Helder Anibal Hermini .


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MEDIDAS DE TEMPERATURA. Helder Anibal Hermini. (Aspectos Gerais). CONCEITOS BÁSICOS. Grandeza física relacionada com o grau de vibração dos átomos e/ou moléculas que constituem o corpo. Temperatura.
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MEDIDAS DE TEMPERATURA Helder Anibal Hermini (Aspectos Gerais)

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CONCEITOS BÁSICOS Grandeza física relacionada com o grau de vibração dos átomos e/ou moléculas que constituem o corpo. Temperatura Energia térmica em trânsito de um corpo de maior temperatura para um corpo de menor temperatura. Calor

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AS PRIMEIRAS MEDIÇÕES DE TEMPERATURA As primeiras medições de temperatura registradas que se tem conhecimento, foram realizadas por GALILEU , a partir de um termoscópio, termômetro cujo princípio físico period an expansão do ar; na ocasião, sua "escala" estava dividida em "graus de calor", segundo seus registros.

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PRINCÍPIO DE CONSTRUÇÃO DE UM TERMÔMETRO

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PRINCÍPIO DE CONSTRUÇÃO DE UM TERMÔMETRO 1 o PASSO : Escolher uma propriedade termométrica (sistema sensor) compatível ao sistema a ser medido. 2 o PASSO : Definir uma "Escala de Temperatura"

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ERRO ESTÁTICO/ERRO DINÂMICO/CONSTANTE DE TEMPO O erro estático é a diferença entre a leitura do sistema em uso em comparação com um padrão (ou seja, valor verdadeiro). Esse erro depende do tipo de sensor, cabos, sistema de leitura (analógico, advanced, osciloscópio, registrador).

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T E M P E R A T U R A Temperatura correta Temperatura lida pelo sistema Tempo ERRO ESTÁTICO/ERRO DINÂMICO/CONSTANTE DE TEMPO Quando a temperatura está variando rapidamente num processo mechanical, por exemplo, o sistema de medição poderá não conseguir acompanhar esta variação (principalmente pela inércia térmica do sensor).

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T e m p e r a t u r a Tmax. 63% de Tmax.  T e m p o  (constante de rhythm) ERRO ESTÁTICO/ERRO DINÂMICO/CONSTANTE DE TEMPO Mesmo quando se realiza uma medida estática de temperatura deve-se ter cuidado com a resposta do sensor, uma vez que ele leva um certo beat para chegar an esse valor máximo. O rhythm necessário para o sensor chegar an aproximadamente 63 % do valor máximo é chamado de constante de beat , e a partir desse valor (geralmente fornecido pelo fabricante), é possível saber quanto se deve esperar para chegar ao valor máximo.

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TIPOS DE TERMÔMETROS

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 B  A TERMÔMETRO BIMETÁLICO Este tipo de termômetro está baseado na dilatação de metais; como diferentes metais possuem diferentes coeficientes de dilatação, se esses metais estiverem dispostos em lâminas conjuntas, a dilatação diferenciada irá curvar esse conjunto de lâminas. Fig. 1 - Dilatação de dois metais com diferentes coeficientes de dilatação (  An e  B ); o resultado é uma flexão horizontal do conjunto de lâminas, que tem um ponteiro acoplado. A leitura é feita diretamente numa escala acoplada.

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 B  A TERMÔMETRO BIMETÁLICO O raio de curvatura é dado por: onde: t = espessura add up to da placa  An e  B = coeficientes de dilatação T 2 - T 1 = variação de temperatura A combinação desta equação com relações apropriadas da resistência dos materiais permite o cálculo de deflexões de vários tipos de elementos em uso prático.

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TERMÔMETRO BIMETÁLICO Aplicação Medidas de temperatura. Elemento sensor de controle de temperatura, principalmente do tipo liga-desliga. Sistema de chaveamento para desligar o sistema em casos de sobrecarga em aparelhos elétricos Ao fluir a corrente elétrica pelo bimetal há seu aquecimento e expansão, provocando an abertura da chave quando há uma corrente excessiva).

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TERMÔMETRO BIMETÁLICO Aplicação Intervalo de temperatura de trabalho O intervalo de temperatura de trabalho é de - 100 o C a 1000 o F. Grau de precisão de medida Imprecisões da ordem de 0,5 a 1% do intervalo de escala devem ser esperados em termômetros bimetálicos de alta qualidade.

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TERMÔMETROS DE LÍQUIDO EM VIDRO Aspectos Gerais É adaptável an uma grande variedade de aplicações, variando-se o material de construção e/ou sua configuração, ou seja:

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TERMÔMETROS DE LÍQUIDO EM VIDRO Aspectos Gerais Os termômetros são de dois tipos: Imersão Total - São calibrados para leitura correta quando a coluna de líquido está imersa completamente no fluído medido. Imersão Parcial - São calibrados para leitura correta quando imersos numa quantidade definida com a porção exposta numa temperatura definida.

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TERMÔMETROS DE PRESSÃO ASPECTOS GERAIS Estes termômetros utilizam o princípio de expansão dos líquidos em espaço confinado para produzir pressão a ser utilizada para operar um tubo de Bourdon , fole ou diafragma mostrando a temperatura de atuação.

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TERMÔMETROS DE PRESSÃO Classificação Termômetros de pressão podem ser classificados em 4 grupos: Classe 1 - Sistemas cheios com líquidos (excluindo mercúrio) Classe 2 - Sistemas com vapor Classe 3 - Sistemas cheios de gás Classe 4 - Sistemas cheios com mercúrio

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TERMÔMETROS DE PRESSÃO Classificação Em todos os sistemas são possíveis fontes de erros: Submersão incorreta Mudanças na pressão barométrica Mudanças na temperatura ambiental

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TERMÔMETRO A GÁS A VOLUME CONSTANTE O termômetro a gás volume constante, obtém-se a temperatura em função da pressão P g no ponto do gelo e da pressão P v no ponto de vapor , resultando uma equação LINEAR semelhante á equação dos termômetros líquidos, só que em termos da pressão versus temperatura.

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TERMOELETRICIDADE

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES Em 1821, o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as extremidades de dois metais diferentes "x" e "y" e submetendo as junções "an" 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 an e b, denominada "tensão termoelétrica". Figura 2 - Experimento de Seebeck

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x T 2 =T. ambiente T 1 "b" "a" y i TERMOELETRICIDADE 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.

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se conectar dois metais diferentes (ou ligas metálicas) do modo mostrado na Figura 1, tem-se um circuito tal que, se as junções "an" e "b" forem mantidas em temperaturas diferentes T 1 e T 2 , surgirá uma f.e.m. termoelétrica e uma corrente elétrica "i" circulará pelo chamado "par termoelétrico" ou "termopar". Qualquer ponto deste circuito poderá ser aberto e nele inserido o instrumento para medir a f.e.m. (Figura 3). Em 1826, o físico francês Antonie Becquerel sugeriu pela primeira vez an utilização do efeito Seebeck para medição de temperatura.

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – L EIS TERMOELÉTRICAS 1 a Lei Termoelétrica "A força eletromotriz "  " de um termopar depende somente da natureza dos condutores e da diferença de temperatura entre as junções de contato " .

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – L EIS TERMOELÉTRICAS Algumas conseqüências importantes da 1 a Lei S e as junções estiverem a mesma temperatura, a f.e.m. gerada pelo termopar é nula. b) A f.e.m. gerada pelo termopar independe do ponto escolhido para medir o sinal. Por isso, ao confeccionar o termopar, numa das junções não é realizada a solda, introduzindo-se al í o instrumento.

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – L EIS TERMOELÉTRICAS Algumas conseqüências importantes da 1 a Lei c) A f.e.m. do termopar não será afetada se em qualquer ponto do circuito for inserido um terceiro metal, desde que suas junções sejam mantidas a mesma temperatura. Esta propriedade é chamada, por alguns autores, de "Lei dos Metais Intermediários".

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – L EIS TERMOELÉTRICAS 2 a Lei Termoelétrica ( Lei das Temperaturas Intermediárias) "Se dois metais homogêneos diferentes produzem uma f.e.m. E 1 quando as junções estão às temperaturas T 1 e T 2 , e uma f.e.m. E 2 , quando as junções estão a T 2 e T 3 , a f.e.m. gerada quando as junções estão a T 1 e T 3 será E 1 + E 2 " .

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Cu e R T R v x a T b Cu 2 T 1 y 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. Fig ura 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.

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Cu e R v x a T b Cu 2 T 1 y TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – CIRCUITOS DE TERMOPARES E MEDIÇÕES DE F.E.M. Analisando o circuito elétrico, p tribute se notar que o voltímetro somente irá informar a f.e.m. (  ) se R v >> R T . Desta forma, an escolha do instrumento adequado, requer um grande cuidado !

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – POTENCIA TERMOELÉTRICA Ao se medir a f.e.m. termoelétrica de um standard termoelétrico em função da temperatura, obtém-se, em geral, uma relação do tipo mostrado n o gráfico da figura 5 . A curva mostrada n o gráfico é denominada de curva de calibração do standard termoelétrico. A relação da f.e.m. termoelétrica com a temperatura, normalmente, não é straight, mas para algumas faixas de temperatura, pode ser considerada como se o fosse (veja a reta 1 da Figura 5 ). Fig ura 5 - Curva de calibração de um standard termoelétrico

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TERMOELETRICIDADE TERMOPARES – POTENCIA TERMOELÉTRICA A dad

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