O documento discute os principais instrumentos utilizados para medição de temperatura, incluindo termômetros de vidro, bimetálicos e de bulbo de pressão, termopares e suas características, e como compensar a junção fria nos termopares.

1. Instrumentos de Medição
de Temperatura
Professor Marcelo Magalhaes Barbosa

2. Introdução
Estudaremos os principais dispositivos
utilizados para a medição de temperatura,
enfocando os princípios de funcionamento em
que eles se baseiam
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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3. Conceitos Básicos
Temperatura
Calor
Pontos Fixos de Temperatura
Tipos de Escalas Termométricas
Unidades de Calor

4. Conceito Básico de Temperatura
“A temperatura de
um
corpo
corresponde
à
medida do grau de
agitação de suas
moléculas”.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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5. Conceito Básicos
Calor
É a energia térmica
em trânsito;
É uma das formas
mais
comuns
de
energia que se origina
da energia cinética
das moléculas dos
corpos.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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6. Conceitos Básicos
Pontos Fixos de Temperatura
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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7. Conceitos Básicos
Tipos de Escalas Termométricas
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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8. Conceito Básicos
Calorimetria
É o conjunto de métodos experimentais que
objetivam medir a quantidade de calor
recebida ou desprendida por um sistema
quando este sofre uma transformação física ou
química.
Quantidade de calor é a energia cinética total
das moléculas.
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9. Conceitos Básicos
Unidades de Calor
A unidade de calor mais utilizada é a caloria (cal),
que corresponde à quantidade de calor necessária
para elevar de 1 ºC a temperatura de 1g de água. Na
maioria das aplicações é mais usada a quilocaloria
(kcal) que vale 1000 calorias.
A unidade térmica inglesa (BTU) é igual a 0,252
kcal, sendo muito utilizada na especificação de
aquecedores e condicionadores de ar.
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10. Termômetros
Vidro
Bimetálico
Bulbo de Pressão

11. Termômetro
Vidro
Os dois líquidos mais usados são: o
álcool, para uma faixa de -100 ºC a +
50 ºC e o mercúrio, numa faixa de 40 ºC a + 648 ºC
Vantagens:
boa precisão;
baixo custo;
simplicidade de construção
A sua desvantagem é a fragilidade
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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12. Termômetro
Bimetálico
A faixa de utilização do
termômetro bimetálico é
de - 50 ºC a + 550 ºC.
Estes termômetros
normalmente só permitem
o ajuste de zero e, quando
se danificam, não têm
conserto.
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13. Termômetro
Bimetálico
Vantagens:
fácil leitura;
baixo custo.
Desvantagens:
não permite leitura remota;
não permite ajuste de faixa, já que
ela depende da lâmina bimetálica.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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14. Termômetro
Bulbo de Pressão
Os termômetros com bulbo
de pressão são de três
tipos:
termômetros a pressão de
líquidos;
termômetros a pressão de
gás;
termômetros a tensão de
vapor.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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15. Termômetros
Bulbo de Pressão de Líquidos
As faixas de utilização destes termômetros
são as seguintes:
mercúrio: - 35 a + 540 ºC;
xilol: - 40 a + 400 ºC;
álcool: - 50 a + 150 ºC.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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16. Termômetros
Bulbo de Pressão de Gás
O gás mais utilizado é o nitrogênio, por ser inerte e
abundante, embora outros gases inertes como hélio e neônio
também sejam empregados em menor escala. Como a pressão
do gás é inferior à do líquido, o seu bulbo é maior.
A compensação de temperatura é igual à do bulbo líquido,
porém não há necessidade de compensar a elevação, pois o
peso da coluna de gás é irrelevante. A faixa de utilização é de
-200 ºC a +800 ºC e é linear.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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17. Termômetros
Bulbo de Pressão de Tensão de Vapor
Nestes tipos de termômetros empregam-se
líquidos
voláteis,
como
alguns
hidrocarbonetos, cloreto de metila, dióxido de
enxofre, etc.
A escala para estes termômetros não é linear,
sendo de preferência utilizada a parte
superior, por ser expandida.
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18. Termômetros - Bulbo de Pressão
Compensação de Temperatura
Dois métodos são usados para este fim. No
primeiro, é utilizado um bimetal para corrigir
o ponteiro.
No segundo caso, emprega-se outro elemento
medidor com capilar que chega até o bulbo,
sendo, porém, a sua extremidade aí fechada, e
a ação do segundo medidor oposta à do
primeiro.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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19. Termômetros - Bulbo de Pressão
Compensação de Coluna Líquida
Nos casos onde o bulbo é instalado acima ou abaixo
do instrumento de medição, haverá necessidade de
compensar a pressão à coluna de líquido. Isto é feito
pelo reajuste do zero do instrumento no local onde
ele é instalado.
Este problema é minimizado quando o sistema é
projetado para manter uma alta pressão interna.
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20. TERMOPARES
Princípio de Funcionamento
Classificação dos Termopares (Quanto ao Tipo de Liga)
Confecção da Junção Quente do Termopar
Localização da Junção Fria
Isolação do Termopar
Ligação dos Termopares
Compensação da Junção Fria
Método de Identificação da Polaridade dos Termopares

21. Termopares
Princípio de Funcionamento
Para que se possa entender o princípio de
funcionamento dos termopares, devem-se
observar os seguintes efeitos termoelétricos:
Efeito Seebeck;
Efeito Peltier;
Efeito Thompson
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22. Termopares
Efeito Seebeck
Quando dois fios metálicos, de
naturezas diferentes são unidos
por suas extremidades, e estas
estão submetidas a temperaturas
diferentes, constata-se o
surgimento de uma força
eletromotriz, da ordem de alguns
milivolts
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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23. Termopares
Relação FEM x ∆T
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24. Termopares
Efeito Peltier
Nas junções feitas entre dois fios metálicos
distintos, é absorvido ou liberado calor,
quando se faz circular por eles uma corrente
elétrica.
A aplicação prática deste efeito é restrita,
visto que, sendo usado na indústria
aeroespacial e em geladeiras portáteis.
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25. Termopares
Efeito Thompson
A magnitude da força eletromotriz (F.E.M.)
gerada a partir da diferença entre as
temperaturas das junções de dois metais
diferentes depende da natureza desses metais.
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26. Termopares
Vantagens X Desvantagens
Vantagens do emprego de termopares:
baixo custo do elemento;
rapidez de resposta;
faixa ampla de operação.
Desvantagens do emprego de termopares:
necessidade de fio de extensão especial;
necessidade de compensação da junção fria;
sua resposta não é exatamente linear;
necessitam de troca periódica.
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27. Termopares
Classificação dos Termopares
tipo T →
composição: cobre e constantan;
tipo J →
composição: ferro e constantan;
tipo K →
composição: chromel e alumel;
tipo E →
composição: chromel e constantan;
tipo S →
composição: platina + ródio 10 % e platina;
tipo R →
composição: platina + ródio 13 % e platina;
tipo B →
composição: platina + ródio 30% e platina + ródio 6 %.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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28. Principais Termopares Industriais
J - ferro e constantan;
K - chromel e alumel;
T - cobre e constantan;
S - platina e platina ródio.
Observações:
constantan é uma liga com 60 % de cobre e 40 % de níquel;
cromel é uma liga com 10 % de cromo e 90 % de níquel;
alumel é uma liga com 94 % de níquel, 3 % de manganês, 2 % de alumínio e
1 % de silício;
existem dois tipos de platina-ródio. A usada no termopar tipos S tem 10 % de
ródio; a usada no tipo R tem 13 %.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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29. Termopares
Ferro - Constantan
É o tipo de termopar mais utilizado, por ser de
baixo custo e ter saída elétrica relativamente
elevada. É utilizado para medir temperaturas
desde - 0 ºC até 750 ºC.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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30. Termopares
Cromel-Alumel
Possui uma saída elétrica aproximadamente
linear. É utilizado na faixa de -200 ºC a 1.250
ºC.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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31. Termopares
Cobre-Constantan
Pode ser obtido em fios bastante finos,
podendo ser instalado em espaços reduzidos.
Tem uma faixa de utilização de -200 ºC a 350
ºC.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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32. Termopares
Platina-Ródio
Apresenta excelentes propriedades mecânicas
e químicas, sendo indicados para medidas de
precisão. Tem uma faixa de utilização de 0 ºC
até 1.450 ºC.
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33. Termopares
Confecção da Junção Quente
A confecção da junção quente pode ser
executada por solda oxiacetilênica ou por
solda elétrica. Normalmente as pontas dos
dois metais são fundidas juntas, tomando-se o
cuidado de fornecer maior calor inicial ao
material que tiver o ponto de fusão mais
elevado.
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34. Termopares
Localização da Junção Fria
A junção fria se encontra no local onde
terminam os fios de termopar ou fios de
compensação quando forem usados.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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35. Termopares
Isolação
O termopar pode ser isolado com missangas
dde cerâmica ou ser produzido com isolação
mineral
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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36. Termopares
Ligação dos Termopares
As ligações dos termopares podem ser:
ligação simples;
ligação série aditiva;
ligação em paralelo;
ligação série oposição.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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37. Termopares
Ligação Simples
Este é o tipo mais comum de ligação de
termopar. Consiste na ligação de um
termopar ao instrumento de leitura, sendo
utilizada para a medição da temperatura em
um ponto.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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38. Termopares
Ligação Série Aditiva
Esta ligação é feita em dois ou mais
termopares em série aditiva, ou seja, o
material positivo de um termopar com o
material negativo do outro termopar, ou viceversa
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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39. Termopares
Ligação em Paralelo
Esta ligação é feita ligando-se os terminais
comuns de dois ou mais termopares, os quais
são conectados depois ao instrumento de
leitura.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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40. Termopares
Ligação Série em Oposição
Esta ligação tem como objetivo medir a
diferença de temperatura entre dois pontos.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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41. Termopares
Compensação da Junção Fria
600
570
ºC
JF
30ºC
JF
0ºC
JQ
600ºC
ºC
JQ
600ºC
600
ºC
Leitura: 570 +
Correção: 30
JF
30ºC
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JQ
600ºC
Isntrumentos de Medição de Temperatura
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42. Termopares
Fios e Cabos de Extensão e Compensação
550
JF
80ºC
30ºC
ºC
600
TERMOPAR
80
520 COMPENSAÇÃO
+ 30
550 LEITURA
JQ
600ºC
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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43. Termopares
Inversão de Cabos
-440 ºC
JF
80ºC
30ºC
-520 TERMOPAR
50 EXTENSÃO
+ 30 COMPENSAÇÃO
-440 LEITURA
JQ
600ºC
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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44. Termopares
Inversão de Cabos
-440 ºC
JF
80ºC
30ºC
-520 TERMOPAR
50 EXTENSÃO
+ 30 COMPENSAÇÃO
-440 LEITURA
JQ
600ºC
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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45. Termopares
Método de Identificação da Polaridade dos
Termopares
As polaridades dos termopares podem ser
identificadas das seguintes maneiras:
magneticamente;
por meio do código de cores.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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46. Termopares – Método de Identificação
Magneticamente
Este método consiste em identificar o
elemento magnético do par termoelétrico
utilizando um ímã. Por exemplo, no termopar
ferro-constantan, o ferro é magnético, o
constantan não.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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47. Tipo
Termopares – Método de Identificação Identificação
por meio do Código de Cores
Tipo
de
Termo
par
Cores dos Codutores
Material dos Condutores
Norma Americana
(ANSI)
Norma Alemã
(DIN)
positivo
negativo
positivo
negativo
positivo
negativo
T
cobre
constantan
azul
vermelho
vermelho
marrom
J
ferro
constantan
branco
vermelho
vermelho
azul
K
chromel
alumel
amarelo
vermelho
vermelho
verde
E
chromel
constantan
roxo
vermelho
-
-
S
platina + ródio 10 %
platina
preto
vermelho
vermelho
branco
R
platina + ródio 13 %
platina
preto
vermelho
vermelho
branco
B
platina + ródio 30 %
platina +
ródio 6 %
cinza
vermelho
-
-
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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48. BULBO DE
RESISTÊNCIA
OU
TERMORESISTÊNCIA
Termoresistores Metálicos
Construção
Principio Fisico de Medição
Características das Termoresistências
Tipos de Bulbos de Resistência
Tipos de Ligação
Características dos Materiais Empregados em Termoresistores
Vantagens dos Termoresistores

49. BULBO DE RESISTÊNCIA
OU TERMORESISTÊNCIA
Nas faixas onde os termopares não atuam
eficazmente, utilizam-se os bulbos de resistências ou
termoresistência, que são sensores elétricos de
temperatura mais precisos.
Os termoresistores se dividem em dois grupos
principais:
termoresistores metálicos;
termistores.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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50. TERMORESISTÊNCIA Termoresistores
Metálicos
O termoresistor metálico é uma termossonda
constituída de um filamento resistivo de
platina, níquel ou cobre, revestido de vidro,
cerâmica ou material polimerizável.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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51. TERMORESISTÊNCIA
Construção
Os bulbos de resistência são montados em um
tubo metálico preenchido com um pó mineral
isolante.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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52. TERMORESISTÊNCIA
Princípio Físico de Medição
A medição de temperatura com bulbos de
resistência está baseada na propriedade que
têm os metais de alterar sua resistência
elétrica com a mudança da temperatura.
Essa relação se apresenta positiva e,
praticamente, linear com a maioria dos
metais.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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53. TERMORESISTÊNCIA
Características
As termoresistências (ou bulbos de
resistênica) possuem algumas características
que devem ser consideradas.
São elas:
estabilidade;
precisão;
aquecimento próprio.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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54. TERMORESISTÊNCIA
Estabilidade
Estes sensores possuem suas características elétricas
praticamente invariáveis para a mesma temperatura,
ou seja, apresentam excelente repetibilidade,
destacam-se os sensores de platina, que por sua
grande estabilidade são adotados como padrão, para
definir a escala internacional de temperatura.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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55. TERMORESISTÊNCIA
Precisão
o
C
-200
-100
0
100
200
300
400
500
600
±C
1,2
0,7
0,3
0,6
1,2
1,8
2,4
3,0
3,6
o
± C
3,6
3,0
2,4
1,8
1,2
0,7
0,6
0,3
o
0
-200 -100
0
100
200
300
400
500
C
600
VARIAÇÃO DE TOLERÂNCIA
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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56. TERMORESISTÊNCIA
Aquecimento Próprio
As
termoresistências
se
esquentam
ligeiramente, quando uma corrente elétrica
circula por elas. Esse aquecimento provoca
uma variação do seu valor ôhmico.
A magnitude do erro provocada por essa
variação depende da potência dissipada e de
uma constante (K), própria de cada elemento
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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57. TERMORESISTÊNCIA
Tipos de Bulbos de Resistência
Os bulbos de resistência podem possuir
sensores de platina (Pt), cobre (Cu) ou níquel
(Ni).
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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58. TERMORESISTÊNCIA
Bulbo de Resistência de Platina
não sujeita à corrosão;
ponto de fusão elevado;
pode ser obtida em fios extremamente finos;
alto grau de pureza;
relação temperatura x resistência bastante estável;
coeficiente de aquecimento (K) elevado.
Este tipo de bulbo de resistência é comumente conhecido
como Pt-100 (Pt por ser de platina e 100 porque a 0 °C
apresenta uma resistência de 100 Ω). É recomendado para
temperatura na faixa de medição de -239 oC até 630 oC.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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59. TERMORESISTÊNCIA
Bulbo de Resistência de Níquel
Este tipo de bulbo não é tão utilizado quanto o
Pt-100, mas, por seu baixo custo em relação
aos bulbos de platina, encontra aplicabilidade
em faixas de temperatura menores (de - 150
°C a 300 °C).
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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60. TERMORESISTÊNCIA
Bulbo de Resistência de Cobre
Este tipo de bulbo apresenta sobre o níquel a
vantagem de que o cobre pode ser obtido
eletrolíticamente em elevado grau de pureza,
garantindo a estabilidade do seu coeficiente térmico.
A faixa de aplicação desses bulbos vai de -12 °C a
120 °C, limitada pela sua tendência de oxidação a
temperatura elevadas.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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61. TERMORESISTÊNCIA
Tipos de Ligação
De acordo com o tipo de instalação, os bulbos
de resistência podem ser instalados das
seguintes maneiras:
ligação com 2 fios;
ligação com 3 fios;
ligação com 4 fios.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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62. TERMORESISTÊNCIA
Ligação com 2 Fios
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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63. TERMORESISTÊNCIA
Ligação com 3 Fios
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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64. TERMORESISTÊNCIA
Ligação com 4 fios
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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65. Características dos Materiais Empregados em
Termoresistores
Alto Coeficiente de Resistência/Temperatura
Alta Resistividade
Estabilidade
Linearidade da função
Resistência/Temperatura
Resistência Mecânica
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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66. TERMORESISTÊNCIA
Alto Coeficiente de Resistência/Temperatura
Maior alteração na resistência por grau
centígrado proporciona maior sensibilidade na
medição.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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67. TERMORESISTÊNCIA
Alta Resitividade
Um índice maior de resistência por metro
permite construir termoresistores mais
compactos.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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68. TERMORESISTÊNCIA
Estabilidade
O material precisa manter estáveis suas
características dentro de uma ampla faixa de
temperatura e ter boa durabilidade.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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69. TERMORESISTÊNCIA
Linearidade da Função Resistência/Temperatura
Essa propriedade é importante porque
resultará numa escala de indicação também
linear, além de facilitar a compensação da
linha de transmissão.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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70. TERMORESISTÊNCIA
Resistência Mecânica
O fio empregado no termoresistor tem que ser resistente a
choques, vibrações, etc. A platina, com exceção do custo,
possui todas as características ideais para a fabricação dos
termoresistores.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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71. Vantagens dos Termoresistores
grande sensibilidade;
resposta rápida;
podem ser utilizados em atmosfera corrosiva;
manutenção simples;
grande durabilidade;
dispensam linhas de compensação.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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72. Desvantagens dos Termoresistores
não suportam vibrações constantes;
faixa de trabalho restrita;
custo elevado;
difícil utilização em instrumentos
galvanométricos;
extremamente sensíveis à baixa isolação.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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73. TERMISTORES
•Seu funcionamento é semelhante aos bulbos de resistência,
porém sua característica de variação de temperatura é
negativa, por isso são conhecidos como NTC, que quer dizer
“coeficiente negativo de temperatura”. São semicondutores
constituidos de óxidos de metais, como cobalto, níquel,
manganês, etc.
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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74. TERMISTORES
Variação da Resistência
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Isntrumentos de Medição de Temperatura
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75. PRODUÇÃO
Professor Marcelo Magalhaes Barbosa
mmbarbosasenaibm@gmail.com
Técnica Viviana Meireles
ameivivi@gmai.com