Instrumentação Eletroeletrônica AULA 6. Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Transcrição

1 Instrumentação Eletroeletrônica AULA 6 Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

2 Medição de Temperatura Instrumentação Eletroeletrônica 2

3 Introdução Temperatura é sem dúvida uma das variáveis mais importante nos processos industriais, e sua medição e controle, embora difíceis, são vitais para a qualidade do produto e a segurança não só das máquinas como também do homem. Não é difícil de se chegar a esta conclusão, basta verificar que todas características físico-químicas de qualquer substância alteram-se de forma bem definida com a temperatura. Então, a temperatura afeta diretamente um processo, provocando, por exemplo: ritmo maior ou menor na produção uma mudança na qualidade do produto um aumento ou diminuição na segurança do equipamento e/ou do pessoal um maior ou menor consumo de energia e, por conseguinte, um maior ou menor custo de produção. Instrumentação Eletroeletrônica 3

4 Conceitos Temperatura Grandeza física relacionada com o grau de vibração dos átomos e/ou moléculas que constituem o corpo. Calor Energia térmica em trânsito de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura. Instrumentação Eletroeletrônica 4

5 Escalas de Temperatura A temperatura é quantificada através de escalas padronizadas, as mais utilizadas são a escala Celsius [ºC] e a Fahrenheit [ºF]. No Sistema Internacional (S.I.) utiliza-se à escala absoluta Kelvin Relação entre as escalas: C 5 F 32 9 K 273,15 5 Instrumentação Eletroeletrônica 5

6 Medição de temperatura A temperatura não pode ser determinada diretamente, mas deve ser deduzida a partir de seus efeitos elétricos ou físicos produzidos sobre uma substância, cujas características são conhecidas. Os medidores de temperatura são construídos baseados nesses efeitos. Medidores de Temperatura Termômetros de Efeito Mecânico Termômetros de Efeito Elétrico Medidores por Radiação Instrumentação Eletroeletrônica 6

7 Termômetros de Efeito Mecânico Instrumentação Eletroeletrônica 7

8 Termômetro de expansão de Líquidos Os termômetros de dilatação de líquido baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado. Utiliza-se geralmente álcool ou mercúrio. Por exemplo, um dos dispositivos (termômetro) mais antigos é o termômetro de vidro, que se baseia na expansão do mercúrio ou outro líquido com a temperatura. Instrumentação Eletroeletrônica 8

9 Termômetro bimetálico O termômetro bimetálico baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura. Dois metais de diferentes coeficientes de dilatação linear são unidos numa determinada temperatura. Ao submeter à junta a uma temperatura determinada ela se curvará no sentido da indicação da temperatura. Instrumentação Eletroeletrônica 9

10 Termômetro manométrico É baseado na afirmação: A pressão de um gás é proporcional à temperatura, se mantivesse constante o volume do gás. Instrumentação Eletroeletrônica 10

11 Termômetros de Efeito Elétrico Instrumentação Eletroeletrônica 11

12 Termômetros de resistência São transdutores que se baseiam no princípio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura. Os materiais de uso prático recaem em duas classes principais: condutores e semicondutores. Condutores: são chamados termoresistências Semicondutores: são chamados termistores Instrumentação Eletroeletrônica 12

13 Termoresistência (RTD) Termoresistência, ou resistance temperature detector (RTD), são considerados sensores de alta precisão e ótima repetibilidade de leitura. Termo-resistências metálicas são construídas a partir de fios ou filmes de platina, cobre, níquel e tungstênio para aplicações a alta temperatura. Equação para cálculo da resistência: Onde: R 0 = Resistência de referência na temperatura T 0 (normalmente 0 o C) α 0, β 0 e γ 0 são os coeficientes térmicos R T = resistência para a temperatura T Instrumentação Eletroeletrônica 13

14 Termoresistência (RTD) Atualmente o termômetro de resistência de Platina (Pt) mais utilizada na indústria e em estudo laboratoriais é o Pt- 100, cujo sufixo numérico corresponde a sua resistência elétrica quando submetida a 0ºC. Outros tipos de termo resistência de platina. Pt-25 Pt-50 Pt-200 Instrumentação Eletroeletrônica 14

15 Termoresistência (RTD) Ligação do RTD Ponte de Wheatstone Instrumentação Eletroeletrônica 15

16 Termoresistência (RTD) Ligação do RTD Ponte de Wheatstone Ligação a dois fios Instrumentação Eletroeletrônica 16

17 Termoresistência (RTD) Ligação do RTD Ponte de Wheatstone Ligação a três fios Instrumentação Eletroeletrônica 17