Post on 18-Apr-2015
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