz de um termopar depende somente da natureza dos condutores e da diferença de temperatura entre as junções de contato. Instrumentação Eletroeletrônica 13

14 Termopares Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos Lei dos metais intermediário: A f.e.m. do termopar não será afetada se em qualquer ponto do circuito for inserido um terceiro metal, desde que suas junções sejam mantidas a mesma temperatura. Instrumentação Eletroeletrônica 14

15 Termopares Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos Lei da Temperatura Intermediária: A f.e.m. gerada num termopar de metais homogêneos, com suas junções a temperaturas T1 e T2, é igual a soma algébrica da f.e.m. do termopar com uma junção na temperatura T1 e a outra numa temperatura qualquer T com a f.e.m. do mesmo termopar com suas junções a T e T2. Assim, a f.e.m. gerada depende somente da diferença entre a junta fria, independente de qualquer temperatura intermediária. Instrumentação Eletroeletrônica 15

16 Termopares A Figura mostra um termopar usado para medir a temperatura T1; o instrumento indicara uma voltagem proporcional a diferença (T1 - T2 ) Instrumentação Eletroeletrônica 16

17 Termopares Fios de compensação T 1 Termopar x y T 2 T 3 Fios de compensação Na maioria dos casos, sobretudo em aplicações industriais, o instrumento de medida e o termopar necessitam estar relativamente afastados. Desta forma, os terminais do termopar poderão ser conectados a uma espécie de cabeçote, e, a partir deste cabeçote são adaptados fios de compensação (praticamente com as mesmas características dos fios do termopar, porém mais baratos) até o instrumento. Instrumentação Eletroeletrônica 17