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Cabos e fios de compensação: - São condutores fabricados com ligas diferentes dos termopares a que se destinam, mas também apresentam mesma curva de F.E.M .x Temperatura dos termopares. Os fios e cabos de compensação são usados principalmente com termopares do tipo nobre (a base de platina), S e R, mas podem também ser utilizados no termopar básico Tipo K.

Os fios e cabos de extensão e de temperatura são recomendados na maioria dos casos para utilização desde a temperatura ambiente até o limite de 200ºC.

4.3 - TERMORESISTÊNCIA

As termoresistências são sensores de temperatura muito utilizados na indústria pois possuem além de ótima precisão uma larga faixa de trabalho e ainda permite ligações a longa distância. O princípio é um filamento bastante delgado de um metal como platina ou níquel cuja resistência varia com a temperatura. As termoresistências mais utilizadas são Pt 100, Pt-1000, Ni-100 e Ni-1000. Desta a que melhor representa a grande maioria das aplicações na industria é sem dúvida a de Platina (Pt-100).

4.3.1 - Termoresistência de Platina (Pt-100)

A termoresistência de platina é a mais usada industrialmente devido a sua grande estabilidade e precisão. Esta termoresistência tem sua curva padronizada conforme norma DIN - IEC 751 - 1985 e tem como características uma resistência de 100 Ω a 0°C.

Convencionou-se chamá-la de Pt - 100, fios de platina com 100 Ω a 0°C.

Sua faixa de trabalho vai de -200 a 650°C, porém a ITS - 90 padronizou seu uso até 962°C aproximadamente. Resistência de Isolação a temperatura Ambiente entre cada terminal e a bainha deve ser de pelo menos 100 MΩ O auto-aquecimento é causado pela corrente que passa pela resistência, oriunda do instrumento de leitura e pode levar a erros que

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura55 comprometam a medição. Para isto deve-se limitar a corrente de excitação do sensor a valores da ordem de 1 a 2 mA.

A elevação da temperatura equivalente ao aumento da dissipação de calor na termoresistência não deve exceder a 0,3 ºC .

4.3.2 - Tipos de montagens

Na montagem convencional com bainha preenchida, tem-se o sensor montado em um tubo metálico com uma extremidade fechada e preenchido todos os espaços com óxido de magnésio, permitindo uma boa troca térmica e protegendo o sensor de choques mecânicos. A ligação do bulbo é feita com fios de cobre, prata ou níquel isolados entre si; sendo a extremidade aberta, selada com resina epoxi, vedando o sensor do ambiente em que vai atuar.

Ainda assim neste tipo de montagem, a termoresistência não apresenta muita resistência mecânica e não dispõe de condições para efetuar curvas, bem como tem limitações relativas ao diâmetro externo e comprimento total.

Figura 4.13 - Termoresistência Convencional com Bainha Preenchida

Para suprir este problema dimensional, foi desenvolvida a termoresistência Isolação Mineral, na qual o bulbo sensor é interligado a um cabo Isolação Mineral com fios de cobre comuns. Este tipo de montagem permite a redução do diâmetro, não limita o comprimento, apresenta rápida velocidade de resposta e dá uma maior flexibilidade permitindo dobras e curvas do cabo que antes era impossível, podendo ser utilizada em locais de difícil acesso.

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura56

Figura 4.14 - Termoresistência Isolação Mineral

4.3.3 - Princípio de medição a 2, 3 e 4 fios

Existem normalmente dois instrumentos principais para determinar a resistência ôhmica das termoresistências, que são pontes de medição ( Ponte de Wheatstone ) e os eletrônicos.

O circuito em ponte é bastante utilizado em laboratórios, devido a sua alta precisão e em alguns sistemas industriais. A ponte de Wheatstone, quando apresenta uma relação de resistência

R1.R3=R2.R4, esta se encontra balanceada ou em equilíbrio e desta forma não circula corrente pelo galvanômetro pois os potenciais nos pontos A e B são idênticos.

Portanto conhecendo-se os valores de R1 e R2, e ajustando a resistência

R3 até que a ponte fique em equilíbrio, tem-se através de R3 o valor de R4 e portanto o valor ôhmico da termoresistência.

se R1 = R2R3 = R4

R4 é a termoresistência, R3 é uma resistência variável para aferição do circuito. A resistência da fiação, representada na figura por RL1 e RL2, tende a aumentar com a distância entre o sensor e o instrumento, a bitola dos fios e a temperatura.

Quando a ponte estiver balanceada (quando não circular corrente pelo galvanômetro) temos:

se R1 = R2 , tem-se:R3 = RL1 + RL2 + R4

Mesmo com a ponte balanceada, o valor da resistência R3 é igual à R4 mais as resistências de fiação RL1 e RL2 que, dependendo de seus valores, podem induzir erros graves na medição de temperatura com termoresistência.

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura57

Figura 4.15 - Circuito de Ligação a 2 Fios

4.3.5 - Ligação a 3 Fios

Este é o método mais utilizado para as termoresistências na indústria. Nesse circuito, a configuração elétrica é um pouco diferente, aproximando a

alimentação do sensor e permitindo que RL1 passe para o outro braço da ponte, balanceando o circuito. Na ligação a 2 fios as resistências de linha estavam em série com o sensor, agora na ligação a 3 fios estão separadas, contribuindo para o equilíbrio do circuito.

como R1 = R2R3 + RL1 = R4 + RL2

Se os fios de ligação forem do mesmo tipo, tiverem o mesmo comprimento, a mesma bitola e estiverem com mesma temperatura, pode-se considerar (RL1 = RL2).

Se, RL1 = RL2R3 = R4

Figura 4.16 Circuito de Ligação a 3 Fios

Instrumentação e Controle Capitulo 04 Sensor de Temperatura58

Notas:

• O terceiro fio atua somente como condutor de compensação, não influenciando nos cálculos de medição de resistência.

• A integridade de medição de uma ligação a 3 fios pode ser mantida somente se a ponte for balanceada. Portanto, uma técnica mais precisa para medição de temperatura com termoresistência é a ligação a 4 fios.

4.3.6 - Ligação a 4 Fios:

A fonte de corrente S alimenta a termoresistência, onde temos uma tensão, media por um voltímetro cuja impedância alta não interfere de forma significativa no comportamento circuito. O fato de utilizar uma fonte de corrente minimiza o erro provocado pela resistência da fiação, pois a mesma tentará manter a corrente constante independente da variação do circuito. Este tipo de medição a 4 fios é pouco usada na indústria, tendo sua maior aplicação em laboratórios e sendo usado em sensores padrões.

Figura 4.17 - Circuito de Ligação a 4 Fios 4.4 - TERMORESISTÊNCIA X TERMOPAR:

Vantagens dos Pt-100:

• Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de sensores;

• Tem características de estabilidade e repetibilidade melhores do que os termopares;

• Com ligação adequada, não existe limitação para distância de operação;

• Dispensa o uso de fios e cabos de extensão e compensação para ligação, sendo necessário somente fios de cobre comuns;

• Se adequadamente protegido, permite a utilização em qualquer ambiente;

• Curva de Resistência x Temperatura mais linear;

• Menos influenciada por ruídos elétricos.

Desvantagens do Pt-100:

• São mais caras do que os sensores utilizados nesta mesma faixa; • Range de temperatura menor do que os termopares;

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