Instrumentacao Industrial - Medicao de Temperatura com Termopares

INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Aula 05 Medição de Temperatura Parte II SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Os termopares são sensores de temperatura formados por dois materiais distintos que através da variação da temperatura entre suas extremidades gera uma diferença de potência nas suas extremidades A união do fio A com o fio B é chamado de junta de medição junta quente e onde os fios A e B conectam com o instrumento de medição é chamado de junta de referência junta fria Para determinar o valor da tensão no instrumento de medição utilizase a equação abaixo VkTmTr Onde V Tensão nos terminais do termopar V K Sensibilidade do termopar Tm Temperatura da junta de medição C Tr Temperatura da junta de referência C SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Tabela de termopares Exemplo Para o termopar abaixo determine a diferença de potencial indicada no indicador SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Efeitos Causados pela Temperatura Efeito Seebeck Este efeito diz que em um circuito fechado composto por dois condutores diferentes A e B e havendo uma diferença de temperatura entre as duas junções há a circulação de corrente já se o circuito estiver aberto surgirá uma força eletromotriz termoelétrica Em um circuito fechado de dois metais diferentes e havendo fluxo de corrente por este circuito ocorre a liberação e absorção de calor Efeito Peltier SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Leis Termoelétricas A diferença de potencial medida depende exclusivamente da composição química dos metais e das temperaturas das junções Lei do circuito homogêneo Lei dos metais intermediários Um circuito termoelétrico composto de dois metais diferentes a fem produzida não será alterada ao inserir em qualquer ponto do circuito um metal genérico desde que as novas junções sejam mantidas a temperaturas iguais Lei das temperaturas intermediárias Um circuito de dois metais homogêneos e diferentes entre si com as junções nas temperaturas T1 e T3 será igual a soma algébrica das diferenças de potenciais entre T1 e T2 e T2 e T3 SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Cálculos das Tensões nos Termopares Para o cálculo da tensão na junta de referência será utilizada a figura abaixo O valor está correto O que deve ser feito SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Cálculos das Tensões nos Termopares Correção da junta de referência A solução deste problema será fazer uma correção da junta de medição pois a junção de referência do termopar deve estar a uma temperatura de 0C Os métodos aplicáveis para ter a junção de referência a 0C são Banho de Gelo Este método consiste em manter a temperatura da junção de referência 0C imerso em um balde de gelo Compensação automática Esse é o método mais utilizado nas medições industriais na atualidade pois permite leituras corretas independente da temperatura da junção de referência SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Cálculos das Tensões nos Termopares Voltando ao exemplo da figura abaixo e o controlador com compensação automática calcule a tensão na entrada do indicador E agora a medida está coerente SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Cabos de Extensão e Compensação Cabos de extensão termopares tipo T J e E Cabos feitos com o mesmo tipo de material dos termopares Cabos de compensação termopares nobres tipo R S e B Cabos feitos de materiais diferentes porém possuem a característica de produzir a mesma curva de força eletromotriz desses termopares SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Exemplos Cabos de extensão termopares tipo T J e E Cabos feitos com o mesmo tipo de material dos termopares Cabos de compensação termopares nobres tipo R S e B Cabos feitos de materiais diferentes porém possuem a característica de produzir a mesma curva de força eletromotriz desses termopares SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Erros de Ligação A Inversão simples Calcule a tensão na entrada do indicador utilizando termopar tipo K e cabo de extensão Kx Sabendose que o controlador possui compensação de temperatura B Dupla Inversão Calcule a tensão na entrada do indicador utilizando termopar tipo K e cabo de extensão Kx Sabendose que o controlador possui compensação de temperatura Vcont Va Vb Vcomp Vcont Va Vb Vcomp SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Exemplos Calcule a tensão na entrada do indicador utilizando termopar tipo K e cabo de extensão de cobre Sabendose que o controlador possui compensação de temperatura SENSORES DE TEMPERATURA Termopar Exemplo Você foi encarregado de projetar um sistema de controle de temperatura de 0 a 600 C Com base em seus conhecimentos em sistemas de instrumentação e controle determine a A tensão na entrada no controlador para uma temperatura de 250 C no forno sabendose que o termopar utilizado foi o tipo J e controlador foi parametrizado com termopar tipo J com compensação de temperatura temperatura ambiente 25C b A tensão na entrada no controlador para uma temperatura de 250 C no forno sabendose que o termopar utilizado foi o tipo K e controlador foi parametrizado com termopar tipo J sem compensação de temperatura c A temperatura de indicação do controlador quando o forno estiver a 250 C sabendose que o termopar utilizado foi o tipo K e controlador foi parametrizado com termopar tipo J com compensação de temperatura temperatura ambiente 25 C R a 1325 mV b 9225 mV c 19906 C SENSORES DE TEMPERATURA Exercícios 1 Para os termopares indicados nas figuras abaixo determine a diferença de potencial indicada no indicador sabendose que os mesmos estão parametrizados com compensação de temperatura R a 106 mV b 1036 mV SENSORES DE TEMPERATURA Exercícios 2 Determine o valor da temperatura no forno em C através da diferença de potencial indicada pelos indicadores sabendose que a letra a está parametrizado com compensação de temperatura e a letra b não está R a 7075C b 1242C a b SENSORES DE TEMPERATURA Exercícios 3 Calcule a diferença de potencial gerada pelos termopares nos exemplos abaixo sabendose que todos estão parametrizado com compensação de temperatura a b c REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFIA BÁSICA BEGA Egidio Alberto Instrumentação industrial 3 ed Rio de Janeiro RJ Interciência 2011 ALCIATORE David G HISTAND Michael B Introdução à mecatrônica e aos sistemas de medições Porto Alegre RS McGrawHill 2014 2014 recurso online FIALHO Arivelto Bustamante Automação pneumática projetos dimensionamento e análise de circuitos Érica 2003 2004 2008 2008 recurso online 2011 recurso online BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR STEVAN JÚNIOR Sergio Luiz SILVA Rodrigo Adamshuk Automação e instrumentação industrial com Arduino teoria e projetos São Paulo SP Érica 2015 2015 recurso online FIGLIOLA Richard S BEASLEY Donald E Teoria e projeto para medições mecânicas Ed LTC 2007 GEORGINI MARCELO Automação Aplicada Descrição e implementação de sistemas sequenciais com PLCs Ed Érica 2003 2007 2009 recurso online SIGHIERI Luciano NISHINARI Akiyoshi Controle Automático de Processos Industriais Instrumentação Ed Edgard Blucher 1973 DUNN Willian C Fundamentos de Instrumentação industrial e controle de processos São Paulo SP Prentice Hall 2013