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: 106096-1
Henrique Vitkauskas Doria             Prontuário: 106231-X
Nathaly Ishii Munhoz                       Prontuário: 106271-9
Renan de Freitas                               Prontuário: 106266-2

Professor orientador: Carlos Frajuca

Conceitos
•Equilíbrio Térmico
•Medida no SI
•Material Quente
•Capacidade termica (constante de proporcionalidade
térmica)
.

TERMÔMETROS DE EXPANSÃO
TERMÔMETRO 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 EXPENSÃO
TERMÔMETRO 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
- 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.

Aplicações
PTC – 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)

Aplicações
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

Aplicações
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

Aplicações
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

Aplicações
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 32.51kΩ
Fonte: NTC Thermistor Refrigerator
Sensors - Vishay

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.

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

- 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

•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

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
• 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

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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