Temperatura
Termopar
Termômetro de Resistência
Termômetro de Líquido em Vidro
Termopar
1. O que é um termopar?
2. Qual a diferença entre os termopares tipo "J"
e tipo "K"?
3. Qual a importância da compensação da junção de
referência (junta fria) na utilização de termopares?
1.
O que é um termopar?
Termopar é um tipo de sensor de temperatura muito simples, robusto,
barato e de fácil utilização. O dispositivo gera eletricidade
a partir de diferenças de temperatura.
Dois fios condutores de eletricidade, por exemplo, o cobre e uma
liga de cobre-níquel chamada constantan, quando unidos em uma
de suas extremidades, geram uma tensão elétrica, que pode ser
medida na outra extremidade, se existir diferença de temperatura
entre elas. Como a diferença de potencial é proporcional à diferença
de temperatura entre suas junções, este princípio, denominado
efeito Seebeck em homenagem ao cientista que o descreveu, é amplamente
utilizado para medir temperatura na indústria, em muitos tipos
de máquinas e equipamentos.
Se você desejar se aprofundar um pouco mais, sugerimos nosso curso
Sensores
de Temperatura - Princípios e Aplicações.
2.
Qual a diferença entre os termopares tipo "J" e tipo
"K"?
Um termopar é constituído por dois fios de metais dissimilares
(de composição química diferente) unidos em uma das extremidades
e tendo a outra extremidade conectada ao instrumento de medição.
O termopar tipo "J" é constituído por dois fios diferentes,
sendo a perna positiva de ferro e a perna negativa de constantan
(liga cobre-níquel). Pode operar na faixa de 0 a 760ºC e aplica-se
a ambiente oxidantes, inertes, redutores em vácuo parcial.
Já o termopar tipo "K" tem sua perna positiva de uma
liga de níquel-cromo conhecida como cromel e a negativa de outra
liga níquel-alumínio, chamada alumel*. Pode operar na faixa de
temperatura entre -200 a 1260ºC, em ambientes oxidantes ou inertes.
Maiores informações podem ser obtidas nas normas NBR específicas
sobre esse assunto. Consulte os títulos nas nossas
Referências Técnicas
3.
Qual a importância da compensação da junção de referência (junta
fria) na utilização de termopares?
A temperatura da junção de referência para termopares foi fixada
em 0ºC para simplificar as equações matemáticas usadas que descrevem
o comportamento dos termopares. Como conseqüência, as tabelas
de referência dos termopares pressupõem uma junção de referência
em 0ºC. Para realizar medições corretas o usuário deverá assegurar-se
que essa condição está sendo atendida, seja por meios físicos
(banho de gelo) ou por meios eletrônicos (compensação automática
realizada pelo instrumento de leitura).
Na relação de normas da ABNT
e você verá que existe uma norma NBR sobre preparação de junção
de referência para termopares.
Termômetro
de Resistência
1. Como um termômetro de resistência mede temperatura?
2. Como funciona um medidor de temperatura PT-100?
3. Como devo calcular o erro apresentado pelo termômetro após
ter efetuado as leituras?
4. O que é correção de Ro e como fazê-la?
5. Existe alguma norma padronizando cores dos cabos
de três condutores usados para interligação de sensores RTD's
aos instrumento receptores, da mesma forma que existe para termopares?
6. Qual a maior faixa de utilização possível para um termômetro
de resistência padrão, na calibração de termopares?
1. Como
um termômetro de resistência mede temperatura?
O princípio de operação de um termômetro de resistência se
baseia na variação da resistência ôhmica de um metal com a temperatura.
O elemento sensor é, na maioria dos casos, feito da platina com
alto grau de pureza e encapsulado em bulbos de cerâmica ou vidro.
Existem muitos tipos de termômetros de resistência, desde o termômetro
padrão, definido pela ITS-90 até os termômetros industriais, mais
robustos, que podem ter incertezas na casa do décimo do grau.
Os tipos de termoresistência de platina mais comuns são os que
apresentam uma resistência de 25 ohms, 100 ohms, 500 ohms ou 1000
ohms no ponto de gelo (0ºC).
2.
Como funciona um medidor de temperatura PT-100?
Os medidores de temperatura que utilizam PT-100 ou termoresistências
de outros valores são, basicamente, indicadores que medem a resistência
de um sensor a dois, três ou quatro fios. Os valores em ohm são
comparados com os de uma tabela de referência contida em uma memória
eletrônica (normalmente uma EPROM) para depois serem convertidos
em unidade de temperatura (normalmente ºC ou ºF). Esses valores
são exibidos em um mostrador (display).
Em alguns medidores, os valores de resistência de um sensor são
comparados contra uma referência aproximada, linearizando a curva
e provocando um erro que aumenta proporcionalmente com a temperatura.
Isso ocorre porque a equação de um PT-100 não é uma reta e sim
uma parábola.
Para t > 0,
Rt/Ro = 1 + A . t + B . t 2 , onde Ro é a resistência medida
no ponto do gelo.
Já na faixa negativa, Rt/Ro = 1 + A . t + B . t 2
+ C.t 3 . (t - 100), sendo
A = 3,9803E-03ºC -1
B = -5,775E-07ºC -2
C = -4,183E-12ºC -4 , segundo a norma IEC 751/1995
Obs.: As equações acima se aplicam numa faixa de temperatura de
-200ºC a 850ºC (classe B) e -200ºC a 650ºC (Classe A). Para um
PT-1000, a faixa vai de -200ºC a 400ºC, sendo que as equações
e os coeficientes são os mesmos, com a diferença de Ro ser igual
a 1000 ohms.
Nos termômetros programáveis, é possível armazenar as constantes
do termômetro e o valor de Ro, obtidos na calibração. Com esse
procedimento , não é necessário aplicar correção às leituras do
termômetro, pois a memória do instrumento foi alimentada com a
curva dedicada àquele sensor específico e válida somente para
ele.
3.
Como devo calcular o erro apresentado pelo termômetro após ter
efetuado as leituras?
Após
efetuar as leituras em resistência e calcular a média, o erro
pode ser calculado em relação à tabela de referência, ou seja,
erro = valor medido - valor de referência. Esse erro ou desvio,
pode ser convertido para ºC, usando-se a relação dR/dt na temperatura
de interesse. Como é mais complicado calcular a primeira derivada
da função, pode-se fazer uma aproximação de dR/dt para D
R/ D
T,
usando-se a tabela de referência (IEC 60751).
Exemplo:
para t = 0ºC, R = 100
ohms; para t = 1ºC, R = 100,39 ohms. Então D
R/
D T
= 0,39 ohm/ºC. Se o erro encontrado fosse 0,078 ohm, equivaleria
a 0,2ºC.
Quando
se utiliza um indicador que já apresenta a leitura em ºC, ao valor
lido, aplica-se a correção declarada no certificado de calibração.
4.
O que é correção de Ro e como fazê-la?
A correção de Ro refere-se à atualização do valor da resistência
a 0ºC para um termômetro de resistência.
Com o uso do termômetro o valor da resistência a 0ºC pode sofrer
alterações e tornar-se diferente do Ro informado no certificado.
Por isso, devem ser realizadas medições periódicas no ponto de
gelo e usar-se sempre o último valor para calcular a temperatura.
Fazendo isso, a razão (Rt/Ro) permanece inalterada. Quando a variação
entre o Ro atual e o Ro informado no certificado ultrapassar 50
mK, recomenda-se recalibrar o termômetro.
Quando não se faz essa atualização as indicações do termômetro
estarão sujeitas a um erro sistemático, fruto da deriva do termômetro.
Dependendo da magnitude, essa deriva pode comprometer a medição.
.
5.
Existe alguma norma padronizando cores dos cabos de três condutores
usados para interligação de sensores RTD's aos instrumento receptores,
da mesma forma que existe para termopares?
A norma ASTM 1137 apenas menciona que os cabos de ligação
podem ser de cobre prateado, níquel, platina, constantan ou manganin.
A norma IEC 751 já possui um código de cores, conforme segue:
ligação a 2 fios : 1
vermelho - 1 branco
ligação a 3 fios: 2 vermelhos - 1 branco
ligação a 4 fios: 2 vermelhos - 2 brancos
6.
Qual a maior faixa de utilização possível para um termômetro de
resistência padrão, na calibração de termopares?
Existem
referências na literatura que mencionam termômetros de resistência
de platina capazes de operar até 1000°C. Já os termômetros padrão
de resistência de platina de alta temperatura (0.25 Ohms, 2.5
Ohms etc) são normalmente calibrados até 962°C (valor aproximado
do ponto de solidificação da prata).
Vale lembrar que, nas calibrações por comparação acima de 550°C
(temperatura máxima de uso recomendada para um banho de sal),
são empregados fornos elétricos, para atuarem como meios térmicos
equalizados. Nesse caso, a incerteza devida à não uniformidade
do forno (também chamada de gradiente térmico) é, geralmente,
fator dominante na expressão da incerteza combinada. Em função
disso, antes de especificar padrões é preciso saber:
a) A faixa de temperatura de calibração dos termopares;
b) As incertezas pretendidas por faixa (geralmente avaliadas em
função das tolerâncias dos processos);
c) O(s) tipo(s) de termopares que serão calibrados;
d) Os meios térmicos disponíveis para essas calibrações (banhos
termostáticos, fornos, etc);
e) Os instrumentos elétricos de leitura (multímetros, pontes etc);
É importante salientar que não basta apenas considerar o tipo
de padrão utilizado, uma vez que seu desempenho será afetado pelo
instrumento de leitura, meio térmico etc, sem falar na relação
custo benefício.
Termômetro
de Líquido em Vidro
1.
Como proceder quando se faz uma leitura em um ponto
diferente daquele em que
o termômetro foi calibrado?
2. Como são calibrados os termômetros de líquido
em vidro?
3. Existem especificações para a periodicidade de
calibração?
4. O que é um psicrômetro?
1. Como proceder quando se faz uma leitura
em um ponto diferente daquele em que o termômetro foi calibrado?
Pode-se aplicar a interpolação, quando a temperatura medida
estiver entre os pontos calibrados, descritos no certificado de
calibração. No entanto, antes de efetuar a interpolação você deverá
atentar para a eventual necessidade de efetuar correção de coluna
emergente do TLV (caso ele não esteja sendo utilizado nas condições
especificadas no certificado de calibração).
2. Como são calibrados os termômetros de líquido
em vidro?
A calibração de termômetros de líquido em vidro é normalmente
feita por comparação com um padrão de temperatura (por exemplo,
um termômetro de líquido em vidro de maior exatidão) em banhos
de calibração (banhos de água, óleo, álcool, etc). Ajusta-se a
temperatura do banho, aguarda-se a estabilização (após os termômetros
terem sido inseridos no banho), e procede-se à tomada de leituras
de ambos os termômetros. Existem normas que tratam deste assunto,
por exemplo, ASTM E-77.
3.
Existem especificações para a periodicidade de calibração?
No que se refere a termômetros de líquido em vidro, algumas
normas (por exemplo: BS 1041:1985, BS 1365:1990) recomendam que
os termômetros sejam re-calibrados em intervalos não superiores
há 5 anos, desde que estes termômetros atendam às especificações
dessas normas. O atendimento às especificações da norma refere-se
não somente às características construtivas, como também o manuseio,
limites de temperatura, conservação, choques térmicos e mecânicos,
etc.
O intervalo de calibração de um ano é bastante adotado. No entanto,
é importante que sejam feitas verificações entre calibrações,
de maneira que se possa comprovar que não houve alteração na calibração.
Uma maneira prática, fácil e confiável de se fazer essa verificação
é utilizar um banho de gelo como ponto de referência. Caso o TLV
não possua o ponto 0 ºC, um outro ponto (ou mais de um) deverá
ser selecionado.
4.
O que é um psicrômetro?
O Psicrômetro é um instrumento utilizado na medição da umidade
relativa do ar ou conteúdo de vapor de água existente na atmosfera.
É composto por um termômetro de bulbo seco e outro de bulbo úmido
(molhado).
O termômetro de bulbo seco indica a temperatura do ar no momento
da medição, enquanto o termômetro de bulbo molhado possui no bulbo,
uma mecha de algodão embebida em água.
O princípio de funcionamento do Psicrômetro para determinar a
umidade, baseia-se no fato de a evaporação provocar queda da temperatura.
A evaporação dependerá de quão saturada de vapor de água está
a atmosfera, refletindo, por conseguinte, na diferença de temperatura
e proporcionando assim a obtenção da umidade relativa da atmosfera.
Exemplo: - se os dois termômetros indicam a mesma temperatura,
supomos que não houve evaporação de água, portanto, a umidade
relativa do ar será 100% (cem por cento);
Quanto maior a diferença de temperatura entre os termômetros,
maior é a evaporação de água e, portanto, menor a umidade do ar.
São utilizados ábacos ou tabelas para a obtenção da umidade relativa
a partir das temperaturas de bulbo seco e úmido (molhado).
5.
Como calcular a incerteza da coluna emergente em TLV's de imersão
parcial?
Você deve analisar a equação de correção :
C=K(Tlm-Tie)(Tesp-Tf) onde
K= coeficiente do líquido térmico
Tlm=temperatura média indicada no termômetro
Tie=temperatura equivalente na linha de imersão
Tesp=temperatura especificada
Tf=temperatura da coluna emergente(Faden)
Verificando quanto cada uma das grandezas de influência interfere
na correção e consequentemente na incerteza dessa correção dC/dK;
dC/dTlm; dC/dTie; dC/dTesp e dC/dTf.
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