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Instrumentação
Tipologia: Notas de estudo
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Instrumentação industrial - Prof. Bezerra Departamento de Áreas Acadêmicas IV, Instituto Federal de Goiás, Goiânia, GO
1. Introdução
O instrumento de medição de temperatura mais utilizado na indústria chama-se termopar. Seu funcionamento se dá devido ao efeito de Seeback, que afirma que dois condutores de metais diferentes A e B (figura 1), quando unidos pelas pontas e submetidos a uma diferença de temperatura nas extremidades (Tm–Tr), geram uma f.e.m. entre elas. Se uma das juntas, denominada junta fria for mantida a temperatura constante (chamada de temperatura de referência ), verifica-se que a temperatura na outra (chamada junta quente) se torna função da f.e.m. estabelecida.
Figura 1. Representação esquemática do efeito de Seeback.
Assim, para monitorar-se a temperatura de um processo, faz-se a leitura da tensão entre os dois condutores do termopar, consultando-se em tabelas do fabricante o valor de temperatura correspondente à tensão medida. Nessas tabelas convencionou- se que a temperatura de referência na
junta fria é de 0°C. A menos que haja um sistema de resfriamento para que a junta fria seja mantida a essa temperatura, é necessário descontar os efeitos gerados pela sua variação na medição. Assim, utiliza-se um sensor para medir a temperatura da junta fria e desconta-se a tensão correspondente da tensão total medida.
Muitas vezes a medição da tensão deve acontecer longe do processo. Assim, devem ser utilizados cabos de ligação entre a junta fria e o instrumento de medição. Como é neste último que vai ser realizado o sensoriamento da temperatura ambiente e correção do erro da tensão medida, é necessário “estender” o termopar, utilizando cabos que sejam compostos dos mesmos materiais do instrumento de medição. Agora, a temperatura de referência não é mais aquela da junta fria, mas a do instrumento de medição da tensão. A figura 2 mostra a montagem de um sistema de medição de temperatura completo:
Figura 2. Sistema de medição de temperatura utilizando termopar.
Uma característica do transmissor de temperatura é o seu range , que corresponde à menor e maior temperaturas medidas que ele pode converter em um sinal de corrente. A diferença entre esses valores constitui o span de temperatura do transmissor. Para o sinal padronizado de 4 – 20 mA, a relação entre a corrente de saída STT e a temperatura medida Tm é dada pela expressão
(1),
onde Spant corresponde ao span de temperatura do transmissor. Como percebe-se na eq.1, há uma relação linear entre STT e Tm. Usou-se também um software Visual Cálculo Numérico versão 5.1 (VCN), para encontrar a equação da regressão linear e posteriormente aplicar e executar no software Scilab. A equação encontrada foi:
Y=3.9746371265394926+0. 3635339367*X eq. (2).
Este relatório apresentará os resultados do monitoramento da corrente de saída de um transmissor de temperatura ligado à uma RTD por uma conexão à dois fios e um termopar (como mostrado na figura 3 e 4), durante um processo de aquecimento realizado em laboratório.
Figura 3. Sistema de medição de temperatura
Figura 4. Foto do sistema de medição de temperatura de forma real
2. Objetivos Comparar os valores obtidos experimentalmente com os fornecidos pela eq. 1 da corrente de saída do transmissor de temperatura utilizando termopar de acordo com a temperatura medida pela RTD. 3. Material e Métodos Foram utilizados os seguintes materiais nesta prática: Placa protoboard; Multímetros; Fonte de tensão contínua; Termorresistência PT-100; Fios de cobre; Aquecedor de água (mergulhão); Água; Recipiente para o aquecimento; Transmissor temperatura 4 - 20 mA (Range: 0 – 250 °C; Span: 250°C); Termopar;
percentual (que podem ser atribuídos à precisão dos multímetros utilizados). Para confirmar isso, o gráfico da figura 6 apresenta os dados obtidos experimentalmente juntamente com cálculo utilizando a eq. 2 para encontrar a função que representa à regressão linear dos pontos do gráfico.
Figura 6. Gráfico dos dados obtidos experimentalmente com a regressão linear dos pontos da corrente de saída em função da temperatura utilizando o termopar.
Utilizando a eq. 1, foram calculados os valores teóricos da corrente de saída do transmissor. A tabela 2 mostra os resultados obtidos, além do desvio percentual em relação à medida experimental.
Tabela 2. Valores teóricos da temperatura da água (ºC) e corrente de saída do transmissor (mA) e desvio percentual ( *100)
T(ºC) STTteor(mA) Desvio (%)
27 5,73^ 2,
30 5,92^ 1,
35 6,24^ 1,
Na figura 7 é apresentado um gráfico dos valores obtidos teoricamente através da eq. 1 da corrente de saída em função da temperatura (asteriscos).
Figura 7. Gráfico dos dados obtidos teoricamente através da eq. 1 da corrente de saída em função da temperatura.
5. Pesquisa sobre transmissores de temperatura para Termopares
O transmissor de temperatura para termopar é destinado a converter o sinal de um sensor de temperatura termopar em um sinal linear de corrente elétrica (4-20 mA). Esta conversão permite que o sinal seja transportado com maior imunidade a ruído, não sendo necessários os caros cabos de compensação. O transmissor de temperatura HD-778TR1 pode ser configurado para termopar tipo K, J, T ou N sendo a escala do sinal de saída (
Todos os valores encontrados sejam através do experimento ou do cálculo utilizando a eq. 1, forneceram resultados condizentes com os valores fornecidos pelos fabricantes de termopares. Percebe-se a linearidade da relação temperatura - corrente de saída do transmissor, fato que facilita a utilização de um sinal padronizado de corrente para o controle do processo a se monitorar.
7. Referências
[1] PESSA, Rogério. Manual de treinamento instrumentação básica para controle de processo. Centro de treinamento SMAR, 2004.