INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL – CAMPUS RIO GRANDE

Aula 22

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TERMISTORES

• Os termistores são dispositivos semicondutores que apresentam uma variação de sua resistência em função da variação de temperatura.variação de temperatura.

• Essa variação pode ser positiva (aumento da resistência com aumento da temperatura) ou negativa (diminuição da resistência em função da temperatura).

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• Portanto, os termistores fazem parte da classificação de termorresistência.

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• Características:– Sua composição básica é cerâmica composta de diversos

óxidos metálicos;– Possui grande versatilidade de aplicações;– Possui tamanhos de até de 50 micrometro (0,05 mm),

utilizado em aplicações especiais;utilizado em aplicações especiais;– Podem possuir coeficiente de temperatura positivo (PTC)

ou negativo (NTC), sendo o primeiro mais utilizado emcircuitos de controle de corrente e o segundo paramedição de temperatura.• A estabilidade do termistor NTC abrange temperaturas de -50°C

até 150°C.• Os temistores são sensores muito estáveis e sensíveis a variações

pequenas de temperatura.

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• A resistência elétrica dos termistores pode variar de forma proporcional ou de forma inversa com o aumento de temperatura ao qual o sensor está sendo exposto. Por essa característica é feita uma classificação do termistores, sendo NTC (negative temperature coeficient) e PTC (positive NTC (negative temperature coeficient) e PTC (positive temperature coeficient).

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• Como vimos, o PTC tem um aumento na sua resistência conforme o aumento da temperatura, e o NTC tem uma queda no valor da sua resistência, proporcional ao aumento da temperatura.

• Sendo assim, como os resistores, estes componentes não são polarizados e não requerem o cuidado com a polarização ao serem ligados.ligados.

• O NTC tem melhor precisão quando a tomada de temperatura exige uma grande curva, ou seja, a “faixa” a ser medida é grande (de 0 a 100 °C, por exemplo). Já o PTC tem maior precisão em pequenas variações (tomadas menores).

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• Os sensores dos RTD’s (termômetros de resistência) têm uma variação linear e crescente (em determinada região da sua curva característica) da resistência em relação à temperatura.

• Os termistores NTC, mais utilizados para medição de temperatura, por outro lado, têm um Os termistores NTC, mais utilizados para medição de temperatura, por outro lado, têm um comportamento bastante não-linear e oposto, ou seja, diminuem a resistência com o aumento da temperatura.

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• O NTC é mais utilizado do que o PTC devido a maior facilidade de ser manufaturado e de ser de baixo custo.

• O PTC tem como sua • O PTC tem como sua peculiaridade possuir um ponto de transição, ou seja, a partir de uma determinada temperatura ele exibirá uma grande variação ôhmica com a variação da temperatura.

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• NTC – Negative Temperature Coefficient

– Os termistores NTC, como o próprio nome já diz (Coeficiente de Temperatura Negativo) apresentam uma variação negativa de resistência apresentam uma variação negativa de resistência com o aumento da temperatura, ou seja, ele responde com uma diminuição do valor ôhmico à medida que a temperatura se eleva.

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• NTC – Negative Temperature Coefficient

– Comportamento do termistor NTC

• O diferencial do NTC é ser muito mais sensível a variações de temperatura, comparado com outros variações de temperatura, comparado com outros sensores de temperatura, como os RTDs e os termopares.

• Porém, o fato de ser mais sensível faz com que se comporte de forma não linear. A curva que define o comportamento da resistência pela temperatura tem um comportamento exponencial.

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• Os RTDs são formados por materiais como o cobre, níquel ou a platina. Já os termistores são fabricados de material semicondutor, tais como óxido de níquel, cobalto ou magnésio e sulfeto de ferro.

• Os óxidos semicondutores reagem de forma diferente do que os metais que formam os RTDs. Para o NTC, a resistência descresceexponencialmente com o aumento da temperatura.exponencialmente com o aumento da temperatura.

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• NTC – Negative Temperature Coefficient

– Características:

• Semicondutores;

• Óxido de pequena dimensão e massa;• Óxido de pequena dimensão e massa;

• Baixo custo;

• Encapsulamento em epóxi ou vidro (ideal paralíquidos ou gases);

• Faixa de utilização típica é de -50 ºC à 150ºC (comencapsulamento de vidro pode chegar a 300ºC).

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• NTC – Negative Temperature Coefficient

– Aplicações típicas:

• Eletroeletrônicos;

• Circuitos de proteção;• Circuitos de proteção;

• Indicadores de temperatura;

• Circuito de proteção elétrica (curto-circuito);

• Automotivo;

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• Curva característica do NTC nota-se que não é linear.

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• Curva característica do NTC

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• Como o NTC não possui um comportamento linear da resistência com a variação da temperatura, é necessário a utilização de algum circuito que ajuste a curva exponencial algum circuito que ajuste a curva exponencial para uma aproximação linear. Alguns exemplos de modelo de circuito que fazem a aproximação são: Ponte de Wheatstone e Amplificador operacional.

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• Benefícios do NTC:

– Rápido Tempo de Resposta

– Baixo custo

– Excelente precisão na faixa de temperatura entre – Excelente precisão na faixa de temperatura entre 0°C a 100°C

– Fácil reposição, não necessita de calibração

– Alta resistência ôhmica reduz o efeito de resistência dos cabos

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• PTC – Positive Temperature Coefficient

– Semelhante ao NTC, mas a sua variação deresistência é proporcional à variação detemperatura em uma determinada faixa;temperatura em uma determinada faixa;

– É utilizado geralmente como regulador de cargaou como sensor de temperatura somente nointervalo de operação onde tem-se uma grandevariação de resistência com a temperatura.

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• Curva característica do PTC

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• Cuidados na utilização de termistores:

– Cuidar para que a massa do termistor seja da ordem de 1/1000 a massa a ser medida;

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APLICAÇÃO DO TERMISTOR

• Com a utilização de eletrônica na maioria dos equipamentos elétricos, os termostatos mecânicos (bimetálicos) podem ser substituídos por "termostatos eletrônicos".

• Esses termostatos são formados por um sensor de temperatura e um circuito eletrônico, que mede a temperatura e um circuito eletrônico, que mede a temperatura e aciona/desaciona a carga desejada.

• Os sensores podem ser constituídos por componentes eletrônicos sensíveis a temperatura, como os resistores NTC ou PTC. Logo, são utilizados como sensores de temperatura.

TERMISTORES

• A especificação de termistores é realizada levando em consideração:a) Encapsulamento;

b) Dimensão;b) Dimensão;

c) Variação de resistência (25ºC);

d) Tolerância;

e) Custo;

f) Condicionamento;

g) Potência dissipada.

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APLICAÇÃO DO NTC

• O termistor do tipo NTC pode ser usado para aumentar o tempo e vida de lâmpadas incandescente.

• A lâmpada incandescente pode queimar ao ser ligada, pois, nesta condição, com a temperatura ainda baixa, a resistência interna da lâmpada está mais contraída. Quando ligamos a lâmpada, a resistência se dilata podendo queimar. Logo a corrente no circuito neste instante pode dilata podendo queimar. Logo a corrente no circuito neste instante pode provocar o rompimento do filamento.

• O circuito abaixo mostra um termistor do tipo NTC colocado em série com a lâmpada.

APLICAÇÃO DO NTC

• Quando a lâmpada é ligada o termistor está frio, assim a sua resistência é alta e a corrente no circuito é baixa, conforme a corrente vai circulando no termistor, este começa a aquecer diminuindo o valor da resistência e aumentado a corrente na lâmpada. Após algum tempo a lâmpada estará plenamente acesa.

APLICAÇÃO DO PTC

• Devido às características de grande elevação da resistência com a temperatura, os termistores PTC são usados na proteção térmica de circuitos eletrônicos.

• A figura apresenta um circuito eletrônico que emprega um termistor PTC como dispositivo limitador de corrente com a termistor PTC como dispositivo limitador de corrente com a elevação de temperatura.

TRANSMISSORES

• Transmissores convertem um sinal de saída de um sensor primário (termopar - mV, termorresistência – Ω, etc.) em um sinal analógico padrão (ex. sinal de corrente de 4 –analógico padrão (ex. sinal de corrente de 4 –20 mA).

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TRANSMISSORES

• Os transmissores podem ser microprocessados, e em muitos casos podem ser configurados (via programação) para leitura de termopares (J, K, T, E, N, R, S, B), leitura de termopares (J, K, T, E, N, R, S, B), Pt100 a 2 ou 3 fios, tensão 0 a 50 mV, além de 4-20 mA e 0-10 V.

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TRANSMISSORES

• Vantagens: – Isolação Galvânica;• É uma proteção entre a entrada e saída do transmissor

de temperatura contra loops de terra e ruídos da linha.

– Economia de fiação;– Economia de fiação;• Para longas distâncias os custos com cabos de extensão

para termopares e cabos a três fios para termorresistência se torna inviável em comparação com a utilização de um transmissor de temperatura e um par de cabos de cobre para a transmissão do sinal de saída.

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TRANSMISSORES

• Vantagens: – Compatibilidade eletromagnética;

• A transmissão de sinal por corrente é imune a interferências eletromagnéticas comum em ambientes industriais devido a motores de indução, geradores, alta tensão, etc...

– Condicionamento e linearização do sinal.– Condicionamento e linearização do sinal.• Através de circuito eletrônico no interior do transmissor, é

realizada a compensação de junta fria (termopares) econversão do sinal de entrada (mV) em um sinal de correnteproporcional na saída em uma escala linear.

• Desta forma, facilita para se fazer a especificação dos CLP ouregistradores, padronizando as entradas destes em correntede 4 – 20 mA.

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• Ligação dos sensores

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• Ligação dos sensores – Pt100

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• Ligação dos sensores – Termopar

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