instrumentação - aula 4 (1)

INSTRUMENTAÇÃO

Profº. Uerlis Martins

Professor Uerlis Martins

INSTRUMENTAÇÃO

4.0 – OS TERMORESISTORES

CARACTERISTICAS :

Os termómetros de resistência são aplicados na amplitude de temperatura de -170

°C a +8000 °C.

As vantagens são as seguintes:

• Elevadas amplitudes de temperatura

• Resistência à vibração

• Elevada imunidade ás interferências elétricas

• Estabilidade duradoura

• Elevada robustez

• Elevada precisão

Os termómetros são utilizados, entre outros, nos seguintes setores:

• Indústria química

• Indústria petroquímica

• Indústria farmacêutica

• Indústria energia elétrica

• Engenharia mecânica

• Indústria de produtos alimentares e bebidas


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4.0 – OS TERMORESISTORES (RTD)

São sensores cuja a sua resistência elétrica varia com a temperatura. Logo, a

interação destes com o mensurando ocorre por transferência de calor. Normalmente,

utilizam a platina, o cobre ou o níquel como materiais básicos e apresentam a

seguinte relação com a temperatura.

Onde;

R= resistência do condutor à temperatura T;

Ro = resistência do condutor na temperatura de referencia To, geralmente zero ºC;

α = coeficiente de resistência do material usado, coeficiente térmico, ou coeficiente

linear de temperatura.

O gráfico a seguir mostra a variação da resistência com a temperatura, para alguns

metais comumente empregados. Nele observa-se que as resistências da platina e do

cobre crescem quase linearmente com a temperatura, enquanto, a característica do

níquel, é claramente não linear.

1 1 ToTRoR


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Como elemento sensor do termômetro de resistência é selecionado de acordo com

a aplicação, o quadro abaixo apresenta um resumo das características dos três

materiais comumente utilizados.

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Exemplo de classes de exatidão para a Platina.


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Devido à fragilidade mecânica dos termoresistores há a necessidade de protege-

los, geralmente com tubos do tipo sonda, para imersão no meio cuja temperatura

deve ser medida .


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A CONSTRUÇÃO FÍSICA

O bulbo de resistência se compõe de um filamento, ou resistência de Pt, Cu ou Ni,

com diversos revestimentos, de acordo com cada tipo e utilização.

Os sensores de platina, devido a suas características, permitem um funcionamento

até temperaturas mais elevadas, têm seu encapsulamento normalmente em

cerâmica ou vidro


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A CONSTRUÇÃO FÍSICA


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As termoresistências Pt - 100 são as mais utilizadas industrialmente, devido a sua

grande estabilidade, larga faixa de utilização, alta precisão, boa repetibilidade e alto

tempo de resposta (tempo necessário para o sensor reagir a uma mudança de

temperatura e atingir 63,2 % da variação da temperatura).


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TIPOS DE LIGAÇÃO.

As termoresistências são normalmente ligadas a um circuito de medição tipo Ponte

de Wheatstone, sendo que o circuito encontra-se balanceado quando é respeitada

a relação R4*R2 = R3*R1 e, desta forma, não circula corretamente pelo voltimetro,

pois se esta relação é verdadeira, os potenciais nos pontos A e B são idênticos.


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LIGAÇÃO A DOIS FIOS.

Neste tipo de montagem, R4 é a termoresistência e R3 a resistência variávelpara balanceamento do circuito. As resistências RL1 e RL2 são asresistências de fiação e ambas estão em série com a termoresistência R4.Esta resistência de fiação tende a aumentar quanto maior for a distânciaentre o sensor e o instrumento, menor for a bitola dos fios ou maior atemperatura ambiente.

Quando a ponte estiver balanceada (não circular corrente pelogalvanômetro) tem-se:

R

RR Para

4213

21421231

RRR

RRRRRR

LL

LL


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LIGAÇÃO A DOIS FIOS.

Tem-se que mesmo com a ponte balanceada, o valor da resistência R3 ainda depende

de R4 mais as resistências de fiação RL1 e RL2, que dependendo de seus valores

podem introduzir erros graves na medição da temperatura. A tabela abaixo mostra a

relação bitola dos condutores x distância máxima entre a termoresistência e o

instrumento receptor.

Alguns instrumentos permitem definir a resistência dos fios e a compensação é feita

automaticamente.

Contudo, devido a resistência RL1 e RL2 serem também influenciadas pela

temperatura ambiente, usualmente utiliza-se cabos com comprimento inferior a dois

metros (com secção de 0,22mm2 – standard).


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LIGAÇÃO A TRÊS FIOS.

Este é o método mais utilizado para as termoresistências na indústria. Neste

circuito a configuração elétrica é um pouco diferente, pois na ligação a 2 fios as

resistências de linha estavam em série com o sensor, agora na ligação a 3 fios elas

estão separadas..

R

RR Para

4213

21422131

RRR

RRRRRR

LL

LL

Se os fios de ligação forem do mesmo tipo, tiverem o mesmo comprimento e diâmetro e estiverem na mesma temperatura eles terão o mesmo valor de resistência (RL1 = RL2), assim R3 = R4.

Conhecendo-se o valor de R3 tem-se R4 e na tabela tem-se a Temperatura.O terceiro fio não influencian nos cálculos de medição de resistência.


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4.0 – OS TERMISTORES

Resistores baseados em materiais semicondutores que apresentam grande

variação de resistência com a temperatura.

Podem possuir coeficiente de temperatura positivo (PTC) ou negativo (NTC).

Para essa categoria, a relação da resistência com a temperatura é expressa por:

Onde;

R= resistência na temperatura T ( em Kelvin);

Ro= resistência na temperatura To ( em Kelvin);

β = coeficiente de temperatura ( em Kelvin);

RoeR To

1

T

1 β


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4.0 – OS TERMISTORES

CURVA TÍPICA DE UM NTC


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4.0 – OS TERMOPARES

Em 1822 foi observado por Thomas J. Seebeck que em um circuito formado

por dois materiais diferentes A e B, e duas junções a temperaturas

diferentes, T1 e T2 ,surge uma corrente elétrica.

Em circuito aberto, surge uma tensão cujo valor depende das temperaturas

nas junções e dos materiais.


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EFEITO PELTIER

Quando uma corrente elétrica circula em um circuito formado por dois

materiais diferentes, A e B, e duas junções, uma junção libera calor

(aquece) e a outra absorve calor. A junção que absorve e a que libera calor

depende do sentido da corrente.


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EFEITO THOMPSON

Entre dois pontos a e b com temperaturas diferentes em um condutor

homogêneo é estabelecida uma tensão que depende da natureza do condutor

e das temperaturas Ta e Tb.

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1 - Lei do circuito homogêneo ou das temperaturas intermediárias

A diferença de potencial “V” de um termopar, depende somente da natureza

dos condutores e das temperaturas existente nas junções (T1 e T2).


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2 - Lei do condutor intermediário

A diferença de potencial “V” de um termopar, não será afetada se em

qualquer ponto do seu circuito for inserido um terceiro condutor, desde que

as novas junções estejam em uma mesma temperatura.

Implicação prática: em (c) o condutor C corresponde os terminais do circuito

de condicionamento.


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3 - Lei das temperaturas sucessivas

Se quando as junções de um termopar estiverem nas temperaturas T1e T2

gerarem uma tensão V1, e se quando estiverem em temperaturas T2 e T3

gerarem uma tensão V2,então quando as junções estiverem nas temperaturas

T1 e T3, a tensão gerada será igual à soma das tensões V1e V2.

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