Prof. Afrânio Ornelas Ruas Vilela

Instrumentação Eletroeletrônica

Termistores

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Termistores são resistores sensíveis à temperatura, que apresentam resistência variando com coeficiente positivo (PTC) ou negativo (NTC). Os termistores, diferente dos RTD, são formados por elementos semicondutores.

Esses dispositivos não são lineares e presentam uma sensibilidade elevada.

Termistores PTC

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A maioria dos PTC são utilizados em aplicações de chaveamento, pois a resistência desses elementos apresenta uma curva de resistência com inclinação ligeiramente negativa até que a temperatura alcança um valor crítico (que pode ser ajustado de fábrica). Neste momento a resistência do PTC aumenta significativamente com a temperatura (da ordem de 100% ou mais para cada ).

A resistência destes elementos varia conforme:

onde 𝑅0 é a resistência na temperatura de referência 𝑇0, normalmente 298,15 K (25 ), e T é a temperatura em Kelvin

Termistores NTC

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Os termistores do tipo NTC são os termistores mais comuns para medidas de temperatura, consistem em óxidos metálicos tais como cromo, níquel, cobre, ferro, manganês e titânio. Esses componentes diminuem a sua resistência com a temperatura.

Considerando uma temperatura de referência 𝑇0, tem-se uma resistência conhecida 𝑅0. Assim, a equação da resistência é:

β é o coeficiente do material do termistor

Termistores NTC

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Exemplo: Calcular β para um termistor NTC que tem 10kΩ a 25oC e 3,8kΩ a 50oC.

Termistores NTC

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Exercício: Montar a curva característica aproximada de um termistor NTC que tem 10kΩ a 0oC e β=3600 K.

Termistores NTC

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Linearização

𝑅𝑝 =𝑅 × 𝑅𝑇𝑅 + 𝑅𝑇

Termistores NTC

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Linearização

• Uma maneira da escolha de R é forçar 3 pontos equidistantes na curva. Se para 𝑇1 − 𝑇2 = 𝑇2 − 𝑇3:

𝑅 × 𝑅𝑇1𝑅 + 𝑅𝑇1

−𝑅 × 𝑅𝑇2𝑅 + 𝑅𝑇2

=𝑅 × 𝑅𝑇2𝑅 + 𝑅𝑇2

−𝑅 × 𝑅𝑇3𝑅 + 𝑅𝑇3

𝑅𝑝1 − 𝑅𝑝2 = 𝑅𝑝2 − 𝑅𝑝3

𝑅 =𝑅𝑇2 × 𝑅𝑇1 + 𝑅𝑇3 − 2 × 𝑅𝑇1 × 𝑅𝑇3

𝑅𝑇1 + 𝑅𝑇3 − 2 × 𝑅𝑇2

Termistores NTC

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Exercício:

• Considere um termistor NTC do exercício anterior (10kΩ a 0oC e β=3600 K). Determine R para que a resposta seja linearizada entre 280 e 380 K. Desenhe o gráfico e compare com o do exemplo anterior.

Termopares

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Em 1821, o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as extremidades de dois metais diferentes “x” e “y” e submetendo as junções “a” e “b” a temperaturas diferentes T1 e T2, surge uma f.e.m. (força eletromotriz, normalmente da ordem de mV) entre os pontos a e b, denominada “tensão termoelétrica”.

x

yi

T2=T. ambienteT1

“a”“b”

Termopares

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Dois metais diferentes, “x” e“y” com as extremidades unidas emantidas a temperaturas diferentes

Abrindo o circuito em qualquerponto e inserindo um instrumentoadequado, tem-se o valor da f.e.m.

x

yi

T2=T. ambienteT1

“a”“b”

x

yi

T2=T. ambienteT1

“a” “b”

x

Termopares

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Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em

outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou

ligas metálicas) do modo mostrado na Figura anterior, tem-

se um circuito tal que, se as junções “a” e “b” forem

mantidas em temperaturas diferentes T1 e T2, surgirá uma

f.e.m. termoelétrica e uma corrente elétrica “i” circulará pelo chamado "par termoelétrico” ou "termopar".

Termopares

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Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos

• Lei do Circuito Homogêneo: A força eletromotriz de um termopar depende somente da natureza dos condutores e da diferença de temperatura entre as junções de contato.

Termopares

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Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos

• Lei dos metais intermediário: A f.e.m. do termopar não será afetada se em qualquer ponto do circuito for inserido um terceiro metal, desde que suas junções sejam mantidas a mesma temperatura.

Termopares

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Leis Fundamentais dos Circuitos Termoelétricos

• Lei da Temperatura Intermediária: A f.e.m. gerada num termopar de metais homogêneos, com suas junções a temperaturas T1 e T2, é igual a soma algébrica da f.e.m. do termopar com uma junção na temperatura T1 e a outra numa temperatura qualquer T com a f.e.m. do mesmo termopar com suas junções a T e T2. Assim, a f.e.m. gerada depende somente da diferença entre a junta fria, independente de qualquer temperatura intermediária.

Termopares

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A Figura mostra um termopar usado para medir a

temperatura T1; o instrumento indicara uma voltagem

proporcional a diferença (T1 - T2 )

Termopares

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Fios de compensação

Na maioria dos casos, sobretudo em aplicações industriais, o

instrumento de medida e o termopar necessitam estar

relativamente afastados. Desta forma, os terminais do termopar

poderão ser conectados a uma espécie de cabeçote, e, a partir

deste cabeçote são adaptados fios de compensação (praticamente

com as mesmas características dos fios do termopar, porém mais

baratos) até o instrumento.

Termopary

T 1T 2 Fios de compensação

T 3x