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Figura 4.10 - Termopar com conexão tipo baioneta

4.2.1 - Características dos termopares

Os tópicos abaixo relacionam os tipos de Termopares, a sua composição, a sua faixa de temperatura de trabalho e suas características de utilização.

Composição: Cobre( + ) / Cobre - Níquel( - ) ; Faixa de Utilização: -200 a 350°C;

Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutoras, inertes e no vácuo. Adequados para medições abaixo de zero graus. Apresenta boa precisão na sua faixa de utilização.

Composição: Ferro( + ) / Cobre - Níquel( - ) ; Faixa de Utilização: -40 a 750°C ;

Podem ser usados em atmosferas oxidantes, redutoras, inertes e no vácuo. Não deve ser usado em atmosferas sulfurosas e não se recomenda o uso em temperaturas abaixo de zero graus. Apresenta baixo custo.

Composição: Níquel - Cromo( + ) / Cobre - Níquel ( - ) ;

Faixa de Utilização: -200 a 900°C ;

Podem ser usados em atmosferas oxidantes e inertes. Em ambientes redutores ou vácuo perdem suas características Termoelétricas. Adequado para uso em temperaturas abaixo de zero graus.

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura51

Composição: Níquel - Cromo( + ) / Níquel - Alumínio( - ) ;

Faixa de Utilização: -200 a 900°C ;

Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Ocasionalmente podem ser usados abaixo de zero graus. Não devem ser utilizados em atmosfera redutoras ou sulfurosas. Seu uso no vácuo é por curto período de tempo.

Composição: S 90% Platina - 10% Ródio( + ) / Platina( - ) ;

R 87% Platina - 13% Ródio( + ) / Platina( - ) ; Faixa de Utilização: 0 a 1600°C ;

Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser usados abaixo de zero graus, no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Apresenta boa precisão em temperaturas elevadas.

Composição: 70% Platina - 30% Ródio( + ) ;

94% Platina - 06% Ródio( - ) ; Faixa de Utilização: 600 a 1700°C ;

Recomendáveis em atmosferas oxidantes ou inertes. Não devem ser usados abaixo de zero graus, no vácuo, em atmosferas redutoras ou atmosferas com vapores metálicos. Mais adequado para altas temperaturas que os tipos S/R.

Composição: Níquel-Cromo-Silício( + ) / Níquel-Silício( - ) ; Faixa de Utilização: -200 a 1200°C ;

Excelente resistência a oxidação até 1200°C. Curva F.E.M x Temp. similar ao tipo K, porém possui menor potência termoelétrica. Apresenta maior estabilidade e menor drift x tempo.

4.2.2 - Limites de erros dos termopares

Entende-se por erro de um Termopar, o máximo desvio que este pode apresentar em relação a um padrão que é adotado como padrão absoluto.

Este erro pode ser expresso em graus Celsius ou em porcentagem da temperatura medida, adotar sempre o maior.

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura52

Figura 4.1 - Curvas de temperatura X miliVoltagem A nomenclatura dos Termopares segundo a IEC 584 - 2 :

Tipo T: Cobre / Cobre – Níquel ⇒ COBRE X CONSTANTAN Tipo J: Ferro / Cobre – Níquel ⇒ FERRO X CONSTANTAN Tipo E: Níquel - Cromo / Cobre – Níquel ⇒ CHROMEL X CONSTANTAN

Tipo K: Níquel - Cromo / Níquel –Alumínio (alumel) ⇒ CHROMEL X ALUMEL Tipo S: Platina - 10% Ródio / Platina Tipo R: Platina - 13% Ródio / Platina Tipo B: Platina - 30% Ródio / Platina - 6% Ródio Tipo N: Níquel - Cromo - Silício / Níquel – Silício

Alem destas ligas, existem outras cujas simbologias dependem do fabricante do termopar

4.2.3 - Relação temperatura x bitola do fio

Os Termopares têm limites máximos e mínimos de aplicação que são funções das características físicas e termoelétricas dos fios.

Os limites mínimos segundo a ANSI MC 96.1 são -200°C para os tipos T, E e K 0°C para os tipos S e R e 800°C para o tipo B.

Os limites superiores dependem do diâmetro do fio utilizado na construção dos Termopares. Estes limites se aplicam para Termopares convencionais em uso contínuo, com poços ou tubos de proteção com a extremidade fechada; portanto não sendo válida para os Termopares isolação mineral.

4.2.4 - Termopar isolação mineral

O Termopar isolação mineral é constituído de um ou dois pares de fios isolados da bainha metálica por um pó isolante de óxido de magnésio altamente compactado. Devido a esta construção os termoelementos ficam totalmente isolados do meio, resultando portanto numa maior estabilidade da fem e maior vida útil.

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura53

O pequeno volume e alta condutividade térmica do óxido de magnésio promovem uma rápida transferência de calor, superior aos Termopares com montagem convencional.

Os Termopares isolação mineral são disponíveis com diversos tipos de capas metálicas , para garantir sua integridade em qualquer tipo de ambiente corrosivo, qualquer que seja o Termopar. A resistência de isolação entre condutores e bainha é sempre superior a

100MΩ ( a 20° C ) qualquer que seja o diâmetro, em qualquer condição de umidade.

A bainha metálica devidamente aterrada, oferece excelente blindagem contra interferência eletrostáticas ( ruídos ).

4.2.5 - Tipos de Junções

Termopar com junção exposta: Nesse caso a junção quente fica exposta na ponta do sensor, o que proporciona um tempo de resposta extremamente pequeno e uma grande sensibilidade a pequenas alterações de temperatura. Tem como desvantagem uma drástica redução da vida útil, especialmente em ambientes agressivos pois não há nenhuma proteção para a junção.

Termopar com junção aterrada: Neste caso a junção é soldada junto com a bainha, o que proporciona um tempo de resposta intermediário entre a junção exposta e a isolada e fornece uma boa proteção para a junção. Como desvantagem, este tipo é mais suscetível a ruídos.

Termopar com junção isolada: Neste caso a junção é isolada e interna o que proporciona uma boa proteção e imunidade a ruídos, porém há um aumento no tempo de resposta.

Figura 4.12 - Montagem típica

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura54

4.2.6 - Cabos de compensação

Na maioria das aplicações industriais de medição de temperatura, através de termopares o elemento sensor não se encontra junto ao instrumento receptor. Nestas condições torna-se necessário que o instrumento seja ligado ao termopar através de fios que possuam uma curva de força eletromotriz em função da temperatura similar aquela do termopar, a fim de que o instrumento possa ter efetuada a correção da junta de referência.

Cabos e fios de extensão: - São condutores fabricados com as mesmas ligas de fios termopares, portanto apresentam a mesma curva de F.E.M. x Temperatura. Os fios e cabos de extensão apesar de possuírem a mesma liga dos termopares apresentam um custo menor devido a limitações de temperatura que podem ser submetidos, pois sua composição química não é tão homogênea quanto a dos termopares.

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