Apostila-de-Instrumentacao-Industrial-Senai-Tubarao

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Universidade do Sul de Santa Catarina – UNISUL 
Curso: Tecnólogo em Eletroeletrônica 
Disciplina: Instrumentação Industrial 
Semestre curricular: 2005/A 
Professor: Edcarlo da Conceição 
 
 
 
 
 
 
Apostila Instrumentação industrial 
 
 
 
 
 
Tubarão, Fevereiro de 2005. 
 
 
 
Revisão 2 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 2
1 - Introdução à Instrumentação 
 
INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e desenvolve técnicas para 
adequação de instrumentos de medição, transmissão, indicação, registro e controle de 
variáveis físicas em equipamentos nos processos industriais. 
Nas indústrias de processos tais como siderúrgica, petroquímica, alimentícia, 
papel, etc.; a instrumentação é responsável pelo rendimento máximo de um processo, 
fazendo com que toda energia cedida, seja transformada em trabalho na elaboração do 
produto desejado. As principais grandezas que traduzem transferências de energia no 
processo são: PRESSÃO, NÍVEL, VAZÃO, TEMPERATURA; as quais denominamos de 
variáveis de um processo. 
 
1.1 - Classificação de Instrumentos de Medição 
 
Existem vários métodos de classificação de instrumentos de medição. Dentre os 
quais podemos ter: 
 
Classificação por: 
• função 
• sinal transmitido ou suprimento 
• tipo de sinal 
 
1.2 - Classificação por Função 
 
Conforme será visto posteriormente, os instrumentos podem estar interligados 
entre si para realizar uma determinada tarefa nos processos industriais. A associação 
desses instrumentos chama-se malha e em uma malha cada instrumento executa uma 
função. 
Os instrumentos que podem compor uma malha são então classificados por 
função cuja descrição sucinta pode ser liga na tabela abaixo. 
INSTRUMENTO DEFINIÇÃO 
WERNECK
Realce
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1.3 - Funções de Instrumentos 
 
Podemos denominar os instrumentos e dispositivos utilizados em instrumentação 
de acordo com a função que desempenham no processo. 
 
Indicador: Instrumento que dispõe de um ponteiro e de uma escala graduada na 
qual podemos ler o valor da variável. Existem, também, os indicadores digitais que 
mostram a variável em forma numérica com dígitos ou barras gráficas. A figura 1.3 
ilustra dois tipos de indicadores. 
 
Figura 1.3 – Tipos de indicadores analógico e digital 
 
Registrador: Instrumento que registra a traço contínuo ou pontos em um gráfico. 
Alguns destes registradores podem ser vistos na figura 1.4. 
Figura 1.4 – Alguns tipos de registradores 
 
Transmissor: Instrumento que determina o valor de uma variável no processo 
através de um elemento primário, tendo o mesmo sinal de saída (pneumático ou 
eletrônico) cujo valor varia apenas em função da variável do processo. A figura 1.5 
mostra alguns transmissores típicos. 
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Figura 1.5 – Transmissores de pressão diferencial e de temperatura 
 
Transdutor: Instrumento que recebe informações na forma de uma ou mais 
quantidades físicas, modifica, caso necessário, estas informações e fornece um sinal de 
saída resultante. Dependendo da aplicação, o transdutor pode ser um elemento 
primário, um transmissor ou outro dispositivo. O conversor é um tipo de transdutor que 
trabalha apenas com sinais de entrada e saída padronizados. 
 
Figura 1.6 – Tipos de transdutores 
 
Controlador: Instrumento que compara a variável controlada com um valor 
desejado e fornece um sinal de saída a fim de manter a variável controlada em um valor 
específico ou entre valores determinados. A variável pode ser medida diretamente pelo 
controlador ou indiretamente através do sinal de um transmissor ou transdutor. 
 
Figura 1.7 – Alguns tipos de controladores 
 
Elemento Final de Controle: Instrumento que modifica diretamente o valor da 
variável manipulada de uma malha de controle. 
 
Figura 1.8 – Elementos finais de controle 
 
 
 
 
 
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1.4.1. Transmissores 
 
Os transmissores são instrumentos que medem uma variável do processo e a 
transmitem, à distância, a um instrumento receptor, indicador, registrador, controlador ou 
a uma combinação destes. 
Existem vários tipos de sinais de transmissão: pneumáticos, elétricos, hidráulicos 
e eletrônicos. 
 
1.4.1.1. Transmissão Pneumática 
 
Em geral, os transmissores pneumáticos geram um sinal pneumático variável, 
linear, de 3 a 15 psi (libras força por polegada ao quadrado) para uma faixa de medidas 
de 0 a 100 % da variável. Esta faixa de transmissão foi adotada pela SAMA (Scientific 
Apparatur Makers Association), Associação de Fabricantes de Instrumentos, e pela 
maioria dos fabricantes de transmissores e controladores dos Estados Unidos. 
Podemos, entretanto, encontrar transmissores com outras faixas de sinais de 
transmissão. Por exemplo: de 20 a 100 kPa. 
 
Nos países que utilizam o sistema métrico decimal, utilizam-se as faixas de 
0,2 a 1kgf/cm2 que equivalem, aproximadamente, de 3 a 15 psi. 
O alcance do sinal no sistema métrico é, aproximadamente, 5 % menor que o 
sinal de 3 a 15 psi. Este é um dos motivos pelos quais devemos calibrar os instrumentos 
de uma malha (transmissor, controlador, elemento final de controle, etc.) sempre 
utilizando uma mesma norma. 
Note que o valor mínimo do sinal pneumático também não é zero, e sim, 3 psi ou 
0,2 kgf/cm2. Deste modo, conseguimos calibrar corretamente o instrumento, 
comprovando sua correta calibração e detectando vazamentos de ar nas linhas de 
transmissão. 
Percebe-se que, se tivéssemos um transmissor pneumático de temperatura de 
range de 0 a 200°C e o mesmo tivesse com o bulbo a 0°C e um sinal de saída de 1 psi, 
este estaria descalibrado. 
Se o valor mínimo de saída fosse 0 psi, não seria possível fazermos esta 
comparação rapidamente. Para que pudéssemos detectá-lo, teríamos de esperar um 
aumento de temperatura para que tivéssemos um sinal de saída maior que 0 (o qual 
seria incorreto). 
 
1.4.1.2. Transmissão Eletrônica 
 
Os transmissores eletrônicos geram vários tipos de sinais em painéis, sendo os 
mais utilizados: 4 a 20 mA, 10 a 50 mA e 1 a 5 V. Temos estas discrepâncias nos sinais 
de saída entre diferentes fabricantes, porque estes instrumentos estão preparados para 
uma fácil mudança do seu sinal de saída. 
 
A relação de 4 a 20 mA, 1 a 5 V está na mesma relação de um sinal de 3 a 15 psi 
de um sinal pneumático. 
WERNECK
Realce
WERNECK
Realce
WERNECK
Realce
WERNECK
Realce
WERNECK
Realce
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O "zero vivo" utilizado, quando adotamos o valor mínimo de 4 mA, oferece a 
vantagem também de podermos detectar uma avaria (rompimento dos fios, por 
exemplo), que provoca a queda do sinal, quando ele está em seu valor mínimo. 
 
1.4.1.3. Protocolo HART (Highway Adress Remote Transducer) 
 
É um sistema que combina o padrão 4 a 20 mA com a comunicação digital. É um 
sistema a dois fios com taxa de comunicação de 1200 bits/s (BPS) e modulação FSK 
(Frequency Shift Keying). O Hart é baseado no sistema mestre escravo, permitindo a 
existência de dois mestres na rede simultaneamente. 
 
As vantagens do protocolo Hart são as seguintes: 
 
· Usa o mesmo par de cabos para o 4 a 20 mA e para a comunicação digital. 
· Usa o mesmo tipo de cabo utilizado na instrumentação analógica. 
· Disponibilidade de equipamentos de vários fabricantes. 
 
As desvantagens são que existe uma limitação quanto à velocidade de 
transmissão das informações e a falta de economia de cabeamento (precisa-se de um 
par de fios para cada instrumento). 
 
1.4.1.4. Fieldbus 
 
É um sistema de comunicação digital bidirecional, que interliga equipamentos 
inteligentes de campo com o sistema de controle ou com equipamentos localizados na 
sala de controle, conforme mostra a Figura 1.10. 
 
Este padrão permite comunicação entreuma variedade de equipamentos, tais 
como: transmissores, válvulas, controladores, CLPs, etc. Estes podem ser de 
fabricantes diferentes (Interoperabilidade) e ter controle distribuído (cada instrumento 
tem a capacidade de processar um sinal recebido e enviar informações a outros 
instrumentos para correção de uma variável: pressão, vazão, temperatura, etc.). 
Uma grande vantagem é a redução do número de cabos do controlador aos 
instrumentos de campo, ou seja, apenas um par de fios é o suficiente para a interligação 
de uma rede fieldbus. 
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Figura 1.10 – Sistema Fieldbus 
 
 
1.5 - Sensores 
 
Os sensores são transdutores eletrônicos que geram um sinal de saída quando 
um objeto é introduzido em seu campo de atuação. 
Os sensores surgiram para auxiliar nas automatizações de máquinas e 
equipamentos, substituindo as chaves de acionamento mecânico dando maior 
versatilidade e durabilidade às aplicações. 
 
1.6 - Tipos de Sensores 
 
- Indutivos 
- Capacitivos 
- Magnéticos 
- Fotoelétricos 
- Ultra-sônicos 
- Laser 
 
2- Sensores de Proximidade Indutivo 
 
Os sensores de proximidade indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de 
detectar a proximação de peças, componentes, elementos de máquinas, etc, em 
substituição as tradicionais chaves fim de curso. A detecção ocorre sem que haja o 
contato físico entre o acionador e o sensor, aumentando a vida útil do sensor por não 
possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. 
 Os sensores Indutivos são sensores de proximidade, ou seja, geram um sinal de 
saída quando um objeto metálico (aço, alumínio, cobre, latão, etc) entra na sua área de 
detecção, vindo de qualquer direção, sem que seja necessário o contato físico. 
 
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 2.1 - Princípio de Funcionamento 
 
 
 
Figura 1 - Sensor de proximidade indutivo 
 
A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal 
(desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do campo, este 
por correntes de superfície (Foucault), absorve a energia do campo, diminuindo a 
amplitude do sinal gerado no oscilador. 
 
A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação contínua que 
comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de saída. 
 2.2 - Face Sensora 
 
É a superfície onde emerge o campo eletromagnético. 
 
2.3 - Distância Sensora (S) 
 
É à distância em que se aproximando o acionador da face sensora, o sensor 
muda o estado da saída. 
 
2.4 - Distância de Acionamento 
 
À distância de acionamento é função do tamanho da bobina. Assim, não 
podemos especificar a distância sensora e o tamanho do sensor simultaneamente. 
 
2.5 - Distância Sensora Nominal (Sn) 
 
É à distância sensora teórica, a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não 
considera as variações causadas pela industrialização temperatura de operação e 
tensão de alimentação. E o valor em que os sensores de proximidade são 
especificados. 
 
Como utiliza o alvo padrão metálico, a distância sensora nominal informa também 
a máxima distância que o sensor pode operar. 
 
 2.6 - Distância Sensora Real 
 
Valor influenciado pela industrialização, especificado em temperatura ambiente 
(20o C) e tensão nominal, desvio de 10%: 
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2.7 - Distância Sensora Efetiva 
 
Valor influenciado pela temp. de operação, possui um desvio máximo de 10% 
sobre a distância sensora real. 
 
2.8 - Distância Sensora Operacional (Sa) 
 
É à distância em que seguramente pode-se operar, considerando-se todas as 
variações de industrialização, temperatura e tensão de alimentação. 
 
 2.9 - Alvo Padrão (Norma DIN 50010) 
 
É um acionador normalizado utilizado para calibrar a distância sensora nominal 
durante o processo de fabricação do sensor. Consiste de uma chapa de aço de um mm 
de espessura, formato quadrado. 0 lado deste quadrado é iqual ao diâmetro do circulo 
da face sensora ou 3 vezes a distância sensora nominal quando o resultado for maior 
que o anterior. 
 
 2.10 - Material do Acionador 
 
À distância sensora operacional varia ainda com o tipo de metal, ou seja, é 
especificada para o ferro ou aço e necessita ser multiplicada por um fator de redução. 
 
Material Fator 
Aço (St 37) 1 
Latão 0,35 0,5 
Cobre 0,25...0,45 
Alumínio 0,35...0,50 
Aço inoxidável 0,6...1 
 
2.11 - Histerese 
 
É a diferença entre o ponto de acionamento (quando o alvo metálico aproxima-se 
da face sensora) e o ponto de desacionamento (quando o alvo afasta-se do sensor). 
Este valor é importante, pois garante uma diferença entre o ponto de acionamento e 
desacionamento, evitando que em uma possível vibração do sensor ou acionador, a 
saída oscile. 
 
 
 
 
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Figura 2 - Histerese em sensores 
 
 
2.12 - Embutido (blindado) 
 
Este tipo de sensor tem o campo eletromagnético emergindo apenas na face 
sensora e permite que seja montado em uma superfície metálica. 
 
2.13 - Não embutido (não blindado) 
 
Neste tipo o campo eletromagnético emerge também na superfície lateral da face 
sensora, sensível a presença de metal ao seu redor. 
 
 
 
 
Figura 3 - Sensores embutido (direita) e não embutido (esquerda) 
 
2.14 - Freqüência de Comutação 
 
A freqüência de comutação é o máximo número de acionamentos por segundo 
(Hz). 
 
 
Figura 4 - Freqüência de comutação 
 
2.15 - Aplicações 
 
Os sensores indutivos substituem com muitas vantagens as chaves fim de curso. 
Abaixo visuliza-se algumas das aplicações. 
 
 
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 Posição por cames controle de rotação e sentido 
 
 
 Controle por transfer controlde de posição 
 
 
controle do número de peças posição de comportas 
 
Figura 5 - Algumas das aplicações dos sensores indutivos 
 
2.16 - Vantagens 
 
- Funcionam em condições ambientais extremas. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Saída em estado sólido. (PNP ou NPN). 
- Alta durabilidade quando bem aplicado. 
 
3 - SENSORES DE PROXIMIDADE CAPACITIVOS 
 
Os sensores de proximidade capacitivos são equipamentos eletrônicos capazes 
de detectar a presença ou aproximação de materiais orgânicos, plásticos, pós, líquidos, 
madeiras, papéis, metais, etc. 
Os sensores Capacitivos são semelhantes aos Indutivos, porém sua diferença 
básica é exatamente no princípio de funcionamento, o qual baseia-se na mudança da 
capacitância da placa detectora localizada na região denominada face sensível do 
sensor. 
Estes sensores podem detectar praticamente qualquer tipo de material, por 
exemplo, Metais, madeira, plásticos, vidros, granulados, pós-minerais tipo cimento, 
talco, etc. Os líquidos de maneira geral são ótimos acionadores para os sensores 
capacitivos. 
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 3.1 - Principio de Funcionamento 
 
O princípio de funcionamento baseia-se na geração de um campo elétrico, 
desenvolvido por um oscilador controlado por capacitor. 
O capacitor é formado por duas placas metálicas, carregadas com cargas 
elétricas opostas, montadas na face sensora, de forma a projetar o campo elétrico para 
fora do sensor, formando desta forma um capacitor que possui como dielétrico o ar. 
 
 
 
Figura 6 - Princípio de funcionamento 
 
Quando um material aproxima-se da face sensora, ou seja, do campo elétrico o 
dielétrico do meio se altera, alterando também o dielétrico do capacitor frontal do sensor. 
Como o oscilador do sensor é controlado pelo capacitor frontal, quando aproximamos 
um material a capacitância também se altera, provocando uma mudança no circuito 
oscilador. Esta variação é convertida em um sinal contínuo que comparado com um 
valorpadrão passa a atuar no estágio de saída. 
 
 
 
 
 
Figura 7- Diagrama em blocos dos elementos do sensor 
 
3.2 - Face sensora 
 
É a superfície onde emerge o campo elétrico. É importante notar que os modelos 
não embutidos, com região sensora lateral, são sensíveis aos materiais a sua volta. 
 
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Figura 8 - Face sensora do embutido e do não embutido 
 
 
3.3 - Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
É à distância sensora teórica a qual utiliza um alvo padrão como acionador e não 
considera as variações causadas pela industrialização temperatura de operação e 
tensão de alimentação. E a distância em que os sensores são especificados. 
3.4 - Alvo Padrão 
 
À distância sensora nos capacitivos são especificados para o acionador metálico 
de aço SAE 1020 quadrado, com lado igual a três vezes a distância sensora para os 
modelos não embutidos (na grande maioria) e em alguns poucos casos de sensores 
capacitivos embutidos utiliza-se o lado do quadrado igual ao diâmetro do sensor. 
 
 
3.5 - Distância Sensora Efetiva (Su) 
 
Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela 
temperatura de operação. 
 
 
3.6 - Distância Sensora Operacional (Sa) 
 
É a distância que observamos na prática, sendo considerados os fatores de 
industrialização (81% Sn) e um fator que é proporcional ao dielétrico do material a ser 
detectado, pois o sensor capacitivo reduz sua distância quanto menor o dielétrico do 
acionador. 
 
 
Sa = 0,81 . Sn . F(εr) 
 
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3.7 - Material a ser Detectado 
 
A tabela abaixo indica o dielétrico dos principais materiais, para efeito de 
comparação; sendo indicado sempre um teste prático para determinação da distância 
sensora efetiva para o acionador utilizado. Deve-se, no entanto considerar que em caso 
de materiais orgânicos deve-se considerar a que a distância de detecção está 
fortemente influenciada pela presença de água. 
 
 
 
 
Material 
εεεεr 
ar, vácuo 1 
óleo, papel, petróleo, poliuretano, parafina, 
silicone, teflon 
2 a 3 
araldite, baquelite, quartzo, madeiras 3 a 4 
vidro, papel grosso, borracha, porcelana 4 a 5 
mármore, pedras, madeiras pesadas 6 a 8 
álcool 26 
água 80 
 
3.8 - Ajuste de sensibilidade 
 
O ajuste de sensibilidade presta-se principalmente para diminuir a influência do 
acionamento lateral no sensor, diminuindo-se a distância sensora. Permite ainda que se 
detecte alguns materiais dentro de outros, como por exemplo: Iíquidos dentro de 
garrafas ou reservatórios com visores de vidro, pós dentro de embalagens, ou fluidos 
em canos ou mangueiras plásticas. 
 
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Figura 9 – Ajuste de sensibilidade 
 
Deve se tomar em conta de que existe a possibilidade de que se o detector está 
regulado de maneira muito sensível, que este seja influenciado por uma modificação do 
meio (temperatura, umidades, ou poluição). 
 
3.9 - Aplicações 
 
Pode-se destacar que os sensores capacitivos são mais versáteis do que os 
indutivos, porem podemos ressaltar que são mais sensível a perturbações externas o 
que torna mais atraente usar os sensores indutivos se existem metais a serem 
detectados. 
 
 
 
 Controle de nível detecção de ruptura de fio 
 
sinalização de corte de esteira controle de nível de garrafas 
 
controle de tensão em esteira Contador e controle de nível 
 
Figura 10 - Aplicações de sensores capacitivos 
 
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3.10 - Vantagens 
 
- Detectam praticamente todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Saída em estado sólido. 
- Alta durabilidade quando bem aplicado. 
 
4 - SENSORES ÓTICOS 
 
Os sensores fotoelétricos, também conhecidos por sensores ópticos, manipulam 
a luz de forma a detectar a presença do acionador, que na maioria das aplicações é o 
próprio produto. 
 
4.1 - Princípio de Funcionamento 
 
Baseiam-se na transmissão e recepção de luz infravermelha (invisível ao ser 
humano), que pode ser refletida ou interrompida por um objeto a ser detectado. 
Os fotoelétricos são compostos por dois circuitos básicos: um responsável pela 
emissão do feixe de luz, denominado transmissor e outro responsável pela recepção do 
feixe de luz, denominado receptor. 
Os Sensores Ópticos funcionam pelo princípio de emissão e recepção de feixes 
de luz modulada e são divididos em 3 princípios distintos: Sistema por Óticas alinhadas, 
Difusão e Sistema Reflectivo. 
 
 
 
Figura 11 - Princípio de funcionamento dos sensores fotoelétricos 
 
O transmissor envia o feixe de luz através de um fotodiodo, que emite flashes, 
com alta potência e curta duração, para evitar que o receptor confunda a luz emitida 
pelo transmissor com a iluminação ambiente. 
 
O receptor é composto por um fototransistor sensível a luz, que em conjunto com 
um filtro sintonizado na mesma freqüência de pulsação dos flashes do transmissor, faz 
com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor. 
4.2 - Sistema por Barreira 
 
O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um 
frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do 
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transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado 
interromper o feixe de luz. 
 
 
 
Figura 12 - Sistema por barreira 
 
 
 
4.2.1 - Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
À distância sensora nominal (Sn) para o sistema por barreira é especificada como 
sendo a máxima distância entre o transmissor e o receptor, o que não impede o 
conjunto de operar com distâncias menores. 
 
 
 
4.2.2 - Dimensões Mínimas do Objeto 
 
Quando um objeto possui dimensões menores que as mínimas recomendadas, o 
feixe de luz contorna o objeto e atinge o receptor, que não acusa o acionamento. Nestes 
casos devem-se utilizar sensores com distância sensora menor e conseqüentemente 
permitem a detecção de objetos menores. 
 
 
 
Figura 13 - Dimensão insuficiente para ser detectada 
 
4.3 - Sistema por Difusão Óptica (Fotosensor) 
 
Neste sistema o transmissor e o receptor são montados na mesma unidade. 
Sendo que o acionamento da saída ocorre quando a objeto a ser detectado entra na 
região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor. 
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Figura 14 - Sistema por difusão 
 
 
4.3.1 - Sistema por Difusão Óptica Convergente 
 
Neste princípio o sensor tem seu funcionamento análogo ao princípio Difuso, 
diferenciando-se por possuir um ponto focal, sendo, portanto muito mais preciso. 
 
Figura 15 - Sistema por difusão convergente 
 
4.3.2 - Sistema por Difusão Óptica Campo Fixo ( fixed-field ) 
 
Semelhante ao princípio convergente, por possuir também um único ponto focal, 
diferencia-se por executar a função de supressão ao plano de fundo. 
 
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Figura 16 - Sistema por difusão campo fixo 
 
4.3.3 - Distância Sensora Nominal (Sn) 
 
À distância sensora nominal no sistema por difusão é a máxima distância entre o 
sensor e o alvo padrão. 
 
 
4.3.4 - Alvo Padrão 
 
O alvo padrão no caso dos sensores por difusão é uma folha de papel fotográfico 
branco com índice de refletividade de 90%, com dimensões especificadas para cada 
modelo de sensor. Utilizado durante a industrialização para calibração da distância 
sensora nominal (Sn). 
 
 
 
4.3.5 - Distância Sensora Efetiva (Su) 
 
Valor influenciado pela industrialização e considera as variações causadas pela 
temperatura de operação. 
 
4.3.6 - Distância Sensora Operacional(Sa) 
 
Para os modelos tipo fotosensor existem vários fatores que influenciam o valor da 
distância sensora operacional (Sa), explicados pelas leis de reflexão de luz da física. 
 
Sa = 0,81 . Sn . FC (cor, material, rugosidade, outros) 
 
Abaixo apresentamos duas tabelas que exemplificam os fatores de redução em 
função da cor e do material do objeto a ser detectado. 
 
Cor FC Material Fc 
branco 0,95 a 1 metal polido 1,20 a 1,80 
amarelo 0,90 a0,95 metal usinado 0,95 a 1,00 
verde 0,80 a 0,90 papeis 0,95 a 1,00 
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vermelho 0,70 a 0,80 madeira 0,70 a 0,80 
azul claro 0,60 a 0,70 borracha 0,40 a 0,70 
violeta 0,50 a 0,60 papelão 0,50 a 0,60 
preto 0,20 0,50 pano 0,50 a 0,60 
 
Nota: Em casos onde há a necessidade da determinação exata do fator de 
redução deve-se fazer um teste prático, pois outros fatores podem 
influenciar a distância sensora, tais como: rugosidade, tonalidade, cor, 
dimensões, etc. Lembramos também que os fatores são acumulativos, como 
por exemplo: papelão (0,5) preto (0,5) gera um fator de 0,25. 
 
4.3.7 -Zona Morta 
 
É a área próxima ao sensor, onde não é possível a detecção do objeto, pois 
nesta região não existe um ângulo de reflexão da luz que chegue ao receptor. A zona 
morta normalmente é dada por: 10 a 20% de Sn. 
 
 
Figura 17 - Zona morta onde não ha detecção 
 
4.4 - Sistema Refletivo 
 
Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. O feixe 
de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o 
acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe. 
 
Figura 18 - Sistema refletivo 
 
 
 4.4.1- Distância Sensora Nominal(Sn) 
 
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À distância sensora nominal (Sn) para o sistema refletivo é especificada como 
sendo a máxima distância entre o sensor e o espelho prismático, sendo possível montá-
los com distância menor. Disponíveis para até 10m. 
 
 
4.4.2 - Espelho Prismático 
 
O espelho permite que o feixe de luz refletido para o receptor seja paralelo ao 
feixe transmitido pelo transmissor, devido às superfícies inclinadas a 45º o que não 
acontece quando a luz é refletida diretamente por um objeto, onde a luz se espalha em 
vários ângulos. À distância sensora para os modelos refletivos é função do tamanho 
(área de reflexão) e o tipo de espelho prismático utilizados. 
 
 
 
 Figura 19 - Funcionamento do espelho prismático 
 
 
 
 
 4.4.3 - Detecção de Transparentes 
 
A detecção de objetos transparentes, tais como: garrafas de vidro, vidros planos, 
etc; podem ser detectados com a angulação do feixe em relação ao objeto, ou através 
de potenciômetros de ajuste de sensibilidade, mas sempre se aconselha um teste 
prático. A detecção de garrafas plásticas tipo PET, requerem sensores especiais para 
esta finalidade. 
 
 
 
Figura 20 - Detecção de transparentes 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 22
4.4.4 - Detecção de Objetos Brilhantes 
 
Quando o sistema refletivo for utilizado na detecção de objetos brilhantes ou com 
superfícies polidas, tais como: engradados plásticos para vasilhames, etiquetas 
brilhantes, etc; cuidados especiais devem ser tomados, pois o objeto neste caso pode 
refletir o feixe de luz. Atuando assim, como se fosse o espelho prismático, ocasionando 
a não interrupção do feixe, confundindo o receptor que não aciona a saída, ocasionando 
uma falha de detecção, para se prevenir aconselha-se utilizar um dos métodos: 
 
4.4.4.1 - Montagem Angular 
 
Consiste em montar o sistema sensor espelho de forma que o feixe de luz forme 
um ângulo de 10O a 30O em relação ao eixo perpendicular ao objeto. 
 
 
 
 
Figura 21 - Opção para detecção de objetos brilhantes 
 
 
 
 
 
4.4.4.2 - Filtro Polarizado 
 
Existem sensores com filtros polarizados incorporados, que dispensam o 
procedimento anterior. Estes filtros mecânicos servem para orientar a luz emitida, 
permitindo apenas a passagem desta luz na recepção, que é diferente da luz refletida 
pelo objeto, que se es palha e m todas as direções. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 23
 
 
Figura 22 - Polarização do feixe de luz 
 
4.4.5 - Imunidade à Iluminação Ambiente 
 
Normalmente, os sensores ópticos possuem imunidade à iluminação ambiente, 
pois operam em freqüências diferentes. Mas podem ser afetados por uma fonte muito 
intensa (exatamente como acontece com as rádios FM), como por exemplo, uma 
Iâmpada incandescente de 60W a 15cm do sensor, ou um raio solar incidindo 
diretamente sobre as lentes. 
 
 
 
 
Figura 23 - Espectro de iluminação 
 
 
 
 
4.4.6 - Meio de Propagação 
 
Entende-se como meio de propagação, o meio onde a luz do sensor deverá 
percorrer. A atmosfera em alguns casos pode, estar poluída com partículas em 
suspensão, dificultando a passagem da luz. A tabela abaixo apresenta os fatores de 
atmosfera que devem ser acrescidos no cálculo da distância sensora operacional Sa. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 24
 
 
Condições Fatm 
Ar puro, podendo ter umidade sem condensação 1 
Fumaça e fibras em suspensão, com alguma condensação 0,4 a 0,6 
Fumaça pesada, muito pó em suspensão e alta condensação 0 a 0,1 
 
4.4.7 - Acessórios para sensores ópticos 
 
Uma das grandes vantagens de se trabalhar com sensores ópticos é que eles 
são muito mais flexíveis do que os outros sensores. Abaixo temos uma lista de alguns 
acessórios que podem ajudar a solucionar vários problemas de aplicação: 
 
- Espelhos prismáticos ultra-reflectivos. 
- Fibras ópticas em diversos diâmetros. 
- Fibras ópticas para alta temperatura. 
- Temporização. 
- Ajuste remoto e inteligente. 
 
 
4.4.8 - Vantagens 
 
- Detectam todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Modelos com Saída em estado sólido, relê ou analógica. 
- Maior durabilidade quando bem aplicado. 
- Trabalha em grandes distâncias (Mais de 200mt E/R) 
5 - SENSORES ULTRA-SÔNICOS 
 
Sensores Ultra-sônicos emitem ondas de som com freqüência acima da audível 
pelo ouvido humano. Os objetos a serem detectados refletem estas ondas e os 
sensores às recebem e interpretam. 
Com estes sensores podemos detectar com facilidade objetos transparentes de 
plástico, vidros ou superfícies liquidas, diferente dos sensores fotoelétricos que 
dependem da opacidade ou refletividade do material. 
 
 
 
 
5.1- Princípio de Funcionamento 
 
O emissor envia impulsos ultra-sônicos sobre o objeto a analisado. As ondas 
sonoras voltam ao detector depois de um certo tempo, proporcional à distância. O tempo 
de resposta é então dependente da velocidade do som e também da distância do 
objeto. Os detectores ultra-sônicos podem detectar líquidos, sólidos e granulados. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 25
 
 
 
 
Figura 24 - princípio de funcionamento do sensor ultra-sônico 
 
5.2 – Aplicações 
 
 
Medição de espessura de chapas Detecção de frascos de vidros 
 
Figura 25 - Aplicação do sensor ultra-sônico 
5.3 - Vantagens 
 
- Detectam todos os tipos de materiais. 
- Acionamento sem contato físico. 
- Modelos com Saída em estado sólido, relê ou analógica. 
- Possui circuito inteligente 
 
6 - Sistema Touch Control 
 
 
Permite os ajustes dos sensores digitais através de dois botões montados, na 
lateral do sensor. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 26
 
 
Figura 25 – Sistema touch control 
 
 
 
Procedimento de Ajuste: Touch Control 
 
Pressione os Botões T1 e T2 simultaneamente por mais de 3 segundos, até, o 
LED D1 piscar na cor amarela, então solte os botões. 
Pressione o botão T1 para aumentar ou o botão T2 para diminuir a distância de atuação,observe que o LED para de piscar quando um objeto é detectado, se possível teste a 
detecção do objeto. 
O armazenamento da distância ajustada ocorre caso nenhum botão for 
pressionado por um intervalo de 20s. O acionamento da saída pode ser monitorado 
através do LED de sinalização que permanece verde sem objeto e torna-se laranja 
quando o objeto permanece na zona válida de detecção. 
 
 
 
 
 
7 - Qual o melhor sensor? 
 
Determinando a aplicação: 
 
Observar: 
 
- Qual o material a ser detectado? 
- Qual à distância do alvo ao sensor? 
- Qual o princípio ativo do sensor que melhor se adapta a identificar o alvo? 
- Existe algum obstáculo que possa interferir na resposta do sensor? 
- Qual a freqüência de acionamento do sensor? 
- Quais as condições ambientais ao qual o sensor será submetido? 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 27
8 - Cuidados básicos com os sensores 
 
Nunca: 
 
Utilize lâmpadas incandescentes como carga ou teste. O filamento 
quando frio apresenta um alto consumo de corrente, causando a queima 
do sensor. 
 
 
 
Manuseie o sensor estando o circuito energizado. Qualquer descuido 
(curto - circuito), poderá ser fatal para o sensor e para você. 
 
Acione um motor diretamente com o sensor, use dispositivos 
apropriados como, por exemplo: Relês, Chaves - Contatoras, etc. 
 
 
Observar: 
 
 
Sempre a Tensão ( AC/DC) de alimentação , sua polaridade ( 
PNP / NPN ) , respeitar a capacidade de Corrente do sensor e 
sua Temperatura de trabalho. 
 
 
 
A existência de peças e ou partes móveis que possam atingir e 
danificar a face do sensor e ou seu cabo. 
 
 
A incidência de água, óleo, sujeira produtos químicos e ou 
elementos que possam danificar ou interferir em seu 
funcionamento. 
 
Figura 26 – Cuidados básicos com os sensores 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 28
9 - Para a escolha apropriada de sensores eletrônicos, a seguinte terminologia é 
adotada 
 
a) Faixa de medida (RANGE): conjunto de valores da variável medida que estão 
compreendidos dentro dos limites inferiores e superior da capacidade de medida ou 
de transmissão do instrumento. Se Expressa determinando os valores extremos; 
 
b) Alcance (SPAN): é a diferença algébrica entre os valores superior e inferior da faixa 
de medida do instrumento. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida de 
100ºC a 250ºC, possui um alcance de 150ºC. 
 
c) Erro: é a diferença entre o valor medido ou transmitido pelo instrumento, em relação 
ao valor real da variável medida. Se tivermos o processo em regime permanente, 
estável, chamaremos de "erro estático" que será positivo ou negativo, dependendo 
da indicação do instrumento que poderá estar indicando a mais ou a menos. Quando 
tivermos a variável se alterando, teremos um atraso na transferência de energia do 
meio para o medidor, onde o valor medido estará geralmente atrasado em relação ao 
valor real da variável. Esta diferença é chamada de "erro dinâmico"; 
 
d) Precisão: define-se como sendo o maior valor de erro estático que um instrumento 
pode ter ao longo de sua faixa de trabalho. Pode ser expressa de diversas maneiras 
como: porcentagem do alcance, unidade da variável e porcentagem do valor medido; 
 
e) Zona morta: é a não alteração na indicação ou no sinal de saída de um instrumento 
ou em valores absolutos da faixa de medida do mesmo, apesar de ter ocorrido uma 
sensível variação da variável. Por exemplo, um instrumento com faixa de medida 
entre 0ºC a 200ºC possui uma zona morta de ±0,1% do alcance, ou seja, ±0,2ºC. 
Portanto, para variações inferiores a este valor, o instrumento não apresentará 
alteração da medida; 
 
f) Sensibilidade (linearity): é a razão entre a variação do valor medido ou transmitido 
para um instrumento e a variação da variável que o acionou, após ter alcançado o 
estado de repouso. Pode ser expressa em unidades de medida de saída e de 
entrada. Por exemplo, um termômetro de vidro com faixa de medida de 0ºC a 500ºC 
possui uma escala de leitura de 50cm, portanto, a sua sensibilidade é de 0,1cm/ºC; 
 
g) Histerese: é a diferença máxima apresentada por um instrumento, para um mesmo 
valor, em qualquer ponto da faixa de trabalho, quando a variável percorre toda a 
escala nos sentidos ascendente e descendente; 
 
h) Repetibilidade: é a máxima diferença entre diversas medida de um mesmo valor da 
variável, adotando sempre o mesmo sentido de variação. Se Expressa em 
porcentagem do alcance; 
 
i) Resolução: é a menor variação que se pode detectar. A resolução está relacionada 
com o número de "bit" do instrumento: quanto maior o número de "bit" melhor a 
resolução. O cálculo da resolução de um instrumento é dado pelo quociente da faixa 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 29
de medida por 2número de "bit" do mesmo. Por exemplo, para um transdutor linear de 
100mm e 12 bit, tem-se uma resolução de 0,024mm. 
 
 
10 - Célula de Carga 
 
As células de carga são sensores projetados para medir cargas estáticas e 
dinâmicas de tração e compressão, princípio extensométrico e cargas de 0 a 300t. 
As células são totalmente estanques (proteção IP67) e podem ser utilizadas em 
atmosferas agressivas. Externamente o transdutor é usinado a partir de um único bloco 
de aço inoxidável sem qualquer parte soldada. As células de carga são, ainda, 
resistentes à vibração e impacto. O seu tamanho compacto permite sua aplicação em 
pequenos espaços e em locais de difícil acesso. 
O uso de células de carga como transdutores de medição de força abrange hoje 
uma vasta gama de aplicações: desde nas balanças comerciais até na automatização e 
controle de processos industriais.A popularização do seu uso decorre do fato que a 
variável peso é Interveniente em qrande parte das transações comerciais e de medição 
das mais frequentes dentre as grandezas físicas de processo. Associa-se, no caso 
particular do Brasil, a circunstância que a tecnologia de sua fabricação, que antes era 
restrita a nações mais desenvolvidas, é hoje amplamente dominada pelo nosso País, 
que desponta como exportador importante no mercado internacional. 
Um tipo de célula de carga é a Doc 438, modelo TU-K5C, para cargas de tração e 
compressão da Gefran Brasil, com flange para a aplicação de cargas suspensas, 
FLA703, e articulação esférica, SND022. A figura 27 apresenta as dimensões 
mecânicas da célula de carga Doc 438 e sua montagem com junta esférica dupla e 
flange para cargas suspensas. Algumas especificações técnicas desta célula: 
 
- Precisão: 0,2%; 
- Faixa de medição: 0 a 500Kg; 
- Sensibilidade: 2mV/V; 
- Erro combinado - não linearidade/histerese/repetibilidade: ±0,2% do fundo de escala; 
- Tensão nominal de alimentação: 10V; 
- Tensão máxima de alimentação: 15V; 
- Faixa de temperatura permissível: -20ºC a 60ºC; 
- Carga estática máxima: 130% a capacidade máxima; 
- Carga dinâmica máxima: 100% a capacidade máxima; 
- Carga máxima aplicável: 150% a capacidade máxima; 
- Carga de ruptura: 300% a capacidade máxima; 
- Grau de proteção (DIN 40050): IP67; 
- Ligações elétricas: cabo blindado 4x0,25 / 3m; 
- Material do elemento elástico: aço inoxidável. 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 30
 
 
Figura 27 - Célula de Carga 
 
Embora a resolução da célula de carga seja infinita, pois depende da IHM 
(GEFRAN, 1997), o conjunto célula de carga – IHM (figura 28) permitirá uma resolução 
de 0,015Kg. 
 
 
Figura 28 – Indicador de alta freqüência (IHM) 
 
10.1 - Princípios de Funcionamento 
O princípio de funcionamento das células de carga baseia-se na variação da 
resistência ôhmica de um sensor denominado extensômetro ou strain gage (Fig. 29), 
quando submetido a uma deformação. Utiliza-se comumente em células de carga quatro 
extensômetros ligados entre si segundo a ponte de Wheatstone (Fig. 30) e o 
desbalanceamento da mesma,em virtude da deformação dos extensômetros, é 
proporcional à força que a provoca. É através da medição deste desbalanceamento que 
se obtém o valor da força aplicada. 
 
Figura 29 - Extensômetro ou strain gage 
Os extensômetros são colados a uma peça metálica (alumínio, aço ou liga cobre-
berílio), denominada corpo da célula de carga e inteiramente solidários à sua 
deformação. A força atua, portanto sobre o corpo da célula de carga e a sua 
deformação é transmitida aos extensômetros, que por sua vez medirão sua intensidade. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 31
 
Figura 30 - Ponte de Wheatstone 
Obviamente que a forma e as características do corpo da célula de carga devem 
ser objeto de um meticuloso cuidado, tanto no seu projeto quanto na sua execução, 
visando assegurar que a sua relação de proporcionalidade entre a intensidade da força 
atuante e a conseqüente deformação dos extensômetros seja preservada tanto no ciclo 
inicial de pesagem quanto nos cilcos subsequentes, independentemente das condições 
ambientais. A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma "linearidade" dos 
resultados (fig. 31). 
 
 
Figura 31 - Gráfico de deformação x carga, mostrando histerese, 
repetibilidade e não linearidade 
Considerando-se que a temperatura gera deformações em corpos sólidos e que 
estas poderiam ser confundidas com a provocada pela ação da força a ser medida, há 
necessidade de se "compensar" os efeitos de temperatura através da introdução no 
circuito de Wheatstone de resistências especiais que variem com o calor de forma 
inversa a dos extensômetros. 
 Um efeito normalmente presente ao ciclo de pesagem e que deve ser controlado 
com a escolha conveniente da liga da matéria-prima da célula de carga é o da 
"histerese" decorrente de trocas térmicas com o ambiente da energia elástica gerada 
pela deformação, o que acarreta que as medições de cargas sucessivas não coincidam 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 32
com as descargas respectivas (Fig. 31). 
 Outro efeito que também deve ser controlado é a "repetibilidade" ou seja, 
indicação da mesma deformação decorrente da aplicação da mesma carga 
sucessivamente, também deve ser verificada e controlada através do uso de materiais 
isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a célula de carga (Fig. 31). 
 
Figura 32 - Gráfico de deformação x tempo mostrando a fluência ou creep 
Finalmente, deve-se considerar o fenômeno da "fluência" ou creep, que consiste 
na variação da deformação ao longo do tempo após a aplicação da carga. Este efeito 
decorre de escorregamentos entre as faces da estrutura cristalina do material e 
apresenta-se como variações aparentes na intensidade da força sem que haja 
incrementos na mesma (Fig. 32). 
10.2 - Alguns critérios devem ser utilizados na escolha de uma célula de carga 
10.2.1- Capacidade nominal 
A força máxima que ela deverá medir (OS fatores de segurança, 50% de 
sobrecarga contra danos de funcionamento e 300% para a ruptura, são intrínsecos a 
própria célula). 
10.2.2 - Sensibilidade 
A medição do desbalanceamento da ponte de Wheatstone é feita através da 
variação da tensão de saída em função da tensão de excitação aplicada na entrada da 
ponte. 
Quando a célula de carga esta carregada, este valor é dado em milivolt por volt 
aplicado e, normalmente, entre 2 e 3 mV/V. Isto significa que uma céluLa de carga de 
30kg de capacidade nominal e 2mV/V de sensibilidade, com uma tensão de excitação 
na entrada de 10 V, quando sujeita a uma força de 30Kg apresentará na saída uma 
variação de tensão de 20mV. 
 
10.2.3 - Precisão 
É o erro máximo admissível relacionado em divisões da capacidade nominal. As 
células de carga neste caso podem ser divididas em: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 33
Baixa precisão: até 1.000 divisões (ou 0,1% da capacidade nominal) 
Média precisão: de 3.000 a 5.000 divisões (ou 0,03 a 0,02% da capacidade nominal). 
Alta precisão: 10.000 divisões (ou 0,01% da capacidade nominal) 
10.2.4 - Formato 
De acordo com a aplicação, determinados formatos são requeridos, 
considerando-se se a carga é apoiada (células tipa viga) ou se a carga é sustentada 
(célula tipo Z), ou ainda se a carga introduz momentos torsores na célula (células tipo 
single point). 
10.2.5 - Ambiente de trabalho 
Ambientes úmidos quimicamente agressivos requerem células de carga 
herméticas, com grau de proteção IP67, que se consegue normalmente nas do tipo 
shear-beam. Dever ser evitado o uso de células de carga em ambientes sujeito à 
vibração intensa, apesar do projeto das mesmas incluir uma verificação de freqüência 
natural, no sentido de se evitar o fenômeno de ressonância. 
O uso de células de carga em ambientes explosivos deve ser acompanhado por 
barreiras de segurança intrínseca. Alerta-se que o uso de barreiras de segurança 
intrínseca inserem resistências em série nos circuitos, o que poderia baixar as tensões 
da excitação. É recomendável o uso de indicadores que compensem esta diminuição 
através de ligações a 7 fios (tipo Kelvin). 
10.2.6 - Dispositivos de montagem 
Devem ser escolhidos visando não transmitir à célula de carga nenhum outro 
esforço que não seja o da força a medir e, portanto, visando assegurar para a carga 
todos os graus de liberdade de deslocamento possíveis, à excessão do relativo à 
direção da força a medir. 
10.2.7 - Tempo da pesagem 
Muitas vezes dispõe-se de um tempo limitado para se efetuar a pesagem. Neste 
caso deve-se considerar 1 segundo como um tempo mínimo para cada pesagem, 
considerando-se o amortecimento das oscilações que a célula sofre ao receber o 
carregamento. Eventualmente este tempo pode ser reduzido através do uso de sistemas 
de amortecimento. 
 
10.2.8 - Limites de sobrecarga e deslocamentos 
Em células de carga tipo flexão ou bending, normalmente de baixa capacidade, é 
necessário prever-se limites de sobrecarga que impeçam a célula de carga de deformar-
se além de um dado valor. Nas células tipo cisalhamento (shear beam) e compressão 
(canister), são difíceis aplicar limites de sobrecarga, tendo em vista o pequeno valor da 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 34
flecha produzida em função da carga nominal aplicada e, portanto, cabe ao usuário 
precaver-se quanto a eventualidade do uso de cargas excessivas. 
Outros limites de deslocamento usados são os tirantes, necessários para limitar o 
deslocamento de tanques e silos, quando as células de carga estão situadas abaixo do 
centro de gravidade dos mesmos (portanto, não são autocentrantes), sujeitos a ação 
dos ventos ou com misturadores instalados. O objetivo destes tirantes é obstar 
deslocamentos não verticais. 
 
10.2.9 - Conclusão 
As células de carga são transdutores bastante precisos e de vida útil muito longa 
(são projetados e testados em protótipo para dez milhões de ciclos de pesagem). Esta 
longetividade e precisão podem ser facilmente obtidas desde que sejam 
convenientemente especificadas e instaladas. A assessoria técnica do fabricante é 
sempre muito útil e evita falhas de projeto muito custosas. Procurou-se dar aqui algumas 
informações fundamentais, 
que não excluem, porém a eventual necessidade daquela consulta, a qual fortemente 
recomenda-se não renunciar. 
 
10.3 – Exemplos de Células de Cargas 
 
 
 
Célula de carga para compressão em corte 
 
 
Dispositivos para utilização de Células de Carga, 
aplicadas no mundo inteiro. 
 
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Modelo de Célula para Compressão 
 
Modelo de Célula para tração 
Figura 33 – Modelos de Células de Carga 
11 - Encoders 
 
Podemos definir este equipamento como sendo um transdutor que executa a 
transformação (decodificação) de um movimento mecânicoem um sinal eletrônico. Seu 
funcionamento está baseado na interrupção ou não de um sinal óptico, normalmente um 
feixe luminoso, conseguido comumente através de um emissor e um sensor separados 
pôr um nônio e um disco de vidro, plástico ou metais estriados que alternadamente 
permitem ou não a passagem de luz do emissor para o receptor. 
Quando o disco sofre um deslocamento angular interrompe a passagem de luz, 
gerando um pulso. Este pulso representa um certo ângulo mínimo, que define a 
resolução do sistema. Podermos dividir estes equipamentos em dois tipos: 
• Encoders incrementais; 
• Encoders absolutos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 36
11.1 – Encoder Absoluto 
 
Em um encoder absoluto cada posição representada unicamente pôr um código 
padrão. Este código prove de trilhas independentes e está gravado no disco do encoder, 
onde para cada trilha existe um sensor óptico correspondente. Cada sensor irá fornecer 
um sinal de nível lógico “1” ou “0” dependente do código padrão do disco para cada 
posição (ver figura abaixo). Uma vantagem deste tipo de encoder é que não haverá 
perda da posição no caso de falta de energia, pois não é necessário indexar ou 
referenciar a partir de um determinado ponto. 
 
Figura 34 – Disco codificado de um encoder absoluto 
 
Cada trilha do disco codificado significa um bit, dependendo então do número 
de trilhas verificaremos a resolução deste sistema. Pôr 
exemplo, um disco com 8 trilhas poderá identificar 256 
posições diferentes. A expressão (8) mostra 
analiticamente como podermos determinar a resolução 
de um encoder absoluto em função do número de bits 
do disco codificado. 
 
∆θ = 360° (8) 
 N 
2 
 
Onde: N é o número de bits ou trilhas do disco. 
 
 O disco do encoder pode ser codificado de 
varias maneiras diferentes, porém, existem dois 
códigos que são os mais utilizados: o código binário e o 
código de Gray. O código binário é amplamente 
utilizado nas aplicações para automação industrial e o 
código de Gray, possui como principal vantagem a que 
de uma posição para outra apenas um bit é alterado. Assim, fica possível encontrar 
erros provocados pôr ruídos elétricos ou eletromagnéticos através de software. 
 Podemos ainda, dividir os encoders absolutos em dois tipos: single turn e 
multi turn. Os encoders do tipo single turn repetem o código da posição a cada 360° 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 37
para uma volta do eixo. Normalmente estes encoders são fornecidos até a resolução de 
14 bits, ou seja, 16384 posições por volta, ou ainda, o menor ângulo que pode ser 
representado é o de 0,02I9°. Já os do tipo multi turn possuem discos codificados 
adicionais que permitem a leitura de varias voltas. A figura Abaixo pode nos dar uma 
idéia de como isto é realizado. 
 
 
Figura 35 – Disco codificado de um encoder absoluto multi-turn 
 
 A resolução do encoder absoluto é dada por contagem/revolução, isto é, se 
ele tiver no seu disco (encoder rotativo) 12 faixas para código de gray, então terá 2¹² 
combinações possíveis perfazendo um total de 4096 combinações. 
 Com relação à saída destes encoders podemos encontrar: saída paralela, 
saída serial ou comunicação em rede. Para os encoders com saída paralela, para cada 
bit existe um condutor, e o elemento de controle 
deverá obviamente possuir uma porta paralela 
para leitura destes sinais. Os encoders com saída 
serial são muito utilizados, pois a grande maioria 
dos processadores no mercado utilizam este 
sistema de transmissão de dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 38
Existem algumas vantagens, dentre as quais: 
 
 • Baixo custo em função do cabeamento; 
 • Maior velocidade de transmissão (até 1,5 G bps); 
 • Reduzido número de componentes; 
 • Maior imunidade a ruídos. 
 
 Os encoders com saída para comunicação em rede também são seriais, 
porém adotam protocolos amplamente conhecidos no mercado de automação, como pôr 
exemplo: CAN (Devicenet), Interbus, Profibus (DP) e entre outros. 
 
11.2 – Aplicações dos Encoders Absolutos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 As aplicações para este tipo de encoder seriam aquelas onde necessitamos 
fazer posicionamentos em uma única volta e que podem permanecer desativadas pôr 
um longo período de tempo, tais como: 
 
• Radares; 
• Telescópios; 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 39
• Guindastes; 
• Manipuladores; 
• Robôs; 
• Comportas; 
• Sistemas de nível; 
• Posicionamento de eixos; 
• Posicionamento de válvulas; 
• Mesas planas, etc. 
 
 
11.3 – Encoder Incremental 
 
 Nestes encoders cada deslocamento angular é representado pela geração de um 
pulso. É possível ainda determinar o sentido de rotação do eixo através do nônio ou de 
duas faixas regularmente defasadas (ver figura 36). Na verdade um circuito eletrônico 
poderá detectar o sentido de giro através de operações lógicas. O encoder incremental 
fornece normalmente dois pulsos quadrados defasados 
em 90º, que são chamados usualmente de canal A e 
canal B. A leitura de apenas um canal fornecendo 
somente a velocidade, enquanto que a leitura dos dois 
canais fornece também o sentido do movimento. Um 
outro sinal chamado de Z ou zero também está 
disponível e ele dá a posição absoluta zero do encoder. 
Este sinal é um pulso quadrado em a fase e a largura é 
as mesmas do canal A. 
Figura 36 – Encoder Incremental 
 
 A resolução é determinada através do número de pulsos que o encoder gera pôr 
volta ou pelo número de pulsos pôr rotação (PPR). A máxima resolução que 
encontrarmos para estes casos está pôr Volta de 10000 pulsos/rotação (podendo 
chegar a 40000 com alguns recursos adicionais), pois acima disto fica muito difícil 
construir ranhuras tão próximas umas das outras. 
 O que não devemos nunca esquecer é que a resolução do encoder deve ser 
igual, ou melhor, do que aquela requerida pela aplicação. 
Como todo transdutor o encoder incremental possui duas velocidades inerentes: a 
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mecânica e a eletrônica, que pôr sua vez impõem limites a velocidade de operação. A 
combinação de vários fatores tais como, rolamentos, freqüência de resposta, PPR 
para cada aplicação, também influencia nestas questões. De modo geral, a máxima 
velocidade de operação para um encoder incremental depende diretamente da 
aplicação. Podemos determinar a velocidade de operação para nina dada aplicação 
através da seguinte expressão: 
 
 f = PPR x n 
 60 
 
Onde: f é a freqüência de operação [Hz]; 
 PPR é a resolução do encoder; 
 n é a rotação [rpm]. 
 Para os terminais de saída é adotada uma terminologia própria. Os sinais são 
transmitidos utilizando circuitos de corrente continua, para que sejam atingidas altas 
velocidades de transmissão. Esta transmissão é feita pôr uma corrente que pode fluir do 
encoder para o circuito (NPN) ou do circuito para o encoder (PNP), embora a maioria 
dos encoders possa ser configurada em outros padrões, além do PNP ou NPN, tais 
como: Push Pull, Line Drive ou RS422. 
 Os encoders incrementais ainda podem ser unidirecionais ou bidirecionais ou 
ainda com sinal de referencia. Adicionalmente podem ser transmitidos também como 
sinal singular “sigle ended” ou com seus sinais complementares “diferenciais”. 
 
 Para a especificação de encoders incrementais devem ser informadas algumas 
características, que podemos dividir em: 
 
• Mecânicas: flange, diâmetro do eixo ou eixo vazado, máxima carga do 
eixo, pulsos pôr volta, velocidade, momento de inércia, temperatura de operação, 
proteção [IP], dimensões e tipo de conexão (elétrica). 
 
• Eletrônicas: freqüência, tipo de eletrônica, formato da saída, imunidade a 
ruído, proteçãodo circuito (inversão de polaridade, sobretensão, curto-circuito na saída) 
e alimentação. 
 
As aplicações para encoders incrementais abrangem vários processos entre os quais 
podemos citar: 
 
 
 
• Realimentação de sistemas digitais de controle de velocidade; 
• Maquinas de embalagens; 
• Ajustes de fusos para preparação de espessura de um produto; 
• Robôs; 
• Misturadores; 
• Mesas rotativas. 
 
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12 – Sensor de Umidade 
 
As medições de umidade é feitas desde o século XV com relação à atmosfera. 
Não é difícil se fazerem medições de umidade, a menos que se exija muita precisão e 
controle rigoroso. Há três métodos gerais para se medir a umidade relativa do ar: o 
psicrômetro, o sensor eletrônico e o ponto de orvalho. 
No método do psicrômetro é utilizado como sensor um fio de cabelo humano ou 
uma membrana animal que muda de dimensões com a umidade. Durante muitos anos 
estes elementos higromecânicos foram usados como indicadores e como chaves de 
controle. 
O sensor elétrico satisfaz a necessidade industrial quanto a velocidade, 
versatilidade, precisão e alta sensibilidade, usando massa pequena e componentes não-
metálicos. 
Onde é importante o teor real de água do ar, ou onde a condensação da umidade 
deve ser evitada, aplica-se com mais eficiência o controle do ponto de orvalho. 
 
12.1 – Sensor Eletrônico 
 
Um sensor eletrônico de umidade é um dispositivo de precisão capaz de detectar 
uma variação de 1% na umidade relativa. 
Um tipo de sensor eletrônico é constituído de duas grades de ouro entrelaçadas, 
estampadas sobre plástico e cobertas com uma complexa camada de sais 
higroscópicos. Conforme aumenta a umidade relativa (UR), a camada se torna mais 
condutiva e a resistência entre as grades diminui. A variação de resistência é calibrada 
em unidades de UR, e o controlador associado interpreta as variações de modo a ativar 
o equipamento adequado de controle de umidade. 
 
12.2 – Sensor Ponto de Orvalho 
 
Um tipo de sensor de ponto de orvalho consiste em eletrodos de fio bifilar, 
enrolados sobre uma luva de pano, que cobre um tubo oco ou carretel. (Bifilar significa 
um enrolamento de dois fios enrolados lado a lado, separados de uma distância 
uniforme). A luva de pano é impregnada com uma solução de cloreto de lítio e deixada 
secar. Os fios bifilares são ligados ao secundário de um transformador integral. Os 
eletrodos bifilares não estão interligados. Dependem da condutividade do cloreto de lítio 
atmosfericamente umedecido para que haja um fluxo de corrente. 
O cloreto de lítio possui duas características únicas que o tornam apropriado às 
medidas de ponto de orvalho. Ë altamente higroscópico, isto é, tem uma grande 
afinidade com o vapor d’água e tem uma habilidade inerente para manter-se em um 
valor constante pouco acima dos 11%, quando presente em uma atmosfera úmida e 
aquecida por uma corrente elétrica que o percorra. Para valores de 11% ou abaixo, o 
cloreto de lítio da luva seca-se e se transforma em sólido cristalino e não é condutor. 
Um segundo tipo de detector de ponto de orvalho usa uma câmara de 
observação onde é introduzida uma amostra de gás que contém vapor úmido. Um 
manômetro indica diretamente a relação entre a amostra do gás e a pressão 
atmosférica. A amostra de gás é mantida a uma pressão um pouco acima da 
atmosférica. Quando se abre uma válvula de operação, o gás escapa para a câmara de 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 42
observação e se expande à pressão atmosférica. Quando o gás é libertado acende-se 
uma lâmpada, de modo que quando o gás se resfria, abaixo do ponto de orvalho, forma-
se uma névoa característica na câmara. O procedimento é repetido de modo a 
estabelecer o ponto final ou o ponto de fuga da neblina. Este ponto final pode ser 
determinado com precisão quando medido pela relação de pressão do ponto de fuga. 
Outras técnicas do ponto de orvalho envolvem a observação da formação do 
orvalho sobre uma superfície polida, e diminuindo a temperatura por técnicas de 
refrigeração obtém-se um depósito de orvalho dos gases confinados. 
A medição e/ou controle da umidade é desejável ao se estabelecer um ambiente 
confortável ao homem (como as áreas de temperatura e umidade controladas para 
trabalhos especiais), em áreas de armazenamento, em gases comprimidos usados em 
instrumentação e trabalhos analíticos, em fornalhas de atmosfera controlada e em 
fornos de secagem. O controle da umidade é também essencial na indústria do papel, 
para que o mesmo possa ser calandrado na espessura correta e armazenado sem 
expansão dimensional. Sem o controle adequado da umidade, o papel poderia ser 
esticado no processo de calandragem e depois ser contraído até se quebrar. 
 
12.3 – Sensores Capacitivos de Umidade 
 
O tipo mais usado para medida de umidade relativa em higrômetros de uso 
doméstico, comercial ou industrial é o capacitivo. 
Este sensor é formado por uma folha de material não condutivo coberta nas duas 
faces por uma finíssima camada de ouro (condutor) numa estrutura que corresponde 
justamente a um capacitor plano. 
A construção desse capacitor, entretanto, é tal que a umidade do ar pode 
penetrar com facilidade no material dielétrico, alterando sua capacitância. Com a 
penetração da umidade a capacitância aumenta. 
Para um sensor típico, a capacitância se altera de aproximadamente 112 pF para 
uma umidade relativa de 10% para 144 pF para uma umidade relativa de 90% (que é a 
faixa de utilização do sensor). 
Para dar acesso à umidade ao dielétrico, o conjunto é montado num invólucro 
dotado de pequenos orifícios. 
 
 
Figura 37 - Sensor de temperatura e umidade 
 
 
 
 
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12.3.1 – Sensor de Umidade da Philips Components 
 
Com um número de catálogo bastante complicado para ser utilizado numa loja, o 
sensor 2322 691 90001 da Philips Components possui características que permitem sua 
utilização em higrômetros de boa precisão. Algumas publicações técnicas tratam este 
sensor como um "umidistor", mas não achamos que este seja um nome conveniente. 
 
As principais características deste sensor são: 
 
· Faixa de umidades medidas: 10% a 90% 
· Sensibilidade entre 12 e 75% de umidade relativa: 0,4 pF / % 
· Faixa de freqüências de operação : 1 kHz a 1 MHz 
· Tensão máxima AC ou DC: 15 V 
· Faixa de umidade para armazenamento: 0 a 100% 
· Faixa de temperatura de operação: 0 a 85 graus centígrados 
 
13 – Sensor de PH 
 
O princípio de funcionamento dos sensores de pH é muito simples. 
 
Figura 38 – Sensor de PH 
O bulbo de vidro detecta íons de H+ e gera uma corrente elétrica (59,2 mV por 
unidade de pH a 25 oC). O gel interno recebe a corrente elétrica (+) e transmite ao 
interior do sensor. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta a 
corrente e transmite ao cabo de conexão, que leva o sinal do sensor ao 
leitor/controlador. 
13.1 - Sensor de referência: 
 
Figura 39 – Sensor de Referência 
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O septo poroso isola o gel ou solução interna de KCl do meio externo. A 
concentração constante de íons de cloreto dentro do sensor gera uma corrente elétrica 
(-) com o fio de prata. O fio de prata pura (tratado com cloreto de prata AgCl) capta a 
corrente e transmite ao cabo de conexão, que leva o sinal do sensor ao 
leitor/controlador. 
 
 
Figura 40 – Sensores de PH 
 
13.2 – Sensor combinado de pH e referência 
 
Figura 41– Sensor Combinado 
Um sensor combinado consiste de um sensor de pH e um sensor de referência 
dentro de um mesmo corpo. 
13.3 – Aplicações típicas para estes sensores são: 
• Efluentes oleosos ou gordurosos; 
• Lodo calcário; 
• Refinamento de açúcar; 
• Emulsões; 
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• Lavagem de gases; 
• Coagulação de floculantes; 
• Fabricação de papel e celulose; 
• E muitas outras; 
 
13.4 – Especificações 
Banda de pH: 0 - 12 pH 
Banda de temperatura: 0 - 50 oC. 
Banda de pressão: 0 - 100 psi. 
Sensor de referência: Duplo septo poroso com Ag/AgCl 
 
14 – Interferômetro 
 
O interferômetro é um aparelho inventado pelo norte-americano Albert Michelson 
que permite calcular a velocidade da luz. 
 
Figura 42 – Interferômetro 
14.1 – Funcionamento 
 
O interferômetro de Michelson (1852 - 1931, prêmio Nobel em 1907), é a forma 
fundamental da grande variedade de interferômetros de 2 feixes. No esquema a seguir 
(fig.43), a luz vem expandida da fonte L, incide na placa paralela P, sofre uma refração 
até incidir na outra superfície semi-espelhada, aonde irá se dividir em 2 feixes, os quais 
irão atingir os espelhos A1 e A2 perpendicularmente. 
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Figura 43 - Esquema óptico do interferômetro 
 
Os retornos dos feixes irão atingir a face semi-espelhada da placa P, e as franjas 
de interferência podem ser vistas diretamente a olho nu, ou através de um telescópio F. 
Notar que a luz refletida por A2 passa através da placa P 3 vezes, enquanto que a luz 
refletida por A1 passa apenas 1 vez. A placa compensadora P1 é idêntica na espessura 
e no paralelismo à placa P. 
Sua inserção vai equalizar os caminhos dos dois feixes. 
Quando os espelhos estiverem a distâncias iguais e perpendiculares, o campo de 
interferência será uniforme. Quando as superfícies refletoras não estiverem 
perpendiculares, as franjas passam de circulares a linhas. Quanto maior a diferença 
entre as distâncias dos espelhos A1 e A2 à placa P, mais círculos concêntricos de 
interferência serão observados. Assim toda vez que o deslocamento do espelho móvel 
atingir um valor múltiplo de l /2, o valor da intensidade se repete. 
A presença das lâminas de vidro trazem também um sistema paralelo de 
reflexões na segunda face e conseqüentemente de franjas. A intensidade deste sistema 
secundário é fraca, e dificilmente é possível observá-lo. 
 
Figura 44 - Sugestão para o alinhamento 
 
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14.2 – Objetivos 
 
Familiarização c/ o instrumento e alinhamento de seus elementos. Uso do 
interferômetro para medidas precisas de pequenos deslocamentos, l de fontes 
monocromáticas, comparação de superfícies planas, medida de comprimento de 
coerência de diversas fontes luminosas e índice de refração de gases. 
 
14.3 - Procedimento experimental 
 
14.3.1 – Alinhamento 
 
O feixe direto emitido pelo Laser constitui um fino raio intenso, monocromático e 
coerente que facilita o alinhamento (fig.44). A idéia aqui é a de alinhar os espelhos de 
modo que a reflexão de cada um deles volte exatamente pelo mesmo caminho, o que 
pode ser verificado observando as reflexões sobre o cartão c/ furo. 
Quando os espelhos estão alinhados (Perpendiculares entre si) as duas reflexões 
sobre S, voltam passando pelo furo. 
Observe que o espelho A2 possue apenas 1 grau de liberdade e o espelho A1 
possue 2. Logo para que as reflexões retornem ao Laser, a reflexão do espelho 2 só 
pode ser ajustada deslocando todo o equipamento ( A base toda), só depois ajusta-se a 
reflexão do espelho 1 através dos parafusos. 
Na condição de alinhamento perfeito, devem-se observar círculos de 
interferência. Para ligeiros desalinhamentos se observam franjas aproximadamente 
retas e paralelas. Estas figuras de interferência são mais fáceis de se observar com uma 
fonte extensa ou com um feixe expandido. Por esta razão, depois do alinhamento inicial 
utilizamos uma lente divergente para expandir o feixe Laser, permitindo assim observar 
no anteparo o padrão de interferência. O ajuste é feito alinhando com cuidado o espelho 
1, de modo a se observar o padrão na forma de círculos. 
É importante lembrar que a distribuição luminosa do feixe Laser não é uniforme, 
mas sim Gaussiana, ou seja, mais intensa no centro do que nas bordas. Assim, o 
encontro da borda de um feixe com o centro de outro produz franjas de menor 
visibilidade. 
 
 
14.3.2 – Escala do parafuso micrométrico 
 
Devido à ordem de grandeza dimensional que é operada no interferômetro 
(350nm) é necessários um sistema mecânico que permita o deslocamento do espelho 
com bastante suavidade. 
Conforme pode ser observado no equipamento, o espelho é deslocado através de um 
sistema de redução por alavanca, conjugado com um parafuso micrométrico. 
A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm, e o espelho através da 
alavanca caminha aproximadamente 5 vezes menos ( Os equipamentos não são 
exatamente iguais). 
A cada duas voltas do parafuso, sua ponta desloca 1mm. (0,5mm por volta) 
A escala do tambor do parafuso divide 1mm em 100 partes (0.01 mm por divisão). 
 
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14.3.3 – Calibração do parafuso micrométrico 
 
Determinação da relação de redução 
R = D Lparafuso / D Lespelho ou 
R = no divisões parafuso /D Lespelho. I 
 
Iluminando o interferômetro com a luz extensa do Laser de He-Ne e inclinando 
levemente o espelho para se obter franjas quase retas, desloca-se o parafuso do 
espelho móvel um certo número de divisões e conta-se o número de franjas de 
interferência que passam pelo centro do campo de visão. 
 
Figura 45 - Sistema de redução dos movimentos 
 
Cada interferômetro possue uma razão de redução R entre os movimentos do 
parafuso micrométrico e o espelho móvel, o valor desta razão deverá ser determinada 
com precisão (Fazer várias leituras e depois um tratamento estatístico). 
Obs.1 - Cada franja que aparece ou desaparece no campo de visão, representa um 
deslocamento do espelho móvel de l/2. 
Obs. 2 - O Laser de He-Ne tem l = 632.8 nm (6328 A) 
 
14.3.4 – Determinação do l de uma fonte espectral 
 
Depois de conhecida a geometria do equipamento, é possível através de um 
processo inverso ao que foi feito, determinar-se o l de uma outra linha espectral, através 
da contagem das franjas interferométricas (R = D L parafuso / D L espelho). 
Substituindo-se o Laser por uma lâmpada espectral, selecione o l que se deseja 
determinar, interpondo um filtro para selecionar uma faixa desejada, coloque no suporte 
do interferômetro uma placa de vidro despolido para espalhar a luz e incline levemente o 
espelho móvel para tornar as franjas aproximadamente retas. As franjas não serão mais 
projetadas na parede, só poderão ser vistas diretamente no equipamento. 
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14.3.5 – Determinação do Dl das linhas do Na 
 
Substituindo-se a fonte de luz por uma lâmpada de sódio, coloque no suporte do 
interferômetro uma placa de vidro despolido para difundir a luz e incline levemente o 
espelho móvel para tornar as franjas mais ou menos retas. 
 
Figura 46 - Curva de contraste dos anéis 
 
Devido à proximidade dos ls das duas linhas amarelas do sódio, aparece um 
padrão de franjas cuja visibilidade aumenta e diminui periodicamente (Fig. 46) ao 
variarmos bastante a distância entre os espelhos através do parafuso micrométrico. 
Observando a distância que o espelho móvel caminha, determine T usando o DL 
do parafuso micrométrico e a R já aferida entre os máximos de contraste (ou mínimos 
que são mais fáceis de discriminar), para calcular o Dl das duas linhas amarelas do 
sódio . 
Obs. Para o cálculo usar o lmédio medido ou consultar uma tabela. 
 
14.4 – Resumo do roteiro sugerido 
 
a) - Alinhar o interferômetro (Observe os reflexos no Laser). 
b) - Encontrar as franjas de interferência usando-se o Laser de He-Ne com um 
expansor. 
c) - Contar aproximadamente 300 franjas, note que o erro será menor se o no de franjas 
coincidir com um no de divisões no parafuso completas e plotando um gráficode várias 
medidas. Determinar a razão de redução parafuso/espelho. 
d) - Usando a razão encontrada no item anterior, determine o l de alguma das linhas 
espectrais do Hg ou o lmédio do Na (Contar aproximadamente 200 franjas). Observe que 
as franjas não serão mais projetadas, e sim observadas dentro do equipamento - Usar 
um filtro p/ (selecionar a faixa espectral desejada). 
e) - Usando a lâmpada de Na, determine a diferença de comprimento de onda Dl do 
"dublet", não contar as franjas, apenas observar os ciclos de contraste. 
f) – Usando um Laser ou uma lâmpada de luz branca, encontre a condição de Diferença 
de caminho ótico nulo (DCON) onde haverá franjas policromáticas. 
g) – Determinar o índice de refração do ar. 
h) – Se a placa compensadora for removida, o que ocorrerá – explique. 
 
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14.4.1 – Medidas de pequenas diferenças de comprimento de onda 
 
A figura 47 representa num esquema resumido, alguns elementos importantes 
para a formação da figura de interferência pelo interferômetro de Michelson. 
S1 e S2 são as duas imagens virtuais, formadas pelos dois espelhos, da fonte de luz a 
ser analisada pelo instrumento. A figura de interferência, na forma de anéis concêntricos 
claros e escuros forma-se no anteparo A e é centrada no ponto P. Imaginemos agora 
que cada uma das fontes virtuais (de mesma potência) emita em duas freqüências muito 
próximas w1 e w 2, sendo w 1>w2. 
 
Figura 47 - Formação da figura de interferência 
 
Suponhamos que para a freqüência w1 a intensidade no ponto P seja máxima, o 
que implica (ver equações para o interferômetro) em: 
d = (m + 1/2) l1 m = 0,1,2,... (1) 
Onde d é à distância entre as duas imagens (S1 e S2) e l1 é o comprimento de onda 
associado à freqüência w1. 
Suponha que ao mesmo tempo em que isto acontece, a intensidade em P para a 
freqüência w2 seja mínima (zero), o que implica em: 
d = m l2 = 2m l2/2 m = 0,1,2,... (2) 
onde l2é o comprimento de onda associado à w2. 
Estas duas últimas equações, quando satisfeitas simultaneamente para a 
distância d significam que o anteparo está uniformemente iluminado pelas duas fontes, 
pois onde existe um mínimo de interferência para w2 (anel escuro), existirá um máximo 
para w1 (anel claro) e vice-versa. Chamaremos esta condição de condição de 
anticoincidência de anéis. 
Nesta condição, podemos afirmar que no comprimento d cabe exatamente um 
número ímpar de meios comprimentos de onda l1 e um número par de meio 
comprimento de onda l2. [Ver eqs. (1) e (2)]. 
Como a razão d/(l1/2) é um número ímpar, e d/(l2/2) é um número par, teremos 
evidentemente: 
[d/(l1/2)] - [d/(l2/2)] = número ímpar = N. (3). 
Se o espelho móvel do interferômetro for agora deslocado de tal forma que surja a nova 
condição de anti-coincidência, teremos: 
[d’/(l1/2)] - [d’/(l2/2)] = N + 2 (4) 
porquê N + 2 é o número ímpar mais próximo que se segue a N. Nesta equação, d’ é a 
nova distância entre as imagens virtuais S1 e S2. 
Subtraindo a eq. (3) da eq. (4) e fazendo D = d’- d, teremos: 
(2D/l1) - (2D/l2) = 2 . (5) 
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Como l1 = l m - Dl /2 e l2 = l m + Dl /2, onde lm = (l1 + l2)/2, e Dl = l2 - l1, deduz-se 
imediatamente que: 
D l»(lm)2/D (6) 
onde se considerou (Dl )2 » 0 devido D l<<lm. 
Finalmente, lembrando-se que ao se deslocar o espelho móvel de uma distância 
x qualquer a imagem se desloca de 2x, podemos escrever: 
D l» (lm)2/2T (7) 
onde T é a distância que o espelho do interferômetro efetivamente se move para que 
ocorram duas anti-coincidências sucessivas no anteparo. 
 
14.4.2 – Franjas de luz branca - Equalização dos dois braços do interferômetro 
(DCON) 
 
Deslocando-se o espelho móvel, ou seja, variando a distância entre os dois 
braços do interferômetro, pode-se observar que o tamanho dos anéis varia. Isto 
depende se a diferença de caminho óptico está aumentando ou diminuindo, (Se a 
diferença entre os dois diminui, o raio dos anéis aumenta) e pode, portanto ser 
aproveitada para achar o ponto, onde a diferença de caminho óptico é nula (DCON). 
Nesta situação o tamanho dos anéis é tão grande que não cabe mais no campo de 
observação. 
Retirando-se a lâmpada de Na, coloca-se uma lâmpada de luz branca com um 
filtro interferencial ( 5 nm de largura de passagem), o que torna a luz "quase" 
monocromática. 
Como na situação anterior, as franjas não serão projetadas, mas sim observadas 
diretamente no equipamento. 
Variando-se a posição do espelho móvel, quando se atinge a condição de DCON 
surgirão franjas, sendo que seu aparecimento e desaparecimento não são periódicos 
(Ocorrerá apenas uma vez). 
Na posição de máximo contraste, pode-se retirar o filtro deixando-se apenas a 
fonte de luz, que ainda haverá franjas, porém não mais monocromáticas, mas sim 
policromáticas (Apresenta apenas um máximo de visibilidade com uma franja preta e 
umas poucas coloridas de cada lado) ao se atingir exatamente o DCON. 
Note que ao substituir ou deslocar a fonte de luz, as franjas de interferência não mudam 
de posição. 
 
14.4.3 – Medida do índice de refração de gases 
 
 
Figura 48 - Esquema para a medida com gases 
 
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Para que seja possível fazer a medida do índice de refração de um gás, uma cela 
deve ser fixada firmemente no lado do braço variável do interferômetro, de modo que 
não haja nenhum movimento principalmente devido à tração das mangueiras (fig. 48). 
O interferômetro deverá ser alinhado com um Laser ou uma lâmpada de Hg até 
que as franjas se tornem circulares. 
Ligar a bomba de vácuo e abra a válvula lentamente para que haja tempo de registrar 
os dados até que o sistema esteja vazio, 
A sugestão do procedimento, é que um observador conte as franjas e outro anote a 
pressão do gás, o que pode ser feito a cada 5 franjas. 
Um termômetro poderá ser acoplado à cela para anotar variações de sua 
temperatura. A leitura do manômetro plotada com o número de franjas nos fornecerá 
uma reta de onde poderemos obter o valor dN/dP ( dN é a variação do no de franjas e o 
dP é variação de pressão). 
Se o comprimento da cela for l, a variação do caminho óptico com a admissão do gás de 
índice de refração n será de 2 l ( n -1 ) e o número de franjas contadas será de 2 l ( n-1 ) 
/l , 
onde l é o comprimento de onda da luz usada no experimento. 
 
 
 
O índice de refração do gás depende quase que inteiramente da densidade e não 
da pressão e da temperatura separadamente. 
Notar que somente as diferenças de pressão devem ser consideradas 
Um outro método, consiste em determinar o DCON antes de introduzir o gás na cela 
(cela com ar ou vácuo) , e o novo DCON com o gás a ser determinado, então a partir do 
deslocamento do espelho entre as duas situações, é possível calcular o índice de 
refração do gás. 
Para que as medidas sejam confiáveis não esquecer de: 
a) Desvios da lei de gás ideal assumida no modelo matemático. 
b) Mudança nas dimensões da cela devido à pressão atmosférica quando estiver em 
vácuo. 
c) Influência da umidade relativa do ar. 
d)Variações dimensionais do interferômetro durante as medidas. 
 
1155 -- SSeennssoorreess ddee TTeemmppeerraattuurraa 
 
O controle de temperatura é necessário em processos industriais ou comerciais, 
como a refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos de fusão (produção de 
metais e ligas, destilação fracionada (produção de bebidas e derivados de petróleo), 
usinas nucleares e aquecedores e refrigeradores domésticos (fornos elétricos e 
microondas, freezers e geladeiras)). 
 
 
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15.1 - Medição de temperatura com Termopar 
 
Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma 
de metais puros ou de ligas homogêneas. Os fios são soldadosem um extremo ao qual 
se dá o nome de junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é 
levada ao instrumento de medição de f.e.m. (força eletromotriz), fechando um circuito 
elétrico por onde flui a corrente. 
O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de 
medição é chamado de junta fria ou de referência. 
 
 
Figura 49 – Partes de um Termopar 
 
O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma f.e.m. Este 
princípio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para a 
medição de temperatura. Nas aplicações práticas o termopar apresenta-se 
normalmente conforme a figura acima. 
O sinal de f.e.m. gerado pelo gradiente de temperatura (∆T) existente entre as 
juntas quente e fria, será de um modo geral indicado, registrado ou transmitido. 
15.1.2 – Efeitos Termoelétricos 
 
Quando dois metais ou semicondutores dissimilares são conectados e as junções 
mantidas a diferentes temperaturas, quatro fenômenos ocorrem simultaneamente: o 
efeito Seebeck, o efeito Peltier, o efeito Thomson e o efeito Volta. 
A aplicação científica e tecnológica dos efeitos termoelétricos é muito importante e 
sua utilização no futuro é cada vez mais promissora. Os estudos das propriedades 
termoelétricas dos semicondutores e dos metais levam, na prática, à aplicação dos 
processos de medições na geração de energia elétrica (bateria solar) e na produção de 
calor e frio. O controle de temperatura feito por pares termoelétricos é uma das 
importantes aplicações do efeito Seebeck. 
Atualmente, busca-se o aproveitamento industrial do efeito Peltier, em grande 
escala, para obtenção de calor ou frio no processo de climatização ambiente. 
 
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15.1.2.1 – Efeito termoelétrico de Seebeck 
 
O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeck 
quando ele notou que em um circuito fechado, formado por dois condutores diferentes A 
e B, ocorre uma circulação de corrente enquanto existir um diferença de temperatura 
∆T entre as suas junções. Denominamos a junta de medição de Tm, e a outra, junta de 
referência de Tr. A existência de uma f.e.m. térmica AB no circuito é conhecida como 
efeito Seebeck. Quando a temperatura da junta de referência é mantida constante, 
verifica-se que a f.e.m. térmica é uma função da temperatura Tm da junção de teste. 
Este fato permite utilizar um par termoelétrico como um termômetro. 
 
Figura 50 – Efeito Termoelétrico Seebeck 
 
O efeito Seebeck se produz pelo fato de que os elétrons livres de um metal 
diferem de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando dois condutores 
diferentes são conectados para formar duas junções e estas são mantidas a diferentes 
temperaturas, a difusão dos elétrons nas junções se produz a ritmos diferentes. 
 15.1.2.2 – Efeito termoelétrico de Peltier 
 
Em 1834, Peltier descobriu que, dado um par termoelétrico com ambas as 
junções à mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior, produz-se uma 
corrente no termopar, as temperaturas das junções variam em uma quantidade não 
inteiramente devida ao efeito Joule. Esta variação adicional de temperatura é o efeito 
Peltier. O efeito Peltier produz-se tanto pela corrente proporcionada por uma bateria 
exterior como pelo próprio par termoelétrico. 
 
 
Figura 51 – Efeito Termoelétrico Peltier 
 
O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma 
junção, sendo independente da temperatura da outra junção.O calor Peltier é reversível. 
Quando se inverte o sentido da corrente, permanecendo constante o seu valor, o calor 
Peltier é o mesmo, porém em sentido oposto. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 55
15.1.2.3 – Efeito termoelétrico de Thomson 
 
Em 1854, Thomson conclui, através das leis da termodinâmica, que a condução 
de calor, ao longo dos fios metálicos de um par termoelétrico, que não transporta 
corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura em cada fio. 
Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição de temperatura em 
uma quantidade não inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variação adicional na 
distribuição da temperatura denomina-se efeito Thomson. 
O efeito Thomson depende do metal de que é feito o fio e da temperatura média 
da pequena região considerada. Em certos metais há absorção de calor, quando uma 
corrente elétrica flui da parte fria para a parte quente do metal e que há geração de calor 
quando se inverte o sentido da corrente. Em outros metais ocorre o oposto deste efeito, 
isto é, há liberação de calor quando uma corrente elétrica flui da parte quente para a 
parte fria do metal. Conclui-se que, com a circulação de corrente ao longo de um fio 
condutor, a distribuição de temperatura neste condutor se modificará, tanto pelo calor 
dissipado por efeito Joule, como pelo efeito Thomson. 
15.1.2.4 – Efeito termoelétrico de Volta 
 
A experiência de Peltier pode ser explicada através do efeito Volta enunciado a 
seguir: 
“Quando dois metais estão em contato a um equilíbrio térmico e elétrico, existe entre 
eles uma diferença de potencial que pode ser da ordem de Volts”. 
Esta diferença de potencial depende da temperatura e não pode ser medida 
diretamente. 
15.1.3 – Leis Termoelétricas 
 
Da descoberta dos efeitos termoelétricos partiu-se através da aplicação dos 
princípios da termodinâmica, a enunciação das três leis que constituem a base da teoria 
termoelétrica nas medições de temperatura com termopares, portanto, fundamentados 
nestes efeitos e nestas leis, podemos compreender todos os fenômenos que ocorrem na 
medida de temperatura com estes sensores. 
15.1.3.1 – Lei do circuito homogêneo 
 
“A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoelétrico de dois metais 
diferentes, com suas junções as temperaturas T1 e T2, é independente do gradiente de 
temperatura e de sua distribuição ao longo dos fios". Em outras palavras, a f.e.m. 
medida depende única e exclusivamente da composição química dos dois metais e 
das temperaturas existentes nas junções. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 56
 
Figura 52 – Lei do circuito homogêneo 
 
Um exemplo de aplicação prática desta lei é que podemos ter uma grande 
variação de temperatura em um ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, 
que esta não influirá na f.e.m. produzida pela diferença de temperatura entre as 
juntas, portanto, pode-se fazer medidas de temperaturas em pontos bem definidos com 
os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura entre as juntas. 
15.1.3.2 – Lei dos metais intermediários 
 
“A soma algébrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um número 
qualquer de metais diferentes é zero, se todo o circuito estiver à mesma temperatura". 
Deduz-se daí que um circuito termoelétrico, composto de dois metais diferentes, a f.e.m. 
produzida não será alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito, um metal 
genérico, desde que as novas junções sejam mantidas a temperaturas iguais. 
 
 
Figura 53 – Lei dos metais Intermediário 
 
 
Onde se conclui que: 
 
T3 = T4 --> E1 = E2 
T3 = T4 --> E1 = E2 
 
Um exemplo de aplicação prática desta lei é a utilização de contatos de latão 
ou cobre, para interligação do termopar ao cabo de extensão no cabeçote. 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 57
15.1.3.3 – Lei das temperaturas intermediárias 
 
 
 
Figura 54 – Lei das Temperaturas Intermediaria 
 
“A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e 
diferentes entre si, com as suas junções às temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a 
soma algébrica da f.e.m. deste circuito, com as junções às temperaturas T1 e T2 e a 
f.e.m. deste mesmo circuito com as junções as temperaturas T2e T3”. 
Um exemplo prático da aplicação desta lei, é a compensação ou correção da 
temperatura ambiente pelo instrumento receptor de milivoltagem. 
 
15.1.4 – Correlação da F.E.M. em Função da Temperatura 
 
Visto que a f.e.m. gerada em um termopar depende da composição química dos 
condutores e da diferença de temperatura entre as juntas, isto é, a cada grau de 
variação de temperatura, podemos observar uma variação da f.e.m. gerada pelo 
termopar, podemos, portanto, construir uma tabela de correlação entre temperatura e a 
f.e.m., por uma questão prática padronizou-se o levantamento destas curvas com a 
junta de referência à temperatura de 0°C. 
 
Figura 55 – Gráfico de Temp X mV 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 58
Essas tabelas foram padronizadas por diversas normas internacionais e 
levantadas de acordo com a Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968 
(IPTS-68), recentemente atualizada pela ITS-90, para os termopares mais utilizados. 
A partir dessas tabelas podemos construir um gráfico conforme a figura a seguir, 
onde está relacionadas a milivoltagem gerada em função da temperatura, para os 
termopares segundo a norma ANSI, com a junta de referência a 0°C. 
15.1.5 – Tipos e Características dos Termopares 
 
Existem várias combinações de dois metais condutores operando como 
termopares. As combinações de fios devem possuir uma relação razoavelmente linear 
entre temperatura e f.e.m. devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudança de 
temperatura, que seja detectável pelos equipamentos normais de medição. 
Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de Ligas Metálicas, desde os 
mais corriqueiros de uso industrial, até os mais sofisticados para uso especial ou restrito 
a laboratório. 
Essas combinações foram feitas de modo a se obter uma alta potência 
termoelétrica, aliando-se ainda as melhores características como homogeneidade dos 
fios e resistência a corrosão, na faixa de utilização, assim cada tipo de termopar tem 
uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha 
a maior vida útil do mesmo. Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber: 
 
- Termopares Básicos 
- Termopares Nobres 
- Termopares Especiais 
 15.1.5.1 – Termopares básicos 
 
São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são 
de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior. 
15.1.5.1.1 – TIPO T 
 
Nomenclaturas: 
 T - Adotado pela Norma ANSI 
CC - Adotado pela Norma JIS 
Cu - Co 
Cobre - Constantan 
Liga: (+) Cobre - (99,9 %) 
 (-) Constantan - São as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu (50 %) 
e Ni (35 %). A composição mais utilizada para este tipo de termopar é de Cu (58 %) e 
Ni (42 %). 
Características: 
Faixa de utilização: - 200 °C a 370 °C 
F.e.m. produzida: - 5,603 mV a 19,027 mV 
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Aplicações: Criometria (baixas temperaturas), Indústrias de refrigeração, 
Pesquisas agronômicas e ambientais, Química e Petroquímica. 
15.1.5.1.2 – TIPO J 
 
Nomenclaturas: 
J - Adotada pela Norma ANSI 
IC - Adotada pela Norma JIS 
Fe-Co 
Ferro - Constantan 
Liga: (+) Ferro - (99,5 %) 
 (-) Constantan - Cu (58 %) e Ni (42 %), normalmente se produzem o ferro a partir 
de sua característica casa-se o constantan adequado. 
Características: 
Faixa de utilização: -40 °C a 760 °C 
F.e.m. produzida: - 1,960 mV a 42,922 mV 
Aplicações: Centrais de energia, Metalúrgica, Química, Petroquímica, indústrias 
em geral. 
 
15.1.5.1.3 – TIPO E 
 
Nomenclatura: 
E - Adotada pela Norma ANSI 
CE - Adotada pela Norma JIS 
NiCr-Co 
Liga: (+) Chromel - Ni (90 %) e Cr (10 %) 
 (-) Constantan - Cu (58 %) e Ni (42 %) 
Características: 
Faixa de utilização: -200 °C a 870 °C 
F.e.m. produzida: - 8,824 mV a 66,473 mV 
Aplicações: Química e Petroquímica 
 
15.1.5.1.4 – TIPO K 
 
Nomenclaturas: 
K - Adotada pela Norma ANSI 
CA - Adotada pela Norma JIS 
Liga: (+) Chromel - Ni (90 %) e Cr (10 %) 
 (-) Alumel - Ni (95,4 %), Mn (1,8 %), Si (1,6 %), Al (1,2 %) 
Características: 
Faixa de utilização: - 200 °C a 1260 °C 
F.e.m. produzida: - 5,891 mV a 50,99 mV 
Aplicações: Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, 
Vidros, Cerâmica, Indústrias em geral. 
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15.1.5.2 - Termopares nobres 
 
São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo 
elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência 
termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos 
fios dos termopares. 
 
15.1.5.2.1 – TIPO S 
 
Nomenclaturas: 
S - Adotada pela Norma ANSI 
Pt Rh 10 % - Pt 
Liga: (+) Platina 90% Rhodio 10 % 
 (-) Platina 100 % 
 
Características: 
Faixa de utilização: 0 °C a 1600 °C 
F.e.m. produzida: 0 mV a 16,771 mV 
Aplicações: Siderúrgica, Fundição, Metalúrgica, Usina de Cimento, Cerâmica, 
Vidro e Pesquisa Científica. 
 
Observação: É utilizado em sensores descartáveis na faixa de 1200 a 1768 °C, para 
medição de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições. 
15.1.5.2.2 – TIPO R 
 
Nomenclaturas: 
R - Adotada pela Norma ANSI 
PtRh 13 % - Pt 
Liga: (+) Platina 87 % Rhodio 13 % 
 (-) Platina 100 % 
Características: 
Faixa de utilização: 0 °C a 1600 °C 
F.e.m. produzida: 0 mV a 18,842 mV 
Aplicações: As mesmas do tipo S 
15.1.5.2.3 – TIPO B 
 
Nomenclaturas: 
B - Adotada pela Norma ANSI 
PtRh 30 % - PtRh 6 % 
Liga: (+) Platina 70 % Rhodio 30 % 
 (-) Platina 94 % Rhodio 6 % 
Características: 
Faixa de utilização: 600 a 1700 °C 
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F.e.m. produzida: 1,791 mV a 12,426 mV 
Aplicações: Vidro, Siderúrgica, alta temperatura em geral. 
15.1.5.3 – Termopares especiais 
 
Ao longo dos anos, os tipos de termopares produzidos oferecem, cada qual, uma 
característica especial, porém, apresentam restrições de aplicação, que devem ser 
consideradas. 
Novos tipos de termopares foram desenvolvidos para atender as condições de 
processo onde os termopares básicos não podem ser utilizados. 
 
15.1.5.3.1 – Tungstênio – Rhênio 
 
Esses termopares podem ser usados continuamente até 2300 °C e por curto 
período até 2750 °C. 
 
15.1.5.3.2 – Irídio 4 0 % - Rhodio / Irídio 
 
Esses termopares podem ser utilizados por períodos limitados até 2000 °C. 
 
15.1.5.3.3 – Platina - 4 0% Rhodio / Platina - 2 0 % Rhodio 
 
Esses termopares são utilizados em substituição ao tipo B onde temperaturas um 
pouco mais elevadas são requeridas. Podem ser usados continuamente até 1600 °C e 
por curto período até 1800 °C ou 1850 °C. 
 
15.1.5.3.4 – Ouro-Ferro / Chromel 
 
Esses termopares são desenvolvidos para trabalhar em temperaturas 
criogênicas. 
 
15.1.5.3.5 – Nicrosil / Nisil 
 
Basicamente, este novo par termoelétrico é um substituto para o par tipo K, 
apresentando uma força eletromotriz um pouco menor em relação ao tipo K. 
15.1.6 – Correção da Junta de Referência 
 
As tabelas existentes da f.e.m. gerada em função da temperatura para os 
termopares, têm fixado a junta de referência a 0 °C ( ponto de solidificação da água ), 
porém nas aplicações práticas dos termopares junta de referência é considerada nos 
terminais do instrumento receptor e esta se encontra a temperatura ambiente que é 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 62
normalmente diferente de 0 °C e variável com o tempo, tornando assim necessário que 
se faça uma correção da junta de referência, podendo esta ser automática ou manual 
Os instrumentos utilizados para medição de temperatura com termopares 
costumam fazer a correção da junta de referência automaticamente, sendo um dos 
métodos utilizados, a medição datemperatura nos terminais do instrumento, através de 
circuito eletrônico, sendo que este circuito adiciona a milivoltagem que chega aos 
terminais, uma milivoltagem correspondente a diferença de temperatura de 0 °C à 
temperatura ambiente. 
Existem também alguns instrumentos em que a compensação da temperatura é 
fixa em 20 °C ou 25 °C. Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor 
fixo, o instrumento indicará a temperatura com um erro que será tanto maior quanto 
maior for a diferença de temperatura ambiente e do valor fixo. 
 
Figura 56 – Termopar Tipo K 
 
É importante não esquecer que o termopar mede realmente a diferença entre as 
temperaturas das junções. Então para medirmos a temperatura do ponto desejado 
precisamos manter a temperatura da junção de referência invariável. 
 
 
Figura 57 – Leitura Termopar 
 
 FEM = JM - JR 
 FEM = 2,25 - 1,22 
 FEM = 1,03 mV � 20 °C 
 
Esta temperatura obtida pelo cálculo está errada, pois o valor da temperatura 
correta que o meu termômetro tem que medir é de 50 °C. 
 
FEM = JM - JR 
FEM = 2,25 - 1,22 
FEM = 1,03 mV + a mV correspondente a temperatura ambiente para fazer a 
compensação automática, portanto: 
 
FEM= mV JM – mV JR + mV CA (Compensação automática) 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 63
FEM = 2,25 - 1,22 + 1,22 
FEM = 2,25 mV � 50 °C 
A leitura agora está correta, pois 2,25 mV corresponde a 50 °C que é a 
temperatura do processo. 
Hoje em dia a maioria dos instrumentos fazem a compensação da junta de 
referência automaticamente. A compensação da junta de referência pode ser feita 
manualmente. Se Pega o valor da mV na tabela correspondente a temperatura 
ambiente e acrescenta-se ao valor de mV lido por um milivoltímetro. 
15.1.7 – Fios de Compensação e Extensão 
 
Na maioria das aplicações industriais de medição de temperatura, através de 
termopares, o elemento sensor não se encontra junto ao instrumento receptor. 
Nestas condições torna-se necessário que o instrumento seja ligado ao termopar, 
através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em função da temperatura 
similar aquela do termopar, afim de que no instrumento possa ser efetuada a correção 
na junta de referência. 
Definições: 
 
1- Convenciona-se chamar de fios aqueles condutores constituídos por um eixo 
sólido e de cabos aqueles formados por um feixe de condutores de bitola menor, 
formando um condutor flexível. 
 
2- Chama-se de fios ou cabos de extensão aqueles fabricados com as mesmas 
ligas dos termopares a que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX, EX e KX. 
 
3- Chama-se de fios ou cabos de compensação àqueles fabricados com ligas 
diferentes das dos termopares a que se destinam, porém que forneçam, na faixa de 
utilização recomendada, uma curva da força eletromotriz em função da temperatura 
equivalente à desses termopares. Exemplo: Tipo SX e BX. 
 
Os fios e cabos de extensão e compensação são recomendados na maioria dos 
casos para utilização desde a temperatura ambiente até um limite máximo de 200 °C. 
15.1.8 – Erros De Ligação 
Usando fios de cobre 
 
Geralmente na aplicação industrial, é necessário que o termopar e o instrumento 
encontrem-se relativamente afastados, por não convir que o aparelho esteja 
demasiadamente próximo ao local onde se mede a temperatura.Nestas circunstâncias 
deve-se, processar a ligação entre os terminais do cabeçote e o aparelho, através de 
fios de extensão ou compensação. 
Tal procedimento é executado sem problemas desde que, o cabeçote onde estão 
os terminais do termopar e o registrador, estejam a mesma temperatura de medição. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 64
 
 
 
Vejamos o que acontece quando esta norma não é obedecida. 
 
Figura 58 – Erro de ligação utilizando fio de cobre 
 
Uma solução simples é que normalmente é usada na prática, será a inserção de 
fios de compensação entre o cabeçote e o registrador. Estes fios de compensação em 
síntese, nada mais são que outros termopares cuja função é compensar a queda da 
FEM que aconteceu no caso estudado, ocasionada pela diferença de temperatura entre 
o cabeçote e o registrador. 
Vejamos o que acontece se, no exemplo anterior, ao invés de cobre usamos um 
fio compensado. A figura mostra de que maneira se processa a instalação. 
 
Figura 59 – Ligação utilizando fio Compensado 
 
Como no caso acima, a FEM efetiva no cabeçote é de 20,74 mV. Dela, até o 
registrador, são utilizados fios de extensão compensados, os quais adicionam a F.E.M. 
uma parcela igual a 0,57 mV, fazendo assim com que chegue ao registrador uma FEM 
efetiva de 22,26 mV. Este valor corresponderá a temperatura real dentro do forno (538 
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°C ). A vantagem desta técnica provém do fato de que os fios de compensação, além de 
terem custo menor que os fios do termopar propriamente dito, também são mais 
resistentes. 
Inversão simples 
 
Conforme o esquema a seguir, os fios de compensação foram invertidos. 
Assume-se que o forno esteja a 538 °C, o cabeçote a 38 °C e o registrador a 24 
°C. Devido a diferença de temperatura entre o cabeçote e o registrador, será gerada 
uma FEM de 0,57 mV. Porém em virtude da simples inversão, o fio positivo está ligado 
no borne negativo do registrador e vice-versa. Isto fará com que a FEM produzida ao 
longo do circuito se oponha àquela do circuito de compensação automática do 
registrador. Isto fará com que o registrador indique uma temperatura negativa. 
 
Figura 60 – Inversão Simples 
Inversão dupla 
 
No caso a seguir, consideramos o caso da existência de uma dupla inversão, isto 
acontece com freqüência, pois, quando uma simples inversão é constatada, é comum 
pensar-se que uma nova troca de ligação dos terminais compensará o erro. Porém isto 
não acontece, e a única maneira de solucionar o problema será efetuar uma ligação 
correta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 61 – Inversão Dupla 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 66
15.1.9 - Termopares e Acessórios 
 
As figuras 3.26 à 3.28 ilustram termopares convencionais, em sua montagem, com 
e sem isoladores, cabeçote típico em conjunto com bloco de ligação e proteção de 
termopares. 
 
Figura 3.26 – Termopares convencionais 
 
Figura 3.27 – Cabeçote e bloco de ligação 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 67
Figura 3.28 – Poços de proteção para termopares 
 
Os termopares são, geralmente, montados dentro de tubos de proteção metálicos 
para torná-los resistentes a eventuais choques mecânicos e corrosão ou abrasão do 
fluído. 
 
15.1.10 – Termopar de Isolação Mineral 
 
O termopar de isolação mineral é constituído de um ou dois pares termoelétricos, 
envolvidos por um pó isolante de óxido de magnésio, altamente compactado em uma 
bainha externa metálica. Devido a esta construção, os condutores do par termoelétrico 
ficam totalmente protegidos contra a atmosfera exterior, conseqüentemente a 
durabilidade do termopar depende da resistência a corrosão da sua bainha e não da 
resistência a corrosão dos condutores. Em função desta característica, a escolha do 
material da bainha é fator importante na especificação destes. 
 
 15.1.10.1 – Vantagens dos termopares de isolação mineral 
Figura 62 – Termopar de Insolação Mineral 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 68
A. Estabilidade Na Força Eletromotriz 
A estabilidade da FEM do termopar é caracterizada em função dos condutores 
estarem completamente protegidos contra a ação de gases e outras condições 
ambientais, que normalmente causam oxidação e conseqüentemente perda da FEM 
gerada. 
 
B. Resistência Mecânica 
O pó muito bem compactado, contido dentro da bainha metálica, mantém os 
condutores uniformemente posicionados, permitindoque o cabo seja dobrado achatado, 
torcido ou estirado, suporte pressões externas e choque térmico, sem qualquer perda 
das propriedades termoelétricas. 
 
C. Dimensão Reduzida 
O processo de fabricação permite a produção de termopares de isolação mineral, 
com bainhas de diâmetro externo até 1,0 mm, permitindo a medida de temperatura em 
locais que não eram anteriormente possíveis com termopares convencionais. 
 
D. Impermeabilidade a Água , Óleo e Gás 
A bainha metálica assegura a impermeabilidade do termopar a água, óleo e gás. 
E. Facilidade De Instalação 
A maleabilidade do cabo, a sua pequena dimensão, longo comprimento grande 
resistência mecânica, asseguram facilidade de instalação, mesmo nas situações mais 
difíceis. 
 
F. Adaptabilidade 
A construção do termopar de isolação mineral permite que o mesmo seja tratado 
como se fosse um condutor sólido. Em sua capa metálica podem ser montados 
acessórios, por soldagem ou brasagem e quando necessário, sua seção pode ser 
reduzida ou alterada em sua configuração. 
 
G. Resposta Mais Rápida 
A pequena massa e a alta condutividade térmica do pó de óxido de magnésio 
proporcionam ao termopar de isolação mineral um tempo de resposta que é virtualmente 
igual ao de um termopar descoberto de dimensão equivalente. 
 
H. Resistência A Corrosão 
As bainhas podem ser selecionadas adequadamente para resistir ao ambiente 
corrosivo. 
 
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I. Resistência De Isolação Elevada 
O termopar de isolação mineral tem uma resistência de isolação elevada, numa 
vasta gama de temperaturas, a qual pode ser mantida sob condições mais úmidas. 
 
J. Blindagem Eletrostática 
A bainha do termopar de isolação mineral, devidamente aterrada, oferece uma 
perfeita blindagem eletrostática ao par termoelétrico. 
 
15.1.11 – Associação de Termopares 
Associação série 
 
Podemos ligar os termopares em série simples para obter a soma das mV 
individuais. É a chamada termopilha. Este tipo de ligação é muito utilizada em 
pirômetros de radiação total, ou seja, para soma de pequenas mV. 
 
 
Figura 63 – Termopares ligados em Série 
 
O instrumento de medição pode ou não compensar a mV da junta de referência. 
Se compensar deverá compensar uma mV correspondente ao no. De termopares 
aplicados na associação. 
 
Exemplo: Três termopares � mVJR = 1 mV � compensa 3 mV 
Associação série – oposta 
 
Para medir a diferença de temperatura entre 2 pontos ligamos os termopares em 
série oposta. 
O que mede maior temperatura vai ligado ao positivo do instrumento. 
Os termopares sempre são do mesmo tipo. Exemplo: 
 
Os termopares estão medindo 56 °C e 50 °C respectivamente, e a diferença será 
medida pelo milivoltímetro. 
 
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Figura 64 – Termoresistencia ligada em série oposta 
 
 FEM T = FEM2 – FEM1 56 °C = 2,27 mV 
 FEM T = 2,27 - 2,022 50 °C = 2,022 mV 
 FEM T = 0,248 mV = 6 °C 
 
Não é necessário compensar a temperatura ambiente desde que as juntas de 
referência estejam a mesma temperatura. 
Associação em paralelo 
 
Ligando 2 ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento, teremos a 
média das mV geradas nos diversos termopares se as resistências internas foram 
iguais. 
 
15.2 – Medição de Temperatura por termo-resistência 
 
Os métodos de utilização de resistências para medição de temperatura iniciaram-
se ao redor de 1835, com Faraday, porém só houve condições de se elaborar as 
mesmas para utilização em processos industriais a partir de 1925. 
 
Esses sensores adquiriram espaço nos processos industriais por suas condições 
de alta estabilidade mecânica e térmica, resistência à contaminação, baixa índice de 
desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. 
Devido a estas características, esse sensor é padrão internacional para a medição 
de temperatura na faixa de -270 °C a 660 °C. em seu modelo de laboratório. 
 
15.2.1 – Princípio de Funcionamento 
 
Os bulbos de resistência são sensores que se baseiam no princípio de variação da 
resistência em função da temperatura. Os materiais mais utilizados para a fabricação 
destes tipos de sensores são a platina, cobre ou níquel, que são metais que apresentam 
características de: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 71
 
a) Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade do sensor. 
b) Ter alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura. 
c) Ter rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos. 
 
A equação que rege o fenômeno é a seguinte: 
 
Para faixa de -200 a 0 oC: 
Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 + C . T3 . ( T – 100 ) ] 
Para faixa de 0 a 850 oC: 
Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T2 ] 
 
onde: 
Rt = resistência na temperatura T (Ω) 
R0= resistência a 0 oC (Ω) 
T = temperatura (oC ) 
A, B, C = coeficientes inerentes do material empregado. 
A = 3,90802. 10-3 
B = -5,802. 10-7 
C = -4,2735 . 10-12 
 
O número que expressa a variação de resistência em função da temperatura é 
chamado de alfa (α) e se relaciona da seguinte forma: 
 
R
RR oo
0
.100
01
−
=α 
 
Um valor típico de alfa para R100 = 138,50 Ω é de 3,850. 10-3 Ω . Ω-1. oC-1 
segundo a DIN-IEC 751/85. 
15.2.2 – Construção Física Do Sensor 
 
O bulbo de resistência se compõe de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni, 
com diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização. 
As termorresistências de Ni e Cu têm sua isolação normalmente em esmalte, seda, 
algodão ou fibra de vidro. Não existe necessidade de proteções mais resistentes à 
temperatura, pois acima de 300 °C o níquel perde suas propriedades características de 
funcionamento como termorresistência e o cobre sofre problemas de oxidação em 
temperaturas acima de 310 °C. 
 
Os sensores de platina, devido a suas características, permitem um funcionamento 
até temperaturas mais elevadas, têm seu encapsulamento normalmente em cerâmica 
ou vidro. A este sensor são dispensados maiores cuidados de fabricação, pois, apesar 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 72
da Pt não restringir o limite de temperatura de utilização, quando a mesma é utilizada 
em temperaturas elevadas, existe o risco de contaminação dos fios. 
Para utilização como termômetro padrão, os sensores de platina são 
completamente desapoiados do corpo de proteção. A separação é feita por isoladores, 
espaçadores de mica, conforme desenho abaixo. Esta montagem não tem problemas 
relativos à dilatação, porém é extremamente frágil. 
Os medidores parcialmente apoiados têm seus fios introduzidos numa peça de 
alumina de alta pureza com fixador vítreo. É um meio termo entre resistência a vibração 
e dilatação térmica. 
A versão completamente apoiada pode suportar vibrações muito mais fortes, 
porém sua faixa de utilização fica limitada a temperaturas mais baixas, devido à 
dilatação dos componentes. 
 
 
 
Figura 65 – Construção Física do Sensor 
 
15.2.3 – Características da Termo-resistência De Platina 
 
As termo-resistências Pt - 100 são as mais utilizadas industrialmente, devido a 
sua grande estabilidade, larga faixa de utilização e alta precisão. Devido a alta 
estabilidade das termorresistências de platina, as mesmas são utilizadas como padrão 
de temperatura na faixa de -270 °C a 660 °C. A estabilidade é um fator de 
grande importância na indústria, pois é a capacidade do sensor manter e 
reproduzir suas características ( resistência - temperatura ) dentro da faixa 
especificada de operação. 
Outro fator importante num sensor Pt 100 é a repetibilidade, que é a característica 
de confiabilidade da termorresistência. Repetibilidade deve ser medida com leitura de 
temperaturas consecutivas, verificando-se a variação encontrada quando de mediçãonovamente na mesma temperatura. 
O tempo de resposta é importante em aplicações onde à temperatura do meio em 
que se realiza a medição está sujeito a mudanças bruscas. 
 Considera-se constante de tempo como tempo necessário para o sensor reagir a 
uma mudança de temperatura e atingir 63,2 % da variação da temperatura. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 73
Figura 66 – Termo-Resistência de Platina 
 
Na montagem tipo isolação mineral, tem-se o sensor montado em um tubo 
metálico com uma extremidade fechada e preenchido todos os espaços com óxido de 
magnésio, permitindo uma boa troca térmica e protegendo o sensor de choques 
mecânicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata ou níquel isolado entre si, 
sendo a extremidade aberta, selada com resina epóxi, vedando o sensor do ambiente 
em que vai atuar. 
Este tipo de montagem permite a redução do diâmetro e apresenta rápida 
velocidade de resposta. 
 
 
Vantagens: 
 
a) Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outro tipo de 
sensores. 
b) Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação. 
c) Dispensa utilização de fiação especial para ligação. 
d) Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente. 
e) Têm boas características de reprodutibilidade. 
f) Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. 
 
Desvantagens: 
 
a) São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. 
b) Deterioram-se com mais facilidades, caso haja excesso na sua temperatura 
máxima de utilização. 
c) Temperatura máxima de utilização 630 °C. 
d) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada 
para indicar corretamente. 
e) Alto tempo de resposta. 
15.2.4 – Princípio de Medição 
 
As termorresistências são normalmente ligadas a um circuito de medição tipo 
Ponte de Wheatstone, sendo que o circuito encontra-se balanceado quando é 
respeitada a relação R4.R2 = R3.R1 e desta forma não circula corrente pelo detector de 
nulo, pois se esta relação é verdadeira, os potenciais nos pontos A e B são idênticos. 
Para utilização deste circuito como instrumento de medida de termorresistência, teremos 
as seguintes configurações: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 74
 
 
 
Figura 67 – Configuração da Termo-Resistência 
 
 
 
15.2.4.1 – Ligação a 2 fios 
 
Como se vê na figura, dois condutores de resistência relativamente baixa RL1 e 
RL2 são usados para ligar o sensor Pt-100 (R4) à ponte do instrumento de medição. 
Nesta disposição, a resistência R4 compreende a resistência da Pt-100 mais a 
resistência dos condutores RL1 e RL2. Isto significa que os fios RL1 e RL2 a menos que 
sejam de muito baixa resistência, podem aumentar apreciavelmente a resistência do 
sensor. 
 
 
Figura 68 – Termo-Resistência ligada a 2 Fios 
 
Tal disposição resultará em erro na leitura da temperatura, a menos que algum 
tipo de compensação ou ajuste dos fios do sensor de modo a equilibrar esta diferença 
de resistência. Deve-se notar que, embora a resistência dos fios não se altere em 
função do tamanho dos fios uma vez já instalado, os mesmos estão sujeitos às 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 75
variações da temperatura ambiente, o que introduz uma outra possível fonte de erro na 
medição. 
O método de ligação a dois fios, somente deve ser usado quando o sensor 
estiver á uma distância de aproximadamente 3 metros. 
Concluindo, neste tipo de medição a 2 fios, sempre que a temperatura ambiente 
ao longo dos fios de ligação variar, a leitura de temperatura do medidor introduzirá um 
erro, devido a variação da resistência de linha . 
 
15.2.4.2 – Ligação a 3 fios 
 
Este é o método mais utilizado para termorresistências na indústria. Neste circuito 
a configuração elétrica é um pouco diferente, fazendo com que a alimentação fique o 
mais próximo possível do sensor, permitindo que o RL1 passe para o outro braço da 
ponte, balanceando o circuito. Na ligação a 2 fios, as resistências de linha estavam em 
série com o sensor, agora na ligação a 3 fios elas estão separadas. 
 
 
Figura 69 – Termo-Resistência ligada a 3 fios 
 
Nesta situação, tem-se a tensão EAB, variando linearmente em função da 
temperatura da PT-100 e independente da variação da temperatura ambiente ao longo 
dos fios de ligação. Este tipo de ligação garante relativa precisão mesmo com grandes 
distâncias entre elemento sensor e circuito de medição. 
 
15.3 – Medição de temperatura por radiação 
 
Ao se medirem temperaturas em que o contato físico com o meio é impossível ou 
impraticável, faz-se uso da pirometria óptica ou de radiação térmica. 
Um corpo aquecido emite energia mesmo que esteja no vácuo. Esta energia, a 
radiação térmica, é transportada por ondas eletromagnéticas, como a energia luminosa, 
mas com predominância de freqüências bem menores que as do espectro visível, 
enquanto o corpo está à temperatura não muito elevada. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 76
À medida que se aquece um corpo, a partir de temperaturas da ordem de 500 °C, 
o corpo começa a ficar visível porque começa a emitir radiações que tem uma fração 
apreciável com freqüência de luz: o espectro visível. 
Ainda assim a maior parte da intensidade da radiação tem freqüência localizada na 
região do infravermelho. 
Se pudéssemos aquecer indefinidamente o corpo, ele passaria do rubro para o 
branco e para o azul, Isto indica que a predominância da intensidade de radiação 
emitida dentro do espectro visível corresponde a freqüências crescentes à medida que a 
temperatura do corpo é elevada. 
15.3.1 – Radiação Eletromagnética 
 Hipóteses de Maxwell 
 
Os trabalhos científicos de Coulomb, Ampère, Faraday e outros estabeleceram os 
princípios da Eletricidade. Na década de 1860, o físico escocês Maxwell desenvolveu 
uma teoria matemática, na qual generalizou estes princípios. 
 Considerando que na indução eletromagnética um campo magnético variável 
induz uma força eletromotriz, o que é característico de um campo elétrico, Maxwell 
apresentou as seguintes hipóteses: 
 
1 – Um campo magnético variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo elétrico 
e inversamente, 
2 – Um campo elétrico variável é equivalente, nos seus efeitos, a um campo magnético. 
 
 Com essas hipóteses, Maxwell generalizou, matematicamente, os princípios da 
Eletricidade. A verificação experimental de sua teoria só foi possível quando se 
considerou um novo tipo de onda, as chamadas ondas eletromagnéticas. Essas ondas 
surgem como conseqüência de dois efeitos: um campo magnético variável produz um 
campo elétrico, e um campo elétrico variável produz um campo magnético. Esses dois 
campos em constantes e recíprocas induções propagam-se pelo espaço. 
Ondas eletromagnéticas 
 
 As ondas ocorrem quando uma perturbação originada em uma região pode ser 
reproduzida nas regiões adjacentes em um instante posterior. 
 De acordo com Maxwell, se em um ponto P produzirmos um campo 
elétrico variável E, ele induzirá um campo magnético B variável com o tempo e com a 
distância ao ponto P. Além disso, o vetor B variável induzirá um vetor E, que também 
varia com o tempo e com a distância do campo magnético variável. Esta indução 
recíproca de campos magnéticos e elétricos, variáveis com o tempo e com a distância, 
torna possível a propagação desta seqüência de induções através do espaço. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 77
 
Figura 70 – Propagação das Ondas Eletromagnéticas no espaço 
 
 Portanto, uma perturbação elétrica no ponto P, devida à oscilação de cargas 
elétricas, por exemplo, se propaga a pontos distantes através da mútua formação de 
campos elétricos e magnéticos variáveis. Maxwell estabeleceu equações para a 
propagação desta perturbação, mostrando que ela apresentava todasas características 
de uma onda: refletindo, refratando, difratando e interferindo. Por isto, denominou-a 
ondas ou radiações eletromagnéticas. 
 
 Espectro eletromagnético 
 
 Hoje, sabemos que existe uma variação ampla e contínua nos comprimentos 
de onda e freqüência das ondas eletromagnéticas. 
No quadro abaixo, temos um resumo dos diversos tipos de ondas eletromagnéticas, 
chamado espectro eletromagnético; as freqüências estão em hertz e os comprimentos 
de onda, em metros. 
 
 
 
Figura 71 – Espectro eletromagnético 
 
Analisando esse quadro, observamos que luz, ondas de rádio e raios X, são nomes 
dados a certas faixas de freqüência e comprimentos de onda do espectro 
eletromagnético. Cada nome caracteriza uma faixa, na qual as ondas são emitidas e 
recebidas de um modo determinado. Por exemplo, a luz, de comprimentos de onda em 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 78
torno de 10-6 m, pode ser percebida através de seu efeito sobre a retina, provocando a 
sensação de visão; mas, para detectar ondas de rádio, cujo comprimento de onda varia 
em torno de 105 m a 10-1 m, precisamos de equipamentos eletrônicos. 
 
15.1.2 – Teoria da Medição de Radiação 
 
Em 1860, Gustav Kirchoff demonstrou a lei que estabelecia a igualdade entre 
a capacidade de um corpo em absorver e emitir energia radiante. Essa lei é 
fundamental na teoria da transferência de calor por radiação. Kirchoff também propôs o 
termo "corpo negro" para designar um objeto que absorve toda a energia radiante 
que sobre ele incide. 
 
Tal objeto, em conseqüência, seria um excelente emissor. 
 
 
Figura 72 – Gráfico da Radiação 
 
Em 1879, Joel Stefan enunciou, a partir de resultados experimentais, a lei que 
relaciona a radiância de um corpo com a sua temperatura. A radiância, W, é a potência 
da radiação térmica emitida, por unidade de área da superfície do corpo emissor. 
Ludwig Boltzmann chegou, em 1884, às mesmas conclusões através da termodinâmica 
clássica, o que resultou na chamada Lei de Stefan-Boltzmann: 
 
W= ε . δ .T4 
 
Onde: 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 79
W = energia radiante ( Watts/m2) 
 δ = Constante de Stefan-Boltzmann (5,7 .10 -8 .W.K4) 
 m2 
 T = Temperatura absoluta 
 ε = Emissividade 
 
Para o corpo negro a máxima emissividade é igual a um. Portanto: 
 
 
 W = δδδδ .T4 
 
 
Embora o corpo negro seja uma idealização, existem certos corpos como laca 
preta, placas ásperas de aço, placas de asbesto, com poder de absorção e de 
emissão de radiação térmica tão altos que podem ser considerado idênticos ao 
corpo negro. 
O corpo negro é considerado, portanto, um padrão com o qual são comparadas as 
emissões dos corpos reais. 
Quando, sobre um corpo qualquer ocorrer à incidência de irradiação, teremos uma 
divisão dessa energia em três parcelas: 
 
 
 
W = WA + WR + WT 
 Onde: 
 
 W = energia Incidente 
 WA = energia absorvida 
 WR = energia refletida 
 WT = energia transmitida 
 
 Sendo: 
 
- Absorvidade : α = WA 
 W 
- Refletividade: δ = WR 
 W 
- Transmissividade: τ = WT 
 W Figura 73 – Radiação em um Corpo 
 
Somando-se os três coeficientes para um mesmo comprimento de onda temos: 
α + δ + τ = 1 
 
Para materiais opacos, τ = 0. 
Normalmente a absorvidade é denominada "emissividade" que simbolizaremos por 
εεεε , e é influenciada por vários fatores. Os principais são: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 80
 
a) Acabamento superficial: as superfícies polidas têm uma baixa absorvidade 
porque a refletividade é alta. 
b) Natureza do material. 
c) Temperatura da superfície: quando esta aumenta a emissividade também 
aumenta. 
 
De acordo com Lei de Kirchoff existe uma igualdade entre a capacidade de um 
corpo em absorver a energia incidente e sua capacidade de reemiti-la. Chama-se a esta 
última de “emissividade”, a qual pode ser assim definida: 
 
“A emissividade é a relação entre a energia irradiada, em um dado comprimento de 
onda, por um corpo qualquer e um corpo negro à mesma temperatura”. 
 
 
ε = W (corpo qualquer) 
 W (corpo negro) 
 
Assim definida, a emissividade assume sempre valores entre 0 e 1, sendo 
numericamente iguais à fração de radiação absorvida pelo corpo . Considerando a 
radiação térmica emitida pelo corpo negro , como composta de ondas eletromagnéticas 
e obtido experimentalmente o seu espectro em função da temperatura, estava 
constituído o desafio aos físicos teóricos: explicar este espectro a partir de sua causa 
microscópica. 
Uma onda eletromagnética de rádio ou televisão é emitida por uma antena que 
essencialmente se constitui de cargas oscilantes, isto é, um oscilador eletromagnético. 
No caso da radiação emitida por um corpo “as antenas” eram consideradas os 
osciladores microscópios provenientes da oscilação de cargas moleculares devido à 
vibração térmica no interior do corpo. Num sólido, a uma determinada temperatura, as 
diversas moléculas oscilariam nas diversas freqüências, emitindo a radiação com o 
espectro estudado. 
Em 1901, o físico alemão Max PlancK publicou os resultados do seu estudo da 
radiação térmica, onde satisfazia todos os requisitos conceituais experimentais da 
radiação do corpo negro. 
15.3.3 – Pirômetros Ópticos 
 
O pirômetro óptico é o dispositivo oficial reconhecido internacionalmente para 
medir temperaturas acima de 1064,43 °C. É usado para estabelecer a Escala 
Internacional Prática de Temperatura acima de 1064,43 °C. 
O pirômetro óptico mede a intensidade de energia radiante emitida numa faixa 
estreita do comprimento de onda do espectro visível. A intensidade da luz no espectro 
visível emitida por um objeto quente varia rapidamente com sua temperatura. Assim, 
com uma pequena variação da temperatura há uma variação muito maior na 
luminosidade, o que fornece um meio natural para a determinação de temperaturas com 
boa precisão. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 81
O pirômetro óptico é um instrumento com o qual a luminosidade desconhecida de 
um objeto é medida comparando-a com a luminosidade conhecida de uma fonte padrão. 
Os 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 da fonte. 
- Variando a luminosidade aparente do corpo quente através de dispositivos ópticos 
enquanto uma corrente constante atravessa o filamento da lâmpada padrão que 
permanece com brilho constante. 
A comparação do brilho entre a fonte a ser medida e o filamento da lâmpada é feita 
por um observador, o que faz com que essa medida dependa, portanto, da 
sensibilidade do olho humano às diferenças no brilho entre duas fontes da mesma cor . 
 
Figura 74 – Pirômetro Óptico 
 
Ao considerar-se uma aplicação deve-se levar em consta 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 5500 °C. 
- As medidas efetuadas com pirômetros ópticos são independentes da distância entre a 
fonte e o aparelho, além de que são providos de um conjunto de lentes que aproxima o 
objetivo a ser medido. 
- Em uso industrial, consegue-se uma precisão de até ± 2%. 
- Devido à medida de temperatura ser baseado na emissividade da luz (brilho), erro 
significativo pode ser criado, devido à reflexão de luz ambiente pela fonte a ser 
medida. 
- Quando o meio onde se executa a medida possui partículas em suspensão, causando 
assim umadiminuição da intensidade da luz proveniente da fonte, diminuindo a 
precisão da medição. 
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15.3.4 – Radiômetro Ou Pirômetros De Radiação 
 
Os radiômetros (ou pirômetros de radiação) operam essencialmente segundo a lei 
de Stefan-Boltzmann. São os sistemas mais simples, neles a radiação é coletada por 
um arranjo óptico fixo e dirigida a um detetor do tipo termopilha (associação em série - 
ver figura abaixo) ou do tipo semicondutor nos mais modernos, onde gera um sinal 
elétrico no caso da termopilha ou altera o sinal elétrico no caso do semicondutor. 
Como não possuem mecanismo de varredura próprio, o deslocamento do campo 
de visão instantâneo é realizado pela movimentação do instrumento como um todo. Os 
radiômetros são em geral portáteis, mas podem ser empregados também no controle de 
processos a partir de montagens mecânicas fixas ou móveis. 
Graças à utilização de microprocessadores, os resultados das medições podem 
ser memorizados para o cálculo de temperaturas e seleção de valores. 
A apresentação dos resultados é normalmente feita através de mostradores 
analógicos e digitais, podendo ainda ser impressa em papel ou gravada em fita 
magnética para posterior análise. Alguns radiômetros são diretamente conectados com 
unidades de controle ou registradores através de interface analógica/digital. 
 
 
 
Figura 75 – Radiometros 
 
 
Os radiômetros são usados industrialmente onde: 
 
- As temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares. 
- A atmosfera do processo for prejudicial aos pares termoelétricos, causando medidas 
falsas e pequena durabilidade ao par. 
- No interior de fornalhas a vácuo ou pressão, onde os sensores de temperatura 
danificam o produto. 
- O objeto cuja temperatura se vai medir está em movimento. 
- Em locais onde os termopares não podem ser instalados, por causa de vibrações, 
choques mecânicos ou impossibilidade de montagem. 
 
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Ao considerar-se uma aplicação deve-se levar em conta os seguintes dados: 
 
- A temperatura do alvo e a temperatura normal de operação. 
- O sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do 
sistema óptico esteja preenchido totalmente pelo mesmo. 
- O material da fonte e sua emitância. 
- Ângulos de visada com aplicações em corpo não negro (deve-se restringir o ângulo 
para uma visada de 45°, ou menos, da perpendicular). 
- As condições do ambiente, temperatura e poeira. 
- Velocidade do alvo. 
 
Os radiômetros operam numa faixa entre -30 °C a 4000 °C, respondendo em 0,1 
ou 0,2 segundos a 98% da mudança de temperatura com precisão de ± 1% da faixa 
medida. 
 
Figura 76 – Construção de um Radiômetros 
 
16 – SSeennssoorreess ddee VVeelloocciiddaaddee 
 
Empregam-se nos controles e medidores de velocidade de motores dentro de 
máquinas industriais, eletrodomésticos como videocassete e CD, unidades de disquetes 
e Winchesters de computadores, na geração de eletricidade (garantindo a freqüência da 
CA), entre outros. 
 
1166..11 –– TTaaccooggeerraaddoorr 
 
É um pequeno gerador elétrico de CC, com campo fornecido por imã. A tensão 
gerada, pela Lei de Faraday é proporcional à velocidade com que o fluxo magnético é 
cortado pelo enrolamento do rotor. Assim, o Tacogerador é um transdutor mecânico 
elétrico linear. 
V = K n 
 
K é uma constante que depende do campo do imã, do número de espiras e 
pólos e das dimensões do rotor; n é a rotação do eixo (por minuto, rpm, ou segundo, 
rps). 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 84
A polaridade da tensão gerada depende do sentido de rotação. 
 
 
 
 
Figura 77 – Construção Taco Gerador 
 
1166..22 –– IInntteerrrruuppttoorr ddee LLââmmiinnaass 
 
Conhecido como reed-switch (em inglês), compõe-se de duas lâminas de ferro 
próximas, dentro de um pequeno envoltório de vidro. Ao se aproximar um imã ou 
solenóide as duas lâminas se encostam, fechando os contatos externos. 
Instalando-se um imã na periferia de uma roda, que gira poucos mm em frente ao 
interruptor de lâminas, este fechará os contatos a cada volta. Se este for ligado a uma 
tensão contínua, gerará pulsações numa freqüência proporcional à rotação da roda. 
Além de seu uso como sensor de velocidade, é encontrado em alarmes, 
indicando porta ou janela fechada (um imã é instalado nesta, e o reeds-witch no 
batente), e em sensores de fim-de-curso, em máquinas industriais, gavetas de toca-
discos CD e videocassete, etc. 
 
1166..33 –– SSeennssoorreess ÓÓppttiiccooss 
 
Empregam foto-diodos ou foto-transistor e uma fonte luminosa, lâmpada, LED ou 
laser. Há dois tipos básicos: 
 
- Sensor de reflexão 
- Interrupção de luz. 
 
NNoo sseennssoorr ddee rreefflleexxããoo um feixe luminoso atinge um disco com um furo ou marca 
de cor contrastante, que gira. O sensor recebe o feixe refletido, mas na passagem do 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 85
furo a reflexão é interrompida (ou no caso de marca de cor clara a reflexão é maior), e é 
gerado um pulso pelo sensor. 
 
OO sseennssoorr ddee iinntteerrrruuppççããoo ddee lluuzz usa também um disco com furo, e a fonte de luz 
e o sensor ficam em lados opostos. Na passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, 
gerando um pulso. 
A freqüência destes pulsos é igual à velocidade, em rps, nos dois tipos. 
As vantagens destes sensores são o menor tamanho e custo, a maior 
durabilidade e a leitura à distância. É usado em sistemas de controle e tacômetros 
portáteis. 
 
1177 –– SSeennssoorreess ddee VVaazzããoo 
 
A medição de vazão é definida, no seu sentido mais amplo, como a determinação 
da quantidade de líquido, gás ou sólido que passa em um determinado local por unidade 
de tempo. Pode também ser definida como a quantidade total de fluido movimentado. 
A quantidade total movimentada pode ser medida em unidades de volume (litros, 
mm3, cm3, m3, galões, pés cúbicos) ou em unidades de massa (g, kg, toneladas, 
libras). A vazão instantânea é dada por uma das unidades acima, dividida por uma 
unidade de tempo (litros/min, m3/hora, galões/min). No caso de gases e vapores, a 
vazão instantânea pode ser expressa em kg/h ou em m3/h. Quando se mede a vazão 
em unidades de volume, devem ser especificadas as "condições-base" consideradas. 
Assim, no caso de líquidos, é importante indicar que a vazão se considera "nas 
condições de operação", ou a 0°C, 20°C, ou a outra temperatura qualquer. Na medição 
de gases, é comum indicar a vazão em Nm3/h (normais metros cúbicos por hora, ou 
seja, à temperatura de 0°C e à pressão atmosférica) ou em SCFM (pés cúbicos 
standard por minuto - temperatura 60°F e 14,696 psia de pressão atmosférica). 
 
Vale dizer que: 
 
 1 m3 = 1000 litros 1 galão (americano) = 3,785 litros 
= 0,0283168 m3 1 libra = 0,4536 kg 
 
 
17.1 - Tipos de Medidores de Vazão 
 
Existem dois tipos de medidores de vazão: os medidores de quantidade e os 
medidores volumétricos. 
 
17.1.1 - Medidores de Quantidade 
 
São aqueles que, a qualquer instante, permitem saber que quantidade de fluxo 
passou, mas não a vazão do fluxo que está passando. Exemplo: bombas de gasolina, 
hidrômetros, balanças industriais, etc. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 86
Os medidores de quantidade podem ser classificados em: medidores de 
quantidade por pesagem e medidores de quantidade volumétrica. 
Os medidores de quantidade por pesagem são utilizados para medição de 
sólidos, 
como as balanças industriais. 
Os de quantidade volumétrica são aqueles que o fluido, passando em 
quantidades sucessivas pelo mecanismo de medição faz com que o mesmo acione o 
mecanismo de indicação. Estes medidores são utilizados comoos elementos primários 
das bombas de gasolina e dos hidrômetros. Exemplos: disco mutante, tipo pistão, tipo 
pás giratórias, tipo nódulos rotativo, etc, ilustrados pela figura 4.1. 
 
 
 
 
 
Figura 4.1 – Tipos de medidores de quantidade 
 
 
17.1.2 - Medidores Volumétricos 
 
São aqueles que exprimem a vazão por unidade de tempo. 
 
17.1.2.1 - Medição de Vazão por Pressão Diferencial 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 87
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários 
colocados na tubulação de forma tal que o fluido passe através deles. A sua função é 
aumentar a velocidade do fluido diminuindo a área da seção em um pequeno 
comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode, então, ser medida a 
partir desta queda (Figura 4.2). 
Figura 4.2 – Medição de vazão por pressão diferencial 
Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por ∆P é que os mesmos 
podem ser aplicados a uma grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos 
gases e líquidos, inclusive fluidos com sólidos em suspensão, bem como fluidos 
viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Um inconveniente 
deste tipo de medidor é a perda de carga que este causa ao processo, sendo a placa de 
orifício o dispositivo que provoca a maior perda de carga "irrecuperável" (de 40 a 80% 
do ∆P gerado). 
 
 
17.2.1.2 - Instalação e Método de Medição de Vazão por ∆∆∆∆p 
 
Na indústria, o método mais utilizado para medir vazão pelo princípio da pressão 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 88
diferencial variável é através da placa de orifício. Uma instalação típica de medição por 
placa de orifício pode ser observada na figura 4.4. 
Figura 4.4 – Método de medição de vazão por ∆p para gases 
 
Podemos representar esquematicamente esta malha de medição através do 
fluxograma mostrado pela figura 4.5: 
 
 
Figura 4.5 – Fluxograma de uma malha de medição de vazão 
 
Partindo-se da Equação Geral de Bernoulli, conclui-se que a vazão só irá variar 
em função de , pois todos os outros parâmetros são constantes. Desta forma, 
podemos simplificar a expressão da vazão por: 
 
Onde 
 
 Q = Vazão 
 k = Constante que depende de fatores como: 
 - Relação entre orifício e tubulação 
 - Características do fluido 
 ∆P = Diferença entre as pressões a montante a jusante da placa de orifício. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 89
É importante observar que o ∆P varia quadraticamente em função da vazão Q, 
conforme ilustrado pela figura 4.6 e a tabela 4.1. 
Figura 4.6 – Diferença quadrática entre ∆P e a vazão 
 
 
Vazão ∆P 
0,0 0,0 
50,0 25,0 
70,7 50,0 
86,6 75,0 
100,0 100,0 
 
Tabela 4.1 – Comparação de valores entre ∆P e a vazão 
Supondo o fluxograma mostrado na Figura 4.7, sabe-se que esta malha possui 
como características: Vazão máxima de 10 m3/h e o ∆P produzido com esta vazão é de 
2500 mmH20. Como saber o sinal de saída do transmissor (FT) calibrado de 3 a 15 psi, 
quando a vazão for 8 m3/h ? 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 90
 
Figura 4.7 – Fluxograma de uma malha de vazão sem extração de raiz quadrada 
 
Determinação do k: 
 
Para vazão máxima: 
 
 
Portanto: 
 
Então: 
 
 
 
 
 
Outro método de trabalho baseia-se no cálculo em porcentagem adotando-
se k = 10. 
 
Então: 
 
 8 m3/h equivale a 80% da vazão. 
 
Portanto: 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 91
 
 
O sinal de saída de um transmissor de vazão por pressão diferencial variável 
altera-se linearmente em função do ∆P e quadraticamente em função da vazão. 
Portanto, quando é acoplado um indicador para fazer a leitura de vazão vinda do 
transmissor, sua escala deve ser quadrática para termos leitura direta. Para linearizar o 
sinal de saída do transmissor em função de vazão, faz-se necessário o uso de um 
extrator de raiz quadrada, conforme mostrado no fluxograma da figura 4.8. 
 
Figura 4.8 – Fluxograma de uma malha de vazão com extrator de raiz quadrada 
 
A pressão de entrada no extrator (EFY) é linearmente proporcional ao ∆P e a 
pressão de saída do extrator (SFY), é linearmente proporcional à vazão Q. A tabela 4.2 
mostra esta relação. 
 
Q (%) SFY (psi) EFY (psi) ∆P (%) 
0 3 3 0 
50 9 6 25 
..... ..... ..... ..... 
100 15 15 100 
 
Tabela 4.2 – Relação da vazão x ∆P com o extrator de raiz quadrada 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 92
 
Portanto: 
 
Supondo que na entrada do extrator a pressão seja 10,68 psi, qual a pressão em 
sua saída? 
 
4.2.2.4. Placa de Orifício 
 
Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão 
diferencial, o mais simples e mais comum é a placa de orifício. Consiste em uma placa 
precisamente perfurada, a qual é instalada perpendicularmente ao eixo da tubulação. A 
figura 4.9, ilustra, com um detalhe em corte, uma placa de orifício montada entre os 
flanges. 
 
Figura 4.9 – Placa de orifício montada entre flanges 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 93
17.2.1.3 - Tubo Venturi 
 
O tubo Venturi combina dentro de uma unidade simples, uma curta garganta 
estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre dois flanges 
numa tubulação. 
Figura 4.13 – Tubo de Venturi 
O propósito do tubo de Venturi é acelerar o fluido e temporariamente baixar sua 
pressão estática. A recuperação de pressão é bastante eficiente, como pode ser visto na 
Figura 4.13, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento 
de pressão e quando o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz 
um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual 
à sua garganta. 
Em geral, utilizam-se quatro furos espaçados de 90° em torno do tubo para fazer 
a tomada de pressão. Eles são interligados por meio de um anel, chamado anel 
piezométrico, que é destinado a obter a média das pressões em torno do ponto de 
medição. Na figura 4.14 podem ser vistos detalhes de construção de um tubo de 
Venturi. 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 94
Figura 4.14 – Detalhes de construção de um dispositivo Venturi 
 
Onde: 
 
 D = Diâmetro interno da tubulação 
 d = diâmetro da garganta 
 a = Localização da tomada de impulso de alta pressão. 
 0,25D a 0,75D para 4" < D < 6" 
 0,25D a 0,50D para 6" < D < 32" 
 b = Localização da tomada de baixa pressão = "d"/2 
 c = comprimento da garganta igual a "d" 
 δ = Diâmetro interno da tomada de impulso 3/16 a 1/2" 
 r1 = 0 a 1,375D 
 r2 = 3,5 a 3,75D 
 α1=21°f2° 
 α2 = 5° a 15° 
 
 
17.2.2 - Medidores de Vazão por ∆∆∆∆P Constante (área variável) 
 
Os dispositivos de pressão diferencial até agora considerados têm por base 
restrições de dimensão fixa, e a pressão diferencial criada através deles modifica-se 
com a vazão. Existem, contudo, dispositivos nos quais a área da restrição pode ser 
modificada para manter constante o diferencial de pressão enquanto muda a vazão. Um 
exemplo deste tipo de medidor é o rotâmetro. 
 
17.2.2.1 - Rotâmetros 
 
Rotâmetros são medidores de vazão por área variável, nos quais um flutuador 
varia sua posição dentro de um tubo cônico, proporcionalmente à vazão do fluido. 
Basicamente, um rotâmetro consiste de duas partes: 
 
• Um tubo de vidro de formato cônico, o qual é colocado verticalmente na 
tubulação em que passará o fluido cuja vazão queremos medir. A extremidade maior do 
tubo cônico ficará voltada para cima. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof.Edcarlo) 95
• No interior do tubo cônico, teremos um flutuador que se moverá verticalmente 
em função da vazão medida. 
A figura 4.20 mostra detalhes de um rotâmetro típico. 
 
Figura 4.20 - Rotâmetro 
 
17.2.2.2 - Princípio de Funcionamento 
 
O fluido passa através do tubo, da base para o topo. Quando não há vazão, o 
flutuador permanece na base do tubo e seu diâmetro maior é usualmente selecionado 
de tal maneira que bloqueie a pequena extremidade do tubo, quase que completamente. 
Quando a vazão começa e o fluido atinge o flutuador, o empuxo torna o flutuador 
mais leve, porém, como o flutuador tem uma densidade maior que a do fluido, o empuxo 
não é suficiente para levantar o flutuador. 
 
A área de passagem oferece resistência à vazão e a queda de pressão do fluido 
começa a aumentar. Quando a pressão diferencial, somada ao efeito de empuxo do 
líquido, excede a pressão devido ao peso do flutuador, o flutuador sobe e flutua na 
corrente fluida. 
Com o movimento ascendente do flutuador em direção à parte mais larga do 
tubo, a área anular, entre a parede do tubo de vidro e a periferia do flutuador, aumenta. 
Como a área aumenta, o diferencial de pressão, devido ao flutuador, decresce. O 
flutuador ficará em equilíbrio dinâmico quando a pressão diferencial, através do flutuador 
somada ao efeito do empuxo, contrabalançar o peso do flutuador. 
Qualquer aumento na vazão movimenta o flutuador para a parte superior do tubo 
de vidro e a diminuição causa uma queda a um nível mais baixo. Cada posição do 
flutuador corresponde a um valor determinado de vazão e somente um. É necessário 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 96
colocar uma escala calibrada na parte externa do tubo, e a vazão poderá ser 
determinada pela observação direta da posição do flutuador. 
Mantendo-se a temperatura e viscosidade constantes, conclui-se que a vazão 
varia linearmente com a área de passagem e, assim, teremos uma escala de leitura 
também linear. 
 
17.2.2.3 - Tipos de Flutuadores 
 
Os Flutuadores podem ter vários perfis de construção. Na Figura 4.21, podem ser 
vistos os tipos mais utilizados: 
 
• Esférico (1) - Para baixas vazões e muita incerteza; sofre uma influência 
considerável da viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Plano (2) - Para vazões médias e elevadas; Sofre uma 
influência média da viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Saliente de Face Inclinada para o Fluxo (3) - Sofre menor 
influência da viscosidade do fluido. 
• Cilindro com Bordo Saliente contra o Fluxo (4) - Sofre a mínima influência da 
viscosidade do fluido. 
Figura 4.21 – Tipos de flutuadores 
 
17.2.2.4 - Material do Flutuador 
 
O material mais empregado nos flutuadores é o aço inox 316. Na indústria, no 
entanto, para satisfazer outras exigências como resistência à corrosão, abrasão e 
outras, utilizam-se outros tipos de materiais. A tabela 4.4 a seguir apresenta diversos 
materiais empregados em flutuadores. 
 
MATERIAIS 
Inox 
316 
Alumínio Bronze 
Duri
met 
Hastello
y B 
Hastelloy C 
Mon
el 
Níquel Tântalo 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 97
Teflo
n 
Inox 303 Titânio 
 
Tabela 4.4 – Materiais mais empregados nos flutuadores 
 
Obs: Os rotâmetros são montados verticalmente na tubulação do fluido cuja 
vazão se quer medir, de maneira que o fluido seja dirigido de baixo para cima. 
 
17.2.3 - Medidores Especiais de Vazão 
 
Os principais medidores especiais de vazão são: medidores magnéticos de vazão 
com eletrodos, tipo turbina, tipo Coriolis, Vortex e Ultra-sônico. 
 
17.2.3.1 - Medidor Eletromagnético de Vazão 
 
O medidor magnético de vazão é seguramente um dos medidores mais flexíveis 
e universais dentre os métodos de medição de vazão. Sua perda de carga é equivalente 
a de um trecho reto de tubulação, já que não possui qualquer obstrução. É virtualmente 
insensível à densidade e à viscosidade do fluido de medição. 
 
Medidores magnéticos são, portanto, ideais para medição de produtos químicos 
altamente corrosivos, fluidos com sólidos em suspensão, lama, água, polpa de papel. 
Sua aplicação estende-se desde saneamento até indústrias químicas, papel e celulose, 
mineração e indústrias alimentícias. A única restrição, em princípio, é que o fluido tem 
que ser eletricamente condutivo. Tem, ainda, como limitação, o fato de fluidos com 
propriedades magnéticas adicionarem um certo erro de medição. 
 
17.2.3.2 - Aplicação 
 
O medidor eletromagnético é um elemento primário de vazão volumétrica, 
independente da densidade e das propriedades do fluido. Este medidor não possui 
obstrução, portanto, apresenta uma perda de carga equivalente a um trecho reto de 
tubulação. Para medição de líquidos limpos com baixa viscosidade, o medidor 
eletromagnético é uma opção. Se o líquido de medição tiver partículas sólidas e 
abrasivas, como polpa de mineração ou papel, ele é praticamente a única alternativa. 
 
Já que o mesmo possui como partes úmidas apenas os eletrodos e o 
revestimento, é possível, através de uma seleção cuidadosa destes elementos, medir 
fluidos altamente corrosivos como ácidos e bases. É possível, por exemplo, a medição 
de ácido fluorídrico selecionando-se eletrodos de platina e revestimento de teflon. Outro 
fluido, particularmente adequado para medição por essa técnica, é o da indústria 
alimentícia. Como o sistema de vedação dos eletrodos não possui reentrâncias, as 
aprovações para uso sanitário são facilmente obtidas. 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 98
17.2.3.3 - Princípio de Funcionamento 
 
O princípio de funcionamento dos medidores magnéticos baseia-se na lei de 
indução eletromagnética (lei de Faraday). A lei enuncia que a força eletromotriz (fem) 
induzida em um condutor de comprimento L, movimentando-se em um campo 
magnético H ortogonal à direção do movimento, é proporcional à velocidade V do 
condutor. 
 
Matematicamente, a lei pode ser representada pela seguinte fórmula: 
 
k = constante de proporcionalidade que depende das unidades utilizadas. 
 
Como visto, o medidor eletromagnético de vazão é uma relação entre a direção 
do campo magnético, movimento do fluido e f.e.m. induzida. No caso do medidor 
eletromagnético, o corpo móvel é o fluido que flui através do tubo detector. Desta forma, 
a direção do campo magnético, a vazão, e a f.e.m. estão posicionadas uma em relação 
à outra em um ângulo de 90 graus. A figura 4.22 ilustra, esquematicamente, o 
funcionamento do medidor. 
 
Figura 4.22 – Medidor eletromagnético de vazão 
 
A figura 4.23 mostra detalhes de construção de um medidor magnético de vazão. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 99
 
 
Figura 4.23 – Detalhes construtivos do medidor magnético de vazão 
 
17.2.3.4 - Estrutura do Detector 
 
• Revestimento 
 
Para se conseguir retirar um sinal elétrico proporcional à vazão, é necessário que 
o interior do tubo seja isolado eletricamente. Se isto não for feito, a f.e.m. será curto-
circuitada e, dessa forma, não estará presente nos eletrodos. Se o tubo fosse de 
material isolante, não haveria problema, mas, geralmente, o tubo é feito de material 
condutor. Para evitar que a f.e.m. seja curto-circuitada pela parede condutiva do tubo, 
utiliza-se um isolante tal como teflon, borracha de poliuretano ou cerâmica. A escolha do 
material isolante é feita em função do tipo de fluido. 
 
• Eletrodo 
 
Eletrodos são dois condutores instalados na parede do tubo para receber a 
tensão induzida no fluido. Existem vários materiais de fabricação, tais como: aço inox, 
monel, hastelloy, platina e outros que dependem do tipo de fluido a ser medido. 
 
• Tubo detector 
 
O tubo do medidor não pode ser de material ferromagnético, tal como aço ou 
níquel, pois os mesmos causam distúrbios no campo eletromagnético. Na prática, o aço 
inox é o mais usado. 
 
• Influência da condutividadeTecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 100
 
A influência da condutividade nos medidores de vazão deve ser sempre 
considerada, pois ela depende de determinadas combinações entre o elemento primário 
e o secundário. Não há problema de influência de condutividade do fluido sobre a 
precisão da medição, desde que seja superior aos limites recomendados, porém, se 
decai do valor de projeto, ocasiona um erro considerável na indicação. 
 
17.2.4 - Medidor Tipo Turbina 
 
O medidor é constituído basicamente por um rotor montado axialmente na 
tubulação. O rotor é provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido na 
tubulação do processo. Uma bobina captadora com um imã permanente é montada 
externamente fora da trajetória do fluido. 
 
Quando este se movimenta através do tubo, o rotor gira a uma velocidade 
determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. À medida que 
cada lâmina passa diante da bobina e do imã, ocorre uma variação da relutância do 
circuito magnético e no fluxo magnético total a que está submetida a bobina. Verifica-se, 
então, a indução de um ciclo de tensão alternada (figura 4.24). 
 
Figura 4.24 – Medidor de vazão tipo turbina 
A freqüência dos pulsos gerados desta maneira é proporcional à velocidade do 
fluido, e a vazão pode ser determinada pela medição/totalização de pulsos. 
 
17.2.4.1 - Influência da Viscosidade 
 
Como visto acima, a freqüência de saída do sensor é proporcional à vazão, de 
forma que é possível, para cada turbina, fazer o levantamento do coeficiente de vazão k, 
que é o parâmetro de calibração da turbina, expresso em ciclos (pulsos) por unidade de 
volume. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 101
 
Numa turbina ideal, este valor k seria uma constante independente da 
viscosidade do fluido medido. Observa-se, entretanto, que, à medida que a viscosidade 
aumenta, o fator k deixa de ser uma constante e passa a ser uma função da viscosidade 
e da freqüência de saída da turbina. Abaixo de 2 cSt (centi Stokes) de viscosidade, o 
coeficiente k é aproximadamente constante para freqüências de saída acima de 50 Hz . 
 
17.2.5 - Medidor por Efeito Coriolis 
 
É um instrumento de sucesso no momento, pois tem grande aplicabilidade nas 
indústrias alimentícia, farmacêutica, química, papel, petróleo etc., e sua medição 
independe das variáveis de processo - densidade, viscosidade, condutibilidade, 
pressão, temperatura, perfil do fluido. 
 
Resumidamente, um medidor Coriolis possui dois componentes: tubos de 
sensores de medição e transmissor (como ilustrado pela figura 4.25). Os tubos de 
medição são submetidos a uma oscilação e ficam vibrando na sua própria freqüência 
natural à baixa amplitude, quase imperceptível a olho nu. Quando um fluido qualquer é 
introduzido no tubo em vibração, o efeito do Coriolis se manifesta, causando uma 
deformação, isto é, uma torção que é captada por meio de sensores magnéticos que 
geram uma tensão em formato de ondas senoidais. 
 
Figura 4.25 – Medidor por efeito Coriolis 
 
As forças geradas pelos tubos criam uma certa oposição á passagem do fluido na 
sua região de entrada (região da bobina 1 – figura 4.26) e, em oposição, auxiliam o 
fluido na região de saída dos tubos. 
O atraso entre os dois lados é diretamente proporcional à vazão mássica. Um 
RTD (Termômetro de Resistência) é montado no tubo, monitorando a temperatura 
deste, a fim de compensar as vibrações das deformações elásticas sofridas com a 
oscilação da temperatura. 
O transmissor é composto de um circuito eletrônico que gera um sinal para os 
tubos de vazão, alimenta e recebe o sinal de medida, propiciando saídas analógicas de 
4 a 20 mA, de freqüência (0 a 10 KHz) e até digital RS 232 e/ou RS 485. Estas saídas 
são enviadas para instrumentos receptores que controlam bateladas, indicam vazão 
instantânea e totalizada ou para PLCs, SDCDs, etc. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 102
 
 
Figura 4.26 – Instrumentos receptores que controlam bateladas 
 
17.2.6 - Medidor de Vazão Tipo Vortex 
 
17.2.6.1 - Princípio de Funcionamento 
 
Quando um anteparo de geometria definida é colocado de forma a obstruir 
parcialmente uma tubulação em que escoa um fluido, ocorre a formação de vórtices, os 
quais se desprendem alternadamente de cada lado do anteparo, como mostrado na 
figura 4.27. Este é um fenômeno muito conhecido e demonstrado em todos os livros de 
mecânica dos fluidos. 
 
 
Figura 4.27 – Medidor de vazão tipo vortex 
 
Os vórtices também podem ser observados em nosso dia a dia, como por 
exemplo: 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 103
• Movimento oscilatório da plantas aquáticas, em razão da correnteza; 
 • As bandeiras flutuando ao vento; 
• As oscilações das copas das árvores ou dos fios elétricos quando expostos ao 
vento. 
 
17.2.6.2 - Método de Detecção dos Vórtices 
 
As duas maiores questões referentes ao desenvolvimento prático de um medidor 
de vazão, baseado no princípio vortex, são: 
 
• A criação de um obstáculo gerador de vótices (vortex shedder) que possa gerar 
vórtices regulares e de parâmetros totalmente estabilizados (Isto determinará a precisão 
do medidor). 
• O projeto de um sensor e respectivo sistema eletrônico para detectar e medir a 
freqüência dos vórtices (Isto determinará os limites para as condições de operação do 
medidor). 
• Vortex shedder – numerosos tipos de vortex shedder, com diferentes formas, 
foram sistematicamente testados e comparados em diversos fabricantes e centros de 
pesquisa (Um shedder com formato trapezoidal foi o que obteve um desempenho 
considerado ótimo). 
 
17.2.7 - Medidores Ultra-Sônicos 
 
Os medidores de vazão que usam a velocidade do som como meio auxiliar de 
medição podem ser divididos em dois tipos principais: 
 
• Medidores a efeito Doppler 
 
O efeito Doppler é a aparente variação de freqüência produzida pelo movimento 
relativo de um emissor e de um receptor de freqüência. No caso, esta variação de 
freqüência ocorre quando as ondas são refletidas pelas partículas móveis do fluido. Nos 
medidores baseados neste princípio (ver figura 4.28), os transdutores-emissores 
projetam um feixe contínuo de ultra-som na faixa das centenas de kHz. Os ultra-sons 
refletidos por partículas veiculadas pelo fluido têm sua freqüência alterada 
proporcionalmente à componente da velocidade das partículas na direção do feixe. 
Estes instrumentos são, conseqüentemente, adequados para medir vazão de fluidos 
que contêm partículas capazes de refletir ondas acústicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 104
 
Figura 4.28 – Tipos de transdutores de efeito Doppler 
 
• Medidores de tempo de trânsito 
 
Ao contrário dos instrumentos anteriores, estes instrumentos não são adequados 
para medir vazão de fluidos que contém partículas. Para que a medição seja possível, 
os medidores de tempo de trânsito devem medir vazão de fluidos relativamente limpos. 
Nestes medidores (Figura 4.29), um transdutor-emissor-receptor de ultra-sons é fixado à 
parede externa do tubo, ao longo de duas geratrizes diametralmente opostas. O eixo 
que reúne os emissores-receptores formam com o eixo da tubulação um ângulo α. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 105
Os transdutores transmitem e recebem alternadamente um trem de ondas ultra-
sônicas de duração pequena, ou seja, os pulsos saem de ambos os transdutores ao 
mesmo tempo, mas podem chegar com um tempo diferente caso haja vazão. 
 
Figura 4.29 – Medidores de tempo de trânsito 
 
 
18 – Sensores para medição de pressão 
 É o sensor utilizado para medir pressão de um determinado equipamento, de 
uma forma eletrônica. 
18.1 – Tipo Capacitivo 
 A principal característica dos sensores capacitivosé a completa eliminação dos 
sistemas de alavancas na transferência da força / deslocamento entre o processo e o 
sensor. 
 Este tipo de sensor resume-se na deformação, diretamente pelo processo de 
uma das armaduras do capacitor. Tal deformação altera o valor da capacitância total 
que é medida por um circuito eletrônico. 
 Esta montagem, se por um lado, elimina os problemas mecânicos das partes 
móveis, expõe a célula capacitiva às rudes condições do processo, principalmente a 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 106
temperatura do processo. Este inconveniente pode ser superado através de circuitos 
sensíveis a temperatura montada juntos ao sensor. 
Outra característica inerente a montagem, é a falta de linearidade entre a 
capacitância e a distância das armaduras devido á deformação não linear, sendo 
necessário, portanto , uma compensação ( linearização ) à cargo do circuito eletrônico . 
 
 
Figura 79 – Sensor de Pressão Capacitiva 
 O sensor é formado pêlos seguintes componentes: 
 
•Armaduras fixas metalizadas sobre um isolante de vidro fundido 
•Dielétrico formado pelo óleo de enchimento (silicone ou fluorube) 
•Armadura móvel (Diafragma sensor) 
Uma diferença de pressão entre as câmaras de alta (High) e de baixa (Low) 
produz uma força no diafragma isolador que é transmitida pelo líquido de enchimento. 
 A força atinge a armadura flexível (diafragma sensor) provocando sua 
deformação, alterando, portanto, o valor das capacitâncias formadas pelas armaduras 
fixas e a armadura móvel. Esta alteração é medida pelo circuito eletrônico que gera um 
sinal proporcional à variação de pressão aplicada à câmara da cápsula de pressão 
diferencial capacitiva. 
18.2 – Tipo Strain Gauge 
 Baseia-se no princípio de variação da resistência de um fio, mudando-se as suas 
dimensões.Para variarmos a resistência de um condutor devemos analisar a equação 
geral da resistência: 
R = ρρρρ . L 
 S 
 
 
R: Resistência do condutor 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 107
ρ : Resistividade do material 
L: Comprimento do condutor 
S: Área da seção transversal 
 
 A equação nos explica que a resistência elétrica de um condutor é diretamente 
proporcional à resistividade e ao comprimento e inversamente proporcional a área da 
seção transversal. 
 A maneira mais prática de alterarmos as dimensões de um condutor é 
tracionarmos o mesmo no sentido axial como mostrado a seguir: 
Figura 80 – Sensor do tipo Strain Gauge 
 
 Seguindo esta linha de raciocínio, concluímos que para um comprimento L 
obtivemos ∆L, então para um comprimento 10 x L teríamos 10 x ∆L, ou seja, quanto 
maior o comprimento do fio, maior será a variação da resistência obtida e maior a 
sensibilidade do sensor para uma mesma pressão (força) aplicada. 
 O sensor consiste de um fio firmemente colado sobre uma lâmina de base, 
dobrando-se tão compacto quanto possível. 
 Esta montagem denomina-se tira extensiométrica como vemos na figura a seguir: 
 
 
Figura 81 – Montagem em Tira Extensiométrica 
 
Observa-se que o fio, apesar de solidamente ligado à lâmina de base, precisa 
estar eletricamente isolado da mesma. 
Uma das extremidades da lâmina é fixada em um ponto de apoio rígido enquanto 
a outra extremidade será o ponto de aplicação de força. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 108
 
Figura 82 – Força exercida na lâmina 
Da física tradicional sabemos que um material ao sofrer uma flexão, suas fibras 
internas serão submetidas a dois tipos de deformação: tração e compressão. 
As fibras mais externas sofrem um alongamento com a tração, pois pertencem ao 
perímetro de maior raio de curvatura, enquanto as fibras internas sofrem uma redução 
de comprimento (menor raio de curvatura). 
 
Figura 83 – Tração e compressão da lâmina 
 
 Como o fio solidário à lâmina, também sofrerá o alongamento, acompanhando a 
superfície externa, variando a resistência total. 
Visando aumentar a sensibilidade do sensor, usaremos um circuito sensível a 
variação de resistência e uma configuração conforme esquema a seguir: 
 
Figura 84 – Configuração do sensor 
 
Notamos que a ligação ideal para um Strain Gauge com quatro tiras 
extensiométricas é o circuito em ponte de Wheatstone, como mostrado a seguir, que 
tem a vantagem adicional de compensar as variações de temperatura ambiente, pois 
todos os elementos estão montados em um único bloco. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 109
 
Figura 85 – Construção do sensor 
 
18.3 – Sensor por Silício Ressonante 
 
O sensor consiste de uma cápsula de silício colocada estrategicamente em um 
diafragma, utilizando o diferencial de pressão para vibrar em maior ou menor 
intensidade, afim de que essa freqüência seja proporcional à pressão aplicada. 
 
Figura 86 – Sensor por silício ressonante 
Na seqüência será exibido maior detalhe sobre esse tipo de célula, sua 
construção e seu funcionamento. 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 110
18.3.1 – Construção do sensor 
 
 
Figura 87 – Construção do sensor 
 
Todo o conjunto pode ser visto através da figura acima, porém, para uma melhor 
compreensão de funcionamento deste transmissor de pressão, faz-se necessário 
desmembrá-lo em algumas partes vitais. 
Na figura a seguir podemos ver o conjunto do sensor. Ele possui um imã 
permanente e o sensor de silício propriamente dito. 
 
Figura 88 – Conjunto do sensor 
Dois fatores que irão influenciar na ressonância do sensor de silício são: o campo 
magnético gerado por um imã permanente posicionado sobre o sensor; o segundo será 
o campo elétrico gerado por uma corrente em AC (além das pressões exercidas sobre o 
sensor, obviamente). 
Este enfoque pode ser observado na figura abaixo. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 111
 
Figura 89 – Fator campo magnético/Campo elétrico 
Portanto, a combinação do fator campo magnético/campo elétrico é responsável 
pela vibração do sensor. 
Um dos sensores ficará localizado ao centro do diafragma (FC), enquanto que o outro 
terá a sua disposição física mais à borda do diafragma (FR). 
Por estarem localizadas em locais diferentes, porém, no mesmo encapsulamento, 
uma sofrerá uma compressão e a outra sofrerá uma tração conforme a aplicação de 
pressão sentida pelo diafragma. 
Desta maneira, os sensores possuirão uma diferença de freqüência entre si. Esta 
diferença pode ser sentida por um circuito eletrônico, tal diferença de freqüência será 
proporcional ao ∆P aplicado. Na figura a seguir é exibido o circuito eletrônico 
equivalente. 
 
Figura 90 – Componentes interno do Sensor 
 
Através dessas informações é possível criar um gráfico referente aos pontos de 
operação da freqüência x pressão. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 112
 
Figura 91 – Variação da freqüência com a pressão 
18.4 – Tipo Piezoelétrico 
 Os elementos piezelétricos são cristais, como o quartzo, a turmalina e o titanato 
que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando sofrem 
uma deformação física, por ação de uma pressão. São elementos pequenos e de 
construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão, são 
capazes de fornecer sinais de altíssimas freqüências de milhões de ciclos por segundo. 
 O efeito piezelétrico é um fenômeno reversível. Se for conectado a um potencial 
elétrico, resultará em uma correspondente alteração da forma cristalina. Este efeito é 
altamente estável e exato, por isso é utilizado em relógios de precisão. 
 A carga devida à alteração da forma é gerada sem energia auxiliar, uma vez que 
o quartzo é um elemento transmissor ativo. Esta carga é conectada à entrada de um 
amplificador, sendo indicada ou convertida em um sinal de saída,para tratamento 
posterior. 
 
Figura 92 – Sensor de pressão do tipo Piezoelétrico 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 113
19 - Resolver 
 
 São transdutores rotativos projetados de modo que o coeficiente de acoplamento 
entre rotor e estator varie com o ângulo do eixo. Enrolamentos fixos são alojados sobre 
um pacote de chapas laminadas, formando o estator, e os enrolamentos móveis são 
alojados sobre um pacote de chapas laminadas para formar o rotor. Os enrolamentos 
estão posicionados em ângulos retos (90º), uns em relação aos outros. Quando um 
enrolamento do rotor é excitado com um sinal de referência CA, os enrolamentos do 
estator produzem uma saída de tensão CA que varia em amplitude conforme o senso e 
o coseno da posição do eixo. 
 Entre os dispositivos mais comumente usados para fornecer a realimentação de 
posição em motores síncronos de imãs permanentes encontra-se o Resolver. Uma das 
vantagens principais é que a leitura da posição é de forma absoluta bem como a 
robustez, já que este tem características construtivas similares ao motor. 
 O resolver usado em servomotores apresenta uma estrutura básica conforme a 
apresentada na figura abaixo. Um sinal de alta freqüência é transferido do rotor através 
de um transformador circular. No estator são gerados então sinais CA de alta 
freqüência, modulados pelo seno e coseno do ângulo do rotor. Este sinal, não é muito 
útil me sua forma original, desta forma um circuito externo se faz necessário para criar 
valores utilizáveis à nível do controle. O sinal deve na realidade ser tratado para que 
possa então fornecer um valor de posição absoluta (este tratamento de sinais efeito 
através de conversores digitais, usualmente já incorporados aos circuitos eletrônicos do 
servoconversor) e um sinal analógico de velocidade (ver figura abaixo). 
 
 
Figura 93– Estrutura básica do resolver 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 114
 
20 - Sistemas de Proteção Humana para Máquinas 
 
O Homem não está apto, por si só, em seu meio de trabalho, a se proteger sem 
dispositivos de segurança. 
Portanto em máquinas e equipamentos mecânicos devem ser instalados 
dispositivos de segurança, e é de responsabilidade do projetista determinar e especificar 
os dispositivos adequados . 
Uma Extensa Linha de Produtos de Segurança 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Intertravamento 
Reles 
Trapped Key Bordas 
Tapetes 
Contatores 
Cabos de puxar 
Palm Buttons 
Dobradiça 
Sem contato 
Emergência 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 115
Principais Industrias 
 
Automotiva 
Semicondutor 
Papel e Celulose 
Controle de processos 
Alimentícia 
Embalagens 
Estações de solda 
Prensas 
Injetoras 
 
Por quê os Produtos de Seguranca são importantes? 
 
Preocupação com a saúde dos funcionários 
Preucupação com a perda de produtividade 
Crescimento da legislação de normas de proteção pessoal 
OSHA and European Economic Community 
Preocupação por indenizações por acidentes 
Preocupação com as condições e ambiente de trabalho 
 
Conformidade de máquinas e equipamentos 
 
Isto é seguro? 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 116
Nos EUA, as máquinas devem estar conforme OSHA. 
Na Europa, novas maquinas devem ter a marca CE. 
Definição de Risco 
Em um esforço para estabelecer os riscos, os projetistas de máquinas devem 
determinar todas as áreas de risco, e com boa prática de engenharia, reduzir os riscos à 
níveis aceitáveis. 
Material e Químico 
Mecânico 
Elétrico 
Termico 
Ruído 
Vibração 
Radiação 
Ergonômico 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 117
Hierarquia de medição 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relativo a 
projeto 
Proteções fixas 
Monitoração em 
proteções móveis 
EPI- Equipamento de 
Proteção Individual 
Treinamento e 
supervisão 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 118
Determinação de Riscos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Registro de dados e testes. 
Normas 
 NBR 14153 
 ANSI TR11.3 “Determinação e redução de riscos” 
EN1050 “Principios para determinação de riscos” 
 
 
20.1 - Dispositivos de segurança 
 
O que são? 
Como são constituídos? 
Como estão categorizados ? 
Especificando o dispositivo Adequado. 
O que os fabricantes nos oferece em dispositivos de segurança? 
 
20.2 - O que são dispositivos de segurança? 
 
Denomina-se DISPOSITIVO DE SEGURANÇA todo e qualquer equipamento, 
seja ele elétrico ou mecânico, destinado a guardar uma ponto ou área de risco. 
Qual o 
perigo? 
 
Probabilida
de? 
 
Frequência? 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 119
Como exemplo podemos citar os comandos Bi-manuais, cortinas de luz, grades 
de proteção, Válvulas com duplo canal, Chaves de segurança, controladores de 
emergências, scaner, clp de segurança, redes de segurança, tapetes de segurança e 
etc... 
 
20.3 - Como são constituídos os dispositivos de segurança? 
 
Os dispositivos de segurança tem seu projeto determinado por sua categoria de 
segurança. 
Um dispositivo classe 4, por exemplo, é constituído de: 
- Circuito redundante e Auto-teste 
- Monitoração dos elementos primários da máquina. 
- Componentes internos compatíveis com a classe 4. 
 
20.4 - Como estão categorizados os Dispositivos de Segurança? 
 
Conforme a norma Européia EN954 (NBR 14153), os dispositivos de segurança 
são assim categorizados: 
 
Categoria 
 
Alguns requisitos 
 
Resposta do sistema 
 
BB As partes e componentes do sistema 
devem respeitar as normas relevantes. 
 
A ocorrência de um 
defeito pode levar a perda 
da função de segurança. 
 
1 Aplica-se os requisitos de B. Princípios 
comprovados e componentes de segurança 
bem testados devem ser aplicados. 
 
A ocorrência de um 
defeito pode levar a perda 
da função de segurança, 
porém a probabilidade é 
menor que para a categoria 
B. 
 
2 Aplica-se os requisitos de B e a 
utilização de princípios de segurança 
comprovados. 
A função de segurança deve ser 
verificada em intervalos adequados pelo 
sistema de comando da máquina. 
 
A ocorrência de um 
defeito pode levar a perda 
da função de segurança 
entre as verificações. 
A perda da função de 
segurança é detectada pela 
verificação 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 120
3 Aplica-se os requisitos de B e a 
utilização de princípios de segurança 
comprovados. 
Um defeito isolado não deve levar a 
perda da função de segurança. 
Sempre que possível o defeito isolado 
deve ser detectado. 
 
Quando um defeito 
isolado ocorre, a função de 
segurança é sempre 
cumprida. 
Alguns defeitos, 
porém não todos, são 
detectados. 
O acumulo de 
defeitos não detectados 
pode levar a perda da 
função de segurança. 
 
4 Aplica-se os requisitos de B e a 
utilização de princípios de segurança 
comprovados. 
As partes relacionadas à segurança 
devem ser projetadas de tal forma que: 
Um defeito isolado em qualquer dessas 
partes não leve a perda da função de 
segurança, e 
O defeito isolado seja detectado 
durante ou antes da próxima demanda da 
função de segurança. Se isso não for 
possível, o acumulo desses defeitos não pode 
levar à perda das funções de segurança. 
Quando os defeitos 
ocorrem, a função de 
segurança é sempre 
cumprida. 
Os defeitos serão 
detectados a tempo de 
impedir a perda das funções 
de segurança. 
 
 
20.5 - Especificando o dispositivo Adequado 
 
Tendo em base a norma Européia EN954 (NBR 14153), podemos determinaras 
categorias dos dispositivos de segurança adequadas utilizando a tabela abaixo: 
A tabela nos indica: 
 
Uma categoria possível, porém que exige cuidados adicionais. 
 
Categoria preferencial.��
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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uuttiilliizzaaddaa ppaarraa
aavvaalliiaarr oo rriissccoo
ddaa mmááqquuiinnaa oouu
eeqquuiippaammeennttoo.. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 121
 
B – Menor Risco = Menor grau de segurança. 
4 – Maior Risco = Maior grau de segurança. 
 
A tabela anterior avalia: 
 
S – Gravidade prevista de um acidente. 
S1 – Leve. 
S2 – Grave (inclui morte) 
F – O tempo de permanência na área de risco. 
F1 – Permanência rara ou curta duração. 
F2 – Freqüente ou longa duração. 
P – A possibilidade de se evitar o risco. 
P1 – Possível em algumas condições. 
P2 – Pouco possível 
 
20.6 - O que eletronicamente nos oferece em dispositivos de segurança? 
 
- Chaves de proteção mecânicas e magnéticas para portas e grades. 
- Controladores de emergências. 
- Controladores para Bi-manuais.��
- Uma completa linha de barreiras fotoelétricas.��
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20.7 - Chaves de segurança.��
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As chaves de segurança oferecem 
 
- Dimensões padrões que Obedecem as normas Européias EN 50041 / 50047 
- Modelos que Permitem Entrada de Múltiplos atuadores. 
- Variedade de Configurações de Contato 
- Atuadores dobráveis, Rotativos ou Separados. 
 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 122
20.8 - Controle de parada de emergência. 
•Existem diferentes tipos de paradas de Emergência. 
•Estão descritas como categorias 0, 1, e 2 
•Refere-se ao método que a máquina deve parar quando a parada de emergência é 
acionada. 
•As categorias de parada incluem 2 emergências e uma função de parada normal. 
•Em linhas gerais, o projetista deve escolher a melhor maneira de proteger as pessoas 
quando a máquina estiver parando. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Modelos a escolha. 
 
- Modelos para controle de 1 até 10 botões. 
- Interface DeviceNetTM em alguns modelos. 
- Categoria de segurança 4. 
- Modelos com bloco de terminais removíveis. 
- Alimentação 24 Vac/dc, 110 Vac, 220 Vac. 
- Modelos com 2, 3 ou 4 canais de saída. 
 
Diagrama de ligação.�
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 123
 
 
20.9 - Controlador para bi-manuais. 
 
Vantagens 
 
Quando instalado corretamente prove proteção efetiva para o operador. São 
minimizadas preocupações com Movimentos repetitivos associados com botões Bi-
manuais mecânicos ou ópticos. 
Categoria de segurança 4. 
Possui 2 canais de saída de segurança. 
Alimentação 24 Vac/dc, 110 Vac, 220 Vac. 
 
 
20.10 - Barreiras fotoelétricas de segurança. 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 124
 
 
 
Os sistemas de segurança por barreiras fotoelétricas são os mais confiáveis para 
proteção humana em máquinas onde o operador entra freqüentemente na área de risco 
e por este motivo não possam ser utilizadas proteções mecânicas. 
A banner possui uma completa linha de barreiras fotoelétricas, dentre suas 
características temos: 
Controladores com saída latch ou trip. 
Alimentação de 24Vac/dc, 110Vac, 220Vac. 
Interface DeviceNetTM em alguns modelos. 
Ponto flutuante e cegamento de ponto fixo. 
Vários tamanhos de barreiras que vão de 100mm a 1830mm. 
Display de falhas para fácil diagnóstico. 
 
Categoria B4 - Ex. Cortina de Luz 
 
CONTROL E
M
I
T
R
E
C
I
CHECKING & 
Tecnólogo em Eletroeletrônica ______________________________________(Prof. Edcarlo) 125
Nenhuma falha pode ocorrer 
Categoria B3 
 
 
20.11 - Principais critérios para se montar um equipamento seguro. 
 
No projeto de qualquer máquina deve conter um sistema de segurança. 
O responsável pelo projeto deve ser uma pessoa treinada ou no mínimo bem 
orientada por um profissional em segurança. 
Devem ser muito bem observados todos os componentes que compõem o 
sistema de segurança e sua real função. 
Todas as pessoas que tiverem contato com a máquina devem ser instruídas e/ou 
treinadas sobre o funcionamento do sistema de segurança.�
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Fatores típicos ��� �� � � � �� � �
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Intertravamento Paradas de 
Emergência 
Integridade do 
Rele 
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