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TERMOMETRIA

Realizado por:

Gonçalo Valentim

Indice

Métodos de Transferência de CalorEscalas de TemperaturaTermómetros TermoparTermoresistênciaTermistorTermómetro de Semi-condutoresTermómetro de QuartzoMedição de Temperatura por RadiaçãoCalibraçãoEquipamentos de referênciaComparação de tecnologiasBibliografia

Condução - Processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meio diferentes em contacto físico directo.Convecção – Processo de transporte de energia pela acção combinada da condução de calor, armazenamento de energia e movimento da mistura.

Métodos de Transferência de Calor

Radiação – Processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles.

Escalas de TemperaturaKelvin – TK = TºC + 273.15Celsius - ºCFahrenheit – TºF = TºC.9/5+32Rankine – TºR = TºC.9/5+491.67Reamur – TReamur = 8/10 TºC

TermómetrosLíquido – Baseados na lei de expansão de volumétrica de um líquido

Vt=Vo.[1+1(T)+2(T)2+3(T)3]

Líquido Ponto de Solidif.

Ponto de Ebulição

Faixa de Uso

Mercúrio -39 ºC +357 -38 / +550

Álcool Etílico

-115 +78 -100 / +70

Tolueno -92 +110 -80 / +100

Termómetros

Expansão em tubo de vidro

TermómetrosExpansão em recipiente metálico

Tubo de BourdonNão recomendável para controloGrande tempo de resposta

Termómetros

Pressão de Gás

Lei dos Gases Perfeitos

Observa-se que a variação de pressão é linearmente dependente da temperatura, com volume constante

TermómetrosPressão de Gás

Gás mais comum

N2

Outros

He, H2, CO2

Pressão

20 / 50 atm

Intervalo de medição

-100 ºC / 600 ºC

Termómetros

Sólidos – (Bi-metálicos)Fenómeno da dilatação dos metais com a temperatura

Lt = Lo (1 + .t)

Ligas utilizadas

64% Fe + 36% Ni - Baixo coef. Dilatação

Latão – Alto coef. Dilatação

Termómetros

Sólidos – (Bi-metálicos)

Escala Linear

Muito utilizados para protecções

Intervalo de Utilização

-50 / 800 ºC

Precisão

-/+ 1%

Termopar

Termopar

Efeitos Eléctricos

Efeito de Seebeck

Efeito de Peltier

Efeito Thomson

Efeito de Volta

Termopar

Tipos de Termopares

Tipo T

Cu - Co+ Cobre (99%), - Constantan (Cu 58%-Ni42%)Intervalo de temperaturas –200 / 370ºC Aplicações – criometria, industria de refrigeração, química, petroquímica

Termopar

Tipo J

Fe - Co+ Ferro (99,5%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%)Intervalo de temperaturas –40 / 760ºC Aplicações – Centrais de energia, metalúrgica, química, industria em geral

Termopar

Tipo E

NiCr - Co+ Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%)Intervalo de temperaturas –200 / 870ºC Aplicações – Química, petroquímica

Termopar

Tipo K

NiCr - NiAl+ Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Alumel (Ni 95,4% - Mn 1,8% - Si 1,6% - Al 1,2%)Intervalo de temperaturas –200 / 1260ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar

Tipo S

PtRh 10% - Pt+ Platina-Rodio (Pt 90%, Rh 10%) - Platina (Pt 100%)Intervalo de temperaturas 0 / 1600ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar

Tipo R

PtRh 13%- Pt+ Platina-Rodio (Pt 87%, Rh 13%) - Platina (Pt 100%)Intervalo de temperaturas 0 / 1600ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar

Tipo B

PtRh 30%- PtRh 6%+ Platina-Rodio (Pt 70%, Rh 30%) - Platina-Rodio (Pt 94%, Rh 6%)Intervalo de temperaturas 600 / 1700ºC Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Termopar

Termopares especiais

Tungsténio – RhénioAté 2300 ºC em continuoAté 2750 ºC em curtos períodos

Irídio 40% Rhodio / IrídioAté 2000 ºC em curtos períodos

Pt 40% Rh / Pt 20% RhSubstitutos do Tipo BEm continuo até 1600ºCAté 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

Termopar

Termopares especiais

Ouro – Ferro / CromioPara temperaturas criogénicas

Nicrosil / NisilSubstituto do Tipo K – Com f.e.m. menores

Pt 40% Rh / Pt 20% RhSubstitutos do Tipo BEm continuo até 1600ºCAté 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

Termopar

Termopar

Correlações da f.e.m. em função da temperatura

TermoparErros tipicos de montagem de termopares

Termopar

Termopar

Termopar

Pontos Standart de Calibração

TermoresistênciasPrincipio de Funcionamento

Padrão internacional na faixa de –270 / 660 ºC

Platina, cobre, níquel

Termoresistências

Vantagens

-Maior precisão que qualquer outro sensor

-Não tem limite de distância de operação

-Permite utilizar em qualquer ambiente com a protecção adequada

-Boas caracteristicas de reprodutibilidade

-Substitui o termopar com grandes vantagens em alguns casos

Termoresistências

Desvantagens

-São mais caras

-Menos resistentes a erros de operação

-Temperatura máxima de 630 ºC

-É necessário que todo o corpo esteja com temperatura uniforme para medir correctamente

-Tempo de resposta longo

TermoresistênciasPonte de Wheatstone

Termoresistências

Termistores

-Resistências sensiveis à temperatura constituidas por materiais semicondutores

-NTC – Negative Temperature Coefficient

-PTC – Positive Temperature Coefficient

Gama de temperaturas: -100 / 300ºC

Extremamente sensíveis

Erros -/+ 0.01ºC

Termómetros de Semicondutores

-Caracteristicas dos materiais semicondutores são dependentes da temperatura

-Gama de temperaturas: -230 / 150ºC

-Alta sensibilidade

-Boa linearidade

-Grande precisão

Termómetro de Quartzo

-Materiais piezoeléctricos

-A frequência de oscilação é dependente da temperatura

-Gama de funcionamento: -80 / 250 ºC

-Sensibilidade 1000 Hz / ºC

-Não linearidade -/+ 0.05 ºC

-Erros -/+ 0.0001ºC

Pirometro optico

Principio de Funcionamento

Gama de temperaturas: 700 / 4000 ºC

Termometro de infra-vermelhos

Principio de Funcionamento

Gama de temperaturas: -20 / 1000 ºC

Radiometros ou Pirometros de Radiação

Calibração

Calibrador electronico multifunção

$5000

Calibrador de temperatura

$100

Calibração

Calibrador para Pirometros < 400 ºC

$650

Calibrador de muito alta temperatura < 1100 ºC

$10000

Calibração

Calibrador

Temperatura 0ºC

$1200

Equipamento de Referência

13.81 / 273.15 K – Termoresistência de Platina

0 / 630.74 ºC – Termoresistência de Platina

630.74 / 1064.43 ºC – Termopar Platina-10%Rodium / Platina

1064.43 ºC – Lei de Planck

Comparação Tecnologias

Gama de Auto Tempo de Funcionamento Aquecimento Resposta

T. Líquido -100 / 650 ºC Linear - - - 60 s $5T. Gás -100 / 820 ºC Linear - - -

Bi-Metálicos -50 / 800 ºC Linear - - Grande 40 s $40Termopar -270 / 2750 ºC v(T) sobe Não 0.5 / 2 % Grande 50 E-5 s $1.5 / $300

Termoresistências -270 / 270 ºC R(T) sobe Sim 0.01 ºC Média $60 / $100Termistores -100 / 300 ºC R(T) desce Sim 0.01 ºC Baixa $6.5

T. Semicondutores -230 / 150 ºC Linear Sim 0.05 ºC BaixaT. Quartzo -80 / 250 ºC Linear Não 0.01 ºC MédiaPirometros -50 / 4000 ºC Não linear Não 0.1 / 10 ºC Muito Alta 14E-6 s $85 / $4000

PreçoTecnologia Linearidade Precisão Robustez

Bibliografia- Instrumentação Industrial, Gustavo Silva, Escola Superior de Tecnologia de Setúbal

- Intelligent Instrumentation, Microprocessor applications in measurement and control, George C. Barney, Prentice Hall

- Engineering Instrumentation and Control, J.A. Haslam, G.R. Summers, D. Williams

- The Temperature Handbook, OMEGA

www.omega.comwww.amperesautomation.hpg.ig.com.br

FIM