Fernando C. P. Gomes
Instrumentação Industrial
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Termoelectricidade: Termopares e Termometros de Resistência Elétrica, Notas de estudo de Mecatrônica
A termoelectricidade, um fenômeno físico relacionado à vibração de átomos e moléculas, e explica o conceito básico de temperatura e calor. O texto detalha o experimento de seebeck, que descobriu a força eletromotriz termoelétrica, e o uso de termopares para medir temperaturas. Além disso, são discutidos termômetros de resistência elétrica, seus aspectos construtivos e como medir suas resistências.
Tipologia: Notas de estudo
2014
1 / 19
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Fernando C. P. Gomes
Instrumentação Industrial
TERMOELETRICIDADE
Instrumentação Industrial
x
y
i
T
2
=T. ambiente
T
1
“a”
“b”
Em 1821, o físico alemão Thomas Johann
Seebeck observou que, unindo as extremidades de
dois metais diferentes “x” e “y” e submetendo as
junções “a” e “b” a temperaturas diferentes T
1
e T
2
surge uma f.e.m. (força eletromotriz, normalmente
da ordem de mV) entre os pontos a e b, denominada
“tensão termoelétrica”.
Figura 2 - Experimento de Seebeck
TERMOELETRICIDADE
1. TERMOPARES
Figura 2 - Dois metais
diferentes, “x” e “y” com as
extremidades unidas e
mantidas a temperaturas
diferentes
Figura 3 - Abrindo o
circuito em qualquer ponto e
inserindo um instrumento
adequado, tem-se o valor da
f.e.m.
x
y
i
T 2
=T. ambiente
T
1
“a”
“b”
x
y
i
T
2
=T. ambiente
T
1
“a”
“b”
x
TERMOELETRICIDADE
TERMOPARES
TERMOELETRICIDADE
TERMOPARES – CIRCUITOS DE TERMOPARES E
MEDIÇÕES DE F.E.M.
A Figura mostra um termopar usado para medir a
temperatura T
1
; o instrumento indicara uma voltagem proporcional
a diferença (T
1
- T
2
) .T
2
pode ser medida com um termômetro
convencional.
x
y
a
b
T 1
T 2
R
T
R
v
Figura 4 - Circuito equivalente, R
v
é a resistência interna do
voltímetro. R
T
é a resistência dos fios do termopar acrescido dos
fios que levam o sinal ao instrumento.
TERMOELETRICIDADE
TERMOPARES – POTENCIA TERMOELÉTRICA
Ao se medir a f.e.m. termoelétrica de um par termoelétrico em função
da temperatura, obtém-se, em geral, uma relação do tipo mostrado no gráfico
da figura 5. A curva mostrada no gráfico é denominada de curva de calibração
do par termoelétrico.
A relação da f.e.m. termoelétrica com a temperatura, normalmente,
não é linear, mas para algumas faixas de temperatura, pode ser considerada
como se o fosse (veja a reta 1 da Figura 5 ).
Figura 5 - Curva de calibração de um par termoelétrico
TERMOELETRICIDADE
TERMOPARES – FIOS DE COMPENSAÇÃO
Termopar
y
T 1
T 2
Fios de compensação
T 3
x
Na maioria dos casos, sobretudo em aplicações industriais, o
instrumento de medida e o termopar necessitam estar
relativamente afastados. Desta forma, os terminais do termopar
poderão ser conectados a uma espécie de cabeçote, e, a partir
deste cabeçote são adaptados fios de compensação
(praticamente com as mesmas características dos fios do
termopar, porém mais baratos) até o instrumento, conforme
mostra a Figuras 6.
Figura 6 - Termopar com fios de compensação
TERMOELETRICIDADE
ALGUNS TIPOS DE TERMOPARES
Figura 7 - Diversos termopares com
finalidades aplicativas diferentes.
Figura 8 - Terminais para termopares -
conexão com cabos de compensação.
Figura 9 - Termopares com proteção
diversa (bainha de inox, tubo de inox).
Figura 10 - Termopar especial com
base magnética para fixação em
dispositivos metálicos.
TERMOELETRICIDADE
Potência Termoelétrica
Os “termômetros de
resistência” funcionam
baseados no fato de que a
resistência de uma grande
gama de materiais varia com
a temperatura; de um modo
geral, os metais aumentam a
resistência com a
temperatura, ao passo que os
semicondutores diminuem a
resistência com a
temperatura.
2. TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Fig. 2 - Variação da resistência com a
temperatura para vários materiais;
observe-se que para uma mesma variação
de temperatura, a variação de resistência
do metal ( Rm) é significativamente
menor do que a no NTC ( Rs).
TERMOELETRICIDADE
Atualmente, as termoresistências de Platina mais
usuais são:
Pt-25,5
PT-100
PT-120,
PT-130/PT-500,
TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA
sendo que o mais conhecido e usado industrialmente é o
PT-100 (a 0C). Sua faixa de uso vai de -200 a 650 C,
conforme a norma ASTM E1137; entretanto, a norma DIN
IEC 751 padronizou sua faixa de -200 a 850 C.
Normalmente, o bulbo de resistência é
montado em uma bainha de aço inox,
totalmente preenchida com óxido de
magnésio, de tal maneira que haja uma ótima
condução térmica e proteção do bulbo com
relação a choques mecânicos. A isolação
elétrica entre o bulbo e a bainha obedece a
mesma norma ASTM E 1137.
TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA
ASPECTOS CONSTRUTIVOS
A leitura da resistência é feita diretamente
num ohmímetro, de preferência digital.
- Os principais metais usados nestes
termoresistores são a Platina (Pt) e o níquel (Ni);
uma das famílias mais famosas é a do Pt100; este
número indica que o resistor tem 100 a 0 C.
Também os semicondutores podem ser usados
como sensores de temperatura: são os sensores
do tipo PTC e NTC.