O documento discute diferentes tipos de sensores de temperatura, incluindo termistores, termoresistências e pirômetros. Aborda conceitos como PTC, NTC, termoresistência de platina e diferentes tipos de montagem para sensores térmicos.

1. Sensores de temperatura
1.Conceitos básicos
2.Termistores (Thermally Sensitive Resistor)
* PTC (Positive Temperature Coeficient)
* NTC (Negative Temperature coeficient)
1.Termoresistência
* Termoresistência de platina
* Tipos de montagem
1.Pirômetros
INSTRUMANTAÇÃO
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2. Grandeza física relacionada com o grau de
vibração dos átomos e/ou moléculas que
constituem o corpo.
Grandeza física relacionada com o grau de
vibração dos átomos e/ou moléculas que
constituem o corpo.
CONCEITOS BÁSICOS
TemperaturaTemperatura
Energia térmica em trânsito de um corpo de
maior temperatura para um corpo de menor
temperatura.
Energia térmica em trânsito de um corpo de
maior temperatura para um corpo de menor
temperatura.CalorCalor
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3. Sensores térmicos
termoresistências
metálicas
semicondutoras
interruptores térmicos
termodíodos
termotransístores
termopares
de ruído
activos
passivos
sensores de contacto:
condução
Tipos de sensores térmicos
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4. TERMISTORES
Os termistores são semicondutores cerâmicos que também tem sua resistência
alterada como efeito direto da temperatura, mas que geralmente possui um
coeficiente de variação maior que os RTDs (Resistance Temperature Detector –
Resistência Detector de temperatura).
A palavra termistor vem de thermally sensitive resistor.
Estes dispositivos são formados pela mistura de óxidos metálicos prensados e
sinterizados em diversas formas ou em filmes finos, podendo ser encapsulados em
vidro (hermético para maior estabilidade) ou epoxi.
São designados como NTC (negative temperature coeficient) quando apresentam
um coeficiente de temperatura negativo e como PTC (positive temperature coeficient)
quando apresentam um coeficiente de temperatura positivo.
Estes dispositivos não são lineares e apresentam uma sensibilidade elevada
(típica 3% a 5% por °C) com faixa de operação típica de -100°C a +300°C. (danos ao
dispositivo por sobre/subtemperatura).
Os termistores são disponibilizados em tamanhos e formas variadas. A sua
faixa de tolerância de fabricação também varia (tipicamente de 5 a 20%).
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5. Tamanhos e formas bastante variados
(0,005” a 0,05” de diâmetro)
PTC – Resistência aumenta com a
temperatura
NTC – Resistência decresci com
aumento da temperatura
Vidro
Gota (bead) Epoxi Montagem de superfície
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6. Ponteira em Aço Inox Ponteira em Aço Inox
com Flange
Alumínio
Superfície Micro Ponteira
TO-5
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7. PTCs – Coeficiente de temperatura positivo
Os PTCs aumentam a sua resistência com o aumento da temperatura. Podem ser
construídos de silício, e conseqüentemente suas características dependem deste
semicondutor dopado. Durante muito tempo o olho foi utilizado como “sensor de
temperatura”.
Outros termistores com coeficiente positivo são construídos com Titanatos de
Bário, Chumbo e Estrôncio. Em temperaturas muito baixas (abaixo de 0°C) o valor de
resistência é baixo e a curva da resistência x temperatura exibe uma pequena faixa de
coeficiente negativo de temperatura. Com o aumento da temperatura este coeficiente
torna-se positivo e a resistência começa a aumentar e só pára de aumentar quando
chega em seu limite, onde novamente ocorre uma inversão do coeficiente de
temperatura, tornando-se negativo.
Alguns termistores PTC
baseados na dopagem por silício
mostram um declive baixo com a
temperatura e são chamados de
Tempsistores ou Silistores e na
faixa de temperatura de -60°C a
+150°C.
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8. NTCs – Coeficiente de temperatura negativo
Os termistores do tipo NTC consistem de óxidos metálicos tais como Cromo,
Níquel, Cobre, Ferro, Manganês e Titânio. Estes componentes diminuem a sua
resistência elétrica com o aumento da temperatura.
As limitações dos termistores para a medição da temperatura e outras quantidades
físicas são similares aos RTDs. Porém, os termistores são menos estáveis do que os
RTDs. Os termistores são amplamente utilizados, apresentando alta sensibilidade e
alta resolução para medição de temperatura. Sua alta resistividade permite massa
pequena com rápida resposta e cabos de conexão longos.
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9. Transdutores Termoresistivos
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10. Características principais
Condutor metálico, sendo a platina o material mais utilizado.
Praticamente lineares com Sensibilidade Baixa e Positiva.
Dependendo do metal são muito estáveis.
Faixa de Operação (-200 a +850 °C).
Baixíssima tolerância de fabricação (0,06% a 0,15%).
Considerados sensores de alta precisão e ótima repetitividade de leitura.
Bobina bifilar metálica (em geral platina) enrolada sobre um substrato (cerâmica) e
encapsulado (cerâmica, polímero ou vidro)
Ni
W
Cu
Pt
0
100
200
300
400
500
600
-100 100 300 500 700
R (Ω)
T (ºC)
Ω= 100º0 CR
semicondutora
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11. Filme Metálico depositado sobre substrato cerâmico encapsulado (polímero ou vidro)
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12. TERMORESISTÊNCIA
As termoresistências de Platina mais usuais são: PT-25,5Ω, PT-100Ω, PT-120Ω, PT-
130Ω, PT-500Ω, sendo que o mais conhecido e usado industrialmente é o PT-100 Ω. Estas
siglas significam o metal (PT – Platina) e a resistência a temperatura de 0°C.
Um sensor de filme de platina para aplicação industrial pode atuar na faixa de –50 a
260 °C.
Sensores de enrolamentos de fio de platina atuam entre –200 e 648 °C
Os sensores de platina também são bastante conhecidos por serem estáveis e
manter suas características por um longo período de tempo. Apesar de não ser o
sensor mais
sensível, esta é a razão pela qual a platina é mais utilizada que o níquel.
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13. Tipos de Montagens
Na montagem convencional com bainha preenchida, tem-se o sensor montado em
um bulbo metálico com uma extremidade fechada e preenchido todos os espaços com
óxido de magnésio, permitindo uma boa troca térmica e protegendo o sensor de
choques mecânicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata ou níquel
isolados entre si; sendo a extremidade aberta, selada com resina epoxi, vedando o
sensor do ambiente em que vai atuar.
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14. Montagens
Circuitos em ponte: 2 fios, 3 fios, 4 fios.
Ligação a dois fios
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15. R(kΩ)
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 350
KTY81-2
KTY83-1
KTY84-1
KTY81-1
T
(ºC)
Fabricantes especificam de R
com tabelas KTY81-1
Sensor Valor nominal (Ω) Gama de temperaturas (ºC) α (Ω/Ω/ºC) β (Ω/Ω/ºC
2
)
KTY81-1 990-1050 - 55 a 150 7,87E-03 1,87E-05
KTY81-2 1980-2100 - 55 a 150 7,87E-03 1,87E-05
KTY83-1 990-1050 - 55 a 150 7,64E-03 1,73E-05
KTY84-1 970-1050 0 a 300 6,12E-03 1,03E-05
5,0
6,0
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16. Vantagens e Desvantagens na Escolha do Bulbo
de ResistênciaVantagens
a) Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores.
b) Tem boas características de estabilidade e repetibilidade.
c) Com ligação adequada, não existe limitação para distância de operação.
d) Dispensa o uso de fios e cabos especiais, sendo necessário somente fios de cobre
comuns.
e) Se adequadamente protegido (poços e tubos de proteção), permite a utilização em
qualquer ambiente.
f) Curva de Resistência x Temperatura mais linear.
g) Menos influência por ruídos elétricos.
Desvantagens
a) São mais caros do que os outros sensores utilizados nesta mesma faixa.
b) Baixo alcance de medição (máx. 630ºC).
c) Deterioram-se com mais facilidade, caso ultrapasse a temperatura máxima de
utilização.
d) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura estabilizada para a
correta indicação.
e) Possui um tempo de resposta elevado.
f) Mais frágil mecanicamente.
g) Autoaquecimento, exigindo instrumentação sofisticada.21/11/16 16JOÃO NOGUEIRA

17. PIRÔMETROS
Empregando os princípios da radiação, métodos foram desenvolvidos para medir a
temperatura de superfícies sem que haja contato do sensor com a superfície. Esses
métodos eliminaram os problemas de estabilidade e isolamento inerentes às medições,
por contato, de altas temperaturas.
A região do infravermelho é utilizada dentro do espectro eletromagnético para
caracterizar temperatura, medindo sua radiação térmica.
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18. Princípios de Radiação
As ondas eletromagnéticas e partículas emitidas da superfície de um corpo são
denominadas radiação. A radiação emitida de uma superfície aquecida tem muitos
comprimentos de onda diferentes. O espectro eletromagnético cobre uma grande faixa
de comprimentos de onda, porém a radiação térmica relaciona-se apenas com o espectro
da luz. Pode-se obter o valor da energia de radiação de um comprimento de onda
através da temperatura absoluta. A energia total emitida por uma superfície é dada,
portanto, pela soma das energias de radiação de cada comprimento de onda.
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19. O Pirômetro Óptico
O pirômetro óptico é usado para medir temperaturas em uma faixa de 700°C até 4000°C.
A energia de radiação emitida pelo corpo é coletada e focada por uma lente objetiva na
lâmpada do pirômetro. A energia radiante é, então, passada por um filtro e transmitida
a uma outra lente objetiva e então a uma lente ocular. A imagem vista pelo pirômetro é
o do filamento da lâmpada em um fundo de intensidade devida ao corpo observado.
Deve-se ajustar a corrente para fazer com que o brilho da lâmpada seja equiparado ao
do fundo de modo que os dois se confundam, fazendo o filamento sumir. Através da
medição da corrente necessária para fazer o filamento desaparecer, obtém-se a
temperatura do corpo.
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20. Pirômetros Infravermelhos
Em baixas temperaturas, as emissões de radiação se concentram nas regiões
infravermelhas do espectro. Os pirômetros infravermelhos coletam a radiação
infravermelha da região de uma superfície através de uma lente. A radiação é, então,
refletida e focada em um sensor de temperatura (um termopar, por exemplo) por um
espelho côncavo. A partir da magnitude de radiação absorvida pelo sensor, pode-se ter
o valor da temperatura da superfície emissora.
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21. Aplicações -Termocâmeras
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22. Termógrafo
Podem ser unidimensionais: termógrafos de linha. Nesse caso é feito uma varredura em
uma linha, levantado o perfil de temperatura da mesma.
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23. Imagem térmica de um corpo e Termógrafo
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24. Pirômetros de radiação implementados com
sensores óticos
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25. Podem ser bidimensionais, levantando o perfil de uma superfície.
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26. Referências Bibliográficas
SENAI. ES. Instrumentação - Instrumentação Básica I - Pressão e Nível. 1999
SENAI. ES. Instrumentação - Instrumentação Básica II - Vazão, Temperatura e Analítica.
1999.
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•www.help-temperatura.com.br
• www.arquimedes.net
• www.controles.com
• www.fisicarecreativa.com
•www.arquimedes.tv/sens/sensor_Pt100.htm
•www.magnetosgerais.com.br/index2.htm