Instrumentacao Industrial - Medicao de Temperatura Parte I - Sensores e Escalas Termometricas

INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL Aula 04 Medição de Temperatura Parte I MEDIÇÃO DE TEMPERATURA Introdução Temperatura É o estado de agitação das partículas Termometria É a ciência que estuda a temperatura e sua medição Pirometria Medição de altas temperaturas Radiação térmica Criometria Medição de baixas temperaturas próximo ao zero absoluto MEDIÇÃO DE TEMPERATURA Introdução Calor É a energia em trânsito causada pela diferença de temperatura sempre há o movimento de energia do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura Condução Transferência de energia quando os corpos estão em contato Radiação Transferência de energia quando os corpos estão separados pelo espaço Convecção Transferência de energia através da movimentação de massas MEDIÇÃO DE TEMPERATURA Introdução Escalas Termométricas SENSORES DE TEMPERATURA Introdução São elementos capazes de captarem as variações de temperatura de um local e fornecerem uma saída proporcional à temperatura para a sua leitura Os principais sensores de temperatura são Termômetro de dilatação de líquidos Par bi metálico Pirômetro de radiação Termo resistências Termopares SENSORES DE TEMPERATURA Termômetro de Dilatação de Líquidos São instrumento de medição de temperatura utiliza o princípio físico da expansão volumétrica para realizar a medição de temperatura este princípio é descrito pela equação abaixo Onde 𝑉 Volume final do líquido atingido após a variação de temperatura 𝑉0 Volume inicial do líquido para a temperatura inicial 𝛽 Coeficiente de expansão dos líquidos C1 𝑇 Variação de temperatura TT0 Líquidos Utilizados As principais características destes sensores são Precisão maior que 1 Tempo de resposta elevado Medição deve ser local 𝑉 𝑉0 1 𝛽 𝑇 SENSORES DE TEMPERATURA Par bimetálico São instrumentos de medição de temperatura que utiliza o princípio físico da dilatação linear dos metais com a temperatura conforme demonstrado abaixo Onde 𝐿 Comprimento final atingido após a variação de temperatura 𝐿0 Comprimento inicial para a temperatura inicial 𝛼 Coeficiente de dilatação linear C1 𝑇 Variação de temperatura TT0 Invar baixo coeficiente de dilatação Latão alto coeficiente de dilatação Vantagens Disponíveis com muitas faixas de medição e incertezas variadas É simples de usar e tem baixo custo Não necessita de energia auxiliar É mecanicamente robusto adequado para instalações industriais Desvantagens Não é adaptável para leituras remotas Não é recomendável para leituras transientes dado o elevado tempo de resposta 𝐿 𝐿0 1 𝛼 𝑇 SENSORES DE TEMPERATURA Termoresistências As termo resistências são sensores de temperatura baseado na variação da resistência elétrica dos metais com a variação da temperatura de acordo com equação abaixo Onde R Resistência final atingida após a variação de temperatura 𝑅0 Resistência inicial para a temperatura inicial 𝛼 Coeficiente de variação térmica da resistência C1 𝑇 Variação de temperatura TT0 Composição são Platina 000392 C1 Cobre 00043 C1 Níquel 000681 C1 Os mais comuns são a platina PT255 PT100 PT120 PT130 PT500 Exemplo Qual é a resistência de um PT100 a 50C 𝑅 𝑅0 1 𝛼 𝑇 Fonte httpswwwcasaferreiracombrprodutotermoresistencia encpt1002ftcpsr47x80mm300mm76422 SENSORES DE TEMPERATURA Termoresistências Princípio de Medição A medição da temperatura utilizando a termo resistência é utilizado normalmente uma Ponte de Wheatstone Tensão de saída da ponte Ligação a dois fios Ligação a três fios Vantagens Maior precisão que os termopares Ligação correta não há limitação de distância Boa linearidade Desvantagens Maior custo Alto aquecimento 𝑉𝐵 𝑉𝐴 𝑉𝑐𝑐 2 𝑅 𝑉𝑐𝑐 𝑅𝑃𝑇 𝑅 SENSORES DE TEMPERATURA Termoresistências Exemplo Um sistema de controle de temperatura 0 a 500 C é composto pelos seguintes elementos de controle Transdutor PT100 Controlador de temperatura Entradas 0 a 20 mA 4 a 20 mA 0 a 10V 0 a 5V termopar 2 saídas a rele 250 VCC 3 A 2 resistências 50W 24 VCC Sabendo que o comportamento do PT100 é descrito por R Ro 1000392T determine a O projeto de instrumentação câmara climática transdutor Ponte de Wheatstone fonte de alimentação controlador resistência interligações elétricas etc b A tensão de saída da ponte para uma temperatura de 200 C c O valor da temperatura quando a ponte de Wheatstone indicar o valor de 34 V R Para o controlador com entrada de 0 a 5V b 282 V c 25892C SENSORES DE TEMPERATURA Exercícios 1 Para a Ponte de Wheatstone abaixo com o PT100 determine a diferença de potencial de saída da ponte para uma temperatura de 100 C R 205 V 2 Sabendose que uma ponte de Wheatstone liberou uma tensão de 8 V circuito abaixo determine a o valor da temperatura no PT100 R 90714 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