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TERMOMETRIA Realizado por: Gonçalo Valentim. Indice Métodos de Transferência de Calor Escalas de Temperatura Termómetros Termopar Termoresistência Termistor.

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1 TERMOMETRIA Realizado por: Gonçalo Valentim

2 Indice Métodos de Transferência de Calor Escalas de Temperatura Termómetros Termopar Termoresistência Termistor Termómetro de Semi-condutores Termómetro de Quartzo Medição de Temperatura por Radiação Calibração Equipamentos de referência Comparação de tecnologias Bibliografia

3 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.

4 Escalas de Temperatura Kelvin – T K = T ºC Celsius - ºC Fahrenheit – T ºF = T ºC.9/5+32 Rankine – T ºR = T ºC.9/ Reamur – T Reamur = 8/10 T ºC

5 Termómetros Líquido – Baseados na lei de expansão de volumétrica de um líquido V t =V o.[1+ 1 ( T)+ 2 ( T) ( T) 3 ] LíquidoPonto de Solidif. Ponto de Ebulição Faixa de Uso Mercúrio-39 ºC / +550 Álcool Etílico / +70 Tolueno / +100

6 Termómetros Expansão em tubo de vidro

7 Termómetros Expansão em recipiente metálico Tubo de Bourdon Não recomendável para controlo Grande tempo de resposta

8 Termómetros Pressão de Gás Lei dos Gases Perfeitos Observa-se que a variação de pressão é linearmente dependente da temperatura, com volume constante

9 Termómetros Pressão de Gás Gás mais comum N 2 Outros He, H 2, CO 2 Pressão 20 / 50 atm Intervalo de medição -100 ºC / 600 ºC

10 Termómetros Sólidos – (Bi-metálicos) Fenómeno da dilatação dos metais com a temperatura L t = L o (1 +. t) Ligas utilizadas 64% Fe + 36% Ni - Baixo coef. Dilatação Latão – Alto coef. Dilatação

11 Termómetros Sólidos – (Bi-metálicos) Escala Linear Muito utilizados para protecções Intervalo de Utilização -50 / 800 ºC Precisão -/+ 1%

12 Termopar

13 Efeitos Eléctricos Efeito de Seebeck Efeito de Peltier Efeito Thomson Efeito de Volta

14 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

15 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

16 Termopar Tipo E NiCr - Co + Cromio-Niquel (Cr 10%, Ni 90%) - Constantan (Cu 58%-Ni42%) Intervalo de temperaturas –200 / 870ºC Aplicações – Química, petroquímica

17 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 ….

18 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 ….

19 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 ….

20 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 ….

21 Termopar Termopares especiais Tungsténio – Rhénio Até 2300 ºC em continuo Até 2750 ºC em curtos períodos Irídio 40% Rhodio / Irídio Até 2000 ºC em curtos períodos Pt 40% Rh / Pt 20% Rh Substitutos do Tipo B Em continuo até 1600ºC Até 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

22 Termopar Termopares especiais Ouro – Ferro / Cromio Para temperaturas criogénicas Nicrosil / Nisil Substituto do Tipo K – Com f.e.m. menores Pt 40% Rh / Pt 20% Rh Substitutos do Tipo B Em continuo até 1600ºC Até 1800 / 1850 ºC em curtos períodos

23 Termopar

24 Correlações da f.e.m. em função da temperatura

25 Termopar Erros tipicos de montagem de termopares

26 Termopar

27

28 Pontos Standart de Calibração

29 Termoresistências Principio de Funcionamento Padrão internacional na faixa de –270 / 660 ºC Platina, cobre, níquel

30 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

31 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

32 Termoresistências Ponte de Wheatstone

33 Termoresistências

34 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

35 Termómetros de Semicondutores -Caracteristicas dos materiais semicondutores são dependentes da temperatura -Gama de temperaturas: -230 / 150ºC -Alta sensibilidade -Boa linearidade -Grande precisão

36 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 -/ ºC -Erros -/ ºC

37 Pirometro optico Principio de Funcionamento Gama de temperaturas: 700 / 4000 ºC

38 Termometro de infra-vermelhos Principio de Funcionamento Gama de temperaturas: -20 / 1000 ºC

39 Radiometros ou Pirometros de Radiação

40 Calibração Calibrador electronico multifunção $5000 Calibrador de temperatura $100

41 Calibração Calibrador para Pirometros < 400 ºC $650 Calibrador de muito alta temperatura < 1100 ºC $10000

42 Calibração Calibrador Temperatura 0ºC $1200

43 Equipamento de Referência / K – Termoresistência de Platina 0 / ºC – Termoresistência de Platina / ºC – Termopar Platina- 10%Rodium / Platina ºC – Lei de Planck

44 Comparação Tecnologias

45 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

46 FIM


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