Slides Instrumentacao Temperatura

PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAO

INSTRUMENTAO - TEMPERATURA

Eng. Marcelo Saraiva Coelho


INSTRUMENTAO - TEMPERATURAMTODO DE MEDIO

Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos, conforme a tabela abaixo: 1 grupo (contato direto) Termmetro dilatao de lquidos de slido Termmetro presso de lquido de gs de vapor Termmetro a par termoeltrico Termmetro resistncia eltrica 2 grupo (contato indireto) Pirmetro ptico Pirmetro fotoeltrico Pirmetro de radiao



INSTRUMENTAO - TEMPERATURADIRETO1)

INDIRETO

Condio necessria para medir com preciso Caracterstica

2)

Estar em contato com o objeto a ser 1) A radiao do objeto medido tem medido. que chegar at o detector. Praticamente no mudar a temperatura do objeto devido ao contato do detector. difcil medir a temperatura de um objeto pequeno, porque este tem tendncia de mudana de temperatura quando em contato com um objeto cuja temperatura diferente. difcil medir o objeto que est em movimento1)

1)

No muda a temperatura do objeto porque o detector no est em contato direto com o mesmo. Pode medir o objeto que est em movimento. Geralmente mede a temperatura da superfcie. Depende da emissividade

2)

2)

3)

4)

Faixa de Temperatura Preciso

indicado para medir menores que 1600C. Geralmente, 1% da faixa

temperaturas adequado para medir temperaturas elevadas ( > -50 C). Geralmente 3 a 10 C Geralmente pequeno (0,3 ~ 3 s)

Tempo de Resposta Geralmente grande (> 5min)




TERMMETROS DE DILATAO VOLUMTRICA So baseados no fenmeno de dilatao aparente de um lquido dentro de um recipiente fechado. V = Vo ( 1 + a*t ) Onde: V = volume aparente temperatura t. Vo = volume aparente temperatura 0. a = coeficiente de dilatao aparente do lquido. t = temperatura do lquido.




TERMMETROS DE DILATAO VOLUMTRICA




TERMMETROS DE DILATAO VOLUMTRICA




TERMMETRO BIMETLICO A operao deste tipo de termmetro se baseia no fenmeno da dilatao linear dos metais com a temperatura.Na prtica a lmina bimetlica enrolada em forma de espiral ou hlice, o que aumenta mais ainda a sensibilidade do sistema conforme a figura. O termmetro mais usado o de lmina bimetlica helicoidal. E consiste de um tubo bom condutor de calor, do interior do qual fixada um eixo que por sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. Normalmente o eixo gira de um ngulo de 270 para uma variao de temperatura que cubra toda a faixa do termmetro.

APOIO

HASTE DE TRANSMISSO

METAL HELICOIDAL

APOIO




Recomendaes na instalao Utilizar sempre poo protetor metlico para evitar corroso, dar proteo mecnica e permitir manuteno com o processo em operao. Em baixa temperatura a caixa do termmetro bimetlico deve ser hermeticamente selada para evitar que a penetrao da umidade venha a formar gelo, prejudicando os componentes internos do instrumento. Para evitar erros devido temperatura ambiente, o bimetlico deve estar completamente imerso no fluido. A velocidade do fluido deve ser bastante alta a fim de assegurar uma rpida transferncia de calor.







Termmetro de Resistncia O princpio de medio de temperatura por meio de termmetros de resistncia, repousa essencialmente sobre a medio de variao da resistncia eltrica de um fio metlico em funo da temperatura. A relao matemtica entre a resistncia de um condutor e sua temperatura dada pela frmula aproximada: Onde: R = resistncia tC. Ro = resistncia 0C. = coeficiente de variao de resistncia do metal com a temperatura. t = temperatura. R = Ro (1 + t)



INSTRUMENTAO - TEMPERATURATermmetro de Resistncia Caractersticas Desejveis:

O tipo de metal utilizado na confeco de bulbos sensores de temperatura, deve possui caractersticas apropriadas, como: -Maior coeficiente de variao de resistncia com a temperatura (1, 2, ... n), quanto maior o coeficiente, maior ser a variao da resistncia para uma mesma variao de temperatura, tornando mais fcil e precisa a sua medio. - Maior resistividade, isto , para pequenas dimenses de fio uma alta resistncia inicial. -Estabilidade do metal para as variaes de temperatura e condies do meio (resistncia corroso, baixa histerese, etc.). -Linearidade entre a variao de resistncia e a temperatura, produzindo escalas de leitura de maior preciso e com maior comodidade de leitura.




Termmetro de Resistncia: A exatido dos termmetros de resistncia, quando corretamente instalados, grande, pode atingir a 0,01C. Normalmente as sondas utilizadas industrialmente apresentam uma preciso de 0,5C. No Brasil usa-se normalmente a norma DIN-IEC 751/85 que estabelece para termmetros de resistncia de platina o valor de 100,00 a 0C, e de 138,50 a 100C. Este sensor chama-se PT100. Os metais utilizados com maior frequncia na confeco de termo resistncia so: PLATINA - faixa - 200 600C (excepcionalmente 1200C) - Ponto de Fuso 1774C. NQUEL - faixa - 200 300C - Ponto de Fuso 1455C. COBRE - faixa - 200 120C - Ponto de Fuso 1023C. Para pequenas faixas de temperatura um coeficiente mdio , variao de resistncia, pode ser utilizado. Porm, para faixas mais amplas, necessita-se a introduo dos coeficientes de ordem superior, para uma maior aproximao curva real de radiao R versus T.



INSTRUMENTAO - TEMPERATURATermmetro de Resistncia Classe de ExatidoTolerncia

Temperatura C -200 -100 0 100 200 300 400 500 600 650 700 800 850 (C) 0,55 0,35 0,15 0,35 0,55 0,75 0,95 1,15 1,35 1,45 -

Classe A () 0,24 0,14 0,06 0,13 0,20 0,27 0,33 0,38 0,43 0,46 (C) 1,3 0,8 0,3 0,8 1,3 1,8 2,3 2,8 3,3 3,55 3,8 4,3 4,55

Classe B () 0,56 0,32 0,12 0,30 0,48 0,64 0,79 0,93 1,06 1,13 1,17 1,28 1,34




Termmetro de Resistncia Tempo de Resposta




Termmetro de Resistncia - Bainha de Proteo A escolha do material da bainha fundamental para a vida til do termopar com isolao mineral, pois se a bainha resistir s condies do ambiente agressivo, o termoelemento tambm resistirMaterial da Bainha Inx 304 Temperatura Mx. Recomendada C 900 Consideraes Gerais

Boa resistncia a corroso, podendo ser usada em atmosfera oxidante, redutora, neutra e no vcuo. No recomendvel o uso na presena de enxofre ou chamas redutoras. Boas propriedades de resistncia a oxidao em altas temperaturas, utilizvel em atmosfera oxidante, redutora, neutra ou no vcuo. Bom para uso em atmosfera sulfurosa. Maior resistncia a corroso do que o Inx 304, boa resistncia a cidos e lcalis. Excelente resistncia a oxidao em altas temperaturas. Seu uso em atmosferas com enxofre deve ser evitado. Excelente resistncia corroso e oxidao em alta temperatura. Boa resistncia em atmosferas sulfurosas.

Inx 310

1100

Inx 316

900

Alloy 600

1150

Ao cromo 446

1100




TERMOPAR A experincia de SEEBECK demonstrou que num circuito fechado, formado por dois fios de metais diferentes, se colocarmos os dois pontos de juno temperaturas diferentes, se cria uma corrente eltrica cuja intensidade determinada pela natureza dos dois metais, utilizados e da diferena de temperatura entre as duas junes.

A V1 T1 B S N V2 T2




a) Desenvolver uma F.E.M. a maior possvel, funo contnua da temperatura de maneira a ser possvel utilizar instrumentos de indicao de temperatura de construo simples e robusta. A faixa de F.E.M. normalmente fornecida nas temperaturas de trabalho normal vai de 10 a 50mV. b) Preciso de calibrao (intercambialidade). Um termopar deve ser capaz de ser calibrado com um padro de F.E.M. versus temperatura e deve manter esta calibrao mantendo-a por um longo perodo de tempo sem desvios. Os termopares so construdos para trabalhar em conjunto com instrumentos tendo cartas e escalas pr calibradas. A intercambialidade entre dois termopares do mesmo material a principal razo do seu uso em grande escala na indstria. c) Resistncia corroso e oxidao (durabilidade). Um termopar deve ser fsica e quimicamente resistente de maneira a possuir uma longa vida, e mais ainda exibindo a propriedade para uma dada temperatura gerar uma F.E.M. constante. d) Relao linear F.E.M. versus temperatura (linearidade). interessante possuir uma relao F.E.M. versus temperatura mais linear possvel devido aos seguintes motivos:ISOLADOR CERMICO CABEOTE DE LIGAO TAMPA

TERMOPAR-Principais Qualidades Requeridas por um Termopar

JUNTA DE MEDIO

TUBO DE PROTEO

BLOCO DE TERMINAIS



INSTRUMENTAO - TEMPERATURARABICHO POTE

Termopar de Isolao Mineral

TERMOPAR-ISOLAO MINERAL Este tipo de montagem de extrema utilidade pois os fios ficam completamente isolados dos ambientes agressivos, que podem causar a completa deteriorao dos termoelementos, alm da grande resistncia mecnica o que faz com que o termopar isolao mineral possa ser usado em um nmero quase infinito de aplicaes

P XIDO DE MAGNSIO JUNTA DE MEDIDA PLUG

BAINHA


PROJETOS EM INSTRUMENTAO E AUTOMAOmV80 E 70 60 K 50 J NICROSIL-NISIL


TERMOPARES Curva caracterstica

40 30 20 R S B

T

10 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

T1800



INSTRUMENTAO - TEMPERATURAElemento Negativo Constantan Faixa de temp. usual - 184 a 370C Vantagens Resiste a atmosfera corrosiva. 2) Aplicvel em atmosfera redutora ou oxidante abaixo de 310C. 3) Sua estabilidade o torna til em temperaturas abaixo de 0C. 1) Baixo Custo. 2) Indicado para servios contnuos at 760C em atmosfera neutra ou redutora.1) 1)

Tipo T

Elemento Positivo Cobre

Restries Oxidao do cobre acima de 310C.

J

Ferro

Constantan

0 a 760C

E

Chromel

Constantan

0 a 870C

1) Alta potncia termoeltrica. 2) Os elementos so altamente resistentes corroso, permitindo o uso em atmosfera oxidante.

Limite mximo de utilizao em atmosfera oxidante de 760C devido rpida oxidao do ferro. 2) Utilizar tubo de proteo acima de 480C. 1) Baixa estabilidade em atmosfera redutora.1)



INSTRUMENTAO - TEMPERATURAElemento Negativo Alumel Faixa de temp. usual 0 a 1260C1)

Tipo K

Elemento Positivo Chromel

Vantagens Indicado para atmosfera oxidante. Para faixa de temperatura mais elevada fornece rigidez mecnica melhor do que os tipos S ou R e vida mais longa do que o tipo J.1)

Restries Vulnervel em atmosferas redutoras, sulfurosas e gases como SO2 e H2S, requerendo substancial proteo quando utilizado nestas condies. Vulnervel contaminao em atmosferas que no sejam oxidante. Para altas temperaturas, utilizar isoladores e tubos de proteo de alta alumina.

2)

Platina 10% Rhodio Platina S R Platina 13% Rhodio Platina 0 a 1480C

1) Indicado para atmosferas oxidantes. 2) Apresenta boa preciso a altas temperaturas.

1)

2)







A funo do cabeote de proteger os contatos do bloco de ligao, facilitar a conexo do tubo de proteo e do condute, alm de manter uma temperatura estvel nos contatos do bloco de ligao, para que os contatos feitos de materiais diferentes do termopar no interfiram no sinal gerado por ele. Os cabeotes so feitos normalmente, de alumnio ou ferro fundido, existindo tambm em vrios tipos e formatos, dependendo do ambiente a ser aplicado. Seus tipos so: - Universal/miniatura - Prova de Tempo - Prova de Exploso - Prova de Tempo e Exploso - Cabeote para Multitermopares











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