Instrumentação Básica - Temperatura

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Instrumentação e Controle 1
Medição de Temperatura
• Introdução;
• Sensores de temperatura à dilatação;
• Sensores de temperatura à pressão;
• Termopares
• Termômetros de resistência
• Pirômetros de radiação
Instrumentação e Controle 2
Medição de Temperatura
• Introdução
– Conceitos;
– Escalas de temperatura.
Instrumentação e Controle 3
Conceitos
• Temperatura
– é o grau de agitação térmica das moléculas.
• Calor
– é energia em trânsito ou a forma de energia que é
transferida através da fronteira de um sistema em
virtude da diferença de temperatura.
Instrumentação e Controle 4
Conceitos
• Lei zero da termodinâmica
– Dois sistemas em equilíbrio térmico com um
terceiro, estão em equilíbrio térmico ente si.
Instrumentação e Controle 5
Conceitos
• PIROMETRIA - Medição de altas temperaturas, na faixa onde
os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.
• CRIOMETRIA - Medição de baixas temperaturas, ou seja,
aquelas próximas ao zero absoluto de temperatura.
• TERMOMETRIA - Termo mais abrangente que incluiria tanto
a Pirometria, como a Criometria que seriam casos
particulares de medição.
Instrumentação e Controle 6
Transmissão de Calor
• A condução
– é um 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 meios diferentes em
contato físico direto.
Instrumentação e Controle 7
Transmissão de Calor
• A convecção
– é um processo de transporte de energia pela ação combinada
da condução de calor, armazenamento de energia e movimento
da mistura. A convecção é mais importante como mecanismo
de transferência de energia ( calor ) entre uma superfície sólida
e um líquido ou gás.
Instrumentação e Controle 8
Transmissão de Calor
• A convecção Natural ou livre
– Quando o movimento se dá em função
exclusivamente pelo resultado da diferenças de
densidade causadas pelos gradientes de
temperatura.
Instrumentação e Controle 9
Transmissão de Calor
• A convecção Forçada
– Quando o movimento se dá, não
somente em função do resultado
da diferenças de densidade, mas
sim do uso de algum mecanismo
que sirva para ativar a circulação
do fluido (ex. ventilador, moto-
bomba, etc).
Instrumentação e Controle 10
Transmissão de Calor
• A radiação
– é um 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 um vácuo entre eles.
Instrumentação e Controle 11
Escala Termométrica
• Mais usadas:
– Fahrenheit;
– Reaumur
– Celsius;
– Rankine; 
– Kelvin;
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• Fahrenheit
• Escala de temperatura proposta por Gabriel Fahrenheit em 1724.
• Na escala Fahrenheit, o ponto de fusão da água é de 32 graus, e o ponto
de ebulição é de 212 graus.
• Esta escala está atualmente confinada aos países anglo-saxões,
especialmente Estados Unidos. Os demais países anglo-saxões, no
entanto, estão adaptando-se ao uso da escala Celsius.
• Para uso científico, tem uma companheira, a escala de Rankine, que leva
o 0 da escala ao zero absoluto, de forma similar ao que ocorre entre as
escalas Kelvin e Celsius.
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 13
• Réaumur
• é uma escala de temperatura concebida em 1731 pelo físico e inventor 
francês René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) 
• Pontos fixos são o ponto de congelamento da água (zero) e seu ponto de 
ebulição (80 graus).
• Seu símbolo é geralmente °Ré, apesar de °r às vezes ser usado.
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 14
• Celsius
• Homenagem ao astrônomo sueco Anders Celsius (1701–1744).
• Em 1742 a escala de temperatura Celsius foi concebida
• Ponto de congelamento da água corresponde a 0 grau, e o ponto de
evaporação corresponde a 100 graus observados a uma pressão
atmosférica padrão.
• Como existem cem graduações entre esses dois pontos de referência, o
termo original para este sistema foi centígrado (100 partes) ou
centésimos. Em 1948, o nome do sistema foi oficialmente modificado
para Celsius durante a 9° Conferência Geral de Pesos e Medidas, tanto em
reconhecimento a Celsius como para eliminar a confusão causada pelo
conflito de uso do prefixos centi do SI. Portanto, não é conveniente dizer
"graus centígrados" e sim "graus Celsius".
• O símbolo é °C
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 15
• Celsius
• Enquanto que os valores de congelamento e evaporação da água são
aproximadamente corretos, a definição original não é apropriada como
um padrão formal: ela depende da definição de pressão atmosférica
padrão, que por sua vez depende da própria definição de temperatura. A
definição oficial atual de Celsius define 0.01 °C como o ponto triplo da
água, e 1 grau como sendo 1/273.15 da diferença de temperatura entre o
ponto triplo da água e o zero absoluto. Esta definição garante que 1 grau
Celsius representa a mesma diferença de temperatura que 1 Kelvin.
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 16
•Rankine
• É uma homenagem ao engenheiro e físico escocês William John
Macquorn Rankine;
• Escala proposta em 1859.
• Como a escala kelvin, o 0ºR (Rankine) é o zero absoluto, mas as
variações em graus Fahrenheit são utilizadas. Assim, a variação de
um grau R equivale a variação de um grau F.
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 17
• Kelvin
• O kelvin recebeu este nome em honra do físico e engenheiro William
Thomson, que se tornou Lorde Kelvin;
• Em 1954 na 10ª CGPM (resolução 3) foi definida a unidade de
temperatura termodinâmica que recebeu o nome de grau Kelvin e o
símbolo ºK;
• É uma das sete unidades-base do SI.
• É definida por dois fatores: zero kelvin é o zero absoluto (quando param
os movimentos moleculares), e um kelvin é a fração 1/273.15 da
temperatura termodinâmica do ponto triplo da água (0.01°C);
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 18
• Kelvin
• Em 1967 (13ª CGPM, Resolução 3) ficou definido que o kelvin deveria
ser escrito com um k minúsculo (excepto, claro, no princípio das frases) e
não deve ser precedido pelas palavras grau ou graus ou o símbolo °,
como os graus Celsius ou Fahrenheit. Isto acontece porque estas são
escalas de medição, enquanto que o kelvin é uma unidade de medição;
• O "grau" foi removido. Note que o símbolo (não a abreviatura) para o
kelvin é sempre um K maiúsculo e nunca é escrito em itálico.
• Há um espaço entre o número e o K, como em todas as unidades restantes
do SI.
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 19
Escala Termométrica
Co
Fo
K
49
67,491
5
15,273
9
32
5
RéRKFC oooo







Zero 
absoluto
Ponto de 
fusão do gelo
Ponto de ebulição 
da água
0 0
032
212 100 80
0
671,67
491,67
373,15
273,15
-273,15-459,67 -218,52
Ro Réo
absolutas relativas
Instrumentação e Controle 20
IPTS - Escala Internacional Prática de Temperatura
• Na 7a Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1927 com 31 nações
representadas, foi adotada uma escala prática internacional de
temperaturas baseada em fenômenos de mudança de estado físico de
substâncias puras, que ocorrem em condições únicas de temperatura
e pressão. São chamados de pontos fixos de temperatura.
• Exemplos de pontos fixos primários na pressão da atmosfera padrão
de 101325 N/m²:
– Ponto de solidificação do Ouro = 1064,43 oC
– Ponto de ebulição da água = 100,00 oC
Escala Termométrica
Instrumentação e Controle 21
Medição de Temperatura
• Sensores de tempertaura à dilatação
– Termômetros bimetálicos;
– Termômetros de haste de vidro; 
Instrumentação e Controle 22
Termômetro Bimetálico
ti
tf
• Princípio:
Baseia-se no fenômeno da dilatação linear dos metais com a 
temperatura.
Li
Lf
).(.
).(. ..
: temos, e Se
ifiif
ifiifi
ifif
ttLLL
ttLLLtLL
tttLLL





)].(1[ ifif ttLL  
L
Instrumentação e Controle 23
Construção:
O termômetro bimetálico consiste em duas laminas de metais com
coeficientes de dilataçãodiferentes sobrepostas, formando uma só peça.
Variando-se a temperatura do conjunto, observa-se um encurvamento que
é proporcional a temperatura.
Termômetro Bimetálico
16
var
16
107,0
1019




Cx
Cx
o
in
o
latão


Latão = liga de Cobre (67%) e Zinco (33%)
Invar = liga de Ferro (64%) e Níquel (36%)
Instrumentação e Controle 24
Na prática a lamina bimetálica é enrolada em forma de espiral ou hélice, o
que aumenta bastante a sensibilidade.
Termômetro Bimetálico
HÉLICE
Instrumentação e Controle 25
Termômetro Bimetálico
– RECOMENDAÇÕES DE USO:
1. Faixa de especificação: -40 a 535 °C;
2. O latão é útil até aproximadamente 150 °C;
3. Acima de 150 °C, deve-se usar liga de Níquel-Cromo;
4. Calibração por comparação.
Instrumentação e Controle 26
NBR 13881 – Recomendações de fabricação e uso – Terminologia, segurança 
e calibração
Objetivos: Fixa as condições exigíveis do termômetro bimetálico para uso industrial, no que
concerne aos aspectos de terminologia, recomendações gerais dimensionais e construtivas,
especificações de segurança e de utilização e procedimentos de ensaio.
Promover a intercambialidade, estabelecendo uma série de hastes dom dimensões
padronizadas preferenciais, tais como comprimento e diâmetros.
NBR 13881 - Termômetro Bimetálico
Instrumentação e Controle 27
Faixas de indicação 
(Recomendadas):
Para aplicações industriais e 
comerciais: 
•- 30°C a 70°C
• 0°C a 60°C
• 0°C a 100°C
• 0°C a 160°C
• 0°C a 250°C
• 0°C a 400°C
Para laboratório, 
termômetros 
frigoríficos e de 
bolso: 
•- 50°C a 50°C
• 0°C a 60°C
• 0°C a 100°C
• 0°C a 160°C
• 0°C a 250°C
• 0°C a 400°C
NBR 13881 - Termômetro Bimetálico
Instrumentação e Controle 28
Calibração:
Conceito de exatidão: grau de concordância verificada na comparação de indicadores de temperatura
entre o valor observado no instrumento e um valor aceito como verdadeiro. Considera-se o erro máximo
admissível aquele resultado desta comparação, expresso em porcentagem da faixa de indicação do
instrumento. O erro de exatidão inclui histerese e repetibilidade, mas não o erro causado por atrito ou
paralaxe.
Procedimento: do começo ao fim da calibração, a temperatura do banho deverá ser medida usando-se
um padrão de referência calibrado com uma exatidão quatro vezes melhor que o termômetro a ser
calibrado. Imergir a haste do termômetro até a profundidade recomendada pelo fabricante. Antes de
iniciar a calibração efetuar um pré-ciclo de imersão da haste em banhos quente e frio com
temperaturas perto dos valores máximo e mínimo da faixa nominal. As leituras devem ser tomadas
aproximadamente a :
a) 10% da faixa de indicação
b) 50% da faixa de indicação
c)100% da faixa nominal de indicação
de forma crescente e decrescente em pelo menos dois ciclos de ensaios para verificação de histerese e
repetibilidade. O termômetro pode ser levemente batido antes de cada leitura, de modo a minimizar os
erros de atrito.
NBR 13881 - Termômetro Bimetálico
Instrumentação e Controle 29
Termômetro Bimetálico
Temp range -35.0 to 200.0°C
Display accuracy ± 0.025°C
Stability ± 0.01°C
Display resolution 0.1, 0.01 °C
$7320.00 (USD)
Temp range 35 to 375°C
Accuracy
±0.25°C at 100°C;
±0.5°C at 375°C
Stability
±0.1°C at 100°C;
±0.3°C at 375°C
$1720.00 (USD)
– Calibradores:
1. Bloco seco;
2. Banho Maria.
Instrumentação e Controle 30
Termômetro Bimetálico
Caixa:
Caixa e anel de engate tipo baioneta em aço inoxidável AISI-304.
Acabamento polido. Diâmetros nominais de 66mm e 114mm para
o modelo BIA-IN; e 114mm somente para os modelos BIR-IN e
BIE-IN. Opcionalmente versão cheia de silicone (somente nos
modelos BIA-IN e BIE-IN no diâmetro 114mm). Grau de
proteção IP 65;
Mostrador: Alumínio, fundo branco e marcação preta;
Ponteiro:Alumínio, balanceado, com ajuste tipo fricção;
Precisão: 1%;
Sistema sensor: Bimetal helicoidal;
Montagem: Local;
Instrumentação e Controle 31
Termômetro Bimetálico
Conexão de processo:
Fixa 1/2" NPT ou BSP, ou deslizante 1/2" ou 3/4" NPT 
ou BSP;
Faixas de temperatura:
Desde -50°C até 500°C (veja seleção de escalas);
Aplicações:
Medição de temperatura local em processos químicos,
petroquímicos, alimentícios, usinas geradoras de
energia, papel e celulose e indústrias em geral, que
trabalhem em condições de agressividade do ambiente
e/ou do fluido de processo compatíveis ao aço
inoxidável.
Instrumentação e Controle 32
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 33
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO:
• Os termômetros de dilatação de líquidos, baseiam-
se na lei de expansão volumétrica de um líquido
com a temperatura dentro de um recipiente fechado.
Vt = Vo.[ 1 +1.(t) + 2.(t)2 + 3.(t)3 ]
Termômetro por Dilatação/Expansão
Vt = Vo.[ 1 +1.(t) ]
β1, β2, e β3 = coeficiente de expansão do líquido
Instrumentação e Controle 34
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO
• Construção:
– É formado por um bulbo de vidro ligado a um tubo capilar, também de vidro, 
de seção uniforme e fechado na parte superior. O bulbo e parte do capilar 
são preenchidos por um líquido sendo que na parte superior do capilar 
existe uma câmara de expansão para proteger o termômetro no caso da 
temperatura exceder o seu limite máximo. 
– Sua escala é linear e normalmente fixada no tubo capilar no invólucro 
metálico.
– Nos termômetros industriais, o bulbo de vidro é protegido por um poço 
metálico e o tubo capilar pelo invólucro metálico.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 35
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE
DE VIDRO
• Os líquidos mais usados são:
1. Mercúrio;
2. Álcool;
3. Tolueno;
4. Acetona.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Líquido Ponto de Solidificação Ponto de ebulição Faixa de Utilização
Mercúrio -39 °C 357 °C -38 a 550 °C
Álcool etílico -115 °C 78 °C -100 a 70 °C
Tolueno -92 °C 110 °C -80 a 100 °C
Obs.: Para o caso do mercúrio, cuja faixa normal é de - 38 a
350ºC, pode-se elevar este limite até 550ºC mediante
emprego de vidro adequado e injeção de um gás inerte sob
pressão, pois isto faz com que se evite a vaporização do
mercúrio.
Instrumentação e Controle 36
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO
• Utilização dos termômetros de vidro industrial
– Um medidor barato; 
– Indicação de temperatura de pequena flutuação;
– leitura da temperatura no próprio local não se constitui problema;
– Precisão baixa
– Resposta rápida não se fizerem necessárias.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 37
– RECOMENDAÇÕES NA INSTALAÇÃO DE TERMÔMETRO A
DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO :
1. Não utilizar nos pontos em que haja mudanças bruscas de
temperatura, pois poderia trincar o capilar de vidro;
2. Para evitar erros devido a temperatura ambiente, o bulbo deverá
estar completamente imerso;
3. Instalar o bulbo dentro de um poço metálico para proteção
mecânica, resistência à corrosão e permitir retirada em
operação;
4. O bulbo do termômetro deve ser instalado na mesma direção e
sentido oposto ao do fluxo, a fim de que a vazão média do fluido
seja suficiente para dar uma rápida transferência de calor.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 38
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO :
Termômetro por Dilatação/Expansão
Características:
Capela: Alumínio laminado.
Faixas: Desde -40 até 600ºC.
Líquido: Éter vermelho ou mercúrio.
Haste: Aço inoxidável AISI 304.
Ligação: Vertical ou angular. 
Precisão: 1% F.E.
Números: Pretos em baixo relevo.
Vidro: Opalino.
Conexões: Industriais e sanitárias. 
Instrumentação e Controle 39
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE DE VIDRO :
Termômetro por Dilatação/Expansão
Como especificar:
Instrumentação e Controle 40
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO
• Os líquidos mais usados são:
– Mercúrio;– Tolueno;
– Álcool.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 41
– TERMÔMETRO A DILATAÇÃO DE LÍQUIDO EM RECIPIENTE METÁLICO
• Elemento de Medição (Sensor):
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 42
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
• A Lei de Gay-Lussac:
– “A pressão de um gás é proporcional à temperatura, mantendo-se 
constante o volume do gás”.
n
n
T
P
T
P
T
P

2
2
1
1
Termômetro por Dilatação/Expansão
gás do absoluta pressão P ; ... ;P ;P
gás do absoluta ra temperatu ; ... ; ;
21
21


n
nTTT
Obs.: Pressão e temperatura são linearmente dependentes, sendo o volume constante.
O erro introduzido pelo fato do gás não ser ideal é desprezível.
Instrumentação e Controle 43
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
• Construção:
– “Sua construção é praticamente idêntica à dos termômetros de
líquido com capilares metálicos, porém o bulbo é geralmente
grande, a fim de obter maior força”.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Bulbo e capilar: aço, aço inoxidável, cobre, latão e monel.
Elemento de medição: cobre berílio, bronze fosforoso e aço inoxidável.
Instrumentação e Controle 44
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
• Construção - Tipos de gás de enchimento
– Utilizam-se normalmente Nitrogênio, Hélio, Neônio ou Dióxido de 
Carbono (CO2). Porém, por ser inerte e mais barato, o Nitrogênio é 
o gás mais utilizado. 
– A faixa de medição varia de acordo com o gás de enchimento:
» O limite inferior determinado pela temperatura crítica do gás;
» O limite superior pelo tipo de capilar.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Gás de enchimento Temp. Crítica Faixa de Utilização
Nitrogênio -147,1 °C -130 a 550 °C
Hélio -267,8 °C -260 a 550 °C
Dióxido de Carbono 31,1 °C 30 a 550 °C
Instrumentação e Controle 45
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
• Construção - Sistema de compensação da temperatura ambiente.
– Devido ao grande volume do bulbo, a relação entre o seu volume e a do 
capilar é considerável, sendo então as variações de pressão com a 
temperatura desprezíveis.
– Por isso não é necessário efetuarmos a compensação total. Porém a 
compensação na caixa às vezes se faz necessária; quando isto ocorre, é 
feita por um bimetal fixada na espiral e o instrumento é denominado de 
classe ΙΙΙ.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 46
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
• Utilização de termômetro à pressão de gás
– É ainda utilizado nas indústrias para indicação, registro e controle, pois
permite leituras remotas e por apresentar um tempo de resposta
pequeno;
– É o sistema mecânico de medição de temperatura que apresenta
resposta mais rápida.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 47
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS
– Recomendações:
1) Instalar o bulbo dentro de um poço protetor para permitir
manutenção com o processo em operação;
2) Não dobrar o capilar com curvatura acentuada para que não se
formem restrições que prejudicariam o movimento do gás no seu
interior, causando falha no funcionamento do termômetro.
3) Instalar o bulbo de modo que o comprimento máximo do capilar
seja de até 30m;
4) Quando usar poço protetor, preencher o espaço entre o bulbo e o
poço com glicerina, óleo, etc., a fim de reduzir o atraso na
resposta.
Termômetro por Dilatação/Expansão
Instrumentação e Controle 48
– TERMÔMETRO A PRESSÃO DE GÁS Modelo TMS-P (Willy)
Termômetro por Dilatação/Expansão
Caixa:
Caixa frente aberta tipo torre em fenol preto
com anel de expansão em inox. Diâmetro
nominal de 114mm.
Mostrador:
Alumínio, fundo branco e marcação preta.
Ponteiro:
Alumínio, balanceado, com ajuste tipo fricção.
Opcionalmente equipado com ponteiro de
máxima (XEP).
Sistema sensor:
Sistema fechado composto de tubo Bourdon ligado
por meio de tubo capilar a um bulbo cheio de
gás inerte.
Movimento:
Em aço inoxidável.
Conexão de processo:
Sempre do mesmo material da haste. Ajustável na 
haste ou no capilar com roscas de 1/2" ou 3/4" 
NPT ou BSP, macho ou fêmea.
Faixas de temperatura:
Desde -60°C até 600°C para hastes de aço inox, 
-60°C até 150°C para hastes de latão.
Precisão:
1%.
Limite de temperatura ambiente:
Leitura imune à variação de temperatura ambiente 
na faixa de 7°C até 65°C.
Instrumentação e Controle 49
Termopar
• Definição;
• Efeitos termoelétricos;
• Leis básicas;
• Tipos de termopares;
• Código de cores;
• Associação de termopares;
• Recomendações;
Instrumentação e Controle 50
Definição
O elemento termopar consiste em dois condutores metálicos, de
natureza distintas, na forma de metais puros ou de ligas homogêneas.
Os fios são soldados em um 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 eletromotriz ), fechando um circuito elétrico 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.
Instrumentação e Controle 51
Efeitos termoelétricos
– Efeito Seebeck
O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821
por T. J. Seebeck, quando ele notou que em um circuito
fechado formado por dois condutores metálicos e
distintos A e B, quando submetidos a um diferencial de
temperatura entre as suas junções, ocorre uma
circulação de corrente elétrica ( i ).
Instrumentação e Controle 52
Efeitos termoelétricos
– Efeito Seebeck
A existência de uma força eletro-motriz (F.E.M.) térmica no circuito é
conhecida como Efeito Seebeck, e este se produz pelo fato de que a
densidade de elétrons livres num metal, difere de um condutor para
outro e depende da temperatura. Quando este circuito é
interrompido, a tensão do circuito aberto (Tensão de Seebeck )
torna-se uma função das temperaturas das junções e da
composição dos dois metais.
Instrumentação e Controle 53
Termopar: Leis Básicas
1. Lei do circuito homogêneo:
a) A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoelétrico de dois metais
diferentes, com suas junções às temperaturas T1 e T2, é independente do
gradiente de temperatura e de sua distribuição ao longo dos fios. Em outras
palavras, A f.e.m. medida depende única e exclusivamente da composição
química dos dois metais e das temperaturas existentes nas junções;
b) As temperaturas intermediárias não alteram a f.e.m.
T3T1 T2
A (-)
B (+)
T4
Um exemplo de aplicação prática desta lei é que
podemos ter uma grande variação de temperatura
em um 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.
Instrumentação e Controle 54
Termopar: Leis Básicas
2. Lei dos condutores intermediários:
A soma algébrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um número
qualquer de metais diferentes é zero, se todo o circuito estiver a mesma
temperatura.
Um circuito termoelétrico, 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.
T1 T2
T3 T4
T5 T6 A (-)
B (+)
C (+)
D (-)
Um exemplo prático da aplicação desta lei, é a
compensação ou correção da temperatura ambiente
pelo instrumento receptor de milivoltagem.
Instrumentação e Controle 55
Termopar: Leis Básicas
T1 T2
T3 T4
A (-)
B (+)C (-)
2143
2143
02431
EETT
EETT
EEEE



2. Lei dos condutores intermediários:
Um exemplo de aplicação prática desta lei é a utilização de contatos de latão ou cobre,
para interligação do termopar ao cabo de extensão no cabeçote.
Instrumentação e Controle 56
3. Lei das temperaturas intermediárias
" A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e
diferentes entre si, com as suas junções as temperaturas T1 e T3 respectivamente,é a
soma algébrica da f.e.m. deste circuito, com as junções as temperaturas T1 e T2 e
a f.e.m. deste mesmo circuito com as junções as temperaturas T2 e T3”.
Um exemplo prático da aplicação desta lei, é a compensação ou correção da
temperatura ambiente pelo instrumento receptor de milivoltagem.
570.0960.0530.1)(
735.20530.1265.22)(
305.21960.0265.22)(
24383
385382
245381



EEmVE
EEmVE
EEmVE
305.2157.0735.20)()()( 321  mVEmVEmVE
Exemplo com termopar tipo “K”:
Termopar: Leis Básicas
Instrumentação e Controle 57
3. Lei das temperaturas intermediárias
433
322
211
)(
)(
)(
TT
TT
TT
EEmVE
EEmVE
EEmVE



T1 T4
T2 T3
A (-)
B (+)
T1 T2mV=E1
A (-)
B (+)
T2 T3mV=E2
A (-)
B (+)
T3 T4mV=E3
A (-)
B (+) 321
)( EEEmVE 
Termopar: Leis Básicas
Instrumentação e Controle 58
Correção da junta de referência:
538 °C 24 °C
A (-)
B (+)
960.00960.0)(
305.21960.0265.22)(
0242
245381


EEmVE
EEmVE
0 °C
A (-)
B (+)
538 C
A (-)
B (+)
24 °C
Compensação da Temperatura Ambiente ( Tr ) pelo instrumento
Termopar: Leis Básicas
Instrumentação e Controle 59
Termopar
Cabo de Extensão e Cabo de Compensação:
• Chama-se de fios ou cabos de extensão aqueles fabricados com as
mesmas ligas dos termopares a que se destinam. Exemplo: Tipo TX, JX,
EX e KX.
• Chama-se de fios ou cabos de compensação aqueles fabricados com
ligas diferentes das dos termopares a que se destinam, porém que
forneçam, na faixa de utilização recomendada, uma curva da força
eletromotriz em função da temperatura equivalente à desses termopares.
Exemplo : Tipo SX e BX.
Instrumentação e Controle 60
Tipos de Termopares
- Termopares Básicos
– Maior uso industrial;
– Custo relativamente baixo;
– Admite um limite de erro maior.
- Termopares Nobres
– Constituídos de platina;
– Custo elevado;
– Exijem instrumentos receptores de alta sensibilidade.
- Termopares Especiais
• Atender a problema específicos
Instrumentação e Controle 61
Termopar Básico
• Nomenclaturas: T - Adotado pela Norma ANSI
• Cu - Co
• Cobre - Constantan
• Liga: ( + ) Cobre - ( 99,9 % )
• ( - ) Constantan - São as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo
entre Cu ( 50 % ) e Cu ( 65 % ) Ni ( 35 % ). A composição mais utilizada para
este tipo de termopar é de Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ).
• Características:
• Faixa de utilização: - 200 °C a 370 °C
• F.e.m. produzida: - 5,603 mVMa 19,027 mV
• Aplicações: Criometria ( baixas temperaturas ), Indústrias de refrigeração,
Pesquisas agronômicas e ambientais, Química e Petroquímica.
Instrumentação e Controle 62
Termopar Básico
• Nomenclaturas: J - Adotada pela Norma ANSI
• Fe-Co
• Ferro - Constantan
• Liga: ( + ) Ferro - ( 99,5 % )
• ( - ) Constantan - Cu ( 58 % ) e Ni ( 42 % ), normalmente se produz o
ferro a partir de sua característica casa-se o constantan adequado.
• Características:
• Faixa de utilização: -40 °C a 760 °C
• f.e.m. produzida: - 1,960 mV a 42,922 mV
• Aplicações: Centrais de energia, Metalúrgica, Química, Petroquímica,
indústrias em geral.
Instrumentação e Controle 63
Termopar Básico
• Nomenclaturas: K - Adotada pela Norma ANSI
• Liga: ( + ) Chromel - Ni ( 90 % ) e Cr ( 10 % )
• ( - ) Alumel - Ni( 95,4 % ), Mn( 1,8 % ), Si( 1,6 % ), Al( 1,2 % )
• Características:
• Faixa de utilização: - 200 °C a 1260 °C
• f.e.m. produzida: - 5,891 mV a 50,99 mV
• Aplicações: Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal,
Vidros, Cerâmica, Indústrias em geral.
Instrumentação e Controle 64
A relação entre a temperatura da junção e a tensão de saída varia 
para diferentes tipos de termopares.
Curvas caracteríticas
Instrumentação e Controle 65
Código de Cores de Termopares
Instrumentação e Controle 66
Código de Cores de cabo
Instrumentação e Controle 67
Código de Cores de cabo
Instrumentação e Controle 68
Associação de Termopares
1. Série:
Maior sensibilidade.
T1 T2 T3
E1- E2 E3+ - + - +
E = E1+E2+E3
- +
Instrumentação e Controle 69
Associação de Termopares
2. Oposição ou diferencial:
a) Usada para medir diferença de temperatura entre dois pontos;
b) Manter duas temperaturas iguais ou com diferencial constante.
T1 T2
E1- E2+ -+
E = E1-E2
- +
Instrumentação e Controle 70
Associação de Termopares
3. Paralelo:
a) Medir a temperatura média.
T1 T3
E1- E2 E3+ - + - +
E = (E1+E2+E3)/3
-
+
Instrumentação e Controle 71
Recomenda-se também uma distância mínima de 100mm do cabeçote à parede do
processo, para nunca exceder a temperatura máxima de utilização dos fios e cabos de
extensão e compensação.
Deve-se instalar os poços e tubos de proteção em locais onde o fluido a ser medido esteja
em constante movimento, pois zonas sem fluxo não indicam a temperatura real do
processo além de dar um atraso na resposta.
Em processos com temperaturas elevadas, deve-se em alguns casos montar o poço na
posição vertical, em cotovelo ou em ângulo para se conseguir um comprimento de
inserção mínimo e uma boa resistência mecânica.
Recomendações para instalação
Instrumentação e Controle 72
• Para a perfeita instalação e uso, deve-se atentar com vários detalhes de
montagem como por exemplo o comprimento de inserção:
• O comprimento da proteção e do sensor deve ser de tal forma que
acomode a junção de medição bem no meio do ambiente em que
se deseja medir a temperatura;
• Um comprimento de inserção mínimo recomendado por norma é
de no mínimo 10(dez) vezes o diâmetro externo da proteção
(bainha, tubo ou poço), para minimizar os erros causados pela
condução de calor ao longo da proteção.
Recomendações para instalação
Instrumentação e Controle 73
• A escolha de um termopar para uma determinada aplicação
deve ser feita considerando-se todas as características e
normas exigidas pelo processo, como:
• Faixa de Temperatura;
• Precisão;
• Estabilidade;
• Repetibilidade;
• Condições de Trabalho;
• Velocidade de Resposta;
• Potência Termoelétrica;
• Custo.
Recomendações para seleção
Instrumentação e Controle 74
Termopar
Erros de Ligação: Usando fio de cobre
Instrumentação e Controle 75
Termopar
Erros de Ligação: Usando fio de cobre (correção)
Instrumentação e Controle 76
Termopar
Erros de Ligação: Simples Inversão
Instrumentação e Controle 77
Termopar
Erros de Ligação: Dupla Inversão
Instrumentação e Controle 78
As termoresistências ou bulbos de resistência ou
termômetros de resistência ou RTD, são sensores
que se baseiam no princípio da variação da
resistência ôhmica em função da temperatura.
Elas aumentam a resistência com o aumento da
temperatura.
Seu elemento sensor consiste de uma resistência
em forma de fio de platina de alta pureza, de níquel
ou de cobre (menos usado) encapsulado num bulbo
de cerâmica ou vidro.
Entre esses materiais, o mais utilizado é a platina
pois apresenta uma ampla escala de temperatura,
uma alta resistividade permitindo assim uma maior
sensibilidade, um alto coeficiente de variação de
resistência com a temperatura, uma boa linearidade
resistência x temperatura e também ter rigidez e
ductibilidade para ser transformada em fios finos,
além de ser obtida em forma puríssima.
Termoresistência
Instrumentação e Controle 79
Termoresistência de Platina
A termoressitência de platina é a mais usada industrialmente devido a
sua grande estabilidade e precisão.
Convencionou-se chamá-la de Pt-100, (fios de platina com 100 a 
0ºC).
Sua faixa de trabalho vai de -200 a 650ºC, porém a ITS-90 
padronizou seu uso até 962ºC aproximadamente. 
Aplicações típicas:
•Processos industriais
•Plantas 
•Aquecedores dágua (Boilers) 
•Sistemas de aquecimento 
•Sistemas de ar condicionado
•Sistemas de ventilação 
•Fogões
Termoresistência
Instrumentação e Controle 80
Termoresistência
Características
– Alto coeficiente de variação de resistência com a temperatura.
– Rigidez e ductilidade para ser transformado em fios finos.
Para faixa de -200 a 0 oC:
Rt = R0 . [ 1+ A. T + B .T
2 + C . T3 . ( T – 100 ) ]
Para faixa de 0 a 850 oC:
Rt = R0 . [ 1+ A. T + B . T
2 ]
Instrumentação e Controle 81
Termoresistência
Instrumentação e Controle 82
Termoresistência
• Vantagens:
1. Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que os outros tipos de
sensores;
2. Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação;
3. Dispensa utilização de fiação especial para ligação;
4. Se adequadamente protegido ( poços e tubos de proteção ), permite utilização
em qualquer ambiente;
5. Tem características de estabilidade e repetibilidade melhores do que os 
termopares;
6. Curva de Resistência x Temperatura mais linear;
7. Menos influenciada por ruídos elétricos.
Instrumentação e Controle 83
Termoresistência
• Desvantagens:
1. São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa;
2. Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua temperatura máxima de
utilização;
3. Range de Temperatura menor que os termopares (máxima de utilização 630 °C);
4. É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura equilibrada para
indicar corretamente;
5. Alto tempo de resposta mais alto que os termopares;
6. Mais frágil mecanicamente;
7. Autoaquecimento, exigindo instrumentação sofisticada.
Instrumentação e Controle 84
Ponte de Wheatstone
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.
R1 . R3 = R2 . R4
Termoresistência
Instrumentação e Controle 85
Termoresistência
• Ligação a dois fios:
Instrumentação e Controle 86
Termoresistência
• Ligação a três fios:
R3.R1R1.R4
R1.RL1R3.R1R1RL1R1.R4
: temosRL2,RL1 e R2R1 Supondo
RL1.R1R3.R1R2.RL2R2.R4 
2
1
13
24






R
R
RLR
RLR
PT100=R4=R3
Instrumentação e Controle 87
Termoresistência
• Recomendações para instalação de termoresistências
• Utilizar fios de mesma bitolas para interligar a termorresistência;
• Em locais sujeitos a vibração, deve-se usar sensor com isolação
mineral;
• O sensor deve ficar imerso completamente no processo;
• Deve-se evitar choques mecânicos.