Aula sobre sensores de temperatura

1. Carlos Eduardo

2.  Grandeza padrão de natureza diversa às
demais grandezas padrões:
1. O padrão de temperatura não pode ser
multiplicado ou adicionado para gerar novos
padrões.
2. Algumas teorias relacionam a temperatura como
a energia cinética média das moléculas.
 Lei zero da termodinâmica: Dois corpos
possuem a mesma temperatura quando
estão em equilíbrio termodinâmico.

3.  Termodinâmica: Quando dois corpos estão
em equilíbrio com um terceiro corpo,
também estão em equilíbrio entre si.
 O termômetro é calibrado, colocado em
equilíbrio termodinâmico, com um corpo de
temperatura conhecida. Ex: Um banho de
água em estado líquido e sólido.

4.  Poder-se-ia definir uma escala de temperatura
como a variação do comprimento de uma barra
de cobre. Questão: A variação de comprimento
da barra mantém sempre uma relação constante
com a variação de temperatura?
 Poder-se-ia definir uma escala de temperatura
baseada no quantidade de calor transferida por
uma barra de platina. Questão: A relação entre a
quantidade de calor transferida e a temperatura
se mantém constante?

5.  O desenvolvimento de uma escala baseada
em propriedades de materiais traz
dificuldades diversas.
 Lord Kelvin define em 1848 uma escala de
temperatura independente de propriedades
de materiais e baseada no ciclo de Carnot.

6. Reservatório 1
Temperatura
푇1
Reservatório 2
Temperatura
푇2
푄1 푄2
푄2
푄1
=
푇2
푇1
A escala definida por Lord Kelvin, mesmo
fisicamente correta, não é realizável devido a
basear-se no ciclo de Carnot ideal.

7.  A escala utilizável baseia-se na lei dos gases
ideais.
 Em um recipiente de gás fechado e de volume
constante a mudança de pressão é proporcional a
variação de temperatura.
 A escala é baseada em pontos fixo de
temperatura como: Ponto triplo d´agua, ponto de
ebulição do oxigênio líquido −182.92표퐶, ponto de
ebulição d´agua 100표퐶.

8.  Baseiam-se na
expansão ou
contração dos
materiais quando há
variação de
temperatura.
 Varias construções
são empregadas para
amplificar o efeito
decorrente da
variação de dimensão
dos corpos.

12.  Nome genérico RTD – Resistence Temperature
Detectors.
 Os materiais mais utilizados são: Platina e ligas
de cobre e níquel.
 O coeficiente de variação da resistência é
representado pela letra 훼 e é definido como se
segue:
 훼 =
푅100−푅0
100푅0
com 푅100 a resistência à 100표퐶 e 푅0 a resistência à
0표퐶
 Platina 훼 = 0.003925 ohm/ohm/°C

14.  Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu
(acidentalmente) que a junção de dois metais
gera uma tensão eléctrica em função da
temperatura. O funcionamento dos
termopares é baseado neste fenômeno, que é
conhecido como Efeito de Seebeck.

15.  Tipo K (Cromel / Alumel
◦ O termopar tipo K é um termopar de uso genérico.
Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade
estão disponíveis variadas sondas. Cobrem
temperaturas entre os -200 e os 1200 °C, tendo
uma sensibilidade de aproximadamente 41μV/°C.
◦ Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel)
◦ Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2%
(Alumel)
◦ Faixa de utilização: -270 °C a 1200 °C
◦ f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV

16.  Tipo E (Cromel / Constantan)
◦ Este termopar tem uma elevada sensibilidade (68
μV/°C) que o torna adequado para baixas
temperaturas.
◦ Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10% (Cromel)
◦ Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45%
(Constantan)
◦ Faixa de utilização: -270 °C a 1000 °C
◦ f.e.m. produzida: -9,835 mV a 76,373 mV

17.  Tipo J (Ferro / Constantan)
◦ A sua gama limitada (-40 a 750 °C) é a responsável
pela sua menor popularidade em relação ao tipo K.
Aplica-se sobretudo com equipamento já velho que
não é compatível com termopares mais ‘modernos’.
A utilização do tipo J acima dos 760 °C leva a uma
transformação magnética abrupta que lhe estraga a
calibração.
◦ Termoelemento positivo (JP): Fe99,5%
◦ Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45%
(Constantan)
◦ Faixa de utilização: -210 °C a 760 °C
◦ f.e.m. produzida: -8,096 mV a 42,919 mV

18.  Tipo N (Nicrosil / Nisil)
◦ A sua elevada estabilidade e resistência à oxidação a altas temperaturas tornam o
tipo N adequado para medições a temperaturas elevadas, sem recorrer aos
termopares que incorporam platina na sua constituição (tipos B, R e S). Foi desenhado
para ser uma “evolução” do tipo K.
• Tipo B (Platina / Ródio-Platina)
◦ Os termopares tipo B, R e S apresentam características semelhantes. São dos
termopares mais estáveis, contudo, devido à sua reduzida sensibilidade (da ordem
dos 10 μV/°C), utilizam-se apenas para medir temperaturas acima dos 300 °C. Note-se
que devido à reduzida sensibilidade destes termopares, a sua resolução de medida
é também reduzida.
◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1800 °C.
◦ Contra aquilo que é habitual nos outros termopares, este origina a mesma tensão na
saída a 0 e a 42 °C, o que impede a sua utilização abaixo dos 50 °C. Em
compensação, utiliza cabos de extensão de cobre comum desde que a sua conexão
com o termopar esteja neste intervalo (0 °C a 50 °C). Os demais termopares
necessitam de cabos de ligação com o mesmo material do termopar, sob o risco de
formarem com o cobre um "outro termopar", se a conexão estiver a temperatura
diferente do instrumento de processamento do sinal (p.ex. transmissor)
◦ Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6% (Ródio-Platina)
◦ Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1% (Ródio-Platina)
◦ Faixa de utilização: 0 °C a 1820 °C
◦ f.e.m. produzida: 0,000 mV a 13,820 mV

19.  Tipo R (Platina / Ródio-Platina)
◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10
μV/°C) e custo elevado.
◦ Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13% (Ródio-Platina)
◦ Termoelemento negativo (RN): Pt100%
◦ Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C
◦ f.e.m. produzida: -0,226 mV a 21,101 mV
• Tipo S (Platina / Ródio-Platina)
◦ Adequado para medição de temperaturas até aos 1600 °C. Reduzida sensibilidade (10
μV/°C), elevada estabilidade e custo elevado.
◦ Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10% (Ródio-Platina)
◦ Termoelemento negativo (SN): Pt100%
◦ Faixa de utilização: -50 °C a 1768 °C
◦ f.e.m. produzida: -0,236 mV a 18,693 mV
◦ Tipo T (Cobre / Constantan)[editar | editar código-fonte]
◦ É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 °C a 400 °C.
◦ Termoelemento positivo (TP): Cu100%
◦ Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan)
◦ Faixa de utilização: -270 °C a 370 °C
◦ f.e.m. produzida: -6,258 mV a 20,872 mV

20. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device

21. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device

22. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device

23. Doebelin, E. O., Measurement System Application and Device

24.  São baseados na emissão de onda
infravermelha pelos corpos.
 Utilizam o princípio da transmissão de calor
por radiação.

26.  Método direto: Quando o medidor está
imerso no fluxo e a medida se dá pelas leis
da dinâmica de fluidos a partir da observação
das alterações introduzidas no escoamento.
 Método indireto: Quando não há alterações
do escoamento, em geral são sensores
posicionados fora do escoamento.

27. 1. Pesagem
Baseia-se no fato de que a vazão pode ser determinada a partir
do fluxo de massa que atravessa uma seção durante o intervalo
de tempo.
2. Efeito da força de arrasto
Baseia-se no fato da força de arrasto ser proporcional ao
quadrado da velocidade média do escoamento na seção. Um
dispositivo que emprega este método é denominado
“Rotâmetro”.
3. Equação de energia
Consiste em se alterar a seção de escoamento para que sejam
verificadas variações nos termos da equação da energia aplicada
entre estas seções de cada tipo de medidor.

29. 푄 =
1
휌1
훼 휀
휋
4
푑2 2Δ푝 휌1
훼 =
퐶
1−훽4 , 훽 =
푑
퐷
O coeficiente 퐶 é denominado
coeficiente de vazão e é
dependente da geometria do
bocal.
O termo 휀 é definido como
coeficiente de compressão e
também é dependente da
geometria do bocal.

31.  Placa de orifício
com captores em
anel
휀 = 1 − 0,41 + 0,35훽4 Δp
kp1
com 푘 =
푐푝
푐푣
.
푐푝 푒 푐푣 são os calores
específicos do fluido
em condições de
pressão e volume
constante.

32.  Placa de orifício com
captores em anel
퐶
= 0,5959 + 0,03212훽2,1
− 0,184훽8
+ 0,0029훽2,5 106
푅푒퐷
0,75
+ 퐶0퐿1훽4 1 − 훽4 −1
− 0,0337퐿2훽4
퐿1 < 0,4333 → 퐶0 = 0,09
퐿1 ≥ 0,4333 → 퐶0퐿1 = 0,039
푅푒퐷 = 푁ú푚푒푟표 푑푒 푅푒푦푛표푙푑푠
퐿1푒퐿2 são as distâncias entre
os pontos de medida da
pressão e a placa de
orifícios a montante e a
jusante.

33. 푄 =
휋퐷4
128휇퐿
Δ푝

37. 푉 =
2 푝푠푡푎푔 − 푝푠푡푎푡
휌

38. Helicóptero Kamov Ka-
26
Cesna 172

42. 퐼2푅푊 = ℎ퐴(푇푊 − 푇푓)
ℎ = 퐶0 + 퐶1 푉
 퐼 é a corrente que
passa pelo fio
 푇푊 Temperatura do
fio
 푇푓 Temperatura do
fluído
 퐴 área de
transferência de calor
do fio
 퐶0 푒 퐶1 são constantes
 푉 é a velocidade