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Aula – Medição de TemperaturaAula – Medição de Temperatura

INS23403 – Instrumentação

Professor: Sergio Luis Brockveld JuniorCurso Técnico em Mecatrônica

Módulo 3 – 2017/1

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Medição de Temperatura

Termometria significa medição de temperatura.

Termometria

Pirometria: medição de altas temperaturas na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.

Criometria: medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas do zero absoluto.

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Conceitos básicos:

Temperatura: Grau de agitação térmica das moléculas. Quanto maior o seu valor, maior é a energia térmica apresentada no corpo.

Energia térmica: A energia térmica de um corpo é o somatório das energias cinéticas dos átomos e, além de depender da temperatura, depende também da massa e do tipo de substância.

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Conceitos básicos:

Calor: É a energia em trânsito ou a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema em virtude da diferença de temperatura.

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Conceitos básicos:

Meios de transmissão de calor: condução, radiação e convecção.

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Conceitos básicos:

Condução: É um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, liquido ou gasoso ou entre meios diferentes em contato físico direto.

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Conceitos básicos:

Radiação: É um processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra de temperatura mais baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista um vácuo entre eles.

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Conceitos básicos:

Convecção: é a forma de transmissão de calor com transporte de massa, que se dá pelo movimento ou mistura dos fluidos ou sólidos envolvidos.

Convecção forçada Convecção natural

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Conceitos básicos:

Escala de temperatura: pesquisadores e fabricantes de termômetros sentiam a dificuldade para atribuir valores de forma padronizada à temperatura por meio de escalas.

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Conceitos básicos:

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Classificação de medidores1. Instrumentos de transferência de calor por condução

1.1. Expansão

1.1.1. Termômetro com dilatação de líquido

1.1.2. Termômetro com dilatação de gás

1.1.3. Termômetro com dilatação de sólido

1.2. Elétricos

1.2.1. Termômetro com par termoelétrico (termopar)

1.2.2. Termômetro com resistência elétrica (termorresistência)

2. Instrumentos de transferência de calor por radiação

2.1. Pirômetro óptico

2.2. Pirômetro à radiação

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1.1.1. Termômetro com dilatação de líquido

É constituído de um reservatório, cujo o tamanho depende da sensibilidade desejada. Na parte superior do capilar existe um alargamento que protege o termômetro no caso de a temperatura ultrapassar seu limite máximo.

Líquidos utilizados:

Tolueno (-80 a 100ºC)

Mercúrio (-35 a 550ºC)

Álcool (-100 a 70ºC)

Exatidão:

0,5 à 3% Termômetro comum

0,1 à 0,5 % Termômetro padão

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1.1.1. Termômetro com dilatação de líquido Neste termômetro, o liquido preenche todo o recipiente e, sob o efeito de aumento de temperatura, se dilata, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico).

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1.1.2. Termômetro com dilatação de gás Fisicamente idêntico ao termômetro de dilatação de líquido. O volume do conjunto é constante e preenchido com um gás a alta pressão. Com a variação de temperatura, o gás varia sua pressão, observa-se que as variações de pressão são linearmente dependentes da temperatura.

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1.1.3. Termômetro com dilatação de sólidos Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a temperatura.

Sendo:Lt=Lo⋅(1+α⋅Δ t)

Lt=comprimentodometal à temperatura final (t )Lt=comprimentodometal à temperatura inicial (t o)Δ t=variaçãode temperatura(t− t o)t=temperatura finalt o=temperatura inicialα=coeficientededilatação linear

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1.1.3. Termômetro com dilatação de sólidos (Bimetálico) O termômetro bimetálico consiste em duas lâminas de metais com coeficientes de dilatação diferentes sobrepostas, formando uma só peça. Variando a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional a temperatura.

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1.1.3. Termômetro com dilatação de sólidos (Bimetálico Helicoidal) Na prática, uma lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que aumenta bastante a sensibilidade do termômetro.

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1.2.1. Medição de temperatura com termopar Um termopar consiste em dois condutores metálicos, de natureza distintas. O aquecimento da junção de dois metais gera o aparecimento de uma FEM (princípio de Seebeck).

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1.2.2. Medição de temperatura com termorresistência

Os bulbos de resistência são sensores que se baseiam no princípio de variação da resistência em função da temperatura.

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Os materiais mais utilizados para a fabricação destes tipos de sensores são a platina, cobre e níquel, pois são metais com características de:

● Alta resistividade, permitindo assim uma melhor sensibilidade;

● Alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura;

● Rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos.

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Rt=Ro⋅(1+α⋅Δ t)

Rt=Resistênciaà temperatura final (t )Rt=Resistênciaà temperatura inicial (t o)Δ t=variaçãode temperatura(t−t o)t=temperatura finalt o=temperatura inicialα=coeficientede temperatura dometal

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5V

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Circuito de condicionamento de sinal

Em medidas elétricas os termistores produzem não linearidades no sinal de leitura. Por isso, são medidos por meio de um circuito em ponte de Wheatstone, onde o sensor será um dos quatro elementos da ponte.

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Ligação à 2 fios

É a maneira mais simples de se ligar uma termorresistência. Usado para distâncias até 3 metros devido a adição das resistências dos fios.

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Ligação à 3 fios

Fornece uma ligação numa extremidade da termorresistência e duas na outra extremidade. Compensa a variação da temperatura ambiente sobre a linha.

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2.1. Pirômetro ópticoPara altas temperaturas utiliza-se o termômetro conhecido por pirômetro óptico que é utilizado para a medida de temperaturas de metais incandescentes, fornalhas ou estrelas, pois pode ser usado à distância e pode medir temperaturas acima do ponto de fusão dos materiais que o constituem.

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2.1. Pirômetro ópticoOs circuitos internos do pirômetro basicamente trabalham como o olho humano, comparando a cor do objeto medido (na verdade o comprimento de onda da radiação captada) com a cor de um filamento interno ao equipamento, cuja temperatura é conhecida. A partir dessa comparação o aparelho fornece a temperatura.

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2.2. Pirômetro à radiaçãoEste pirômetro é baseado na determinação da temperatura de equilíbrio de um alvo sobre o qual a radiação térmica incide. Termopilhas ou termômetros de resistência são utilizados como sensores de temperatura.

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