10. acetatos medição de temperatura
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medição temperaturaTRANSCRIPT
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Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
1
Instrumentao e Controlo
Medio de Temperatura
Instrumentao e Controlo
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Escalas de medio
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
2
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
dilatao de lquidoselementos bimetlicos
Dimenses fsicas
Presso de gs ou vapor gs a volume constantetermmetros de presso
Propriedades elctricas termoresistnciastermoparestermistores
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
sensores de radiao trmicapirmetros pticospirmetros de radiao totaltermmetros de infravermelhossensores de fotes
Radiao trmica emitida
Mudana de fase qumica indicadores fusveiscristais lquidostintas termo-sensveis
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Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
Dimenses fsicas Dilatao de lquidos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
( )= + 0V V 1 TV volume do lquido temperatura TV0 volume do lquido a 0C coef. de dilatao volumtrica aparenteT temperatura do lquido
Preciso 0,2 a 2CVantagem muito fiveisDesvantagem muito frgeis
Mercrio [-38C, +350C]lcool [-100C, +70C]Pentano [-200C, +20C]Tolueno [-70C, +100C]
Instrumentao e Controlo
Dimenses fsicas Elementos bimetlicos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Faixa bimetlica formada por dois metais diferentes expandemou contraem com propores diferentes se aquecidos ou arrefecidos
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Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
e
Dimenses fsicas Elementos bimetlicos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
raio de curvatura
e espessura total da unio
a coef. de expanso superior (tabelado)
b coef. de expanso inferior (tabelado)
T1 temp. inicial da unio
T2 temp. final da unio
( )( ) a b 2 12e
3 T T
Metal A
Metal B
ArrefecimentoAquecimento
a
b
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Dimenses fsicas Elementos bimetlicos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Faixa bimetlica enrolada maior dimenso mais sensvel apequenas variaes de temperatura
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Instrumentao e Controlo
Dimenses fsicas Elementos bimetlicos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Utilizado em termstatos de frigorficos ou fornos elctricosCampo de medida -200 a +500CVantagens baixo custo, sem manuteno, estveis no tempo
Instrumentao e Controlo
Dimenses fsicas Elementos bimetlicos
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Termstato de um frigorifico dois metais formam a faixa bimetlica
Aumento de temperatura metal superior dilata mais que o inferior
Faixa bimetlica torce para baixo interrompe a corrente elctrica
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Presso de gs ou vapor Gs a volume constante
p presso
V volume do gs
n n moles do gs
R cte. gases perfeitos (8,3144 JK-1mol-1)
T temperatura do gs
=PV nRT
comprimento mximo do tubo = 30 m
Gases usados azoto, non, crpton, ar
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Presso de gs ou vapor Termmetros de presso
construo simpleseconomicamente viveisboa precisoboa sensibilidadebaixo tempo de resposta
Vantagens
dimenso significativa do bolbotemperatura mxima < sistemas elctricossubstituir aparelho de medida em caso de avariadistncia limitada entre elemento sensor e leitura
Desvantagens
Lquidos usados mercrio, xileno, lcool, ter, etano, clorobenzeno
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Sensor passivo fornecer corrente elctrica de excitao paraproduzir uma tenso passvel de ser lida pelo sistema de aquisio
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
( )= + + + + +2 3 n0 1 2 3 nR R 1 a T a T a T ... a TR valor da resistncia temperatura T
R0 valor da resistncia temperatura 0C
an coeficientes de temperatura (material)
n grau do polinmio (material, preciso, gama de temperaturas)
( )= +0 1R R 1 a T
Materiais usados platina, nquel, cobre, ligas de tungstnio e nquel
Material com comportamento linear e gama limitada de temperaturas
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Vantagens e desvantagens
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Gama de temperaturas -260C a 2700C
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Material Smbolo
qumico
Resistividade
(mm2/m)Sensibilidade
a1 (C-1)
Gama de
medida (C)
Temperatura
de fuso (C)
PrataCobreNquelOuro
PlatinaTungstnio
AgCuNiAuPtW
1,59 x 10-2
1,72 x 10-2
7,8 x 10-2
2,21 x 10-2
10,8 x 10-2
5,51 x 10-2
3,8 x 10-3
3,9 x 10-3
6,7 x 10-3
4,0 x 10-3
3,8 x 10-3
4,5 x 10-3
-100 a 400-100 a 500
-260 a 800-70 a 2700
96010831435106417733370
Coeficientes de temperatura dos materais mais usados em RTDs
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Platina
comportamento linearelevado ponto de fusoelevada precisoimune aco de agentes atmosfricosimune maioria dos compostos agressivoslei de variao conhecida
Platina material mais usado em RTDs
Platina sonda PT100 R= 100 , T = 0C
( )= +PT100 0R R 1 0,00385T
( )= +0 1R R 1 a T
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD) PT100
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 2 fios
RTD
VRL = RL IEX
Origina erros em tenso VRL devido passagem da corrente deexcitao IEX pelas resistncias RL
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 4 fios
Segundo par de fios transporta a corrente de excitao IEX para a RTDS uma corrente mnima passa pelos 2 fios sensores erros emtenso (VRL2, VRL3) so desprezados
RTD
VRL1 = RL1 IEX
fios adicionais
VRL4 = RL4 IEX
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Ponte de Wheatstone mtodo de medio diferencialVMEAS no varia linearmente com as variaes da RTD
RTD
R1
R2
R3
VMEASVEX
=
+ +
2MEAS EX
3 2 1
RRTDV V
RTD R R R
Vantagem comportamento linearDesvantagem perda de sensibilidade (diminuio da sada da ponte)
=
2MEAS EX
3 1
RRTDV V
R RR3 >> RTD e R1 >> R2
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 2 fios
RTD
R1
R2
R3
VMEASVEXRL
RL
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 2 fios
Circuito equivalente
VMEAS depende da resistncia dos fios RL
RTD + 2RL
R1
R2
R3
VMEASVEX
+=
+ + +
L 2MEAS EX
L 3 2 1
RTD 2R RV V
RTD 2R R R R
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 3 fios
VEX
R1
R2
R3
VMEAS
RL
RL
RLRTD
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 3 fios
Circuito equivalente
RTD + RL
R1
R2
R3 + RL
VMEASVEX
RL em braos adjacentes da ponte compensao da influncia doafastamento da RTD
+=
+ + + +
L 2MEAS EX
L 3 L 2 1
RTD R RV V
RTD R R R R R
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 4 fios
RTD
R1
R2
R3
VEX
RL
RL
RL
RL
VMEAS
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
RTD afastada do aparelho de medida medio com 4 fios
Circuito equivalente
RTD + 2RL
R1
R2 + 2RL
R3
VMEASVEX
2RL em braos adjacentes da ponte compensao da influncia doafastamento da RTD
+ +=
+ + + +
L 2 LMEAS EX
L 3 2 L 1
RTD 2R R 2RV V
RTD 2R R R 2R R
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Exemplo 1Uma RTD de platina tem uma resistncia de 150 temperatura de20C. Calcule a resistncia temperatura de 50C sabendo que ocoeficiente de temperatura a1 de 3,92x10
-3.
( ) ( )( )= + = + = 30 1R R 1 a T R 150 1 3,92 10 50 20 R 167,64
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Exemplo 2Uma RTD do tipo PT100 inserida numa ponte sujeita a umatemperatura de 50C. Supondo que VEXC = 10V e R1, R2, R3 = 100calcule a tenso de sada.
PT100
100
VMEAS10V
100
100
Segundo a tabela de converso T-R, para T = 50C vem RTD = 119,25
=
+ +
= + +
=
2MEAS EX
3 2 1
MEAS
MEAS
RRTDV V
RTD R R R
119,25 100V 10
119,25 100 100 100
V 0,439V
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termoresistncias (RTD)
Exemplo 3Supondo que a RTD do exemplo 2 est afastada da ponte (RL = 1)calcule a tenso de sada.
Segundo a tabela de converso T-R, para T = 50C vem RTD = 119,25
+=
+ + +
+ = + +
=
L 2MEAS EX
L 3 2 1
MEAS
MEAS
RTD 2R RV V
RTD 2R R R R
119,25 2 1V 10
119,25 2 100 2
V 0,480V
Ao afastar a RTD a tenso sobe 9%, ou seja, tem-se um erro emtenso de 9%, o que implicar um erro no clculo da temperatura
RTD
R1
R2
R3
VMEASVEXRL
RL
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores
material semicondutoreconomicamente viveiscoef. temperatura negativo (NTC) ou positivo (PTC)coef. temperatura superior em mdulo ao dos RTDs
Vantagens
no linearesbaixa precisocoef. temperatura varia muito com temperaturano toleram temperaturas acima das especificadas
Desvantagens
Vantagens e desvantagens
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores
Vantagens e desvantagens
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores Aplicaes
Indstria automvel
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores NTC
=1 2
1 1
T T
1 2R R e
R1 valor da resistncia temperatura T1T1 temperatura absoluta (25C ou 298,16K)
R2 valor da resistncia temperatura T2T2 temperatura absoluta qualquer
ndice de sensibilidade ou cte. do material ( 4000K) =
1
2
1 2
R1ln
R1 1
T T
Resistncia R1 calculada para temperatura de referncia de 25CMedio efectuada para potncia nula minimizar erro de medioprovocado por efeito Joule
Coeficiente de temperatura negativo (NTC) resistncia diminui como aumento da temperatura
T1 = 25C = 298,16KT2 = 85C = 358,16K
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores NTC
Coeficiente de temperatura negativo (NTC) valor da inclinao dacurva R-T para uma dada temperatura
= 100% dR
R dT
= = =
0
0
1 1
T T
0 2
21 1
T T
0
dR R eTdT
R TR e
Coeficiente de temperatura negativo para qualquer temperaturaGrande preciso em toda a gama de temperaturas
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores PTC
Coeficiente de temperatura ligeiramente negativo na faixade temperatura normal
Aumento acentuado da resistncia em torno do ponto deCurie coeficiente de temperatura torna-se positivo
Faixa de temperaturas mais elevadas coeficiente detemperatura torna-se novamente negativo
Resistncia mnima (Rmin) valor correspondente potncia nula medido na temperatura onde o coeficientede temperatura se torna positivo
Temperatura de comutao (Tb) temperatura para aqual R = 2Rmin, correspondente ao incio da comutao dotermistor estando fisicamente relacionada com atemperatura de transio ou ponto de Curie
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores PTC
Coeficiente de temperatura positivo (PTC) valor da inclinao dacurva R-T entre a temperatura de comutao Tb e uma dadatemperatura Tp (> Tb) localizada na zona de aumento da resistncia
Coeficiente de temperatura aproximadamente constante, mas comsubida exponencial junto do ponto de Curie
=
p
p b b
R100%ln
T T R
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termistores
Comparao entre o comportamento de termistores NTC e RTDs
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Efeito termoelctrico
Constitudos por dois condutores metlicos diferentes unidos numadas extremidades de forma a formarem uma juno tenso ouf.e.m. nessa juno potencial de contacto
Potencial de contacto deve-se difuso dos electres do metalcom maior energia para o outro metal com menor at que haja umequilbrio entre ambos
Juno de medidaou juno quente
Juno de refernciaou juno fria Temperatura
a medirTemperatura
fria conhecida
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Efeito de Seebeck
Juno entre dois condutores metlicos diferentes temperatura T desenvolve-se uma tenso ou f.e.m cujo valor depende dos materiaise da sua temperaturac
( )=ABV f T,metal A,metal B
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Efeito de Peltier
Juno entre dois condutores metlicos diferentes percorrida poruma corrente elctrica desenvolve-se na juno uma quantidadede calor proporcional corrente elctrica que a atravessa
Temperatura da juno no igual do meio cuja temperatura est aser medida
Efeitos de aquecimento ou arrefecimento proporcionais correnteelctrica, mas desprezveis quando a corrente elctrica produzidaem simultneo pelo termopar e pelo aparelho de medida
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Efeito de Joule
Corrente elctrica que circula no circuito gera potncia calorificadissipada aumento da temperatura do circuito em relao ao meio
Instrumento de medida com entrada de alta impedncia minorarerros de medio devido aos efeitos de Joule e Peltier
=2P RI
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Efeito de Thomson
Circulao de corrente elctrica num condutor submetido a umgradiente de temperatura transmisso de calor das zonas maisquentes para as mais frias
Pontos onde o sentido de circulao da corrente elctrica o mesmoda transmisso de calor libertao de calor
Pontos onde o sentido de circulao da corrente contrrio ao datransmisso de calor absoro de calor
Termopar ligado a circuito com entrada de alta impedncia efeitodesprezvel
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Vantagens e desvantagens
Vantagens e desvantagens
-
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Tipos de junes
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Condutores metlicos
Termopares mais comuns platina/rdio, cromel/alumel,cobre/constantan, ferro/constantan, cromel/constantan
constantan liga de cobre e nquel, cromel liga de crmio e nquel, alumel liga de alumnio e nquel
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Comportamento
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares
*As tabelas normalizadas indicam os valores da tenso de sada do termopar considerando que a juno fria mantida a 0C
*
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Termopar tipo K
Tenso produzida
Termopar tipo K T = 300C V = 12,2 mV
Tabelas normalizadas
cromel
alumel
Tipo de termopar / Valores de T
Termoelemento + (KP): Ni90%Cr10% (Cromel)Termoelemento - (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel)Gama de utilizao: -270C a 1200CTenso produzida: -6,548 mV a 48,838 mVGama de temperatura: -200C a 1370CSensibilidade (coef. Seebeck): aprox. 41V/C
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Leis
1. Num termopar cujas junes esto s temperaturas T1 e T2 a tenso independente das temperaturas em outros pontos do circuito
Os condutores que ligam ambas as junes podem ser submetidos atemperaturas desconhecidas sem que isso altere a sua tenso
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Leis
2. Terceiro metal homogneo C inserido entre condutores A ou B com asduas novas junes mesma temperatura T3 tenso resultanteigual j existente antes da introduo do material
Permite inserir um instrumento de medida sem alterar a tenso
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Leis
3. Terceiro metal C inserido numa das junes entre condutores A e B temperatura de C em qualquer ponto da juno AC irrelevantedesde que AC e BC estejam temperatura inicial T1
Permite inserir um instrumento de medida sem alterar a tenso
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Leis
4. Se VAC a tenso criada pela juno dos metais A e C e VCB a tensocriada pela juno dos metais C e B c VAC + VCB a tenso criada pelajuno dos metais A e B
til na calibrao de termopares calibrar pares padro de metais
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Leis
5. Se V1 a tenso criada quando as junes esto s temperaturas T1 eT2 e V2 a tenso criada para as temperaturas T2 e T3 V1 + V2 atenso criada quando as junes esto s temperaturas T1 e T3
Permite obter a temperatura correcta quando a juno de referncia(juno fria) apresenta uma temperatura diferente da temperatura decalibrao do termopar
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MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Cabos de compensao
Juno de medida afastada da juno de referncia
Prolongamento econmico que liga as duas junes do termopar
Constitudo por dois fios de metais diferentes com coeficientes deSeebeck semelhantes aos fios do termopar para uma gama inferior detemperaturas
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Mtodos para calcular Tref
Determinar temperatura da juno de referncia mergulhar ajuno de referncia num banho de gelo
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
30
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Mtodos para calcular Tref
Determinar temperatura da juno de referncia compensao porponte de Wheatstone com resistncia de fio de cobre
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Mtodos para calcular Tref
Determinar temperatura da juno de referncia compensao pormedida da temperatura de referncia
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Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Mtodos para calcular Tref
Determinar temperatura da juno de referncia compensao porprogramaoTemperatura da juno de medida obtida por sensor independentee enviada ao microprocessador juntamente com tenso da juno dereferncia (juno fria)Tabelas tenso-temperatura do termopar e do sensor que mediu atemperatura da juno de referncia armazenadas na memria domicroprocessadorEvitar que a memria do microprocessador seja totalmente ocupadacom as tabelas equaes que relacionam a tenso e a temperatura
= + + + +2 n0 1 0 2 0 n 0T a a V a V ... a VT temperatura
ai coef. caractersticos do termopar
V0 tenso para juno de referncia 0C
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Mtodos para calcular Tref
Determinar temperatura da juno de referncia compensao porprogramao
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Montagem em srie
Todas as junes de medida ligadas mesma temperatura
Permite aumentar a sensibilidade devido maior sada em tenso
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Propriedades elctricas Termopares Montagem em paralelo
Permite medir a temperatura mdia dos diferentes pontos onde estosituados os termopares
Termopares devem ter um comportamento linear no intervalo detemperaturas T1, T2,...,Tn
+ + +=
1 2 nT T ... TTn
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Medir temperaturas de corpos submetidos a temperaturas elevadas
Medir temperaturas elevadas sem fuso do sensor
Medir temperatura de corpos em movimentos
Medir distribuio de temperatura ao longo do corpo sem contactoentre o sensor do instrumento de medida e o corpo
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Radiao corresponde emisso de energia pela matria, sendo queo seu transporte no exige a presena de qualquer meio material
Radiao trmica a energia emitida por um corpo com temperaturasuperior a 0C
Radiao trmica propaga-se como consequncia da temperatura docorpo
radiao trmica podem ser atribudas as propriedades tpicas deuma onda frequncia e comprimento de onda
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Espectro electromagntico correspondente ao comprimento de onda(frequncia) da radiao trmica situa-se entre 0,1 m e 100 m(31015 Hz e 31012 Hz)
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Radiador trmico ideal corpo negro
Corpo negro absorve toda a radiao nele incidente e emite a mximaquantidade de radiao trmica possvel, para uma dada temperatura
Lei de Planck permite calcular a intensidade de radiao espectral(emitncia) de um corpo negro
=
2
21b C
5 T
CE W.m
e 1
C1 = 3,74210-6 [W.m2]C2 = 1,43810-2 [m.K] comprimento de onda [m]T temperatura do corpo negro [K]
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
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Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
A intensidade de radiao espectral de um corpo corresponde radiao monocromtica emitida por uma superfcie plana para ohemisfrio (por unidade de comprimento de onda)
Para uma dada temperatura um corpo negro emite radiao (porunidade de comprimento de onda) em todos os comprimentos deonda, mas no a mesma quantidade em cada comprimento de onda
Lei de Wien permite calcular o comprimento de onda max quecorresponde ao valor mximo da intensidade de radiao espectralpara uma dada temperatura absoluta T
[ ] = 3max .T 2,898 10 m.K
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
O comprimento de onda max correspondente ao valor mximo daintensidade de radiao espectral do corpo negro permite calcular ovalor da temperatura desse corpo
1. Intensidade de radiao emitida varia com 2. Intensidade de radiao emitida aumenta comaumento de T (para qualquer )3. Valores mximos da intensidade de radiaoemitida deslocam-se na direco dos menores medida que T aumenta (variao na cor de umcorpo aquecido: vermelho laranja branco)4. rea sob cada curva de corresponde intensidade de radiao espectral do corpo negroque aumenta rapidamente com o aumento de T
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
36
Instrumentao e Controlo
=T
b
E
E
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Lei de Stefan-Boltzmann permite calcular a radiao trmica totalemitida por um corpo negro
= 4 2
bE .T W /m = 5,66910-8 [W/m2.K4] cte. Stefan-BoltzmannT temperatura absoluta [K]
Corpos reais apresentam um comportamento diferente de um corponegro comparao entre ambos
Emissividade espectral calculada pelo quociente entre as intensidadesde radiao espectral de um corpo real e de um corpo negro, funode e T
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Emissividade espectral de um corpo negro unitria sendo sempreinferior para corpos reais
Corpos reais apresentam emissividades variveis ao longo do espectro
Sensores de radiao operam em faixas estreitas de (entre 1 e 2)
Emissividade selectiva definida como quociente entre as intensidadesde radiao espectral de um corpo real e de um corpo negro, ambaspara a mesma faixa estreita de e mesma T
( )( )
( )
= 1 2
1 2
1 2
T
T
b
E
E
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
37
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Emissividade espectral de um corpo real constante para qualquer eum dado T emissividade espectral igual emissividade total docorpo real corpo real comporta-se como um corpo cinzento
Emissividade total calculada pelo quociente entre as intensidades deradiao de um corpo cinzento e de um corpo negro, funo de T
=Tb
E
E
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de radiao
Sensores de radiao operam em faixas estreitas de (entre 1 e 2)define-se uma emissividade selectiva como sendo o quociente entreas intensidades de radiao espectral de um corpo real e de um corponegro, ambas para a mesma faixa estreita de e mesma T
( )( )
( )
= 1 2
1 2
1 2
T
T
b
E
E
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
38
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Pirmetros pticos
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Termmetros de infravermelhos
-
Instrumentao e Controlo Medio de Temperatura
39
Instrumentao e Controlo
MEDIO DE TEMPERATURA Mtodos de medio
Radiao trmica emitida Sensores de fotes
Utilizados como detectores em cmaras de infravermelhos