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Medição de Temperatura Medição de Temperatura Fonte: Simone Massulini Acosta INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura •PIROMETRIA: medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica visíveis passam a se manifestar. TERMOMETRIA •CRIOMETRIA: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto. Conceitos Básicos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Conceitos Básicos •TEMPERATURA: grau de agitação térmica das moléculas. Quanto maior o seu valor, maior é a energia cinética média dos átomos do corpo. •Energia Térmica: A Energia Térmica de um corpo é a somatória das energias cinéticas, dos seus átomos e, além de depender da temperatura, depende também da massa e do tipo de substância. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Isolante 500oC 100oC 300oC 300oC antes depois Conceitos Básicos Calor: Calor é a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema em virtude da diferença de temperatura. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Conceitos Básicos Meios de transmissão de calor: condução, radiação e convecção. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Por exemplo, se aque barra de ferro com u estará aquecida. O ca estas moléculas não a xtremidade de uma mpo toda a barra cula para outra mas o. cermos somente uma e ma chama, em pouco te lor passa de uma molé bandonam sua posiçã Conceitos Básicos Meios de transmissão de calor: condução, radiação e convecção. •Condução: é a forma de transmissão de calor sem transporte de massa. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Conceitos Básicos •Convecção: é a forma de transmissão de calor com transporte de massa, que se dá pelo movimento ou mistura dos fluidos ou sólidos envolvidos. - Convecção natural (líquidos e gases) – quando o movimento é provocado somente pela diferença de densidade dos fluidos quente e frio. Por exemplo, se aquecermos um recipiente com água por intermédio de uma chama, a água mais próxima da chama se aquecerá e se tornará menos densa, subindo no recipiente. A água fria da parte superior do recipiente descerá e, por sua vez, se aquecerá. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Em equipamentos de refinaria de petróleo, por exemplo, a convecção quase sempre é forçada. Em trocadores de calor é provocada agitação forçando o fluido a passar por obstáculos. Conceitos Básicos • Convecção - Convecção forçada – é o aquecimento no qual a mistura se realiza por meio mecânico. Se no exemplo anterior incluirmos um agitador, a convecção passará a ser forçada. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Conceitos Básicos • Irradiação: A irradiação é um processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles. Todos os corpos, em qualquer temperatura, emitem ondas eletromagnéticas (como as da luz e do rádio) que contêm energia. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Rankine Kelvin ESCALAS ABSOLUTAS ESCALAS RELATIVAS 0 0 0 -273,15 273,15 -459,67 32491,67 100 212 Celsius Fahrenheit °C °F 100 DIVISÕES R K 671,67 373,15 ESCALAS DE TEMPERATURA Conversão de Escalas: °C 5 = °F -32 9 K = R . 5 9 PONTO DE EBULIÇÃO DA ÁGUA 180 DIVISÕES PONTO DE FUSÃO DO GELO ZERO ABSOLUTO °C 5 K = 273,15 + °C R = 459,67 + °F = °F - 32 = K - 273 = R - 491 9 5 9 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Conceitos Básicos http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura TEMPERATURA Ponto Crítico Ponto Triplo (0,006 atm) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Fase Vapor Fase Líquido Fase sólido P R E S S Ã O Ponto triplo é o ponto em que as fases sólida, líquida e gasosa encontram-se em equilíbrio Conceitos Básicos Pontos Fixos de Temperatura (Escala Prática Internacional de Temperatura) http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral PONTOS FIXOS IPTS-68 ITS-90 Ebulição do Oxigênio -182,962°C -182,954°C Ponto triplo da água (0,006 atm) +0,010°C +0,010°C Solidificação do estanho +231,968°C +231,928°C Solidificação do zinco +419,580°C +419,527°C Solidificação da prata +961,930°C +961,780°C Solidificação do ouro +1064,430°C +1064,180°C INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Conceitos Básicos Pontos fixos de temperatura segundo ITS-90 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Medidores pelo Princípio da Condução de Calor INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 2. Instrumentos de transferência de calor por radiação Pirômetros óptico Pirômetros com radiação. Classificação de Medidores 1. Instrumentos de transferência de calor por condução Termômetro com dilatação de líquido, Expansão Elétricos Termômetro com dilatação de gás, Termômetro com tensão de vapor saturante, Termômetro com dilatação de sólido, Termômetro com par termoelétrico (Termopar) Termômetro com resistência elétrica. - Termistores - RTDs – Termoresistências Termômetro com semi-condutores. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Termômetro à Condução - Dilatação de Líquido Recipiente de Vidro Líquidos utilizados: Tolueno (-80 à 100°C), Mercúrio (-35 à 550°C), Álcool (-100 a 70°C), e outros. Exatidão: 0,5 à 3% Termômetro comum 0,1 à 0,5% Termômetro padrão O reservatório e parte do capilar são preenchidos por um líquido. Na parte superior do capilar, existe um alargamento que protege o termômetro no caso da temperatura ultrapassar seu limite máximo. 10 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 100 CAPILAR ESCALA LÍQUIDO BULBO " C INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 CAPILAR ESCALA LÍQUIDO BULBO " C Líquidos utilizados: Tolueno (-80 à 100°C), Mercúrio (-35 à 550°C), Álcool (-100 a 70°C), e outros. Exatidão: 0,5 à 3% Termômetro comum 0,1 à 0,5% Termômetro padrão Termômetro à Condução - Dilatação de Líquido Recipiente de Vidro O reservatório e parte do capilar são preenchidos por um líquido. Na parte superior do capilar, existe um alargamento que protege o termômetro no caso da temperatura ultrapassar seu limite máximo. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução - Dilatação de Líquido Recipiente Metálico Neste termômetro, o líquido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumento detemperatura se dilata, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Capilar Mercúrio Álcool Etílico Líquido Bulbo Bourdon INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termômetro à Condução - Dilatação de Líquido Recipiente Metálico Partes: •Bulbo: dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e com a sensibilidade. •Capilar: diâmetro interno deve ser o menor possível, para evitar a influência da temperatura ambiente. •Elemento de Medição: Tubo de Bourdon, podendo ser: tipo C, tipo espiral e tipo helicoidal. http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução - Dilatação de Líquido Recipiente Metálico INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Idêntico ao termômetro de dilatação de líquido. O volume preenchido com um gás a alta pressão. Baseado na Lei de Gay-Lussac : Termômetro à Condução - Dilatação de Gás INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução - Dilatação de Gás INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Termômetro à Condução – Vapor Saturante Semelhante ao de dilatação de líquidos. Baseando na Lei de Dalton: "A pressão de vapor saturado depende somente de sua temperatura e não de seu volume“. onde: P = pressões absolutas relativas à temperatura T = temperaturas absolutas Ce = calor latente de evaporação do líquido INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Bourdon Capilar com glicerina, vapor ou líquido Vapor Bulbo Líquido volátil Termômetro à Condução – Vapor Saturante INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Líquidos mais utilizados e seus pontos de fusão e ebulição INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Líquido Ponto de Fusão (oC) Ponto de ebulição (oC) Cloreto de Metila - 139 - 24 Butano - 135 - 0,5 Éter Etílico - 119 34 Tolueno - 95 110 Dióxido de enxofre - 73 - 10 Propano - 190 - 42 Termômetro à Condução – Vapor Saturante http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Sendo: Lt = Lo. ( 1 + .t) onde: t= temperatura do metal em oC Lo = comprimento do metal à temperatura inicial de referência to Lt = comprimento do metal á temperatura final t = coeficiente de dilatação linear t= t - t o 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Termômetro à Condução – Dilatação de Sólidos (Bimetálicos) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Sendo: Lt = Lo. ( 1 + .t) onde: t= temperatura do metal em oC Lo = comprimento do metal à temperatura inicial de referência to Lt = comprimento do metal á temperatura final t = coeficiente de dilatação linear t= t - t o 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Termômetro à Condução – Dilatação de Sólidos (Bimetálicos) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Dilatação de Sólidos (Bimetálicos) O termômetro bimetálico consiste em duas lâminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. Variando-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional a temperatura. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura e . Termômetro à Condução – Dilatação de Sólidos (Bimetálicos) Bi-Metálico Helicoidal - Na prática, a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidad INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Dilatação de Sólidos (Bimetálicos) Normalmente usa-se o invar (aço com 64% de Fe e 36% de Ni) com baixo coeficiente de dilatação e o latão como metal de alto coeficiente de dilatação. A faixa de trabalho vai aproximadamente de -50 a 800oC, sendo sua escala bastante linear. Possui exatidão na ordem de +/-1%. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Consiste de dois condutores metálicos, de natureza distintas. Os fios são soldados em um extremo (junta quente ou junta de medição). 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Termômetro à Condução – Termopar (Termocouple) JUNTA DE MEDIDA TERMOPAR BLOCO DE LIGAÇÃO CABO DE EXTENSÃO JUNTA DE REFERÊNCIA GRADIENTE DE TEMPERATURA (T) INSTRUMENTO INDICADOR OU CONTROLADOR INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Efeito Peltier Quando se introduz um gerador em um circuito, ao circular uma corrente elétrica "I" pelo circuito, observa-se que em uma das junções ocorre um resfriamento T, enquanto na outra junção ocorre um aquecimento de mesmo valor. Ao se inverter o sentido da corrente elétrica inverte-se também o efeito de aquecimento e resfriamento nas junções. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Efeito Termoelétrico de Thomson 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. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar 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. Junta de referência Junta de medição Seebeck é efeito o mais importante! INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaralhttp://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Lei do Circuito Homogêneo “A f.e.m. medida depende única e exclusivamente da composição química dos dois metais e das temperaturas existentes nas junções. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Lei dos Metais Intermediários “Em 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. Onde se conclui que: T3 = T4 → E1 = E2 T3 T4 → E1 E2 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Lei das Temperaturas Intermediárias "A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e diferentes entre si, com as suas junções as temperaturas T1 e T3, é a soma da f.e.m. deste circuito, com as junções as temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo circuito com as junções as temperaturas T2 e T3”. T1 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral T3T2 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral x a b T1 T2 Cu RT Cu Rv INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Circuito Equivalente y Rv é a resistência interna do voltímetro. RT é a resistência dos fios do termopar acrescido dos fios. O voltímetro somente irá informar a f.e.m. () se: Rv >> RT http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Curva de Calibração A relação da f.e.m. termoelétrica com a temperatura, normalmente, não é linear, mas para algumas faixas de temperatura, pode ser considerada como se o fosse (veja a reta 1). Potência termoelétrica : T INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral P = http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação Nobres INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Cores de Identificação de Tipo e Polaridade INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termômetro à Condução – Termopar Classificação http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termopar tipo “K” Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação Termopar tipo “R” INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Classificação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Cuidados • Temperatura limite de uso, • Meio onde o termopar será exposto, • Seleção de materiais de tubos e poços de proteção, • Proteção metálicas, • Proteção cerâmicas. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar 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. Porém, nas aplicações práticas, a junta de referência se encontra à temperatura ambiente. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Junta de Referência Os instrumentos fazem a correção da junta de referência automaticamente, com medição da temperatura nos terminais do instrumento através de circuito eletrônico. Este circuito adiciona tensão correspondente a diferença de temperatura de 0°C à temperatura ambiente. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Junta de Referência Transmissor TT301 - SMAR INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura TermoparT1 T2 Fios de compensação T3 x INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral y Na maioria dos casos o instrumento de medida e o termopar necessitam estar afastados. Os terminais do termopar são conectados a um cabeçote e, a partir delesão adaptados fios de compensação (mesmas características dos fios do termopar, porém mais baratos) até o instrumento. Na montagem apresentada acima, o sinal lido no instrumento é proporcional a (T1 - T3). Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura - Os fios ou cabos WX e VX para termopar tipo K, foram excluidos da ANSI MC 96.1 de 1982. - Junção de referência a 0ºC. Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação Obs.: -Os códigos de cores marcados com o símbolo refere-se somente ao tipo SX. -Devido à não linearidade das curvas FEM x Temperatura dos termopares tipos S, R, B, o erro introduzido no sistema pelo fio ou cabo de compensação será variável quando expresso em graus. Portanto os limites de erros são baseados nas seguintes temperaturas das junções de medição: INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura CABEÇOTE CABO DE COBRE REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV 0,00 mV 20,735 mV 38 °C 1,530 mV 538 °C 22,265 mV TC TIPO K FORNO + 20,735 mV + 0,000 mV + 0,960 mV +21,695 mV 525°C ERRO = - 13 °C Erros de Ligação Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação * Usando fios de cobre. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura CABEÇOTE CABO TIPO KX REGISTRADOR 24 °C 0,960 mV 0,570 mV 20,735 mV 38 °C 1,530 mV 538 °C 22,265 mV TC TIPO K FORNO + 20,735 mV + 0,570 mV + 0,960 mV + 22,265 mV 538 °C ERRO = 0 Erros de Ligação Termômetro à Condução – Termopar Fios de Compensação * Usando fios de compensação. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura BAINHA INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral PLUG JUNTA DE MEDIDA PÓ ÓXIDO DE MAGNÉSIO Termômetro à Condução – Termopar Isolação Mineral É constituído de umou dois pares termoelétricos, que são isolados entre si e da bainha metálica, pelo pó de óxido de magnésio, que possui excelente condutibilidade térmica e alta compactação. RABICHO POTE Vantagens a) Estabilidade. b) Resposta Rápida. c) Grande Resistência Mecânica e Flexibilidade. d) Facilidade de Instalação. e) Resistência a Corrosão. f) Blindagem Eletrostática. http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Arrranjo em Série (Termopilha) Podemos ligar os termopares em série simples para obter a soma das mV individuais. FEMt = FEM1 + FEM2 FEMt = (2,271-1,00) + (2,023 - 1,00) FEMt = 1,271 + 1,023 FEMt = 2,294 mV INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Arrranjo em Série (Oposta) Para medir a diferença de temperatura entre 2 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Arrranjo em Paralelo Ligando dois ou mais termopares em paralelo a um mesmo instrumento, teremos a média das mV geradas nos diversos termopares se as resistências internas foram iguais. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Aterramento INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termopar Circuito Balanceado Resistores adicionais INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura A maioria dos metais aumentam a resistência com a temperatura. Semicondutores diminuem a resistência com a temperatura. Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência VANTAGENS DAS TERMORESISTÊNCIAS EM RELAÇÃO AO TERMOPAR 1.Mais precisa que o termopar na sua faixa de uso; 2. Pode ser usadas a grandes distâncias; 3. Podem ser usados cabos de cobre comum nas ligações; 4. São mais estáveis que os termopares; 5.Sua curva de resistência elétrica () em função da temperatura é mais linear que os termopares; 6.Os termômetros de resistência são considerados sensores de alta precisão e ótima repetibilidade de leitura. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA • A leitura é feita diretamente num ohmímetro. • Os principais metais usados são a Platina (Pt) e o Níquel (Ni). TIPOS DE TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA Os elementos sensores são, basicamente, de dois tipos : TERMISTORES – Resistências com cerâmica ou polímeros (baixa precisão, maior faixa) Aplicação: Indústria RTDs – Termoresistências - Resistências com metais. (alta precisão, menor faixa) Aplicação: Laboratórios INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores Os termistores são sensores fabricados com materiais como cerâmica ou polímeros ou semi-condutores como óxido de magnésio, cobalto, silício ou o germânio dopados com algum outro material como o latão ou determinadas ligas de cobre(???). Vantagem: tamanho físico muito pequeno. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores Coeficiente Negativo (NTC) Os termistores do tipo NTC podem ser classificados sob quatro tipos principais: 1) De pequenas dimensões físicas, 2) De grandes dimensões físicas, 3) Termistores em bloco, 4) Termistor aquecido indiretamente. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores Coeficiente Negativo (NTC) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores Coeficiente Negativo (NTC) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores Coeficiente Positivo (PTC) Seu valor de resistência aumenta rapidamente quando uma determinada temperatura é ultrapassada. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termistores INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Os RTDs (Resistance Temperature Detector) são elementos detetores resistivos formados por materiais como Platina, Níquel ou ligas de Cobre-Níquel. Estes materiais exibem um coeficiente positivo de resistividade. Atualmente, as termoresistências de Platina mais usuais são: Pt-25,5< , PT-100< , PT-120< , PT-130< , PT-500< . INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Materiais + utilizados: Pt, Cu ou Ni * Alta resistividade, melhor sensibilidade, * Alto coeficiente de variação (R*T), * Ter rigidez e dutibilidade: fios finos. Ni/Cu: isolação: esmalte, seda, algodão ou fibra de vidro ( T < 300°C ) INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Coil elements http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Film thermometers INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Características da Pt100 (100 Ω à 0°C) * Padrão de Temperatura: - 270 à 660°C, * Alta estabilidade e repetibilidade, * Rápido tempo de resposta. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs RT = Ro[1 + (T-To)] onde • Ro é a resistência a 0 C, • RT é a resistência na temperatura T e • é o coeficiente de temperatura do metal. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaralMedição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs INSTALAÇÃO DE UMA PT-100 NO TROCADOR DE CALOR INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs CIRCUITO CONDICIONADOR DE SINAL Em medidas elétricas, diodos, transistores ou termistores, produzem não-linearidade do sinal. Por isto, RTDs são medidos por um circuito em Ponte de Wheatstone, onde o sensor de temperatura será um dos quatro elementos da ponte R1 x R3 = R2 x R4 INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral PT100 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura E INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Ligação à 2 fios: É a maneira mais simples de se ligar uma termoresistência, porém é a menos exata pois o valor das resistências RL1 e RL2 dos fios de ligação são adicionados ao valor de resistência da Pt-100. Usado para distâncias de até 3 metros. Se R2 >> R3 e R1>> Rsens, R1 = R2 e Rsens = RPT100 + RL1 + RL2 Tem-se EAB = E (Rsens – R3)/R1 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Obs: Compensa a variação da temperatura ambiente sobre a linha. E INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Ligação à 3 fios: mais utilizado na indústria. Fornece uma ligação numa extremidade da termoresistência e duas na outra extremidade. A ponte estará em equilíbrio quando R1 x (R3 + RL1) = R2 x (RPT100 + RL2) e tem-se: EAB = E ( Rsens/(Rsens+R1) – R1/(R2 + R3 + RL1)) onde R1 = R2 e Rsens = RPT100 + RL2 http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs Ligação à 4 fios: tetrapolar Elimina totalmente a resistência dos cabos de ligação. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Termoresistências - RTDs INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Semicondutores INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Semicondutores INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Semicondutores A tensão Vbe é uma função linear da temperatura INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Semicondutores INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Semicondutores INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura 1. Condução Dilatação de líquido, Dilatação de gás, Vapor saturante, Dilatação de sólido, Par termoelétrico, Resistência elétrica. 2. Radiação Pirômetros óptico, Pirômetros à radiação Radiação térmica é a radiação eletromagnética emitida por um corpo como resultado de sua temperatura. A radiação térmica corresponde à faixa de comprimentos de onda de 0,1 a 100µm. Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos Infrevermelho -40º a 4600ºC Visivel acima de 1.064,43°C INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação – Termômetros Ópticos INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação Total Radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida a um detetor do tipo termopilha. INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Radiação Total Utilizado para temperaturas superiores a 550ºC. Alguns tipos mais sensíveis operam em faixas bem mais baixas (50º a 375ºC). Diafragma Protetor Detetor Sinal do Detetor Espelho INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Sensores de Temperatura Integrados INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL - http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral http://paginapessoal.utfpr.edu.br/camaral Medição de Temperatura Termômetro à Condução – Termômetros de Resistência Sensores de Temperatura Integrados Block diagram and pinout of TMP-1 monolithic, programmable temperature controller. 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