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2002/03©Helena SarmentoCap1-1 Sensores térmicos Sensor temperatura fluxo térmico capacidade térmica sinal eléctrico Q – energia térmica ou calor (J ou.

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1 2002/03©Helena SarmentoCap1-1 Sensores térmicos Sensor temperatura fluxo térmico capacidade térmica sinal eléctrico Q – energia térmica ou calor (J ou caloria) m – massa (kg) c – calor específico (J/kg ºC) T – temperatura absoluta (ºK) dQ/dt – fluxo térmico k – condutibilidade térmica do material A – área da secção transversal dT/dx – gradiante térmico

2 2002/03©Helena SarmentoCap1-2 Tipos de sensores térmicos Sensores térmicos termoresistênciasmetálicas semicondutoras interruptores térmicos termodíodos termotransístores termopares de ruído activos passivos sensores de contacto: condução

3 2002/03©Helena SarmentoCap1-3 Termoresistências termoresistências metálicas semicondutoras metais ou ligas metálicas semicondutores em foma cristalina ou amorfa maior estabilidade maior precisão maior linearidade maior sensibilidade Resistividade eléctrica dos materiais varia com a temperatura Termoresistências ou termistências: resistências sensíveis à temperatura

4 2002/03©Helena SarmentoCap1-4 Termoresistências metálicas Muitas vezes designadas por RTD – Resistance Temperature Detector Resistência de um fio (ou filme metálico): Resistividade de resistências metálicas, à temperatura R – resistência eléctrica – resistividade l – comprimento A – área da secção transversal – resistividade à temperatura de referência – mobilidade n – concentração de electrões q – carga do electrão

5 2002/03©Helena SarmentoCap1-5 Termoresistências metálicas e sensibilidades semi-relativas da resistividade em relação à temperatura ou coeficientes de temperatura de 1ª e 2ª ordem boa sensibilidade boa linearidade elevado reduzido sensibilidade semi-relativa ou coeficiente de temperatura da resistência

6 2002/03©Helena SarmentoCap1-6 Termoresistências metálicas Metal ºC) ºC 2 ) Platina0, , Cobre0,0043 6, Tungsténio0,0046 8, Níquel0,0068 5, R(T) da platina é das mais lineares Ni W Cu Pt R ( ) T (ºC) semicondutora Fabricantes especificam de R com tabelas

7 2002/03©Helena SarmentoCap1-7 Termoresistências metálicas Termoresistências de platina: –A platina pode ser produzido com grau de pureza elevado (resistividade definida com precisão), estável e inerte. –Serve de padrão de referência para temperaturas 13,8 ºK 1-903,89 ºK –100 (Pt100), 500 e 1000 erro < 0,5% ºC erro < 3% ºC ,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04 2,00E-04 2,50E R(T) T Pt100 T (ºC) R /ºC

8 2002/03©Helena SarmentoCap1-8 Termoresistências de platina Determine o erro de linearidade de V(T) de uma Pt100 em que e quando percorrida por uma fonte de corrente constante e com a temperatura a variar entre 0 e 850ºC

9 2002/03©Helena SarmentoCap1-9 Termoresistências metálicas

10 2002/03©Helena SarmentoCap1-10 Termoresistências metálicas Exemplos (Rdf Corporation) em platina:Rdf Corporation –IndustriaisIndustriais –Com cápsulasCom cápsulas –De superfícieDe superfície Exemplos (RTD Company company) (platina, cobre e níquel):RTD Company –GenéricoGenérico –De superfícieDe superfície –EnrolamentoEnrolamento –FilmeFilme –Enrolamento em cerâmicaEnrolamento em cerâmica –Enrolamento ocoEnrolamento oco

11 2002/03©Helena SarmentoCap1-11 Resistividade dos semicondutores Termoresistências semicondutoras termistências semicondutoras silício cerâmicas PTC NTC n i – concentração de portadores intrínsecos E g – altura da banda proibida k – constante de Boltzman - condutividade - mobilidade

12 2002/03©Helena SarmentoCap1-12 Termoresistências semicondutoras semicondutores intrínsecos (sem impurezas dopantes ): termo da exponencial domina Não se consegue obter com silício um nível de impurezas de modo a ser considerado intrínseco: na gama de temperaturas de interesse as impurezas influenciam

13 2002/03©Helena SarmentoCap1-13 Termistências de silício dopado com características semelhantes ao metal (KTY da Philips) Termoresistências semicondutoras semicondutores extrínsecos: –baixas temperaturas: predominância das impurezas –altas temperaturas: preponderância dos portadores intrínsecos

14 2002/03©Helena SarmentoCap1-14 Termoresistências semicondutoras R (k ) KTY81-2 KTY83-1 KTY84-1 KTY81-1 T (ºC) Fabricantes especificam de R com tabelas KTY81-1KTY81-1

15 2002/03©Helena SarmentoCap1-15 Termoresistências semicondutoras Menos lineares que termoresistências metálicas Linearização dos sensores KTY (numa determinada gama de temperaturas)

16 2002/03©Helena SarmentoCap1-16 Termoresistências cerâmicas semicondutoras Misturas de óxidos metálicos (ferro, níquel, cobre, magnésio, cobalto, titânio e urânio) cozidas a altas temperaturas T C temperatura de Curie NTC PTC NTC NTC Negative Temperature Coeficient PTC Positive Temperature Coeficient

17 2002/03©Helena SarmentoCap1-17 Termoresistências cerâmicas semicondutoras Sensor NTC fazendo T C muito elevada expressão empírica


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