Sobre Controladores de Temperatura - termômetros de resistência e radiação

1. CONTROLADORES DE
TEMPERATURA

2. • Utilização de resistências para medição de
temperatura iniciou em 1835, com
Faraday, porém só foi utilizado em
processos industriais a partir de 1925.
• Características: alta estabilidade mecânica
e térmica, resistência à contaminação e
baixo índice de desvio pelo
envelhecimento e tempo de uso.
• Medem temperaturas na faixa de: -270ºC
a 660ºC.
Termômetros por Resistência

3. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- São sensores que se baseiam no principio de variação da
resistência em função do tempo.
-São conhecidos também como R.T.D (Detectores de
temperatura a resistência).
- É constituído por um filamento resistivo de Pt, Ni ou Cu
revestido de vidro, cerâmica ou outro material
polimerizável.
Termômetros por Resistência

4. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- A variação de resistência com a temperatura é regida pelas
equações de Callendar e Van Dusen:
De -200ºC a 0ºC:
Rt = Ro [1 + AT + BT2 + CT3 (T-100)]
De 0ºC a 630ºC:
Rt = Ro [1 + AT + BT2]
Onde:
Rt= resistência em ohms na temperatura (ºC);
Ro= resistência em ohms na temperatura de referência;
A, B, C=constantes do material.
Termômetros por Resistência

5. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- Para uso industrial são utilizados sensores com fios de
platina, níquel, cobre e também uma liga de 70%
Ni/30%Fe (“Balco”):
- Alta resistividade, permitindo melhor sensibilidade do
sensor;
- Teor de coeficiente de variação de resistência com a
temperatura;
- Rigidez e ductibilidade para ser transformados em fios
finos.
Termômetros por Resistência

6. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- Construção física do sensor: o bulbo de resistência
compõe-se de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni,
com diversos revestimentos, conforme o tipo de utilização.
Termômetros por Resistência

7. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- Os termômetros de resistência de Ni e Cu tem sua
isolação normalmente em esmalte, seda, algodão ou fibra
de vidro.
- Os sensores de platina (Pt 100) permitem um
funcionamento até temperaturas mais elevadas e têm seu
encapsulamento normalmente em cerâmica ou vidro – não
tem problema relativos à dilatação.
Termômetros por Resistência

8. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência – Pt100):
- Possuem estabilidade, repetibilidade, precisão e ampla
faixa de operação (-270ºC a 660 ºC);
- Mais utilizado nas indústrias;
- Seu custo é praticamente igual ou até inferior ao dos
sensores de metais menos nobres;
Termômetros por Resistência

9. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
- Para sensores (Pt 100) classe B:
Erro máx. = + [0,3 + 0,005T] ºC
- Para sensores (Pt 100) classe A:
Erro máx. = + [0,15 + 0,002T] ºC
Ex.: Classe A operando a 380ºC:
+ [0,15 + 0,002x 380] = + 0,91ºC
Correspondem a + 0,24% do valor lido. Excelente!
Termômetros por Resistência

10. • Princípios de funcionamento
(Bulbo de resistência):
• Vantagens:
- Maior exatidão dentro da faixa de utilização comparando com
outros sensores;
- Boa reprodutibilidade;
- Utilizado em qualquer ambiente;
- Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem.
• Desvantagens:
- Tem vida útil curta caso seja utilizado para temperaturas
elevadas;
- Temperatura máxima de 630ºC.
Termômetros por Resistência

11. • Princípios de medição (Ligação a 2 fios)
- Ligados a um circuito de medição tipo Ponte de
Wheatstone;
- O circuito encontra-se balanceado quando é
respeitada a relação R4.R2 = R3.R1.
- Para utilização deste circuito como instrumento de
medida de Termoresistência, teremos as seguintes
configurações:
Termômetros por Resistência

12. • Princípios de medição (Ligação a 2 fios)
- Dois condutores de resistência relativamente baixa RL1 e
RL2 são usados para ligar o sensor Pt-100(R4) à ponte de
instrumento de medição e aumentar a resistência do sensor.
- A resistência R4 corresponde:
R4 = Pt100+ RL1 + RL2
Termômetros por Resistência

13. • Princípios de medição (Ligação a 3 fios):
- Método mais utilizado para termômetros de resistência na
indústria;
- Configuração elétrica diferente: a alimentação fica mais
próxima do sensor.
- Na ligação a 2 fios, as resistências de linha estavam em
série com o sensor, agora na ligação 3 fios, elas estão
separadas.
- Garante exatidão mesmo com grandes distâncias entre
elemento sensor e circuito de medição.
Termômetros por Resistência

14. • Princípios de medição (Ligação a 3 fios):
- A resistência R4 corresponde:
R4 = Pt100+ RL1 + RL2 + RL3
Termômetros por Resistência

15. • Princípios de medição (Ligação a 3 fios):
- A resistência R4 corresponde:
R4 = Pt100+ RL1 + RL2 + RL3
Termômetros por Resistência

16. • Utilizações:
– Ensaio de Fragilidade em borracha;
Termômetros por Resistência

17. • Princípios de funcionamento
- Utilizado quando se quer medir a temperatura de um meio
muito difícil de acessar, faz-se o uso da pirometria óptica ou
de radiação térmica;
- Um corpo aquecido emite energia (radiação térmica) que é
transportada por ondas eletromagnéticas, como a energia
luminosa, mas com predominância de frequências bem
menores que as do espectro visível, enquanto o corpo está à
temperatura não muito elevada. À medida que se aquece um
corpo, a partir de 500ºC, este começa a ficar visível, pois
começa a emitir radiações que têm uma fração apreciável
com frequência de luz: o espectro visível.
Termômetros por Radiação

18. • Princípios de funcionamento
- Ainda assim, a maior parte da intensidade da radiação tem
frequência localizada na região do infravermelho.
- São utilizados pirômetros ópticos que medem temperaturas que vão
acima de 1064,43ºC;
- Mede a intensidade de energia radiante emitida numa faixa estreita
de comprimento de onda do espectro visível.
- A intensidade de luz no espectro visível emitida por um objeto
quente varia rapidamente com a sua temperatura;
Termômetros por Radiação

19. • Princípios de funcionamento
- Os pirômetros utilizam dois métodos para comparação:
a) Variando a intensidade da luz emitida por uma lâmpada padrão
(corrente que passa através de um filamento) até atingir o mesmo
brilho da fonte.
b) Variando a luminosidade aparente do corpo quente através de
dispositivos ópticos enquanto uma corrente constante atravessa o
filamento da lâmpada padrão que permanece com brilho constante.
Termômetros por Radiação

20. • Princípios de funcionamento
- Os limites de utilização são: 750ºC e 2850ºC. Com filtros de absorção
especiais, pode-se estender sua calibração até 5500ºC.
- Em uso industrial consegue-se uma exatidão de até + 2%.
- As medidas são independentes da distância entre a fonte e o
aparelho;
Termômetros por Radiação

21. • Princípios de funcionamento
- Pirômetros de radiação operam essencialmente segundo a lei de
Stefan-Boltzmann. Nele a radiação é coletada por um arranjo óptico
fixo e dirigido a um detector do tipo termopilha ou semicondutor,
onde gera um sinal elétrico (termopilha) ou altera o sinal elétrico
(semicondutor);
Termômetros por Radiação

22. • Princípios de funcionamento
- Radiômetro operam numa faixa
de -30ºC a 4000ºC.
- São utilizados onde as
temperaturas estão acima da faixa
de operação dos termopares;
- No interior de fornalhas à vácuo
ou pressão, onde os sensores de
temperatura danificam o produto;
- Objetivo em movimento;
Termômetros por Radiação

23. • Princípios de funcionamento
- Os resultados normalmente são apresentados através de
mostradores analógicos e digitais.
- Alguns são conectados diretamente com a unidade de controle ou
registradores através de interface analógica/digital.
Termômetros por Radiação