Slides de Medidores de temperatura

2/6/2011
Termometria
INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE
Temperatura
• É a ciência que estuda e desenvolve os
instrumentos de medidas de temperatura.
Está divida em:
• Pirometria: Medição de altas temperaturas,
na faixa onde os efeitos de radiação térmica
passam a se manifestar.
• Criometria: Medição de baixas temperaturas,
ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto de
temperatura.
Professor Miguel Neto
Conceitos importantes
• Temperatura: É uma propriedade da matéria,
relacionada com o movimento de vibração
e/ou deslocamento dos átomos de um corpo.
Escalas termométricas
• Escala Celsius (ºC)
• Escala Fahrenheit (ºF)
• Escala Kelvin (K)
• Calor: É a transferência de energia entre
corpos com diferentes temperaturas.
Relação entre as escalas
Diagrama pressão x temperatura
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Tipos de termômetros
termômetro
• É o aparelho que mede a temperatura.
• Classificação:
– 1º classe: o elemento sensível está em contato
com o corpo cuja temperatura se quer medir.
– 2º classe: o elemento sensível não está em
contato com o corpo cuja temperatura se quer
medir.
Termômetro à dilatação de líquido
• São baseados no fenômeno da dilatação
aparente de um líquido dentro de um
recipiente Fechado. O líquido mais utilizado é
o mercúrio.
1º grupo (contato direto): Medição até 1600°C
− Termômetro à dilatação
− de líquidos
− de sólido
− Termômetro à pressão
− de gás
− de vapor
− Termômetros elétricos
− Termoelementos ou Termopar
− Termômetro de resistência elétrica ou Termoresistência
2º grupo (contato indireto): Medição de altas temperaturas
− Pirômetro óptico
− Pirômetro infravermelhos
− Pirômetro de radiação
Termômetro à dilatação de líquido
Pode ser:
Recipiente de vidro transparente
Recipiente metálico: o elemento sensor
pode ser: “C”, espiral ou helicoidal.
Termômetro à dilatação de sólido ou bimetálicos
• Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos
metais com a temperatura.
Termômetro à pressão de vapor e
gás
• Baseia-se na variação da pressão dentro do
capilar devido à variação da temperatura.
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Termopar
TERMOPAR
• Baseia-se na geração de uma FEM, da ordem
de mV, devido à junção de dois metais
diferentes com temperaturas diferentes em
suas extremidades.
T1 é a junção de medição ou junção quente.
Tr é a junção de referência ou junção fria.
Princípio de funcionamento
• A junção de condutores distintos A e B, formando um circuito
fechado, submetidos a uma diferença de temperatura nas
suas extremidades faz surgir uma corrente elétrica.
Compensação da temperatura
ambiente (Tr)
EAB = ET1 – ETr
• Conhecendo-se EAB e Tr determina-se T1.
• Banho de água e gelo na junção de referência
forçando Tr = 0°C. Logo: EAB = ET1
• Quando este circuito é interrompido, surge uma força
eletromotriz (FEM) EAB.
EAB = f(ΔT)
EAB = ET1 – ETr
Tipos e características dos termopares
• Termopares de Base Metálica ou Básicos
•
•
•
•
Relação FEM x temperatura dos
termopares
Tipos: T, J, K e E.
São os termopares de maior uso industrial
Os fios possuem um custo relativamente baixo
Sua aplicação admite um limite de erro maior.
• Termopares Nobres ou a Base de Platina.
•
•
•
•
Tipos: S, R e B;
São constituídas por ligas de platina;
Possuem um custo elevado;
Altíssima precisão.
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Materiais que compõe os
termopares
Exemplo
• Um termopar tipo K está sujeito a 100°C na
junção de medição e 25°C na conexão ao
instrumento. Determine a FEM térmica.
Tabela para o termopar tipo K
Montagem do termopar
convencional
Termopar com isolação mineral
Tipos de junções de medição
É constituído de um termopar convencional, envolvido
por um pó isolante de óxido de magnésio, altamente
compactado e protegidos por uma bainha metálica
(tubo de proteção).
É composto por 3 partes:
• Bainha metálica;
• Termoelementos;
• Isolação mineral.
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Fios e cabos de extensão e compensação
Tem a função de:
• Conduzir o sinal gerado pelo sensor
• Compensar as perdas de temperatura
existentes entre a junção de referência
(cabeçote) do sensor e os bornes do
instrumento.
Erro proporcionado por utilização
de cabos de cobre
Fios e cabos de extensão e
compensação
Acessórios dos termopares,
características e aplicações
Os cabos de cobre não compensam o diferencial de
temperatura, proporcionando erros.
Acessórios dos termopares,
características e aplicações
Acessórios dos termopares,
características e aplicações
1 – Isoladores: tem a função de isolar eletricamente os
termoelementos e resistir a altas temperaturas. São
feitos de cerâmica ou alumina (alumínio).
2 – Blocos de ligação ou terminais: tem a
função de interligar o termopar ao fio ou cabo
de extensão ou compensação, e prendê-los no
cabeçote.
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Acessórios dos termopares,
características e aplicações
Acessórios dos termopares,
características e aplicações
3 – Cabeçotes: tem a função de proteger os contatos
dos bloco de ligação, facilitar a conexão do tubo de
proteção, além de manter uma temperatura estável
nos contatos do bloco de ligação.
4 – Tubos de proteção: tem a função de
proteger os termopares de ambientes de
trabalho (processos).
Poço de proteção termoelétrico
• São utilizados para permitir a instalação de
termopares
ou
termoresistência
em
ambientes em que somente o tubo de
proteção não é suficiente.
TERMORESISTORES
Termoresistores
Pt – 100
• São sensores que se baseiam no princípio da
variação da resistência ôhmica em função da
temperatura. Elas aumentam a resistência com o
aumento da temperatura.
• O material utilizado é o cobre, o níquel e a platina
pois apresenta uma ampla escala de temperatura.
É uma termoresistência de platina que
apresenta uma resistência ôhmica de 100 Ω à
0°C.
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Constituição dos termoresistores
Esquema de montagem da
termoresistência (ponte de weatstone)
Esquema de montagem da
termoresistência
Esquema de montagem da
termoresistência
2 – método de ligação a 2 fios
Utilizado quando os pontos de medição e leitura
(comprimento dos condutores de ligação) seja menor
que 3 m.
3 – método de ligação a 3 fios
Utilizado quando os pontos de medição e leitura
(comprimento dos condutores de ligação) seja maior
que 3 m.
Tipos de radiação
MEDIÇÕES DE ALTAS
TEMPERATURAS
A transmissão de energia por radiação ocorre
por meio das ondas eletromagnéticas, que são
classificadas conforme a sua frequência ou
comprimento de onda.
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Pirômetros de banda larga: tipo
infravermelho e radiação total
Baseia-se na detecção da radiação proveniente
de um objeto por meio de uma convergência
das ondas, proporcionado por uma lente ou um
espelho esférico.
Pirômetros de banda estreita: Tipo
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.
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