Calibração de sensores de temperatura

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Calibração de sensores de temperatura

  1. 1. Carlos Eduardo
  2. 2.  Grandeza padrão de natureza diversa às demais grandezas padrões: 1. O padrão de temperatura não pode ser multiplicado ou adicionado para gerar novos padrões. 2. Algumas teorias relacionam a temperatura como a energia cinética média das moléculas.  Lei zero da termodinâmica: Dois corpos possuem a mesma temperatura quando estão em equilíbrio termodinâmico.
  3. 3.  Termodinâmica: Quando dois corpos estão em equilíbrio com um terceiro corpo, também estão em equilíbrio entre si.  O termômetro é calibrado, colocado em equilíbrio termodinâmico, com um corpo de temperatura conhecida. Ex: Um banho de água em estado líquido e sólido.
  4. 4.  Poder-se-ia definir uma escala de temperatura como a variação do comprimento de uma barra de cobre. Questão: A variação de comprimento da barra mantém sempre uma relação constante com a variação de temperatura?  Poder-se-ia definir uma escala de temperatura baseada no quantidade de calor transferida por uma barra de platina. Questão: A relação entre a quantidade de calor transferida e a temperatura se mantém constante?
  5. 5.  O desenvolvimento de uma escala baseada em propriedades de materiais traz dificuldades diversas.  Lord Kelvin define em 1848 uma escala de temperatura independente de propriedades de materiais e baseada no ciclo de Carnot.
  6. 6. Reservatório 1 Temperatura 푇1 Reservatório 2 Temperatura 푇2 푄1 푄2 푄2 푄1 = 푇2 푇1 A escala definida por Lord Kelvin, mesmo fisicamente correta, não é realizável devido a basear-se no ciclo de Carnot ideal.
  7. 7.  A escala utilizável baseia-se na lei dos gases ideais.  Em um recipiente de gás fechado e de volume constante a mudança de pressão é proporcional a variação de temperatura.  A escala é baseada em pontos fixo de temperatura como: Ponto triplo d´agua, ponto de ebulição do oxigênio líquido −182.92표퐶, ponto de ebulição d´agua 100표퐶.
  8. 8.  Baseiam-se na expansão ou contração dos materiais quando há variação de temperatura.  Varias construções são empregadas para amplificar o efeito decorrente da variação de dimensão dos corpos.
  9. 9.  Nome genérico RTD – Resistence Temperature Detectors.  Os materiais mais utilizados são: Platina e ligas de cobre e níquel.  O coeficiente de variação da resistência é representado pela letra 훼 e é definido como se segue:  훼 = 푅100−푅0 100푅0 com 푅100 a resistência à 100표퐶 e 푅0 a resistência à 0표퐶  Platina 훼 = 0.003925 ohm/ohm/°C
  10. 10.  Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão eléctrica em função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, que é conhecido como Efeito de Seebeck.
  11. 11.  Tipo K (Cromel / Alumel ◦ O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis variadas sondas. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1200 °C, tendo uma sensibilidade de aproximadamente 41μV/°C. ◦ Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel) ◦ Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel) ◦ Faixa de utilização: -270 °C a 1200 °C ◦ f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV
  12. 12.  Tipo E (Cromel / Constantan) ◦ Este termopar tem uma elevada sensibilidade (68 μV/°C) que o torna adequado para baixas temperaturas. ◦ Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10% (Cromel) ◦ Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45% (Constantan) ◦ Faixa de utilização: -270 °C a 1000 °C ◦ f.e.m. produzida: -9,835 mV a 76,373 mV
  13. 13.  Tipo J (Ferro / Constantan) ◦ A sua gama limitada (-40 a 750 °C) é a responsável pela sua menor popularidade em relação ao tipo K. Aplica-se sobretudo com equipamento já velho que não é compatível com termopares mais ‘modernos’. A utilização do tipo J acima dos 760 °C leva a uma transformação magnética abrupta que lhe estraga a calibração. ◦ Termoelemento positivo (JP): Fe99,5% ◦ Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45% (Constantan) ◦ Faixa de utilização: -210 °C a 760 °C ◦ f.e.m. produzida: -8,096 mV a 42,919 mV
  14. 14.  Tipo N (Nicrosil / Nisil) ◦ A sua elevada estabilidade e resistência à oxidação a altas temperaturas tornam o tipo N adequado para medições a temperaturas elevadas, sem recorrer aos termopares que incorporam platina na sua constituição (tipos B, R e S). Foi desenhado para ser uma “evolução” do tipo K. • Tipo B (Platina / Ródio-Platina) ◦ Os termopares tipo B, R e S apresentam características semelhantes. São dos termopares mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade (da ordem dos 10 μV/°C), utilizam-se apenas para medir temperaturas acima dos 300 °C. Note-se que devido à reduzida sensibilidade destes termopares, a sua resolução de medida é também reduzida. ◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1800 °C. ◦ Contra aquilo que é habitual nos outros termopares, este origina a mesma tensão na saída a 0 e a 42 °C, o que impede a sua utilização abaixo dos 50 °C. Em compensação, utiliza cabos de extensão de cobre comum desde que a sua conexão com o termopar esteja neste intervalo (0 °C a 50 °C). Os demais termopares necessitam de cabos de ligação com o mesmo material do termopar, sob o risco de formarem com o cobre um "outro termopar", se a conexão estiver a temperatura diferente do instrumento de processamento do sinal (p.ex. transmissor) ◦ Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6% (Ródio-Platina) ◦ Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1% (Ródio-Platina) ◦ Faixa de utilização: 0 °C a 1820 °C ◦ f.e.m. produzida: 0,000 mV a 13,820 mV
  15. 15.  Tipo R (Platina / Ródio-Platina) ◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 μV/°C) e custo elevado. ◦ Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina) ◦ Termoelemento negativo (RN): Pt100% ◦ Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C ◦ f.e.m. produzida: -0,226 mV a 21,101 mV • Tipo S (Platina / Ródio-Platina) ◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10 μV/°C), elevada estabilidade e custo elevado. ◦ Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10% (Ródio-Platina) ◦ Termoelemento negativo (SN): Pt100% ◦ Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C ◦ f.e.m. produzida: -0,236 mV a 18,693 mV ◦ Tipo T (Cobre / Constantan)[editar | editar código-fonte] ◦ É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 °C a 400 °C. ◦ Termoelemento positivo (TP): Cu100% ◦ Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan) ◦ Faixa de utilização: -270 °C a 370 °C ◦ f.e.m. produzida: -6,258 mV a 20,872 mV
  16. 16. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device
  17. 17. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device
  18. 18. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device
  19. 19. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device
  20. 20.  São baseados na emissão de onda infravermelha pelos corpos.  Utilizam o princípio da transmissão de calor por radiação.
  21. 21.  Método direto: Quando o medidor está imerso no fluxo e a medida se dá pelas leis da dinâmica de fluidos a partir da observação das alterações introduzidas no escoamento.  Método indireto: Quando não há alterações do escoamento, em geral são sensores posicionados fora do escoamento.
  22. 22. 1. Pesagem Baseia-se no fato de que a vazão pode ser determinada a partir do fluxo de massa que atravessa uma seção durante o intervalo de tempo. 2. Efeito da força de arrasto Baseia-se no fato da força de arrasto ser proporcional ao quadrado da velocidade média do escoamento na seção. Um dispositivo que emprega este método é denominado “Rotâmetro”. 3. Equação de energia Consiste em se alterar a seção de escoamento para que sejam verificadas variações nos termos da equação da energia aplicada entre estas seções de cada tipo de medidor.
  23. 23. 푄 = 1 휌1 훼 휀 휋 4 푑2 2Δ푝 휌1 훼 = 퐶 1−훽4 , 훽 = 푑 퐷 O coeficiente 퐶 é denominado coeficiente de vazão e é dependente da geometria do bocal. O termo 휀 é definido como coeficiente de compressão e também é dependente da geometria do bocal.
  24. 24.  Placa de orifício com captores em anel 휀 = 1 − 0,41 + 0,35훽4 Δp kp1 com 푘 = 푐푝 푐푣 . 푐푝 푒 푐푣 são os calores específicos do fluido em condições de pressão e volume constante.
  25. 25.  Placa de orifício com captores em anel 퐶 = 0,5959 + 0,03212훽2,1 − 0,184훽8 + 0,0029훽2,5 106 푅푒퐷 0,75 + 퐶0퐿1훽4 1 − 훽4 −1 − 0,0337퐿2훽4 퐿1 < 0,4333 → 퐶0 = 0,09 퐿1 ≥ 0,4333 → 퐶0퐿1 = 0,039 푅푒퐷 = 푁ú푚푒푟표 푑푒 푅푒푦푛표푙푑푠 퐿1푒퐿2 são as distâncias entre os pontos de medida da pressão e a placa de orifícios a montante e a jusante.
  26. 26. 푄 = 휋퐷4 128휇퐿 Δ푝
  27. 27. 푉 = 2 푝푠푡푎푔 − 푝푠푡푎푡 휌
  28. 28. Helicóptero Kamov Ka- 26 Cesna 172
  29. 29. 퐼2푅푊 = ℎ퐴(푇푊 − 푇푓) ℎ = 퐶0 + 퐶1 푉  퐼 é a corrente que passa pelo fio  푇푊 Temperatura do fio  푇푓 Temperatura do fluído  퐴 área de transferência de calor do fio  퐶0 푒 퐶1 são constantes  푉 é a velocidade

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