Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Instrumentação Eletroeletrônica

AULA 6

Medição de Temperatura

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Introdução

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Temperatura é sem dúvida uma das variáveis mais importante nos processos industriais, e sua medição e controle, embora difíceis, são vitais para a qualidade do produto e a segurança não só das máquinas como também do homem.

Não é difícil de se chegar a esta conclusão, basta verificar que todas características físico-químicas de qualquer substância alteram-se de forma bem definida com a temperatura.

Então, a temperatura afeta diretamente um processo, provocando, por exemplo:

• ritmo maior ou menor na produção

• uma mudança na qualidade do produto

• um aumento ou diminuição na segurança do equipamento e/ou do pessoal

• um maior ou menor consumo de energia

• e, por conseguinte, um maior ou menor custo de produção.

Conceitos

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Grandeza física relacionada com

o grau de vibração dos átomos

e/ou moléculas que constituem o

corpo.

Temperatura

Energia térmica em trânsito de um

corpo de maior temperatura para

um corpo de menor temperatura.

Calor

Escalas de Temperatura

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A temperatura é quantificada através de escalas padronizadas, as mais utilizadas são a escala Celsius [ºC] e a Fahrenheit [ºF]. No Sistema Internacional (S.I.) utiliza-se à escala absoluta Kelvin

Relação entre as escalas:

5

15,273K

9

32F

5

C

Medição de temperatura

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A temperatura não pode ser determinada diretamente, mas deve ser deduzida a partir de seus efeitos elétricos ou físicos produzidos sobre uma substância, cujas características são conhecidas. Os medidores de temperatura são construídos baseados nesses efeitos.

Medidores de Temperatura

Termômetros de Efeito Mecânico

Termômetros de Efeito Elétrico

Medidores por Radiação

Termômetros de Efeito Mecânico

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Termômetro de expansão de Líquidos

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Os termômetros de dilatação de líquido baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado.

Utiliza-se geralmente álcool ou mercúrio. Por exemplo, um dos dispositivos (termômetro) mais antigos é o termômetro de vidro, que se baseia na expansão do mercúrio ou outro líquido com a temperatura.

Termômetro bimetálico

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O termômetro bimetálico baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura.

Dois metais de diferentes coeficientes de dilatação linear são unidos numa determinada temperatura. Ao submeter à junta a uma temperatura determinada ela se curvará no sentido da indicação da temperatura.

Termômetro manométrico

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É baseado na afirmação: “A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se mantivesse constante o volume do gás”.

Termômetros de Efeito Elétrico

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Termômetros de resistência

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São transdutores que se baseiam no princípio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura.

Os materiais de uso prático recaem em duas classes principais:

• condutores e

• semicondutores.

Condutores: são chamados termoresistências

Semicondutores: são chamados termistores

Termoresistência (RTD)

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Termoresistência, ou resistance temperature detector (RTD), são considerados sensores de alta precisão e ótima repetibilidade de leitura.

Termo-resistências metálicas são construídas a partir de fios ou filmes de platina, cobre, níquel e tungstênio para aplicações a alta temperatura.

• Equação para cálculo da resistência:

Onde:• 𝑅0 = Resistência de referência na temperatura𝑇0(normalmente 0𝑜𝐶)

• 𝛼0, 𝛽0 e 𝛾0 são os coeficientes térmicos

• 𝑅𝑇 = resistência para a temperatura T

• Atualmente o termômetro de resistência de Platina (Pt)mais utilizada na indústria e em estudo laboratoriais é o Pt-100, cujo sufixo numérico corresponde a sua resistênciaelétrica quando submetida a 0ºC. Outros tipos de termoresistência de platina.

• Pt-25

• Pt-50

• Pt-200

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Termoresistência (RTD)

Termoresistência (RTD)

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Ligação do RTD

Ponte de Wheatstone

Termoresistência (RTD)

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Ligação do RTD

Ponte de Wheatstone – Ligação a dois fios

Termoresistência (RTD)

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Ligação do RTD

Ponte de Wheatstone – Ligação a três fios