Medições de temperatura

Sensores de Temperatura"Trabalho apresentado em disciplina de Instrumentação

como parte dos requisitos necessários para aprovação na mesma ";

Alunos:

Guilherme Fraga Prontuário: 106096-1Henrique Vitkauskas Doria Prontuário: 106231-XNathaly Ishii Munhoz Prontuário: 106271-9Renan de Freitas Prontuário: 106266-2

Professor orientador: Carlos Frajuca

TEMPERATURA

Conceitos

•Equilíbrio Térmico

•Medida no SI

•Material Quente

•Capacidade termica (constante de proporcionalidade térmica)

.

TERMÔMETROS DE EXPANSÃOTERMÔMETRO DE GAS IDEAL

Termômetro de Gas Ideal

•Utiliza um gás como fluido termométrico

•É constituído por uma massa fixa de gás num volume constante.

•Medindo a pressão com um manômetro, pode inferir-se a temperatura a partir da equação dos gases perfeitos.

•Este termômetro proporciona um dos métodos mais rigorosos para medição de temperaturas no intervalo de 2,5 K a 1300 K.

.

PV = nRT , sendo

P a pressão da amostra gasosa (atm)V o volume da amostra gasosa (dm3 ou l)n o número de moles da amostra gasosa (mol)R a constante dos gases ideais (0,082057 atm dm3 mol-1 K-1 ou 8,314 J

mol-1 K-1)T a temperatura absoluta (K)

Equação dos gases ideais

TERMÔMETROS DE EXPENSÃOTERMÔMETRO DE BULBO

Aplicações Gerais

•Os termômetros de bulbo trabalham em cima de um princípio simples: um líquido muda seu volume conforme sua temperatura é alterada.

•Este Liquido pode ser álcool, mercúrio ou fluidos orgânicos variados)

•Os líquidos ocupam menos espaço quando estão frios e ocupam mais espaços quando estão quentes (esse mesmo princípio funciona com gases e é o princípio do balão de ar quente)

•A escolha do Liquido depende da aplicação. (Álcool para temperaturas inferiores e Mercúrio para temperaturas superiores.

•O tamanho do bulbo também depende do liquido utilizado e da faixa de temperaturas a serem medidas.

TERMISTORES

Termistores

- São resistores sensíveis a temperatura- Sua resistência elétrica varia com a temperatura- Formados por óxidos de metais como manganês, níquel, cobalto, cobre, ferro, titânio.

Existem dois tipos de termistores:-Coeficiente positivo (PTC) – a resistência aumenta com a temperatura

- Coeficiente Negativo (NTC) – a resistência diminui com a temperatura

Fonte: NTCAFLEX05

Vishay

Fonte: PTC Thermistor 145 Vishay

Fonte: Thomazini, D. Albuquerque, P. Sensores Industriais - Fundamentos e Aplicações. 2007. 4° edição. Ed. Érica.

Aplicações Gerais

•Química: calorimetria, reguladão de nível de liquidos e medição de condutividade térmica de gases.

•Física: medição de vácuo, medição de vazão de fases e líquidos e radiometria.

•Medicina: Termômetros.

•Regulação de temperaturas: congelador, máquina de lavar, fono elétrico, sistema de aquecimento e sistema de ar- condicionado.

•Veículos: medição de temperatura de água e óleo e monitorização de gases de exaustão.

•Projetos elétricos: operação de atraso em relés, compensação de variação de temperatura e medição de potência e microondas.•Sistema de detecção e alarmes contra incêndio: os sensores termovelocimétricos de alguns detectores de temperatura de sistemas de alarmes prediais utilizam os termistores como elemento sensitivo.

Fonte: Thomazini, D. Albuquerque, P. Sensores Industriais - Fundamentos e Aplicações. 2007. 4° edição. Ed. Érica.

AplicaçõesPTC – Positive Temperature Coefficient

Sistemas Automotivos e Processamento de Dados Eletrônicos:

Aplicação : Proteção contra Sobrecarga.

Parâmetro Valor

Tensão Máxima (RMS ou DC) 145 V

Corrente de retenção 1 A

Resistência a 25°C 1.3 a 240 Ω

I max 0.2 a 13 A

Range de Temperatura 0 a 70 °C

Fonte: PTC Thermistor 145 Vishay

Fonte: www.vishay.com.br (Acesso em 27/04/2013)


Sistemas de aquecimento (Home Appliances):

Aplicação : Atuadores térmicos, evaporadores, inseticidas e vaporizadores de perfume.

Parâmetro Valor

Tensão Máxima (AC) 265 VAC

Resistência a 25°C 1200 Ω

Tolerância em R25 ± 35%

Range de Temperatura -40 a 85 °C


Fonte: PTC Thermistor for heating application

Vishay


Acionamento de Motor Monofásico:

Aplicação : Sistemas de Refrigeração, Sistemas de Ar-condicionado, Compressores e bombas de aquecimento.

Coeficiente de temperatura (alfa): Representa a sensibilidade

Parâmetro Valor

Tensão Máxima (RMS ou DC) 500 VRMS

Tempo de resposta 0.25 a 1 s

Resistência a 25°C 15 a 75 Ω

Tolerância em R25 ± 30%

Variação de Corrente 6 a 36 ARMS



Fonte: PTC Thermistor Motor Start - Vishay


Medição de temperatura, sensoriamento e controle:

Aplicação : Máquinas de cubos de gelo, refrigeradores, Freezers, Coolers de bebidas/ vinho.

Parâmetro Valor

Potência dissipada Máxima 150mW

Resistência a 25°C 10kΩ

Tolerância em R25 ± 1,92%


Resistência a 0°C 32.51kΩ


Fonte: NTC Thermistor Ice Cube Sensors - Vishay


Medição de temperatura, sensoriamento e controle:

Aplicação : Máquinas de cubos de gelo, refrigeradores, Freezers, Coolers de bebidas/ vinho.

Coeficiente de temperatura (alfa): Representa a sensibilidade do termistor.


Parâmetro Valor

Potência dissipada Máxima 150mW

Resistência a 25°C 2k7 a 10kΩ

Tolerância em R25 ± 2 %

Range de Temperatura -55 a +60 °C

Resistência a 0°C 32.51kΩFonte: NTC Thermistor Refrigerator

Sensors - Vishay

TERMOPARES

Termopares são sensores de temperatura simples, robustos e da baixo custo, sendo amplamente utilizados nos mais variados processos de medição de temperatura.

O que é

Fonte: www.termopares.com.br (Acesso em 30/04/2013)

• Dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas.

• Os fios são soldados em 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., 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.

Composição


O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma força eletromotriz (F.E.M.). Este princípio conhecido por efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para a medição de temperatura.

Funcionamento


Tipos

• Existem termopares de vários tipos, estes tipos são determinados pelo material que ele é feito, variando a f.e.m. produzida, a faixa de utilização, sensibilidade e o custo.

• Os tipo K por exemplo cobrem temperaturas entre os -200 e os 1200 °C. E a f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV

• Sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C.


Nas aplicações práticas o termopar apresenta-se normalmente da seguinte forma:

Aplicação

Para cada processo é necessário uma construção física específica, já que alguns processos agridem o material utilizado. Desta forma, é imprescindível que na especificação do termopar, além da liga, seja levada em consideração sua construção física externa.

A corrosão e oxidação são aceleradas em altas temperaturas e pressões, sendo necessário proteger o elemento primário com um poço ou tubo adequado, provocando atrasos na resposta.


TERMORRESISTÊNCIA PT100

Uma termo resistência (RTD do inglês Resistance Temperature Detector) é um instrumento que permite conhecer a temperatura do meio ambiente, recorrendo à relação entre a resistência elétrica de um material e a sua temperatura.

O que é


Por norma, quando se fala de uma termo resistência ela é identificada pelo material que a constitui e pela resistência que apresenta a 0 °C. Por exemplo, uma Pt-100 será uma termo resistência de platina que a 0 °C apresenta uma resistência de 100 Ω, ao passo que uma Ni-500 será uma termo resistência de níquel que a 0 °C apresenta uma resistência de 500 Ω.

Definição


• Baseiam no principio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura.

• Aumentam a resistência com o aumento da temperatura.• Seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma

de fio de platina de alta pureza, de níquel ou de cobre (menos usado), encapsulado num bulbo de cerâmica ou vidro.

Funcionamento


Os termo resistores são usados principalmente para:

•Medição da temperatura de 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,

•Aquecedores e refrigeradores domésticos (fornos elétricos e micro-ondas, freezers e geladeiras)

Aplicação


Vantagens e Desvantagens


PAR BIMETÁLICO

- A lâmina bimetálica (par bimetálico) é constiuída de duas lâminas de metais diferentes - por exemplo, ferro e latão - unidas firmemente.

- Na temperatura ambiente, as lâminas são planas e possuem o mesmo tamanho. quando é aquecida, como os dois materiais possuem coeficientes de dilatação distintos, uma das lâminas se dilata mais que a outra.

Para que as duas lâminas se mantenham unidas (com tamanhos diferentes), elas se encurvam da mesma maneira mostrada na figura abaixo:

Par Bimetálico

A lâmina se encurva para o lado de menor coeficiente de dilatação. Esta propriedade da lâmina bimetálica é muito usada para provocar o desligamento e acionamento automático de circuitos elétricos. Na figura abaixo vemos o exemplo dessa propriedade em um alarme contra incêndio:

Utilização

Alguns desses sensores, já vem com um indicador de temperatura:

Aplicações

SENSORES ELETRÔNICOS

•O diodo comum de silício, polarizado diretamente com corrente de 1mA, tem queda de tensão próxima de 0.62V, a 25°C. Esta tensão cai aproximadamente 2mV para cada ºC de aumento na temperatura, e pode ser estimada pela equação:

•Pode ser usado até 125 ºC, limite para o silício.

•Curva térmica do diodo:O diodo é encontrado em controles e termômetros de baixo custo e razoável precisão, até uns 100 ºC.

Diodos

•Sensor eletrônico de temperatura mais utilizado.

•O LM35 é um termômetro preciso e sensível, é barato e fácil de encontrar. Seu funcionamento básico, cada 10mV na saída é um grau Celsius

Circuito Integrado LM 35

•LM35 da National Semiconductor é um sensor de precisão em centígrados e tem uma tensão de saída analógica

• Sua faixa de medição é de -55 º C a +150 º C com uma precisão de ± 0,5 º C.

•A tensão de saída é de 10mV / º C. A tensão de saída pode ser conectado diretamente a uma porta de um microcontrolador.

Funcionamento

Datasheet

Controle de temperatura em processos industriais ou

comerciais, como refrigeração de alimentos e compostos químicos, fornos

de fusão, destilação fracionada, usinas

nucleares, aquecedores e refrigeradores domésticos

(fornos elétricos e microondas, freezers e

geladeiras.

Aplicações

PIRÔMETRO

PIRÔMETRO

• Mede a temperatura sem contato com o corpo a ser medido

• Geralmente utilizado para medir temperaturas superiores a 600 graus Celsius

Funcionamento

Pirômetro de Radiação

Emissão da radiação

Medição antes e depois da incidência

Comparação da diferença do espectro da radiação

Aplicações

• Medição da temperatura de gases

•Medição de grandes corpos, onde há diferenças de temperaturas

Pirômetro de Radiação

Funcionamento

Pirômetro Óptico

Olhando pelo visor do pirômetro observa-se o metal, ajustando-se depois manualmente a corrente elétrica que percorre um filamento que está no interior do pirômetro e aparece no visor. Quando a cor do filamento é idêntica à do metal, pode-se ler a temperatura numa escala disposta junto ao elemento de ajuste da cor do filamento.

Aplicações

Pirômetros Ópticos

Vantagens

• Leve e robusto

• Possui memória interna

• Alta precisão

• Pode medir em todas as escalas (Celsius, Fahrenheit e Kelvin)

Desvantagens

• Alto custo

• Necessita conhecer a emissividade do corpo

• Depende das condições ambientais

Especificação

TERMOPILHAS

TERMOPILHAS

• Formado por vários termopares conectados em série

• Medição tanto de pequenas quanto baixas temperaturas

Funcionamento

• Junção de metais que produzem tensão elétrica

• Uma parte da junção é colocada em temperatura ambiente e a outra em contato com o que se quer ser medido

• Gera-se uma tensão proporcional à temperatura medida

Vantagens

• Baixíssimo custo

• Pode medir qualquer faixa de temperatura

• Gera tensão, o que é vantajoso na implementação de algum sistema de controle

Aplicação

• Uso ilimitado nas aplicações

• Utilizado na indústria química em dispositivos de troca de calor

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