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Termômetros Analógicos e Digitais
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TERMOPARES E TERMORRESISTÊNCIA

 INTRODUÇÃO

Termopares
   A medição de temperatura por termopares parte do princípio de que dois condutores metálicos diferentes (termoelementos) “A” e “B” unidos em uma das suas extremidades, e esta, exposta a uma variação de temperatura, gera uma força eletromotriz (F.E.M) De acordo com este princípio criou-se as tabelas de correlação, que relaciona a F.E.M, gerada em função da temperatura.

   Ex.: Termopar J

   Exemplo de aplicação de termopar:

Termorresistência
   As termorresistências ou bulbos de resistências ou termômetros de resistências ou RTD, são sensores de alta precisão e excelente repetibilidade de leitura. O seu funcionamento se baseia no princípio de variação da resistência ôhmica em função da temperatura, e seu elemento sensor consiste de uma resistência em forma de fio de platina de alta pureza, níquel ou de cobre, encapsulados num bulbo de cerâmica ou vidro.

Identificação e tipo de termopar
   Conforme a ABNT NBR-12812 (Fio nú para termopar), a identificação do termoelemento é constituída de duas letras, sendo a primeira o tipo de termopar e a segunda indica a polaridade do termoelemento. Se positivo, a letra “P” e se negativo a letra “N”, conforme tabela abaixo.

Classes de tolerância
  
A classe de tolerância para termopares, é definido conforme ABNT NBR 12771, na tabela abaixo:

Seleção de material para proteção de termopares.
   Para a aplicação correta na proteção dos sensores, deve-se considerar, as condições do processo ou de uso tais como: Temperatura, Atmosfera, Resistência mecânica, Tempo de resposta.

Características dos materiais de tubo de proteção cerâmico.
   A utilização destes tubos são habituais para termopares, K, S, R e B. Recomenda-se para os tipos S/ R/ B a dupla proteção cerâmica.

Termopares e isolação mineral

Facilidade e utilização
   A Construção do termopar de isolação mineral permite que o mesmo seja tratado como se fosse um condutor sólido.
   Em sua capa metálica podem ser montados acessórios por soldagem ou brasagem e quando necessário sua sessão pode ser reduzida ou alterada em sua configuração.

Resposta mais rápida
   O pequeno volume e a alta condutividade térmica do óxido de magnésio promovem uma excelente transferência de calor, superior aos termopares com montagem convencional.

Resistência a corrosão
   As bainhas metálicas com diversos tipos de materiais, podem ser selecionadas para resistir ao ambiente corrosivo.

Resistência de isolação elevada
   A resistência da isolação entre os condutores (termoelementos) e a bainha é sempre superior a 100 Megaohms, exceto no caso de junta de medição aterrada ( 22+5ºC ) e sob as condições igual ou inferior a 50% de umidade relativa.

Blindagem eletrostática
   A bainha do termopar de isolação mineral, devidamente aterrada, oferece um excelente blindagem eletrostática.

 

Características técnicas dos termopares de isolação mineral
   Para perfeita escolha de um termopar de isolação mineral, em um determinado processo, deve ser levado em consideração todas as suas possíveis características e suas normas exigidas. Portanto estamos fornecendo alguns dados para orientação da escolha correta. Os termopares de isolação mineral fornecidos pela ASTA possuem tabela de correlação (FEM x TEMP) e limites de erros, segundo a norma ABNT NBR 14097/13774/13535/13863/12771.

Características da bainha metálica


Nota: Temperaturas máximas em atmosfera neutra ou oxidante, para atmosfera redutora carbonizante ou sulfurosa.

Termopar de isolação mineral

   O Termopar de isolação mineral é constituído de um ou dois pares termoelétricos, que são isolados entre si e da bainha metálica, pelo pó de óxido de magnésio, que possui excelente condutibilidade térmica e alta compactação. Esta segunda característica torna o termopar mineral muito resistente no que tange á contaminação dos condutores. A durabilidade do sensor está ligado diretamente á escolha correta do tipo de proteção metálica da bainha.

Vantagens dos termopares de isolação mineral

Estabilidade na força eletromotiz - FEM
A estabilidade da F.E.M. do termopar é caracterizada em função dos condutores estarem completamente protegidos contra a ação de gases e outras condições ambientais, que normalmente causam oxidação e conseqüentemente perda de força eletromotriz gerada.

Resistência mecânica e flexibilidade
O pó compactado, dentro da bainha metálica dos condutores uniformemente posicionados, permite que a bainha seja dobrada, achatada, torcida ou estirada, suporta pressões externas e choque térmico, sem quaisquer perdas das propriedades termoelétricas.

Facilidade de instalação
A dimensão reduzida e alta resistência mecânica e a grande maleabilidade da bainha de isolação mineral asseguram facilidade de instalação mesmo nas situações mais difíceis.

 

Os termopares de isolação mineral podem ser fabricados em três tipos de juntas de medição.

1. Junta de medição isolada
   É a junta onde os condutores ficam isolados da bainha.

Vantagens:
   A resistência de isolação pode ser testada antes e depois da instalação, podendo assim verificar a integridade da capa em todo o seu comprimento, evitar erros de medição devido a diferença de potencial de terra entre o termopar e o instrumento.

2. Junta de medição aterrada
  
Como alternativa existe também a junta aterrada, nesta os condutores são soldados junto a bainha ( capa externa ).

Vantagens:
   Possui menor tempo de resposta e maior sensibilidade em relação à junta isolada.

3. Junta de medição exposta
   Esta montagem expõem os fios ao meio térmico tornando o tempo de resposta ainda mais rápido, mas não pode ser utilizado em locais onde os fios possam ser contaminados.

   * Todos os termopares de isolação mineral fabricados pela ASTA são fornecidos com junta de medição isolada, a junta de medição aterrada ou exposta deverá ser solicitada pelo cliente.

 

Tempo de resposta em função da junta de medição
   As constantes de tempo de resposta apresentadas nas tabelas abaixo são para os termopares de isolação mineral submetidos às temperaturas de aproximadamente 20OC para 100OC.

 

ISOLAÇÃO
   A resistência de isolamento da bainha a temperatura ambiente (20ºC é no mínimo de 100 megaohms VDC para diâmetros maiores que 1,5mm, para diâmetros 1,5mm a isolação deverá ser no mínimo de 100 megaohms a 50 VDC.

Resistência de isolação
   A resistência de isolação elétrica mínima, na temperatura ambiente de 22 + 5ºC e umidade relativa igual ou inferior a 50%, entre os termoelementos e a bainha para termopares com junção isolada deve atender aos valores da tabela abaixo, conforme ABNT NBR 14097.

Limites de trabalho
   Os valores da tabela abaixo, não levam em consideração as limitações de temperatura do material da bainha, nem tratam das considerações de compatibilidade entre os materiais do termoelemento e a bainha. Os valores de temperatura servem apenas como orientação e não devem ser considerados, como valores absolutos nem como garantia de duração e desempenho satisfatório.

Pote de fechamento e rabicho ou cabo de ligação.
   A extremidade posterior a junta de medição do termopar de isolação mineral é selada com resina á base de epoxi, podendo ser montado em potes lisos ou rosqueados dependendo da montagem final.
   Os rabichos ou cabos podem ser:

Rígidos: É o próprio fio do termopar, devendo ser utilizado em termopares com diâmetros externos de 3,00mm a 6,00mm no comprimento máximo recomendado de 100mm.

Flexíveis: São utilizados com um cabo de extensão nas bitolas 20 e 24 AWG com isolação em PVC, silicone, fibra de vidro ou de teflon, sendo aplicado em todos os diâmetros dos termopares. Cabos acima de 500mm , recomenda-se usar mola de proteção.

 

Termorresistências
   São sensores de temperatura que operam baseados no principio da variação da resistência elétrica de um metal em função da temperatura, sendo fabricados com fios de alta pureza de platina, níquel ou de cobre.
   Suas principais características são a alta estabilidade mecânica e térmica, resistência a contaminação, relação de resistência x temperatura praticamente linear, desvio com o uso e envelhecimento desprezíveis, além de alto sinal elétrico de saída. O Sensor de resistência de platina, é o modelo de laboratório e padrão mundial para medidas de temperatura na faixa de -270ºC à 962ºC. Para a utilização industrial é um sensor de inigualável precisão, estabilidade e sensibilidade.

Características
   A termorresistência industrial de platina (TIP) é a mais utilizada na indústria devido a sua grande precisão e estabilidade.
Conhecida como PT.100 industrial, a termorresistência de platina apresenta uma resistência ôhmica de 100 OHMS a 0ºC. Sua faixa de trabalho vai de -200ºC a 850ºC, conforme norma ABNT NBR 13773.

Limites de erros da termorresistência (PT 100)
   A seguir apresentamos os limites de erros para as classes A e B de acordo com a norma NBR 13773.

Nota: A tolerância da classe A não se aplica aos seguintes casos:
a) para PT 100, nas temperaturas acima de 650ºC;
b) para PT 100 com ligação a dois fios.

 

Resistência de isolação a temperatura ambiemte
   A resistência entre cada terminal e a bainha deve ser testada com uma voltagem entre 10 e 100VDC, sob temperatura ambiente entre 15ºC e 35ºC e umidade relativa não excedendo a 80%.Em todos os casos a resistência de isolação mínima é de 100 M ohms.

Medição de temperatura com ligação a 2, 3 e 4 fios
   Na medição de temperatura com termorresistência a 2 fios, temos uma distância limitada entre o sensor e o instrumento receptor, dada pela bitola dos condutores. Já a 3 ou 4 fios, esta distância é praticamente ilimitada. Também podem ser utilizados bulbos com graus de precisão superior as classes A e B.
   Estes sensores são denominados como 1/3 DIN,1/5 DIN e1/10 DIN.

Termoresistência PT-100

Faixa de Utilização:Bulbo de Filme = -70ºC à 500ºC (standard)
Bulbo Cerâmico = -200ºC à 850ºC (especial)
Bulbo de vidro = -200ºC à 600ºC

OBS: Bulbos como PT.1000 ou PT.500, sob consulta.

 

LIMITE DE ERRO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

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