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Automação Industrial: Sensores de temperatura
23/02/2016 Por : Luís Timóteo 1
Sensores
Temperatura
Não concordo com o acordo ortográfico
É uma aberração

Sensores de Temperatura
O que é a temperatura?
- A temperatura de um objecto é uma medida de quão quente ou frio ele
está. Unidade do S.I.: Kelvin (K).
- No entanto, determinar a temperatura pode ser muito subjectivo, diferentes
pessoas têm diferentes percepções do que é quente e do que é frio. Em
termos simples, a temperatura é dito ser o "grau de calor '.
- Mais cientificamente, é o potencial de transferência de calor, por condução, convecção ou
radiação.
- A diferença de temperatura faz com que o calor flua, assim como uma tensão provoca um
fluxo de corrente num fio. Se dois objectos são colocados em contacto, o calor irá fluir a
partir do mais quente para o mais frio.
Objectos quentes e frios que alcançam o equilíbrio térmico. Quando não houver fluxo de
calor, podemos dizer que ambos os ablectos estão à mesma temperatura.

- “Temperatura é a propriedade da matéria que reflecte a média da energia
cinética dos átomos de um corpo”. Esta é a propriedade que podemos confiar
quando medimos a temperatura. Quando colocamos um termómetro em contacto
com um objecto, e o calor pára de fluir, a leitura do termómetro, diz-nos a
temperatura do objecto.
Não confunda temperatura, com calor
A aplicação de calor faz com que a temperatura suba - excepto quando um sólido se
funde ou um líquido ferve, em que a temperatura permanece constante!
A temperatura está relacionada com o calor, mas é diferente dele. O Calor é a energia
que se transfere de um corpo para o outro por diferença de temperatura.
O calor é a energia associada com o movimento dos átomos ou moléculas de que tudo
é feito. Quanto mais energia os átomos têm, mais rápido se movem (num gás ou
líquido) ou mais vigorosamente vibram (num sólido).
- O calor é a quantidade de energia térmica contida num objecto, medida em joules (J).
 A temperatura é medida por um termómetro que é um dispositivo baseado em princípios
termodinâmicos no qual uma propriedade é alterada com a temperatura que é medida e usada para
indicar o valor da temperatura…
 A Energia Térmica de um corpo é a somatória das energias cinéticas dos seus
átomos, e além de depender da temperatura, depende também da massa e do tipo
de substância.

Não confunda temperatura, com calor
Mesma temperatura
Diferentes quantidades
de calor
 Calor e temperatura são diferentes porque a energia calorífica de um objecto grande
é maior do que a de um pequeno objecto, mesmo quando as suas temperaturas são
as mesmas.

Métodos de Transferência de Calor
Condução - Processo pelo qual o calor flui de uma região de alta temperatura para outra
de temperatura mais baixa, dentro de um meio sólido, líquido ou gasoso ou entre meio
diferentes em contacto físico directo.
Convecção – Processo de
transporte de energia pela acção
combinada da condução de calor,
armazenamento de energia e
movimento da mistura.
Convecção
Radiação – Processo pelo qual o calor flui de um corpo de alta temperatura para um de
baixa, quando os mesmos estão separados no espaço, ainda que exista vácuo entre eles.
Radiação

O que é a temperatura? Escalas de Temperatura
A temperatura da matéria é expressa por um número que corresponde ao grau de
calor numa escala escolhida: Celsius (° C), Fahrenheit (° F) ou Kelvin (K) e é
medida quantitativamente por termómetros.
Os Estados Unidos usam a escala Fahrenheit para expressar as temperaturas.
Nesta escala, o valor de 32 é atribuído ao ponto de congelação da água e 212 ao
seu ponto de ebulição. A conversão da escala Fahrenheit para a Celsius é através
da fórmula: graus Celsius = 5/9 (graus Fahrenheit - 32).
Os cientistas também utilizaram a escala de kelvin, em homenagem ao cientista
britânico Lord Kelvin (William Thomson). Nesta escala, o zero é atribuído a zero
absoluto - a temperatura mais baixa possível. No zero absoluto, uma substância
não tem energia cinética. O zero absoluto corresponde a -273 ° na escala Celsius
Existem ainda outras escalas de temperatura pouco utilizadas, que são as escalas
de Rankine e a escala Réaumur…

A escala de temperatura absoluta, ao contrário das outras escalas de temperatura, não é
arbitrária; é definida como um motor de calor reversível ideal trabalhando num ciclo de
Carnot entre duas temperaturas T1 e T2. Se Q1 é o calor recebido pelo valor mais elevado
da temperatura T1, T2 e o calor perdido a uma temperatura inferior T2, o T1 / T2 é definida
igual a Q1 / Q2. Tal temperatura absoluta é independente das propriedades particulares das
substâncias, e é uma função termodinâmica básica…
Thomson teorizou com base em princípios termodinâmicos que a temperatura mais baixa
que pode ser atingida é de -273 ° C.
As medições das variações de pressão e volume com
alterações na temperatura podem ser feitas e representadas
graficamente. A parcela de volume vs temperatura (a uma
pressão constante) e de pressão vs temperatura (a volume
constante) reflectem a mesma conclusão - o volume e a pressão
de um gás é reduzida a zero a uma temperatura de -273 ° C.
 Uma vez que estes são os mais baixos valores de volume e de pressão que são possíveis,
é razoável concluir que -273 ° C era a temperatura mais baixa que era possível conseguir.
 Pode-se fazer um gráfico de “Volume VS Temperatura” e de “Pressão VS temperatura“ cada um terá
intersecção com o eixo x a -2730C. O Volume e a Pressão de um gás parecem reduzir-se a 0 a uma
temperatura muito específica (assumindo que o gás continua a ser um gás).

Kelvin(°K) = Celsius(°C)+ 273.15
Celsius(°C) = Kelvin(K) – 273.15
Celsius (°C) = 5/9(F – 32)
Fahrenheit (°F) = 9/5C + 32
Kelvin Celsius Fahrenheit
281.15°K
283.15°K 20°C
10°C
68°F
50°F
50°C
60°C
70°C
80°C
90°C
Podemos facilmente converter a temperatura de uma escala para outra por meio de alguns
cálculos que são dados a seguir.
Zero absoluto
Temperatura Ambiente
Temperatura do corpo humano
323.15°K
333.15°K
343.15°K
353.15°K
363.15°K
122°F
140°F
158°F
178°F
194°F
Congelação da água 491,67 Ra 0,00 ºRé
Água ferve 80,00 ºRé671,67 Ra
373.15°K
0°K
273.15°K
298.15°K
310.15°K
-273.15°C
25°C
37°C
100°C
0°C
-459.58°F
32°F
77°F
98°F
212°F

A escala Rankine (símbolo °R, °Ra) é uma escala de temperatura assim
chamada em homenagem ao engenheiro e físico escocês William John Macquorn
Rankine, que a propôs em 1859.
 Assim como a escala kelvin, o 0°Ra é o zero absoluto, porém o grau Rankine é
definido como sendo igual a um grau Fahrenheit. Assim, a variação de um grau
°Ra equivale á variação de um grau °F. Então a temperatura de -459,67°F é
exactamente igual a 0°Ra.
O que é a temperatura? Outras escalas de Temperatura
Apesar de não ser tão popular, a escala Rankine é usada em alguns campos da
engenharia nos Estados Unidos.
A escala Réaumur (símbolo: °Ré, °Re, °R) é uma escala de temperatura
proposta em 1730 pelo físico e inventor francês René Antoine Ferchault de
Réaumur (1683-1757) cujos pontos fixos são o ponto de congelamento da água
(0°Ré) e seu ponto de ebulição (80°Ré).
Assim, a unidade desta escala, o grau Réaumur, vale 4/5 de 1 grau Celsius e
tem o mesmo zero que o grau Celsius.

O que é a temperatura? Outras escalas de Temperatura
Rankine (°Ra) = (°F + 460) Réaumur (°Re) = (4.°C)/5
= °C(9/5)+491.67

Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos:
A temperatura não pode ser determinada directamente, mas deve ser deduzida a
partir dos seus efeitos eléctricos ou físicos produzidos sobre uma substância,
cujas características são conhecidas. Os medidores de temperatura são
construídos baseados nesses efeitos e são chamados de Termómetros.
Termómetros
− Termómetro a expansão:
−de líquidos.
−de sólido.
− Termómetro a pressão a gás:
−de gás.
−de vapor.
−Pirómetro óptico
−Pirómetro fotoeléctrico
−Pirómetro de radiação
−Câmara de imagem térmica
Contacto directo: Sem contacto:
− Termómetro a par termoeléctrico.
− Termómetro a resistência eléctrica.(RTDs/Termistores
− Termómetro de semicondutor.
− Termómetro de cristais-líquidos
Expansão
Instrumentos de transferência de calor por condução
Eléctricos
Instrumentos de transferência de calor por radiação

Termómetros de Contacto
Termómetro de expansão de líquido
 Baseados na lei de expansão volumétrica de um líquido em recipiente fechado.
]Δt3Δt2Δt1[1VoVt 32
).().().(.  
]Δt1[1VoVt ).(. 
Vo = Volume aparente à temperatura 0ºC. V t= Volume aparente à temperatura t.
1, 2, 3. = Coeficiente de expansão do líquido.
Um gás inerte é normalmente utilizado para preencher o espaço acima do
mercúrio. Para temperaturas mais baixas outros líquidos podem ser usados,
como álcool (até - 62°C), pentano (até -200°C) e mistura de propano (até -
217°C).
Trata-se do instrumento mais utilizado na medição da temperatura, devido à
facilidade de operação, baixo custo, e grande variedade de aplicações. O princípio
de funcionamento está baseado na expansão de um líquido em função da
temperatura. O líquido é contido num bolbo, expandindo-se num tubo capilar. O
Mercúrio é o líquido mais utilizado, usando-se também Álcool Etílico, e Tolueno.
O termómetro líquido-em-vidro é destinado para medição da temperatura utilizando a
expansão térmica de um líquido como uma propriedade satisfatória. É empregado em
tecnologia, práticas de laboratório e medicina para medir temperaturas de -200 a 750 ° C.

Em tubo de vidro
É constituído de um reservatório, cujo tamanho depende da
sensibilidade desejada, soldada a um tubo capilar de seção a
mais uniforme possível fechado na parte superior.
O reservatório e parte do capilar são preenchidos de um líquido. Na parte superior
do capilar existe um alargamento que protege o termómetro no caso da temp.
ultrapassar seu limite máximo.

Em tubo de vidro
Simples e
estável
Vantagens
Portátil Barato
 Os termómetros de líquido em vidro, em particular termómetros de
mercúrio, são usados há quase 300 anos.
Baseia-se na expansão de um líquido com temperatura.
O líquido está contido numa ampola de vidro selada e expande-se por
um furo fino na haste termómetro. A temperatura é lida utilizando uma
escala gravada ao longo do caule.
Precisão e gama de temperatura limitadas.
Requer leitura visual.
Não é fácil de automatizar.
Desvantagens

Em recipiente metálico : Diagrama
Escala
Tubo Boudon
Fim de Curso
Zero
Encaixe
Armadura Capilares
Ajuste
Ponteira
Mercúrio
Álcool etílico
Ponteiro
CremalheiraPinhão
Espiral
Helicoidal
LÍQUIDOS: Faixa de utilização
Mercúrio –35 a +550oC
Xileno –40 a +400oC
Tolueno –80 a +100oC
Álcool 50 a +150oC
Tipo C

Em recipiente metálico
Neste termómetro, o líquido preenche todo o recipiente e sob o efeito de um aumento
de temperatura se dilata, deformando um elemento extensível (sensor volumétrico).
Bolbo- reservatório
As dimensões variam de acordo com o tipo de líquido e principalmente com a
sensibilidade desejada.
Capilares
As dimensões são variáveis, sendo que o diâmetro interno deve ser o menor possível, a fim
de evitar a influencia da temperatura ambiente, porém não deve oferecer resistência a
passagem do líquido em expansão.
Elemento de Medição
O elemento usado é o Tubo de Bourdon usado em termómetros de expansão,
Líquido/Gás/vapor, podendo ser: Tipo C o mais usual, espiral e Helicoidal
São aplicados nas indústrias em geral, para indicação e registo, pois permitem leituras
remotas e são os mais precisos dos sistemas mecânicos de medição de temperatura.
Porém, não são recomendáveis para controlo devido ao facto do seu tempo de resposta
ser relativamente grande. O poço de protecção permite manutenção do termómetro com o
processo em operação.
Bolbo embutido em poço de
protecção
Capilares
Elemento de
medição

Termómetro de expansão de sólidos (bimetálicos)
Características de construção
Baseia-se no fenómeno da expansão linear dos metais com a temperatura.
Sendo:
Lt = Lo. (1 + α.Δt)
Onde:
t= Temperatura do metal em oC
Lo = comprimento do metal à temp. de referência to .
Lt = comprimento do metal á temp. t .
α= coeficiente de expansão linear.
Δt= t - to .
O termómetro bimetálico consiste em duas lâminas de metais com coeficientes de expansão
diferentes sobrepostas, formando uma só peça.
Baixo coeficiente de expansão
Alto coeficiente de expansão
Extremidade fixa Extremidade livre
Calor
Variando-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que é proporcional a
temperatura.

Na prática a lâmina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o que
aumenta bastante a sensibilidade.
O movimento de flexão é linear com a variação da temperatura e a deflexão da
extremidade livre pode ser lida se se anexar um ponteiro ...
Extremidade fixa
Espiral Helicoidal
Extremidade fixa

Frio
Enrolamento Helicoidal
Calor
Lâmina bimetálica que consiste de dois
metais, tais como latão e ferro niquelado
(invar), soldadas em conjunto para
formar um braço de suporte, fixa numa
das extremidade, e acoplada a um
ponteiro na outra extremidade. Quando
aquecida, ambos os metais se
expandem, mas o bronze expande muito
mais do que o ferro-níquel. O resultado é
um movimento rotativo da tira bimetálica
helicoidal, proporcional á temperatura.
Funcionamento
 O termómetro mais usado é o de lâmina helicoidal. A faixa de trabalho dos termómetros
bimetálicos vai aproximadamente de -50 a 800 oC, sendo a sua escala bastante linear.
Possui uma exactidão na ordem de +/- 1% .

Enrolamento Espiral

calibração:
Calibrar um elemento bimetálico através de comparações de temperaturas conhecidas e
ajustando o comprimento de modo que, para uma dada alteração da temperatura, o ponteiro
terá a deflexão angular adequada. Esta calibração precisa ser feito apenas entre duas
temperaturas para obter linearidade sobre a escala inteira. Se o ajuste de um termómetro
bimetal altera, redefina o ponteiro em apenas um ponto na escala. O termómetro será então
preciso através da escala inteira.
Temperaturas:
Os termómetros bimetálicos são fabricados para operaram em intervalos de temperaturas de –
200°C …-180°C até 500°C. No entanto, a baixas temperaturas a taxa de deflexão cai bastante
rapidamente. Os termómetros bimetálicos são feitos para intervalos até 500°C, sendo que a
sua estabilidade a mais altas temperaturas, não é fiável. Normalmente os termómetros
bimetálicos não são recomendados para uso contínuo acima de 425°C.
Precisão:
Os bons termómetros bimetálicos irão manter a sua precisão indefinidamente. Normalmente
os termómetros bimetálicos industriais são garantidos a 1% do intervalo da escala em
qualquer ponto da mesma. Os tipos de laboratório ou de uso geral mais pequenos são
garantidos 0,5% do intervalo da escala. Melhor precisão pode ser obtida se cada escala for
desenhada à mão, mas o alto custo torna isso impraticável. Para obter a precisão máxima, a
secção da haste que contém o elemento deve ser completamente imersa.

Overranging:
Os termómetros bimetálicos, em geral, podem suportar temperaturas superiores ao de seu
intervalo de temperaturas, sem danos. Em geral, os fabricantes até 120°C garantem 100% ,
50% até 250°C e 10% até 400°C.
Hastes:
A haste ou um bolbo de um termómetro bimetálico usando um elemento helicoidal pode ser tão
curto como o elemento que contém, tanto como uma polegada. No outro extremo, os
termómetros desse tipo pode ser feitos com hastes até 6 pés (2m) de comprimento, e diâmetro
de uma polegada a 6 polegadas ou maior.
Tipos de termómetros bimetálicos:
Em geral, estão divididos em duas classes: os de tamanhos maiores, com conexões de rosca,
para uso industrial, e os de tamanhos menores, com hastes menores e sem conexões de
rosca, para teste e trabalhos de laboratório. Todos os tamanhos, no entanto, podem ser obtidos
com ou sem roscas.
Também estão disponíveis com hastes em parafuso e hastes de pontas salientes de
substâncias duras. Estas extremidades são integrais com a haste regular e estão em contacto
com o elemento bimetálico, o que permite a transferência de calor rápida.

Sensores de Temperatura de expansão de sólidos (bimetálicos)
Comutadores térmicos, termostatos, relés térmicos etc.
 Baseados nos mesmos princípios de funcionamento de lâminas bimetálicas, existe um
panóplia muito variada de dispositivos de controlo de temperatura, temperatura máxima,
temperatura mínima, protecção de sobreaquecimento, normalmente aberto ou normalmente
fechado, para temperaturas específicas, etc, que são usados nos mais variados
electrodomésticos, desde fornos eléctricos, maquinas de café expresso, ferros de engomar,
sistemas de ar condicionado….
Alguns exemplos….
Lâmina bimetálica
Regulador
Comutador de Mercúrio
 Os termostatos convencionais ( Ar condicionado): A bobina bimetálica contrai com "frio" e
se expande com calor. O movimento de extensão/retracção, pode fazer accionar um
interruptor para "On" ou "Off“ de Mercúrio ou de outra espécie….

Os termostatos ferros de engomar
Lâmina bimetálica
Ponto de Contacto
Posição a Frio
Fixação suporte
Posição a quente
Interruptores térmicos: Microondas, esquentadores
maquinas de café expresso, fervedores, motores, etc….
Terminais
Base
Pino Móvel
Guia
Disco
Bimetálico
Cobertura
Zona de contacto
Contacto Móvel
Contacto fixo
Placa de contacto
Placa de pressão
Rebite grande
Rebite pequeno
Disco
Bimetálico
Terminal
OFF

Industriais

Termómetro de expansão de Gás
Fisicamente idêntico ao termómetro de expansão de líquido, consta de um bolbo,
elemento de medição e capilar de ligação entre estes dois elementos.
Princípio de funcionamento
O volume do conjunto é constante e preenchido com
um gás a alta pressão. Com a variação da temperatura,
o gás varia a sua pressão, conforme aproximadamente
a lei dos gases perfeitos, com o elemento de medição
operando como medidor de pressão.
A Lei de Gay - Lussac, expressa matematicamente este conceito:
 Observa-se que as variações de pressão são linearmente
dependentes da temperatura, sendo o volume constante.
P1
T1 = P2
T2
= Pn
Tn

Lei de Gay-Lussac
 No âmbito da química e da física, a Lei de Gay-Lussac é uma lei dos gases
perfeitos que estabelece que sob um volume e quantidade de gás constantes, a
pressão é diretamente proporcional à temperatura.
P1
T1
= P2
T2
= Pn
Tn

Tubo de Bourdon Tubo Capilar
Reservatório
Gás
Fisicamente idêntico ao termómetro de expansão de líquido… sendo o bolbo
ligeiramente maior.

Gás Temperatura Crítica
Hélio ( He ) - 267,8 oC
Hidrogénio ( H2 ) - 239,9oC
Nitrogénio ( N2 ) - 147,1oC
Dióxido de Carbono ( CO2 ) - 31,1 oC

Termómetro de expansão de Vapor
A sua construção é bastante semelhante ao de expansão de líquidos, baseando o
seu funcionamento na Lei de Dalton:
VAPOR
LÍQUIDO VOLÁTIL
LÍQUIDO INERTE
 "A pressão de vapor saturado depende
somente de sua temperatura e não de seu
volume“.
Com vapor ou líquido
 A relação existente entre tensão de vapor de um líquido e
sua temperatura é do tipo logarítmica e pode ser
simplificada para pequenos intervalos de temperatura em:
log P1 /P 2 = H e . ( 1/T 1 - 1/T2 ) / 4,58
onde: P1 e P 2 = Pressões absolutas relativas as temperaturas.
T1 e T2 = Temperaturas absolutas.
H e = Representa o calor latente de evaporação do líquido em
questão.

Termómetro de expansão de Vapor
Lei de Dalton
onde:
P = Pressões absolutas relativas à temperatura.
T = Temperaturas absolutas.
Ce = Calor latente de evaporação do líquido.
 Semelhante ao de expansão de líquidos, a lei de Dalton diz:
4,58
T2T1
Ce
P2
P1 





11
Constante
T
pV

 "A pressão de vapor saturado depende somente da sua temperatura e não do seu
volume“.

Termómetro de Pressão a Vapor

Medição da Temperatura por Termopar
Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de natureza distinta, na forma de metais
puros ou de ligas homogéneas. Os fios são soldados num extremo ao qual se dá o nome de
junta quente ou junta de medição. A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de
medição de f.e.m. (força electromotriz), fechando um circuito eléctrico por onde flui a
corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de
medição é chamado de junta fria ou de referência.

Tipos de termopares
Tipo T: Cu - Co
(+) Cobre (99%), (-)Constantan (Cu 58%-Ni42%). Intervalo de temperaturas
–200 / 370ºC.
Aplicações – criometria, industria de refrigeração, química, petroquímica.
Tipo J: Fe - Co
(+) Ferro (99,5%) (-)Constantan (Cu 58%-Ni42%). Intervalo de
temperaturas –40 / 760ºC.
Tipo E: NiCr - Co
(+) Crómio-Níquel (Cr10%,Ni 90%) (-) Constantan (Cu58%-Ni42%).
Intervalo de temperaturas –200 / 870ºC.
Tipo K: NiCr - NiAl
(+) Crómio-Níquel (Cr10%, Ni90%) (-) Alumel (Ni 95,4% - Mn1,8% -
Si1,6% - Al 1,2%).Intervalo de temperaturas –200 / 1260ºC.
Aplicações – Centrais de energia, metalúrgica, química, industria em geral.
Aplicações – Química, petroquímica.
Aplicações – Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Fabrico de Cimento ….

Tipo S: PtRh 10% - Pt
(+) Platina-Ródio (Pt 90%, Rh 10%), - Platina (Pt 100%).Intervalo de
temperaturas 0 / 1600ºC.
Tipo R: PtRh 13%- Pt
(+) Platina-Ródio (Pt 87%, Rh 13%), (-) Platina (Pt 100%).Intervalo de
temperaturas 0 / 1600ºC.
Tipo B: PtRh 30%- PtRh 6%
(+) Platina-Ródio (Pt 70%, Rh 30%), - Platina-Ródio (Pt 94%, Rh 6%).
Intervalo de temperaturas 600 / 1700ºC.

Uma confusão bem organizada… não há estandardização!....
Conectores

 A tensão do Termopar: Efeito de Thompson
Na junção de dois metais diferentes, ocorre uma diferença de potencial.
Isto é devido a diferentes concentrações de electrões, isto é, os metais em diferentes
níveis de Fermi.
As concentrações tendem a igualar por difusão de electrões.
A diferença de potencial final é:
e
V 21  

ΔV – Diferença de Potencial
η1 – Nível de Fermi do metal…
e – Carga do electrão
ηrez – Nível de Fermi de equilíbrio
T,η1 T+ΔT,η2
T,ηrez
Corrente de ElectrõesNão-equilíbrio
Diferença de potencial
Equilíbrio T+ΔT,ηrez
η1, η2 – Níveis de Fermi iniciais

 Thomson concluiu, que a condução de calor ao longo dos fios metálicos de um termopar, que
não transporta corrente, origina uma distribuição uniforme de temperatura em cada fio e,
quando existe corrente, modifica-se em cada fio a distribuição da temperatura numa
quantidade não somente devido ao efeito Joule. A essa variação adicional na distribuição da
temperatura denominou-se efeito Thomson.
Efeito de Peltier
 Peltier descobriu que, dado um par termoeléctrico com ambas as junções à mesma
temperatura, se, mediante uma fonte externa, produzir-se uma corrente no termopar, as
temperaturas das junções variam numa quantidade não inteiramente devido ao efeito Joule.
A esse acréscimo de temperatura foi denominado efeito Peltier.
O coeficiente Peltier depende da temperatura e dos metais que formam uma junção e não
depende da temperatura de outra junção. O efeito Peltier não tem aplicação prática nos
termopares e sim na área de refrigeração com a utilização de semicondutores especiais.
Efeito termoeléctrico de Volta
A experiência de Peltier pode ser explicada através do efeito Volta enunciado a seguir:
"Quando dois metais estão em contacto a um equilíbrio térmico e eléctrico, existe entre eles
uma diferença de potencial que pode ser da ordem de Volts“. Esta diferença de potencial
depende da temperatura e não pode ser medida directamente.
 A tensão do Termopar: Efeito de Thompson

A tensão no termopar é: dTSdV AB
dV – Diferença de voltagem SAB - ˝coeficiente Seebeck ˝ do par de metais
 TSS ABAB  BAAB SSS 
SA, SB – Coeficiente Seebeck de cada metal simples (em comparação com
um metal de referência).
dT – Diferença de temperatura das uniões.
 Os coeficientes de Seebeck podem ser determinados considerando o efeito
deThompson.
e
Tk
SA
0
22
6


k – Constante de Boltzmann.
T – Temperatura do metal.
η0 – Nível de Fermi a 0o K.
e – Carga do electrão.
   ABABAB TTbTTaV 
2 a, b – Constantes.
TA, TB –Temperaturas das junções.
 A tensão do Termopar: Efeito de Seebeck

 A experiência mostra que um circuito constituído por dois
materiais diferentes A e B é percorrido por uma corrente
eléctrica –i+ desde que os contactos nas junções T1 e T2
entre os dois materiais estejam a temperaturas diferentes T .
Este fenómeno é denominado Efeito Seebeck. Na realidade
ocorrem mais três efeitos: o efeito Thomson, o Peltier e o de
Joule.
 Quando dois condutores metálicos A e B de diferentes
naturezas são acoplados mediante um gradiente de
temperatura, os electrões de um metal tendem a migrar de
um condutor para o outro, gerando uma diferença de
potencial eléctrico num efeito semelhante a uma pilha
electroquímica.
 A tensão do Termopar: Efeito de Seebeck
 Este efeito é conhecido como Efeito Seebeck sendo capaz de transformar energia
térmica em energia eléctrica com base numa fonte de calor mediante propriedades físicas
dos metais.

A magnitude da fem térmica, depende dos materiais dos fios usados na diferença de
temperatura entre as junções.
A tensão no termopar: Simplificando…
 A fem eficaz de termopar é dada por:
)()(
2
2
2
1
21 TTkTTcE  Onde:
c e k = Constantes dos materiais do termopar.
T1 = Temperatura da junção quente, "hot“.
T2 = Temperatura da junção fria "cold" ou Junção de "referência“.
Exemplo:
Durante as experiências com um termopar de cobre-constantan, verificou-se que c = 3,75
x 10-2 mV / °C, e K = 4.50x10-5 mV / °C2. Se T1 = 100 °C e a junção T2 frio é mantida em
gelo, calcular as forças electromotrizes resultantes.
 Solução:  )()(
2
2
2
121 TTkTTcE
  222
2
5
)( C0100
C
mV
104.50 o
o
)(2
C0C100
C
mV
103.75 oo
o
 
mV4.20mV0.45mV3.75 

Como ler a tensão gerada pelo Termopar
Como fio de cobre está ligado a ambos J2 e J3, não haverá tensão adicional a contribuir
para a diferença de temperatura entre as junções J2 / J3, ponto em que a tensão é medido
pelo dispositivo de aquisição de dados. Para determinar a temperatura em J1, você deve
saber as temperaturas de junções J2 e J3. Você pode então usar a tensão medida e a
temperatura conhecida da junção J2 / J3 para aferir a temperatura em J1.
 A figura mostra um termopar tipo-J (J1), numa chama de uma vela
que tem uma temperatura que você quer medir. Os dois fios
termopares estão ligados aos condutores de cobre de um dispositivo
de aquisição de dados (voltímetro ou outro).
 Visto desta forma, o circuito contém três junções metálicas
dissimilares: J1, J2, J3 e. Isto resulta numa tensão de Seebeck entre
J3 J2 e que é proporcional à diferença de temperatura entre J1, que é
detectar a temperatura da chama da vela, e J2 e J3 (junção fria).
 As temperaturas em J2 e J3 devem ser suficientemente próximas de modo que possam ser
assumidas como sendo a mesma temperatura.

Como ler a tensão gerada pelo Termopar: Leis básicas dos circuitos termopares
A base da teoria termoeléctrica nas medições de temperatura com termopares está
fundamentada em três leis que garantem a compreensão dos fenómenos que ocorrem ao se
utilizar os sensores tipo termopares na obtenção de valores instantâneos de temperatura em
um processo industrial específico.
Lei do Circuito Homogéneo
A força electromotriz (f.e.m.) termal desenvolvida em um circuito termoeléctrico formado por
dois metais homogéneos mas de naturezas diferentes, depende única e exclusivamente da
diferença de temperatura entre as junções e de suas composições químicas, não sendo
assim interferida pelo gradiente de temperatura e nem de sua distribuição ao longo dos fios.
T1 T2
A(+)
B(-)
f.e.m= E T1 T2
A(+)
B(-)
f.e.m= E
T3
T4
Um exemplo de aplicação prática desta lei, é que podemos ter uma grande variação de temperatura num
ponto qualquer, ao longo dos fios dos termopares, que esta não influirá na f.e.m. produzida pela diferença
de temperatura entre as juntas, portanto, pode-se fazer medidas de temperaturas em pontos bem
definidos com os termopares, pois o importante é a diferença de temperatura entre as juntas.
f.e.m= E f.e.m= E

Lei dos metais intermediários
T1 T2
A(+)
B(-)
f.e.m= E T1 T2
A(+)
B(-)
f.e.m= E
T3
Deduz-se daí que o circuito termoeléctrico, composto de dois metais diferentes, a
f.e.m. produzida não será alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito,
um metal genérico, desde que as novas junções sejam mantidas a temperaturas
iguais.
T4
C
Um exemplo de aplicação prática desta lei, é a utilização de contactos de latão ou
cobre, para a interligação do termopar ao cabo de extensão no cabeçote.
Terceiro metal inserido
" A Se entre dois metais diferentes que fazem um termopar, se for introduzido no
circuito um terceiro metal diferente , enquanto a temperatura ao longo de todo o
comprimento do terceiro metal é mantida uniforme, a tensão de saída não será
afectada".
A(+)

Lei das temperaturas intermediários
“Se um termopar com duas junções com temperaturas T1 e T2 produz uma tensão de
diferença V1 e uma tensão diferença V2 entre as temperaturas T2 e T3, então a voltagem
gerada quando as temperaturas são T1 e T3 será V1 + V2”.
 Esta lei é muito importante para entender como medir a temperatura a partir de um
termopar. Normalmente, a tensão característica de um termopar é dada para a temperatura
de referência de 0ºC (32ºF).
O termopar é um termopar tipo K, e o voltímetro utiliza fios de
cobre. No ponto em que está ligado o voltímetro para medir a
tensão, duas novas junções do par termoeléctrico são criadas!
Este é um grande problema dos termopares …. Neste circuito,
estas novas junções são mantidas em 0ºC (32ºF).
Vejamos:
 Desta forma, a voltagem medida pode ser directamente convertida em temperatura, uma
vez que a tabela de conversão é geralmente para a temperatura de referência de 0 °C.

Mas na vida real, a temperatura de referência não é 0oC. Olhando para o circuito à direita
você pode ver um exemplo mais realista. A temperatura de referência agora é 20oC.
 Esta tensão VREF é a tensão que iria ser criada pelo termopar, se a tensão de referência
diferente de zero fosse medida por um termopar em que essa junção estivesse à
temperatura de referência de 0 °C.
 A temperatura de referência agora é 20oC. A tensão não pode
ser directamente convertida em temperatura, pois a junção de
referência (onde o voltímetro ligado) não está a 0 oC.
 De acordo com a Lei das temperaturas intermediárias, se
soubermos qual a temperatura de referência, então podemos
calcular a temperatura medida, adicionando à tensão medida
uma outra voltagem chamada VREF.
…Eu sei que parece complicado….. Mas talvez não seja!

Vejamos:
O termopar é um termopar tipo K, e o voltímetro utiliza fios de cobre à temperatura de 0oC e
a temperatura T2 é de 100oC. Conversão directa tirada das tabelas 4.095mV
2º Caso:
No termopar a temperatura T2 é na mesma 100oC mas a
temperatura das junções criadas pelo voltímetro estão a 20oC …..
O voltímetro não mede 4.095mV mas sim 3.297 mV
Neste caso temos que adicionar a tensão VREF que será a tensão
que o termopar mediria se as junções do voltímetro estivessem a
0oC e o termopar a 20oC, que seriam :0.798 mV
Então, nós adicionamos este valor para a tensão medida e a tensão
total é de 0,798 + 3,297 = 4,095 mV, o que corresponde a 100oC!

Consequências
 Num termopar se uma das junções, é mantida a uma temperatura fixa, de
referência, T2, a força electromotriz E, do termopar é unicamente função da
temperatura T1 da outra junção.
 Se as duas junções estiverem á mesma temperatura a f.e.m., por elas gerada
será zero.
 Assim, a f.e.m. de um termopar não será afectada se em qualquer ponto do
seu circuito for inserido um metal genérico desde que as novas junções
sejam mantidas a temperaturas iguais.
 A diferença de potencial que aparece nos terminais de um termopar é independe
do ponto escolhido para se abrir o circuito do par.
 Assim, na prática, frequentemente se utiliza este facto fazendo-se a abertura
coincidir com uma das junções do termopar.

J
Correcção da fem em função da temperatura
E
T
K
N
R
S
B
As tabelas existentes da f.e.m. gerada em função da
temperatura para os termopares, têm fixado a junta de
referência a 0°C (ponto de solidificação da água), porém
nas aplicações práticas dos termopares a junta de
referência é considerada nos terminais do instrumento
de medida e este se encontra-se à temperatura
ambiente que é normalmente diferente de 0°C e variável
com o tempo, tornando assim necessário que se faça
uma correcção da junta de referência, podendo esta ser
automática ou manual.
 Existem também alguns instrumentos em que a compensação da temperatura é fixa em
20°C ou 25°C. Neste caso, se a temperatura ambiente for diferente do valor fixo, o
instrumento indicará a temperatura com um erro que será tanto maior quanto maior for a
diferença de temperatura ambiente e do valor fixo.
 Os instrumentos utilizados para medição de temperatura com termopares costumam fazer a
correcção da junta de referência automaticamente, sendo um dos métodos utilizados, a
medição da temperatura nos terminais do instrumento, através de circuito electrónico, sendo
que este circuito adiciona à milvoltagem que chega aos seus terminais, uma milvoltagem
correspondente à diferença de temperatura de 0°C á temperatura ambiente.

Erros de ligação : Usando fios de cobre
Tal, procedimento é executado sem problemas desde que, o cabeçote onde estão os
terminais do termopar e o aparelho de medição, estejam à mesma temperatura de medição.
Geralmente nas aplicações industriais, é necessário que o termopar e o instrumento de
medida se encontrem relativamente afastados, por não convir que o aparelho esteja
demasiadamente próximo do local onde se mede a temperatura. Nestas circunstâncias deve-
se, processar a ligação entre os terminais do cabeçote e o aparelho, através de fios de
extensão ou compensação.
Vejamos o que acontece quando esta norma não é seguida.

Erros de ligação : Inserção de fios de compensação
Vejamos o que acontece se, no exemplo anterior, ao invés de cobre usamos um fio
compensado. A figura mostra de que maneira se processa a instalação.
Uma solução simples que é normalmente usada na prática, será a inserção de fios de
compensação entre o cabeçote e o registador ( aparelho de medida). Estes fios de
compensação em síntese, nada mais são que outros termopares cuja função é compensar a
queda da FEM que aconteceu no caso anterior, ocasionada pela diferença de temperatura
entre o cabeçote e o registador.
A vantagem desta técnica provém do facto de que os fios de compensação, além de terem custo menor
que os fios do termopar propriamente dito, também são mais resistentes. Inversão simples.

Compensações :Junta de referência a 0°C
Na ilustração a maior parte da tensão é gerada onde os fios passam através da
parede do forno, e, idealmente, não há gradientes de temperatura próximo da
junção quente.
As tensões não são grandes, tipicamente apenas cerca de 40 mV para cada 1 ° C
de diferença de temperatura, mas os instrumentos mais usados exibem leituras
com resolução de 0,1 ° C.

Compensações: com cabo apropriado

Outras Compensações….
O banho de gelo como Referência
Qualquer par termoeléctrico, quando a 0 °C, não gera nenhuma EMF!
Assim, ligando simplesmente os fios dentro de um banho de gelo, as
leituras da junção-K , T1, não são alteradas!
Duplo Forno de Referência
Dois fornos são usados para simular o ponto de referência de gelo. Os fios
do termopar são unidos na polarização oposta dentro de um forno, e, em
seguida, estão ligados com os fios de cobre para o outro forno. Por terem
diferentes temperaturas dentro dos fornos, a referência do ponto de gelo
pode ser simulada.
compensação por hardware
Este é um método muito comum para compensar a temperatura na junção do
termopar de cobre, também chamado "ponto de referência de gelo
electrónico". De acordo com este método, um termístor é colocado no interior
do bloco isotérmico. A resistência do termístor mudará de acordo com a
temperatura no interior do bloco isotérmico. Utilizando uma voltagem de DC e
um par de resistências para controlar o ganho, o circuito irá adicionar a tensão
necessária para a temperatura específica dentro do bloco isotérmico!

 A sensibilidade para a maioria dos sensores, exige ampliação adequada para detectar e ler
correctamente o sinal, sendo que sensores diferentes podem requer diferentes circuitos
electrónicos para alcançarem o seu propósito.
Outras Compensações….Interfaces Electrónicos
 O termopar abaixo, utiliza série de amplificadores diferenciais que permitem referenciar e
sensorear pontos, afim de permitir compensação e ajustamentos.

Termopares de isolamento mineral
É constituído de um ou dois pares termoeléctricos, que são isolados entre si e da
bainha metálica, pelo pó de óxido de magnésio, que possui excelente
condutibilidade térmica e alta compactação.
Vantagens
 Estabilidade.
Resposta Rápida.
Grande Resistência Mecânica e Flexibilidade.
 Facilidade de Instalação.
Resistência a Corrosão.
Blindagem Electrostática.
Rabicho
Pote
Pó óxido de
Magnésio
Bainha
Plug
Junta de
Medida

Termopar industrial tipo J:Termopares de isolamento mineral
Ferro
Constantan
Fios Termopar “J”
Capa metalizadaÓxido
Magnésio
Junção Termopar
Capa metalizada
Encaixe de compressão
ajustável
armadura de aço inoxidável
trança de aço inoxidável ou simples
fios de ligação também disponíveis
Exposta Isolada Aterrada
O termopar tipo 'J' é o mais usado, seguido do do tipo 'K‘.

Termopares industriais (ANSI)
Tipo K
Tipo J
Tipo J

Termómetros a termopares
Wireless Thermocouple Temperature Data
Logger Supports TC types J, K, N, and T
Portáteis
Industriais

Thermocouple Terminal Blocks
Termómetros a termopares

Monitorização de termopares via USB
Termopar
Cabo USB
LBUSB16485B
485+
485-DATA+
DATA-
I-7018
8 canais
LBCSP-142-025-24
+
_
24 VDC Software EZ data Logger
Rede AC

Monitorização e controlo local da temperatura
Termopares
LBCSP-142-050-24
Bus
Interno
Bus
Interno
24 VDC
RS-485
FBs-CB5
FBs-20MCTU
FBs-TC6

 Termopares
Vantagens
Simples, robusto
Operação em alta temperatura
Baixo custo
Sem problemas resistência dos cabos
Sensor de temperatura
 Resposta mais rápida às mudanças de
temperatura.
Desvantagens
Menos estável, menos repetível.
Baixa sensibilidade para pequenas
variações de temperatura.
Fio de extensão devem ser do mesmo
tipo do termopar.
Fio pode pegar ruídos eléctricos
irradiados, se não for blindado.
Menor precisão.

termoresistências
metálicas
semicondutoras
metais ou ligas metálicas
semicondutores em forma cristalina
ou amorfa
maior estabilidade
maior precisão
maior linearidade
maior sensibilidade
Termómetros a resistência : Também chamados detectores de temperatura a resistência (RTDs)
Resistência de um fio (ou filme metálico):
A
l
R 
R – Resistência eléctrica
 – Resistividade
l – Comprimento
A – Área da secção transversal


nq
1  – Mobilidade
n – Concentração de electrões
q – Carga do electrão
Resistividade das resistências metálicas, à temperatura: TTT  0
  2
0 1 TT 
0 – resistividade à temperatura de referência T0.

23/02/2016 Por : Luís Timóteo 65©Helena SarmentoCap1-65
Metal

W/W/ºC)

W/W /ºC2)
Platina 0,0039 -8,7510-7
Cobre 0,0043 6,2510-8
Tungsténio 0,0046 8,8010-7
Níquel 0,0068 5,1210-6
 RTD de platina é das mais lineares.
Ni
W
Cu
Pt
0
100
200
300
400
500
600
-100 100 300 500 700
R (W)
T (ºC)W 100R C0º
semicondutor
 Os Fabricantes especificam R com tabelas:
Termoresistências metálicas

O Princípio é que a resistência eléctrica dos sensores é fortemente dependente da
temperatura, e muda com a temperatura de uma forma previsível.
 Os Termómetros Padrão de Resistência de
Platina (Standard Platinum Resistance
Thermometers (SPRTs) são os mais precisos.
 Na indústria são usados, termómetros de
resistência de platina mais robustos conhecidos
também como IPRTs, Pt100s, RTDs (detectores
de temperatura de resistência).
 No entanto, eles só são adequados para uso
em laboratório.
Os sensores de elementos de Resistência de Platina geralmente são fabricados em quatro
configurações:
Wire-Wound (fio bobinado).
Film (película fina).
Coil (Bobine)
Hollow Annulus (bobinado em anel oco)
Temperature (oC)
Resistência
(Ohms)
RTD Curva Resistência Vs. Temp. (TCR)
TCR = Temperature coefficient of resistance

Wire-Wound (fio bobinado)
O elemento sensor de fio bobinado é construído por
enrolamento de um fio detector de platina de de
pequeno diâmetro em torno de um mandril não condutor.
Film (película fina)
TerminaisFio de Platina de
pequena secção
Revestimento protector
Mandril não condutor
Terminais
Substrato de cerâmica
Película fina de Platina
O elemento sensor do tipo de película, é feito por
deposição de uma fina camada de platina num padrão de
resistência sobre um substrato de cerâmica. Uma camada
de vidro é aplicada para a protecção.
Coil (Bobine espiral)
Tubo de vidro protector
Fio de Platina de
pequena secção
Powder Packing
Terminais
O sensor de elemento em espiral, feito através da inserção
dos fios de detecção helicoidais num mandril de isolamento
cheio de pó, que proporciona um elemento sensor livre de
tensão.
Hollow Annulus (bobinado em anel oco)
Terminais intermédios
Bainha exterior
Fio sensor de Platina
Mandril de Metal
Isolante
O elemento do tipo anel oco é feito enrolando fio de
detector de platina em torno de um mandril de metal oco
resistente à corrosão. A unidade inteira é revestida com
um material isolante.

Efeito do fio dos terminais
Alteração da leitura devido à resistência do fio dos terminais.
Duas abordagens:
> Determinação da resistência do condutor e compensação através do controlador.
> Ligar um fio de ligação adicional a uma extremidade da RTD.
> … Ou ligar um transmissor, com conversão resistência a sinal de baixa tensão e envia-lo
para controlador de temperatura.
3-wire RTD
1 2 3
RTD
4-wire RTD
1 3 42
RTD

Efeito do fio dos terminais: RTD de fio de Platina
Mais Comum: DIN 43760
 Standard temp. coeficiente (alpha =0.00385)
> Para fio de 100 ohms  +0.385 ohms/OC a partir de 0oC.
> alpha = declive médio de 0oC – 100oC .
Uma impedância de 10W dos terminais, implica 10 / 3,85 = 26oC erro na medição.
Terminal
Terminal R=5W
100W
RTD
R=5W

 Correcção do Problema: Ponte Wheatstone: 3 fios
>Fios C actua como terminal sensor e não transporta nenhuma corrente.
>Fios A & B estão perfeitamente emparelhados, pelo que os efeitos das impedâncias será
cancelado devido a estarem em pernas opostas da RTD.
 Equação adicional necessária para converter a tensão de saída da ponte para impedância
equivalente da RDT.
>Relação não-linear entre a variação da RTD e a tensão de saída da ponte.
A
C
B
DVM
RTD
R3
R1
R2
Vo
Vs

 Correcção do Problema: Ponte Wheatstone: 3 fios – Equações
)2/1(
3
3
sso V
RTDR
R
VV 







Se Vs & Vo conhecidas, RTD pode ser encontrada.
Vo da ponte desbalanceado com R1 = R2:
Se RTD = R3  Vo = 0 & ponte está equilibrada.
Para determinar RTD assumindo a resistência dos terminais iguais a zero:









os
os
VV
VV
RRTD
2
2
3

 Correcção do Problema: Ponte Wheatstone: 3 fios – Equações
Se a RTD localizada a alguma distância da configuração de 3 fios  RL aparece em
série com RTD e R3.
A
C
B
DVM
R3
R1
R2
Vo
Vs
RTD
RL
RL
















os
o
L
os
os
VV
V
R
VV
VV
RRTD
2
4
2
2
3

 Correcção do Problema: Outra abordagem- 4-Fios Ohms
100 W
RTD
DVM
+
-
i = 0
i = 0
Fonte de corrente
DVM é directamente proporcional à resistência
do RTD .Equação de conversão requerida.
Insensível ao comprimento dos fios.
Precisão superior a 3 fios.
Desvantagem: É necessário mais um fio.
- +
Vo
RTD
Vs
+
-
Compensação electrónica:

Conversão Resistência /Temperatura
A RTD é mais linear do que o termopar, mas inda é necessário seguir a curva
característica.
Equação Callendar-Van Dusen

































3
100
1
100)100
1
100
TTTT
TRR oT 
 RT = Resistência à Temperatura T.
 Ro = Resistência a T=0oC.
  = Coeficiente deTemperatura a T=0oC.
  = 1.49 (valor típico para platina 0.00392).
  = 0 T>0, 0.11 (típico) T<0.
)1(0 TRRT  
 Exemplo:
Um termómetro de resistência de platina: tem
uma resistência de 150W a 20oC. Calcule a
resistência em 50oC (20 = 0,00392).
 Solução:
)(0 T1RR  
])([ C20500.003921150 o
W
W167.64

Identificação
RTD de 2 fios usa a mesma cor de fio para ambos os terminais.
RTD de 3 fios tem dois fios vermelhos e um branco.
RTD de 4 fios tem dois fios vermelhos e 2 fios brancos.
Medição
ponta – a – ponta
Medida á temperatura
ambiente
1 a 2; 3 a 4.
Menos de 1 ohm a um
máximo de alguns ohms.
1 a 3; 1 a 4
2 a 3; 2 a 4
107 a 110 ohms
1 3 42
RTD 4-wire

 Normalmente estão inseridas num tubo de aço inoxidável com uma graxa
condutora de calor (que também amortece as vibrações). Tubos de diâmetros de
padrão de 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 e 15 mm, e comprimentos de tubos padrão de 250,
300, 500, 750 e 1000 mm.
 Geralmente as RTs não podem ser usadas com o elemento sensor na sua forma
básica, pois são muito delicadas. Elas são geralmente construídas em algum tipo
de montagem, que permitirá suportar as várias exigências ambientais a que
estarão expostas quando usadas.

Tipos de RTDs
RTDs de Platina
A Platina é de longe o material mais comum em RTDs, principalmente por causa da sua
estabilidade a longo prazo no ar. Existem dois tipos de sensores de Platina, cada um com um
nível diferente de doping "impurezas". Há já algum tempo que tem havido convergência nas
normas de RTDs com platina, tendo a maioria dos países adoptado a norma internacional
IEC751-1983, com a alteração 1, em 1986, e a alteração 2 em 1995. Os EUA continuam a
manter o seu próprio padrão.

Os sensores de níquel são preferidos em aplicações sensíveis ao custo, tais como ar
condicionado e bens de consumo. Porque o custo é um problema, eles são geralmente
fabricados com valores de resistência mais elevados de 1k ou 2k ohms de modo que uma
única conexão de dois fios pode ser utilizada (em vez de 3 ou 4 conexões de fios comuns nos
tipos com Platina).
RTDs de níquel – ferro
De menor custo do que a RTD de níquel puro, a RTD níquel-ferro encontra aplicações em
HVAC e outras e aplicações sensíveis ao custo. O alfa = 0,00518.
RTDs de cobre
O cobre é raramente utilizado como um elemento de detecção, sendo usado muitas vezes,
quando uma bobina de cobre existe para outros fins. Por exemplo, num sensor de vibração
onde a bobine faz de sistema de detecção da frequência de vibração. A mesma bobina pode
ser usada para detectar as leituras da temperatura dos sensores, mas de modo que possam
ser compensadas por variações de temperatura induzida. Uma outra aplicação é na medição
da temperatura dos enrolamentos de motores e de transformadores eléctricos.
Tipos de RTDs: RTDs de Níquel
RTDs de Molibdénio
O Molibdénio tem um coeficiente expansão de temperatura que combina quase perfeitamente com a
alumina, tornando-se um material ideal para sensores tipo pelicula. A faixa útil de temperatura é
normalmente -200 ° C a + 200 ° C e alfa de materiais = 0,00300 ohm / ohm / ° C.

RTDs (Resistance Temperature Detector)
RTD
Aplicações
Ar condicionado e sistemas de refrigeração.
Controlo de Fornalhas.
Serviços de processamento de alimentos.
Pesquisa em Medicina.
Produção têxtil.
Industria de plásticos.
Petroquímica.
Microelectrónica.
Medidas de temperatura em Ar, gás e líquidos.
De Platina, Cobre, Níquel na faixa de –270 / 660 ºC.

Vantagens das RTDs
 Estabilidade.
 Repetibilidade.
 Precisão.
 Resistente a contaminação/corrosão.
Desvantagens das RTDs
 Custo: Platina = $$$, 2x mais caras.
 Gama de temperaturas limitada.
 Sensível a vibrações.
 Frágil…
 Tempo de resposta mais baixo, 2 a 4 vezes mais lentas.
 O calor deve de ser transferido através de epóxi ou revestimento de vidro.
 Todo o corpo da RTD deve de estar a uma temperatura uniforme antes de uma
medição precisa ser tomada.
RTDs Vs Termopares
Os Termopares são de longe os sensores de temperatura mais comuns de uso
industrial.
RTD Probes & Assemblies

termistências semicondutoras
silício
cerâmicas
PTC
NTC
ni – Concentração de portadores intrínsecos.
Eg – Altura da banda proibida.
k – Constante de Boltzman.
 – Condutividade.
 – Mobilidade.
Termómetros a resistência : Termístores
Thermal Resistors: Materiais semicondutores
Resistividade dos semicondutores
 pniqn 


1
  kT
E
i
g
eTTn 22
3


2
5
2
3

 TT

Sensor Valor nominal ( W ) Gama de temperaturas (ºC)  W/W/ ºC) W/W/ ºC
2

KTY81-1 990-1050 - 55 a 150 7,87E-03 1,87E-05
KTY81-2 1980-2100 - 55 a 150 7,87E-03 1,87E-05
KTY83-1 990-1050 - 55 a 150 7,64E-03 1,73E-05
KTY84-1 970-1050 0 a 300 6,12E-03 1,03E-05
R(kW)
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
-100 0 100 200 300 400
KTY81-2
KTY83-1
KTY84-1
KTY81-1
T (ºC)
Os Fabricantes especificam a Rs com tabelas:
Termoresistências semicondutoras

Rsensor
RL
RP Temperatura TA TB TC
Rsensor RA RB RC
LPBPCPAPB RRRRR 
Menos lineares que termoresistências metálicas.
Linearização dos sensores KTY (numa determinada gama de temperaturas).
Termoresistências semicondutoras

PTCB
NTCB
0
0


NTC PTC NTC
NTC Negative Temperature Coeficient
PTC Positive Temperature Coeficient
Termoresistências cerâmicas semicondutoras
 Misturas de óxidos metálicos (ferro, níquel, cobre, magnésio, cobalto, titânio e
urânio) cozidas a altas temperaturas.
TC temperatura de Curie
C
A
B
D
TC
T
B
e

 0
    CTeTT
TT
B
º250
11
0
0









2
0
1
T
B
T T








Uma vez que o valor da resistências é elevado, geralmente
vários kilohms, as conexões geralmente são de 2 fios, podendo
assim serem usadas sem erro significativo. As Termístores não
estão normalizadas, deve-se ter em contas as especificações
do fabricante.
Thermal Resistors: Materiais semicondutores, como as termístores são muito sensíveis à
temperatura e a resistência aumenta/diminui muito fortemente, quando a temperatura varia.
Bem adequado para uso em pequenas sondas com resposta rápida, por exemplo, como
limitadores de corrente em circuitos electrónicos e em termometria médica, onde é
alcançada boa sensibilidade sobre faixas de temperatura limitadas.
As mais comuns são de coeficiente de temperatura negativo - (NTC).
As de coeficiente de temperatura positivo - (PTC).
Gama de temperaturas: -100 / 300ºC.
Extremamente sensíveis: Erros -/+ 0.01ºC

Um semicondutor utilizado como um sensor de temperatura. Mistura de óxidos de
metais á pressão na forma grânulos, pastilha ou outras formas…Grânulos podem
ser muito pequenos, inferior a 1 mm em alguns casos, são depois encapsulados
em vidro /epóxi…
 A resistência diminui à medida que a
temperatura aumenta, coeficiente de
temperatura (NTC) termístor negativo.
Temperature (oC)
Resistência
(Ohms)
 A sensibilidade típica de um termístor é de aproximadamente 3 mV / ° C a 200 ° .
Pode-se ver que a curva de resistência / temperatura não
é linear ao longo de um intervalo de temperatura, embora
as unidades que estão disponíveis hoje com uma
linearidade melhor do que 0,2% ao longo de um intervalo
de temperatura de 100 ° C
O modelo matemático básico utilizado para termístores é a equação Steinhart-Hart,
descoberta pelos oceanógrafos IS S. R. Steinhart e Hart, que sua forma mais simples é:
1/T = A + B(ln R) +C(ln R)3
Em que T é a temperatura em Kelvin, A, B, e C são coeficientes do termístor, ln é o logaritmo
natural, e R é a resistência em ohms..
Bead(glass-coated) 8.8 kW 3.1 kW 1.3 kW 300 C
Disk 283W 100W 40.7W 127 C
Type R at 0C R at 25C R at 50C Maximum

Exemplo:
O circuito da Figura é para ser usado para a medição de temperatura. O termístor é um tipo
de 4 kW. O medidor é um amperímetro de 50 mA com uma resistência de 3W, Rc está
ajustada para 17W, e VT, a tensão de alimentação é de 15 V. Quais serão as leituras do
amperímetro para 25 °C e para 65oC?
15V
3W
4KW
17W
A
Termístor
VT
Rc
mA3.73
3174000
15V
R
V
I
T
T

WWW

Os termístores têm o seu valor padrão á temperatura ambiente
de 25oC, para temperaturas abaixo deste valor, a resistência
aumenta.
Para 65oC temos que consultar o valor na tabela do
termístor para essa temperatura, supunhamos que mede
950W…
mA15.5
317950
15V
R
V
I
T
T

WWW


Thermistors Probes & Assemblies

Controlo

Medições de Temperatura com Termístores
Símbolo

Vantagens
Alta sensibilidade a pequenas variações de temperatura
Medições mais estáveis com o uso.
Podem usar fios extensores de cobre ou níquel.
Desvantagens
Gama de temperaturas limitada.
Sensor frágil.
“Drift” inicial de precisão.
Descalibração se usado para além da gama específica de temperaturas.
Poucos standards de substituição.

Termómetros de semicondutores
Um diodo de silício (junção PN) polarizado inversamente apresenta uma tensão
proporcional à temperatura da sua junção. Nos equipamentos electrónicos,
inclusive industriais, é muito comum usar uma junção PN polarizada inversamente
para medir a temperatura ambiente.
São pequenos e resultam do facto dos diodos semicondutores terem
características de tensão-corrente que são sensíveis à temperatura.
Faixas de medição de temperatura são pequenas em comparação com os
termopares e RTDs, mas podem ser bastante precisos e baratos.

 Uma junção entre um semiconductor dopado-N e um semicondutor dopado-P. Normalmente
silício dopado-N (também germânio, gálio-arsenieto, etc.). A junção é um simples diodo
polarizado directamente.
PN
Cátodo (K) Ânodo (A)
Sentido convencional da
corrente
-I (A)
Corrente inversa
+I (mA) Corrente Directa
+
V
-V
Voltagem Directa
Voltagem Inversa
Polarização
Directa
Polarização
Inversa
0,7V Silício
0,3V Germânio
“Joelho”
Voltage
m
inversa
ruptura
Silício -20 mA
Germânio -50 mAZener Breakdown
ou região de
avalanche
Corrente directa é dependente da temperatura. Qualquer diodo semicondutor funcionará.
Normalmente é detectada, a tensão através do díodo…
Sensores de Temperatura à base da junção P-N

PN  Corrente directa através do diodo: I = I0eqV/2kT
 Tensão aos terminais do diodo: Vf =
Eg
q  2kT
q ln C
II0 – Corrente de saturação.
Eg – Energia da Band-gap.
q – Carga do electrão.
k – Constante de Boltzman.
C – Constante independente da temp.
T – Temperatura (K).
 Se C e I são constantes, Vf é linear com a temperatura.
 O diodo é um dispositivo NTC.
 Sensibilidade: 1-10mV / oC (corrente dependente).
-2.0 mV/oC
Si, 1 mA
-2.3 mV/oC
Si, 10 A

 Os sensores de temperatura de semiconductores podem ser classificados em
cinco tipos principais seguintes:
Sensores de Temperatura de saída de tensão
Estes tipos de sensores geralmente precisam de uma fonte de alimentação
eléctrica para a sua excitação. Eles dão uma saída linear eficaz sob a forma de
sinais de tensão. Além disso, eles oferecem bastante baixa impedância de saída…
Sensores de Temperatura de saída de corrente
Em oposição aos sensores de temperatura de saída de tensão, a impedância de
saída destes sensores é muito alta. Eles geralmente funcionam como reguladores
de corrente constantes que são projectados para passar um microamperes por
grau Kelvin. Eles também precisam de uma tensão de entrada que pode variar
entre 4 e 30 V.

Sensores de Temperatura de Saída Digital
Estes são os principais sensores concebidos para a integração de um sensor e
um conversor de analógico para digital, numa placa de circuitos integrados. Estes
sensores não oferecem interfaces digitais padrão. Por isso, eles não podem ser
utilizados para a medição com dispositivos de medição convencionais. Alguns
deles são especialmente fabricados para permitir o seu uso com
microprocessadores para a gestão térmica.
Sensores de Temperatura Silício com saída de Resistência
Estes são sensores de temperatura simples, projectados com a ajuda de
equipamentos de fabricação de semicondutores típico. As características de
resistência/temperatura habituais dos materiais semicondutores tornam a sua
utilização mais simples. Além disso, estes sensores oferecem alta tolerância para
a migração do iões, por conseguinte, são adicionalmente mais estáveis em
relação a outros sensores de temperatura de semicondutores. No entanto, cuidado
extra deve ser exercido ao empregar esses sensores devido às suas outras
características…

 Entretanto, os modernos sensores de temperatura baseados em
semicondutor são fornecidos na forma de um circuito integrado. Muitas vezes
eles incluem funções que os tornam verdadeiros termómetros digitais numa
única pastilha. Podem oferecer grande precisão e estabilidade, mas a faixa
de temperatura é bastante limitada, variando de –50 a + 300 oC.
1,63068 centímetros
6,35 milímetros
Termómetros de Semicondutores
-Características dos materiais semicondutores são dependentes
da temperatura.
-Gama de temperaturas: -230 / 150ºC.
-Alta sensibilidade
-Boa linearidade.
-Grande precisão.

Sensores de Temperatura à base da junção P-N: LM35
 O circuito é baseado em sensor de temperatura LM35 analógico, ADC0804 e
AT89S51 microcontrolador. LM35 é um IC sensor de temperatura analógico
que se pode medir um intervalo de temperatura de -55 a 150 ° C. A sua
tensão de saída varia 10mV por ° C .

Sensores de Temperatura à base da junção P-N: TMP100/101
Aplicações
Controlo temperatura fonte alimentação.
Protecção térmica periféricos de
computador.
 Portáteis.
Telemóveis.
Maquinaria de escritórios.
 Controlo de termostatos.
Monitorização sistemas HVAC.
Dispositivos electromecânicos e digitais
de controlo de temperatura…
Os ICsTMP100 TMP101 e são ideais para medição de temperatura numa extensa
variedade de aparelhos de comunicações, computadores, instrumentos de
consumo, meio ambiente, aplicações industriais e instrumentação. Gama de
temperatura dos –55°C aos +125°C, alta resolução, interface I2C, baixo consumo,
alimentação de 2,7 a 5,5V…

Termómetros de cristais líquidos
Contêm cristais líquidos que mudam de cor ao longo de um determinado intervalo
de temperaturas.
Os cristais líquidos, como toda a matéria, são feitas de átomos.
Quando aquecem, os átomos movem-se mais rapidamente. À
medida que os átomos se movem de forma suficientemente rápida,
a substância vai progredindo alterando o estado de sólido para
líquido ou para gás.
O mesmo tipo de explicação funciona para cristais líquidos. Se estiverem frios, os
cristais estão mais ordenados e mais unidos, com o aumento da temperatura o
espaçamento entre cristais aumenta. As moléculas que são muito sensíveis à
temperatura mudam de posição / torção em relação às mudanças de temperatura.
Esta mudança na estrutura molecular afecta os comprimentos de onda de luz que
são absorvidos e reflectidas pelos cristais líquidos, o que resulta numa mudança
aparente na cor de cada evento temperatura.

Termómetros de cristais líquidos
Várias misturas de cristais líquidos são usadas, cada mistura num
recipiente separado e cada luz de cor para uma temperatura
específica
Nos de tipo digital, cada recipiente é coberto com uma matriz de um número que
corresponde à temperatura à qual a mistura do recipiente torna-se mais brilhante
(acende).
Termómetros destinados a ser colocados na testa e a maioria dos termómetros
digitais interiores são deste tipo.
Sem aplicações industriais.

Vantagens:
Vasta gama de aplicações.
 Precisão relativa.
Uso simples.
Económicos.
Estão em contacto físico com a substância ou objecto.
Desvantagens:
Requerem contacto físico.
 Resposta lenta.
Sujeito a detioração / contaminação.
Temperatura (oC)
Voltagem
V
Temperatura(oC)
Resistência
W
Temperatura(oC)
Resistência
W
Temperatura(oC)
VoltagemouCorrente
V/A
Termopar RTD Termístor IC semicondutor

O sistema de medição de temperatura por infravermelhos (IV)
Termómetros sem Contacto
 Com nossos olhos, vemos o mundo em luz visível. Considerando que a luz visível preenche
apenas uma pequena porção do espectro de radiação, a luz invisível cobre a maior parte da
gama espectral restante. A radiação de luz invisível transporta muito mais informação
adicional.
A descoberta da radiação infravermelha
William Herschel descobriu por acaso a radiação
infravermelha em 1800. Através de um prisma de vidro,
projectou as diversas cores da luz solar sobre uma
mesa, e usando sensíveis termómetros de mercúrio,
mediu a temperatura de cada cor. Com isto, ele testou o
aquecimento das diferentes cores do espectro. Ele
notou que a temperatura aumentava no sentido do
violeta para o vermelho. No entanto notou que a
temperatura subia ainda mais na área para lá da
extremidade vermelha do espectro. Finalmente ele
encontrou a temperatura máxima muito para trás a área
vermelha. Hoje em dia, esta área é chamada de "área
de comprimento de onda de infravermelhos".

Infravermelhos
(IV)
Ultravioletas
(UV)
Luz VisívelInfravermelhos
(IV)
103
Rádio
10-2
Microondas
10-5
Infravermelhos
10-8
Ultravioletas
10-10
Raios-X
10-12
Raios-Gama
780nm3m8m15m25m50m1000m
IV-próximo
(NIR)
IV-Médio
(MIR)
IV- Longínquo
(FIR)
Espectro electromagnético infravermelhos (IV)
1.5x10-6
Comprimentos de ondas
IV-Térmico
Infravermelhos
A radiação infravermelha cobre uma parte muito limitada em toda a gama do espectro electromagnético:
Inicia-se no intervalo visível de cerca de 0,78 m e termina em comprimentos de onda de cerca de 1000 m.

Princípios Básicos: Radiação Térmica
 Toda a forma de matéria, com temperatura acima do zero absoluto, emite
energia térmica.
Radiação térmica ou transmissão de calor por radiação, é a taxa de emissão de
energia de um dado material, dada a sua temperatura. A radiação térmica está
relacionada com a energia libertada devido às oscilações ou transições dos
electrões, átomos, iões ou moléculas mantidos unidos pela energia interna do
material.
Nos gases ou outros materiais transparentes (materiais com absorção interna
desprezível), a energia térmica irradia-se através de seu volume. Para materiais
com alta absorção interna, como os metais, apenas algumas centenas de
camadas atómicas mais externas contribuem para a emissão de energia térmica.

Princípios Básicos: Radiação Térmica
 A zona do visível abrange comprimentos de onda entre 0,4 μm e 0,7 μm, e os IV
entre 0,7μm e 1000 μm. Os pirómetros de IV usam a banda entre 5 μm e 20 μm.
 Os comprimentos de onda utilizados para a medição de temperatura compõem
o chamando espectro electromagnético, onde está o espectro IV.
 As ondas longas têm comprimentos desde 3 a 100 μm com uma temperatura de
700°C.
 As ondas médias vão desde 1,4 a 3 μm, e temperaturas típicas de 950°C a
1600°C.
 As ondas curtas 0,78 a 1,4 μm, com temperatura de 2200°C.
 As ondas longas são mais ou menos sensíveis à cor e são absorvidas pela água.
 As ondas médias são insensíveis à cor e são absorvidas prontamente pela água,
por muitos plásticos e pinturas.
 As ondas curtas são mais penetrantes do que as ondas longas e são boas para
metais quentes.

Princípios Básicos: Radiação Térmica-Lei da radiação de Planck
 Cada corpo com uma temperatura acima do zero absoluto (-273,15 ° C = 0
Kelvin) emite uma radiação electromagnética a partir da sua superfície, que
é proporcional à sua temperatura intrínseca. Uma parte desta chamada
radiação intrínseca é a radiação infravermelha, que pode ser utilizada para
medir a temperatura de um corpo (Lei de Planck da radiação).
  112
5
2
,
1
12
, 

 msrWm
e
hc
TI
kT
hcb 




Esta lei regula a intensidade da radiação emitida por unidade de área superficial numa
direcção fixa (ângulo sólido) do corpo negro em função do comprimento de onda para
uma temperatura fixa.
Onde:
h = 6.625 X 10-27 erg/sec (Constante de Planck).
K = 1.38 X 10-16 erg/K (Constante de Boltzmann )
C = Velocidade da luz no vácuo.
Relação da distribuição espectral da radiação térmica com a temperatura

Princípios Básicos: Radiação Térmica-Lei da radiação de Planck
Curva de Planck (radiação característica de um corpo negro)
Fonte: Raytek
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1500°C
1000°C
542°C
260°C
20°C
Relação entre Temperatura e Energia
Emitanciaradianterelativa
Comprimento de Onda (microns)
102
101
1
10-1
10-2
10-3
10-4
0
Porém, a lei de Panck aplica-se
apenas a radiadores perfeitos,
que teoricamente emitem a uma
taxa de 100% da energia
armazenada em forma de calor.
A lei de Planck descreve,
matematicamente, a quantidade
de energia emitida por um
material numa dada temperatura,
para cada comprimento de onda
.

Os corpos emitem radiação a qualquer temperatura (…), mas para cada temperatura há um
comprimento de onda em que a emissão de radiação é máxima.
O comprimento de onda a que corresponde a intensidade máxima da radiação varia
inversamente com a temperatura absoluta.
1.0E-05
1.0E-04
1.0E-03
1.0E-02
1.0E-01
1.0E+00
1.0E+01
1.0E+02
1.0E+03
1.0E+04
0.1 1 10 100
Spectralradiance[W/cm³µm]
Wavelength[µm]
1500K
(1226°C)
3000K
(2726°C)
500K
(226°C)
200K
(- 73°C)
5500K
(5326°C)
800K
(526°C)
A relação exprime-se por:
máx
B
T
 
Com B= 2,898×10-3 mK, a constante
de proporcionalidade.
A radiação com λmax ≈ 1×10-5m , localiza-se na zona infravermelho do espectro electromagnético.
Princípios Básicos: Radiação Térmica - Lei Wien

Princípios Básicos: Lei de Stefan-Boltzmann
A radiação total emitida por um corpo em condições ideais, é função única da
temperatura.
4
Twb 
Wb = Potencia radiante [W/m2]
σ = Constante de Stefan-Boltzmann
[5,7x10-8 W/K4m2]
T = Temperatura absoluta [K].
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
0
1
2
3
4
5
6
7
8
WAVELENGHT (m)
SPECTRALRADIANTEMITANCE
(w/cm2x103(m))
Obtém-se integrando a fórmula de Planck ao longo
dos comprimentos de onda.
800 k
900 k
 Representam a área por baixo
da curva de Planck para uma
determinada temperatura.
 A potência radiada por um ser
humano, supondo uma temperatura
300K (27oC) e uma área de 2 m2, é
de 1 kW.

Princípios Básicos: : Lei de Stefan-Boltzmann - Emissividade
Corpo Negro: Um objecto capaz de absorver toda a radiação que incide
sobre ele em qualquer comprimento de onda.
 Nenhuma superfície emite mais radiação infravermelha que um corpo negro à
mesma temperatura.
Corpo Real: As superfícies só são capazes de emitir uma determinada
porção da energia que emitiria um corpo negro.
 O parâmetro que determina a capacidade de emissão é a emissividade .
Um corpo real tem uma emissão dada pela Lei de Stefan-Boltzmann. wb=   T4
A emissividade representa a capacidade de emissão dos corpos reais (0 <  <
1) É igual a 0 para um corpo reflector perfeito (não absorve nenhuma radiação;
É igual a 1 para um corpo negro (absorvedor perfeito).

Princípios Básicos: : Lei de Stefan-Boltzmann - Emissividade
Para um objecto opaco a Emissividade e a Reflectividade são complementares.
 Alta Emissividade significa baixa reflectividade e vice-versa. A lei da conservação da
energia mostra que :
 1
Onde:   Emissividade
  Reflectividade
  Transmissividade
 Para alvos opacos  0, e a equação fica reduzida a:
 1
Até agora, discutimos emissividade como uma propriedade de superfície do
material. É isso e muito mais!
 A forma de um objecto afecta a sua emissividade.
 Para os materiais semi-transparente, a espessura vai afectar a emissividade.
Outros factores que afectam a emissividade incluem:
 Ângulo de visão, temperatura e comprimento de onda.

ê 2,^
ê 3
ê 1,^





4
Te
I b
b 
A radiação emitida por um corpo está espacialmente distribuída: ),,( rfIb 
Os perigos da radiação infravermelha não são realmente consideradas "perigos", mas
"avisos". Porque os "perigos" não são extremamente graves. Mas, ainda assim podem causar
danos. A exposição prolongada a níveis elevados de IV vai resultar em queimaduras e
sobreaquecimento…
 A emissividade de um corpo é
definida como sendo a razão da
radiação emitida por este corpo
em relação à radiação emitida por
um corpo negro.
Princípios Básicos: Emissividade

Deve-se ter em conta que  é função de  , de T e do ângulo de incidência.
Variação com : A emissividade toma valores muito distintos em função da região
espectral considerada
Variação com T:  diminui com o aumento de T nos “Não – Metais”.
  aumenta com o aumento de T nos “Metais”.
Variação com ângulo de incidência:
A partir de certo ângulo, a emissividade baixa rapidamente sendo nula para um
ângulo de incidência de 90º.

Distribuição espectral de diferentes Emissividades
Comprimento de onda(m)
Energiarelativa
 =1.0 (corpo negro “blackbody”
 =0.9 (corpo cinza “graybody”
 varia c/ comprimento de onda
(non-graybody”)
A dependência do comprimento de onda da Emissividade, significa que diferentes
câmaras de infravermelho podem obter valores diferentes para o mesmo objecto.
E os dois estarem correctos!

 A origem do nome é do grego “pyro”, que significa fogo, e metros, que significa
medida/medição. O termo foi cunhado para descrever equipamentos capazes de
medir temperaturas acima da incandescência - com brilho perceptível pelo olho
humano.
 O impulso que motivou o desenvolvimento de pirómetros foi a necessidade de
medir a temperatura de objectos muito quentes, que impossibilitavam contacto
directo, como metais fundidos, cerâmicas e outros processos industriais, estrelas e
também a temperatura em câmaras, como as de vácuo. Hoje em dia os pirómetros
são métodos eficazes (com erros próximos de 2% e que diminuem conforme a
temperatura aumenta) para medição de temperatura inclusive negativas.
 O pirómetro é um tipo de termómetro. É um equipamento que mede a irradiação
térmica da superfície de um objecto e informa a temperatura. Diferentes tipos de
pirómetros foram desenvolvidos pelo homem – hoje trata-se de um dispositivo que
não necessita de contacto, contrastando com outros meios de obter informação
sobre a temperatura de um objecto, como o termopar ou como a
termorresistência.
Pirómetro: Princípio de funcionamento

Cada material a ser medido apresenta uma resposta espectral própria
(emissividade). Temperaturas baixas (< 500ºC) apresentam radiação IV na área
não visível, porém a partir de 600ºC a radiação IV começa a entrar no espectro
visível.
A Emissividade é o termo usado para quantificar as características de emissão de
energia de diferentes materiais e superfícies.
Por exemplo, um sensor com uma resposta espectral de 3,43 microns é optimizado
para medir a temperatura superficial de polietileno e derivados. Um sensor de 5
microns é usado para medir a superfície do vidro, e um sensor de 1 micron, para
metais e lâminas metálicas.
Portanto, para uma medição correcta, torna-se necessário conhecer o material a
ser medido para o ajuste manual no equipamento da emissividade, que,
normalmente, varia entre 0,1 e 1 micron.

Alvo
Fonte de Calor
I
A
R
T
E
I - Radiação Incidente.
R - Radiação reflectida.
T - Radiação Transmitida.
A - Radiação absorvida.
E - Radiação emitida.
Fonte de Calor
Ambiente
Sensor
 A energia emitida pelo objeto atinge o sistema óptico do instrumento, que conduz a energia
para um ou mais detectores fotossensíveis.
 O detector converte a energia IV num sinal eléctrico que, por sua vez é convertido num valor
de temperatura, que se baseia na equação de calibração do sensor e na emissividade do
alvo.

Objecto Atmosfera Electrónica, Display
ou outras saídas
Janela e Óptica
453¡C
SP1 470¡C
EMS ¯.85
Detector
 Um sensor foto sensível sintonizado para detectar uma banda específica do espectro IV,
recebe energia radiante do alvo através do sistema óptico.
 A energia radiada é proporcional a emissividade a dada temperatura e comprimento de
onda, de forma que para obter um valor preciso e coerente de temperatura para uma
superfície o operador precisa conhecer a emissividade do material que ele está medindo.
 Qualquer que seja o equipamento, ele indicará sempre a temperatura média da área
delimitada pelo campo de visão do aparelho.

 Ele captura a energia infravermelha invisível emitida a partir de todos os objectos acima do
zero absoluto. A energia é então convertida para um sinal eléctrico que depois de
processado indica num visor as unidades de temperatura.
 A física por detrás do pirómetro por radiação está na relação entre a radiação térmica e a
temperatura através da lei de Stefan-Boltzmann e Lei de deslocamento de Wien.
 São compostos de dois mecanismos que actuam em conjunto na informação da temperatura
da superfície de um objecto:Um sistema óptico.
Um sistema de detecção.
O sistema óptico focaliza a radiação térmica do objecto sobre um detector, permitindo que o
mesmo adquira radiação de uma forma constante e eficiente, e selecciona os diferentes
comprimentos de onda através de filtros.
O sistema de detecção utiliza basicamente dois processos para informar a temperatura:
Um processo quântico. A corrente depende da temperatura.
Um processo térmico. A tensão gerada depende da temperatura.
Os pirómetros estão divididos em dois grandes grupos: ópticos e de radiação.

Pirómetro: Princípio de funcionamento - Óptica
 O sistema óptico determina o diâmetro da área circular ou campo de visão do
aparelho.
 O objecto deve preencher o Campo de Visão.
Objecto maior
que área de
leitura
Objecto igual à
área de leitura
Objecto menor que
área de leitura
Ideal
Bom
Errado
Sensor
Fonte: Raytek

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