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Instrumentação Industrial
Capítulo 001 - Introdução
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 001 - Introdução
Histórico
• Os processos industriais exigem sistemas de controle na 
fabricação de seus produtos.
• Estes processos são muito variados e abrangem muitos tipos 
de produtos como, por exemplo:
– A fabricação dos derivados do petróleo;
– Os produtos alimentícios;
– A indústria de papel e celulose;
– Indústria automobilística, entre outros.
Histórico
• No princípio da era industrial, o operário atingia os objetivos 
citados através do controle manual destas variáveis utilizando 
somente instrumentos simples:
– Manômetros;
– Termômetros; e
– Válvulas manuais.
• Somente isto era suficiente porque os processos eram simples.
Histórico
• Com o passar do tempo, os processos foram se sofisticando e 
exigindo a automação cada vez maior dos instrumentos de 
medição e controle. 
• Os operadores foram liberados de sua atuação física direta no 
processo e, ao mesmo tempo, ocorreu um movimento de 
centralização do monitoramento das variáveis em uma única 
sala.
• Devido à centralização das variáveis do processo, podemos 
fabricar produtos que seriam impossíveis através do controle 
manual.
Histórico – O que se pode medir?
• Em todos estes processos é absolutamente necessário controlar 
e manter constantes algumas variáveis, tais como:
– Pressão
– Vazão
– Temperatura
– Nível
– pH
– Condutividade
– Velocidade
– Umidade etc.
Histórico – Quais vantagens?
• Os instrumentos de medição e controle são os elementos que 
permitem manter controladas as variáveis do processo com os 
objetivos de:
– melhorar a qualidade do produto;
– aumentar em quantidade produzida;
– manter a segurança; e
– melhorar do meio ambiente.
Histórico – O que evoluiu?
• Para atingir os níveis que estamos hoje, os sistemas de 
controle sofreram grandes transformações tecnológicas 
passando do controle manual para:
– controle mecânico e hidráulico;
– controle pneumático;
– o controle elétrico;
– o controle eletrônico; e
– o controle digital.
Histórico – Tipos de Processos
• Os processos industriais podem dividir-se em dois tipos
– processos contínuos
– processos descontínuos. 
• Em ambos, devem-se manter as variáveis próximas aos valores 
desejados.
• O sistema de controle que permite fazer isto compara o valor
de uma variável qualquer do processo com um valor desejado
para ela naquele momento e toma uma atitude de correção de
acordo com o desvio encontrado, sem a intervenção do
operador.
Malhas de Controle
• Para fazer esta comparação e, consequentemente, a correção, é 
necessário que o sistema de controle possua:
– uma unidade de medição;
– uma unidade de controle; e
– um elemento final de controle no processo.
• Este conjunto de unidades forma uma malha de controle.
• A malha de controle pode ser aberta ou fechada.
Malhas de Controle
Malha Aberta
• Controlador de malha aberta consiste basicamente em um
sistema que não possui realimentação.
• O controle em malha aberta consiste em aplicar um sinal de
controle na entrada de um sistema, esperando-se que na saída a
variável controlada consiga atingir um determinado valor ou
apresente um determinado comportamento desejado.
Malha Aberta
• Nesse tipo de sistema de controle não observamos a evolução
do processo para determinar o sinal de controle.
• A entrada não depende da saída, na verdade espera-se que na
saída tenhamos o sinal desejado sem que possamos tirar
informações dela para modificarmos a entrada.
• O problema de um sistema de controle desse tipo é que só
teremos a saída desejada se não ocorrerem perturbações tanto
de ordem externa como internas (modificação dos parâmetros),
pois o controlador atuará como se não tivesse ocorrido
qualquer perturbação e a resposta não terá valor para as novas
características do sistema.
Malha Aberta
• Também chamado de controle retroativo (realimentação ou
feedback) - necessita de informações da saída do controlador
através de elementos sensores ou transdutores, compara o sinal
da saída com o set-point (referência) e corrige a saída caso a
mesma esteja desviando-se dos parâmetros programados.
Malha Fechada
• No controle em malha fechada as informações sobre como a
saída de controle está evoluindo são utilizadas para determinar
o sinal de controle que deve ser aplicado ao processo em um
instante específico.
• Isto é feito a partir de uma realimentação da saída para a
entrada.
Malha Fechada
• Em resumo, a utilização da realimentação e, portanto, do
controle em malha fechada, permite diversas vantagens.
– aumentar a precisão do sistema;
– rejeitar o efeito de perturbações externas;
– melhorar a dinâmica do sistema;
– estabilizar um sistema naturalmente instável em malha
aberta.
– diminuir a sensibilidade do sistema a variações dos
parâmetros do processo
• A utilização de sensores e transdutores nos dias de hoje
tornam-se cada vez mais frequente em processos de
automação.
• Com o avanço da tecnologia em grande escala tem-se:
– novos equipamentos;
– novos métodos;
– aumento do número de tipos e aplicações desses equipamentos
Malha Fechada
Malha Aberta x Malha Fechada
• Exercício: para cada sistema determine se o mesmo tem 
controle em malha aberta ou fechada.
– Sistema de portão eletrônico
– Sistema de mistura de insumos para produção de suco
– Sistema de refrigeração de uma sala de controle
– Sistema de aquecimento do forno microondas
– Sistema de uma máquina de lavagem de roupa
– Sistema de controle de semáforos
– Sistema de controle de tráfego aéreo
– Sistema de liquidificador ou mixer
– Sistema de refrigeração domiciliar (geladeira)
Sensores x Transdutores
• SENSOR é geralmente definido como um dispositivo que recebe e
responde a um estímulo ou um sinal (luminoso, térmico, pressão, etc.).
Porém, os sensores artificiais são aqueles que respondem com sinal elétrico
a um estímulo ou um sinal.
• TRANSDUTOR é um dispositivo que converte um tipo de energia em
outra não necessariamente em um sinal elétrico. Muitas vezes um
transdutor é composto de um sensor e uma parte que converte a energia
resultante em um sinal elétrico.
• Uma definição mais restrita (e bastante utilizada) é de que transdutor é um
dispositivo que transforma um tipo de energia em outro, utilizando para
isso um elemento sensor. Por exemplo, o sensor pode traduzir informação
não elétrica (velocidade, posição, temperatura, pH) em informação elétrica
(corrente, tensão, resistência).
Sensores x Transdutores
Exemplos
• Transdutoes
– Alto-falante: energia elétrica em onda sonora
– Antena: energia eletromagnética guiada em irradiada
– Cápsula fonocaptora: vibração mecânica em impulso elétrico
– Célula fotoeléctrica: energia luminosa em energia elétrica
– Dínamo: energia mecânica em elétrica
– Lâmpada: energia elétrica em luminosa.
– Microfone: onda sonora em energia elétrica.
– Motores: energia mecânica em elétrica
– Strain gauge: deformação em resistência elétrica
• Sensores
– Vazão
– Pressão
– Temperatura
– Velocidade
– Nível
– Proximidade
– Químicos
Sensoriamento
• O Sensoriamento consiste em uma técnica para obter informações sobre
objetos através de dados coletados por instrumentos que não estejam em
contato físico ou não com os objetos investigados.
• Podem ser dos tipos:
– Discretos
– Absolutos
Sensores Discretos
• Esses sensores podem assumir apenas dois valores no seu sinal de saída ao
longo do tempo, que podem ser interpretados como zero ou um.
• Não existem naturalmente grandezas físicas que assumam esses valores,
mas eles são assim mostrados ao sistema de controle após serem
convertidos pelo circuito eletrônico do transdutor.
• Podemtambém serem chamados de sensores digitais ou binários.
• Exemplos:
– Chaves de contato; 
– Encoders; 
– Sensores Indutivos; 
– Sensores Capacitivos;
– Sensores Ópticos
Sensores Discretos
• A saída do dispositivo discreto assume valores “0” ou “1” lógicos.
• Este tipo de sensor só é capaz de indicar se uma grandeza física atingiu um
valor pré-determinado.
Sensores Absolutos
• Esses sensores podem assumir qualquer valor no seu sinal de saída ao
longo do tempo, desde que esteja dentro de sua faixa de operação, algumas
grandezas físicas também podem apresentar um comportamento analógico.
• Exemplos:
– Pressão
– Temperatura
– Carga
– Vazão
– Peso
– Volume
– Fluxo
Sensores Absolutos
• O sensor ou transdutor possui saída contínua, nesse caso a saída destes é
quase uma réplica da grandeza física de entrada, estes instrumentos
também podem ser chamados de sensores analógicos.
Instrumentação Industrial
Capítulo 002– Terminologia I
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 002 – Terminologia I
• Terminologia
– Sistema de Unidades
– Exatidão e Precisão
– Range e Span
– Erro, Zona Morta e Histerese
– Sensibilidade
– Velocidade de Resposta
– Estabilidade
– Resolução
– Linearidade
SISTEMA DE UNIDADES
• Conjunto das unidades de base e unidades derivadas, definido de
acordo com regras específicas, para um dado sistema de grandezas.
• MKS (Metro, Kilograma, Segundo) – Sistema Internacional
– Unidades fundamentais:
– Comprimento: metro (m)
– Massa: quilograma (kg)
– Tempo: segundo (s)
• - Unidades derivadas:
– Velocidade: m/s
– Aceleração: m/s2
– Gravidade normal: 9,81 m/s2
– Força: kg.m/s2
– Trabalho: N.m (Joule)
– Potência: J/s (Watt)
– Pressão: N/m2 (Pascal)
EXATIDÃO DE MEDIÇÃO
• Grau de concordância entre o resultado de uma
medição e um valor verdadeiro do mensurando.
• Em outras palavras, é a aptidão de um instrumento de
medição para dar respostas próximas a um valor
verdadeiro convencional.
• A exatidão é um conceito qualitativo e normalmente é
dada como um percentual do fundo de escala do
instrumento.
• Fundo de Escala é a máxima deflexão do ponteiro,
ou valor máximo que pode ser mostrado num
mostrador digital, correspondendo ao maior valor que
o equipamento de medição pode mostrar.
EXATIDÃO DE MEDIÇÃO
• Exemplo: Um voltímetro com fundo de escala 10V e 
exatidão ± 1% do fundo de escala. 
• Neste caso o erro máximo esperado é de 0,1V. Isto 
quer dizer que o instrumento mede 1V, o possível 
erro é de 10% deste valor. 
• Por esta razão é uma regra importante escolher 
instrumentos com uma faixa apropriada para os 
valores a serem medidos.
REPETITIVIDADE (PRECISÃO)
• É o desvio porcentual máximo com o qual uma mesma
medição é indicada, tomando-se todas as condições como
exatamente reproduzidas de uma medida para outra.
• É geralmente expressa-se em porcentagem do span.
• Um aparelho preciso não implica que seja exato. 
• Uma baixa exatidão em instrumentos precisos decorre 
normalmente de um desvio ou tendência (bias) nas 
medidas, o que poderá ser corrigido por uma nova 
calibração.
REPETITIVIDADE (PRECISÃO)
• Um instrumento apresenta um SPAN de 1000 L/ min, 
• A precisão de tal instrumento é dada por ± 0,1% do span
• Neste caso, a precisão corresponde a ± 1 L/min
• Se uma dada vazão real na primeira passagem ascendente 
for 750 L/min e o instrumento indicar 742 L/min, numa 
segunda passagem ascendente com vazão real de 750 
L/min o instrumento indicará 742 ± 1 L/min. 
• Observar que o termo Repetitividade não inclui a 
Histerese.
REPETITIVIDADE (PRECISÃO)
• A precisão pode ser expressa em
• Porcentagem do alcance (Span)
– Um instrumento possui um SPAN de 100ºC e está 
indicando 80ºC.
– Sua precisão é de 0,5%. Assim, sabemos que a 
temperatura estará entre 79,5ºC e 80,5ºC.
• Dada diretamente em unidades da variável
– Precisão de ± 2ºC.
• Porcentagem do valor medido
– Precisão de ± 1%. Para 80ºC teremos uma margem de 
± 0,8ºC.
• Porcentagem do valor máximo da escala do instrumento
– Precisão de 1%. Range de 50 a 150ºC.
– A precisão será, então, de ± 1,5ºC.
REPETITIVIDADE (PRECISÃO)
• Em porcentagem do comprimento da escala
• Se o comprimento da escala de um instrumento fosse de
30 cm, com range de 50 a 150ºC e precisão de 1%,
teríamos uma tolerância de ± 0,3 cm na escala do
instrumento. Podemos ter a precisão variando ao longo da
escala do instrumento, podendo o fabricante indicar seu
valor em algumas faixas da escala do instrumento.
• Exemplo: um manômetro pode ter uma precisão de ± 1% 
em todo seu range e ter na faixa central de sua escala uma 
precisão de 0,5%.
FAIXA DE MEDIÇÃO (RANGE)
• Conjunto de valores da variável analisada, compreendido 
dentro do limite inferior e superior da capacidade de 
medida ou de transmissão do instrumento.
• É expresso determinando-se os valores extremos
• Exemplo:
– 100 ~ 500 °C
– 0 ~ 20 Bar
ALCANCE (SPAN)
• É a diferença algébrica entre o valor superior e 
inferior da faixa de medida do instrumento.
• Exemplo:
Um instrumento com range de 100 a 250°C, 
possui Span = 150 °C
Erro
Resultado de uma medição menos o valor verdadeiro do 
mensurando.
– Se tivermos o processo em regime permanente, chamaremos de
ERRO ESTÁTICO, que pode ser positivo ou negativo,
dependendo da indicação do instrumento (que pode estar
indicando a mais ou a menos).
– Quando tivermos a variável variando, teremos um atraso na 
transferência de energia do meio para o medidor. O valor medido 
estará geralmente atrasado em relação ao valor real da variável. 
Esta diferença entre o valor real e o valor medido é chamado de 
ERRO DINÂMICO.
Zona Morta
• ZONA MORTA
– É o maior valor de variação que o parâmetro medido
possa alcançar, sem que provoque alteração na
indicação ou sinal de saída de um instrumento.
– Pode ser aplicado para faixa de valores absolutos do
range do mesmo.
– Está relacionada a folgas entre os elementos móveis do
instrumento, como engrenagens.
Zona Morta
• Exemplo:
• Um instrumento com SPAN de 200 °C possui
uma zona morta de ± 0,1 % do span.
• Neste caso, ± 0,1 % = (0,1 / 100 x 200) = ± 0,2 °C
• Se a variável alterar em até 0,2 °C, o instrumento
não apresentará resposta nenhuma.
Histerese
• É a diferença máxima apresentada por um instrumento,
para um mesmo valor, em qualquer ponto da faixa de
trabalho, quando a variável percorre toda a escala nos
sentidos ascendente e descendente.
• Ou pode ser o desvio porcentual máximo com o qual,
para uma mesma variável (por exemplo vazão), uma
indicação do valor instantâneo afasta-se do outro,
dependendo de ter sido alcançado a partir de valores
maiores ou menores.
Histerese
• Exemplo
• Um instrumento com SPAN de 200 °C que possui
histerese é de 0,5 % pode apresentar 78ºC na subida de
temperatura e 77ºC na descida.
SENSIBILIDADE
• É a razão entre a variação do valor indicado ou 
transmitido por um instrumento e a da variável que o 
acionou, após ter alcançado o estado de repouso. Denota a 
capacidade de resolução do dispositivo.
• Exemplo:
• Um termômetro de vidro com “range” de 0 a 500 °C, 
possui uma escala de leitura de 50 cm.
• Sensibilidade = (50 / 500 cm)/°C = 0,1 cm/°C
Velocidade de Resposta
• Trata-se da velocidade com que a medida fornecida pelo
sensor alcança o valor real do processo.
• Em sistemas realimentados o ideal é que o sensor
utilizado tenha uma resposta instantânea, pois uma
resposta lenta pode prejudicar muito a eficiência do
sistema de controle e até impedir que o sistema funcione
o contento.
Estabilidade e Resolução
• ESTABILIDADE:
– Está relacionada com a flutuação da saída do sensor. Se a
flutuação for muito alta, ou seja, se o sensor possuir uma
baixa estabilidade, a atuação do controladorque utiliza esse
sinal pode ser prejudicada
• RESOLUÇÃO:
– Define-se como o menor incremento de entrada o qual gera 
uma saída perceptível e repetitiva, quantificando-se como 
porcentagem do fundo de escala
Linearidade e Não Linearidade
• A linearidade é uma característica normalmente desejável
onde a leitura de um instrumento é linearmente
proporcional à grandeza sendo medida.
• A não-linearidade, por sua vez, é definida como o
máximo desvio de qualquer uma das leituras com relação
à reta obtida e é normalmente expressa como uma
porcentagem do fundo de escala.
Instrumentação Industrial
Capítulo 003 – Terminologia II
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 003 – Terminologia II
• Terminologia II
– Classificação dos Instrumentos por Função
– Detector
– Transmissor
– Indicador
– Registrador
– Relé de Computação
– Controlador
– Elemento Final de Controle
Classificação dos Instrumentos 
Por função
Classificação dos Instrumentos 
Por função
Classificação dos Instrumentos 
Por função
Elemento Primário (Detector)
• Parte de uma malha ou de
instrumento que primeiro
sente o valor da variável
de processo e que assume
uma correspondência pré-
determinada de estado ou
sinal de saída inteligível.
• O elemento primário é
também conhecido como
detector ou sensor.
Transmissor
• Dispositivo que
detecta uma
variável de processo
por meio de um
elemento primário e
que tem uma saída
cujo valor é
proporcional ao
valor da variável de
processo.
Indicador
• Instrumento que nos
fornece o valor de
uma variável de
processo, na forma
de um ponteiro e
uma escala, ou
números ou
bargraph (gráfico de
barras), etc.
Registrador
• Instrumento que
registra o valor da
variável de processo
em uma carta
gráfica, em memória
ou disco rígido por
meio de um traço
contínuo ou pontos.
Conversor
• Dispositivo que recebe 
uma informação na 
forma de um sinal, 
altera a forma da 
informação e o emite 
como um sinal de saída.
• O conversor trabalha 
com sinais de 
entrada/saída padrões 
em instrumentação.
Relé de Computação
• Instrumento que
recebe um ou mais
sinais de outros
instrumentos,
realiza operações
matemáticas, de
lógica ou de
seleção de sinais e
envia o resultado a
um instrumento.
Controlador
• Dispositivo que tem um sinal de saída que 
pode ser variado para manter a variável 
controlada dentro de um limite especificado ou 
para alterá-la de um valor previamente 
estabelecido. 
• O controlador automático varia a sua saída 
automaticamente em resposta a uma entrada 
direta ou indireta de uma variável medida de 
um processo.
Controlador
Elemento Final de Controle
• Dispositivo que altera diretamente o valor da 
variável manipulada de uma malha de 
controle.
Elementos Finais de Controle
• Válvulas Resistências Motores
Instrumentação Industrial
Capítulo 004 - Transmissores
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 004 - Transmissores
• Fluxo de Informação
• Transdutor x Sensor
• Telemetria
• Transmissores
• Transmissor Pneumático
• Transmissor Hidráulico
• Transmissor Elétrico
• Transmissor Eletrônico
• Transmissor via Rádio
• Equação Linear de Transmissão
Fluxo de Informação
Transdutor x Sensor
• Transdutor: dispositivo que faz corresponder, segundo 
uma lei determinada, uma grandeza de saída a uma 
grandeza de entrada.
– Ex.: termopar, transformador de corrente, 
extensômetro, eléctrodo de pH.
• Sensor: elemento de um instrumento de medição ou de 
uma cadeia de medição que é diretamente afetado pela 
variável medida..
– Ex.: tubo de Bourdon de um manômetro, flutuador de 
um aparelho de medição de nível, rotor de um 
contador de turbina, termopar de um termômetro.
Telemetria
• Chamamos de Telemetria à técnica de transportar
medições obtidas no processo à distância, em função de
um instrumento transmissor;
• Possibilita a centralização de informações dos
instrumentos e controles de um determinado processo em
painéis de controle (ou sala de controle );
• Aumenta a utilidade e a eficiência dos instrumentos face
às possibilidades de pronta consulta, manutenção e
inspeção, em situação mais acessível, mais protegida e
mais confortável.
Transmissores
• Os transmissores são instrumentos que medem uma 
variável do processo e a transmitem, à distância, a um 
instrumento receptor, indicador, registrador, controlador 
ou a uma combinação destas.
• Existem vários tipos de sinais de transmissão:
– Pneumáticos
– Hidráulicos
– Elétricos
– Eletrônicos
– Rádio
Transmissão Pneumática
• Em geral, os transmissores pneumáticos geram um sinal
pneumático variável e linear, de 3 a 15 psi para uma faixa
de medidas de 0 à 100% da variável.
• Esta faixa de transmissão foi adotada pela SAMA
(Scientific Apparatus Makers Association), Associação de
Fabricantes de Instrumentos e adotada pela maioria dos
fabricantes de transmissores/controladores dos Estados
Unidos.
Transmissão Pneumática
• Podemos, entretanto, 
encontrar transmissores 
com outras faixas de sinais 
de transmissão como, por 
exemplo: de 20 a 100 kPa. 
Nos países que utilizam o 
sistema métrico decimal, 
utilizam-se as faixas de 0,2 
a 1 kgf/cm2 que equivalem, 
aproximadamente, de 3 a 15 
psi.
Transmissão Hidráulica
• Em situações em que estivermos lidando com fluidos
viscosos, os quais sejam também corrosivos ou
solidificantes, usaremos esse tipo de transmissão;
• Esta técnica é conhecida por Selo Volumétrico;
• Geralmente consiste em uma câmara, a qual está em
contato com o elemento medidor, sendo que a
comunicação entre a câmara e o dispositivo receptor
poderá ser feita utilizando-se um capilar;
Transmissão Hidráulica
• Na câmara, utilizaremos um diafragma ou fole que é
sensível às variações da pressão, transmitindo essas
variações ao líquido de transmissão, o qual informará ao
medidor a variação ocorrida.
• Teremos então o deslocamento do elemento sensor, que
estará em contato com o processo, proporcional a pressão
exercida.
Transmissão Hidráulica
Transmissão Elétrica
• A transmissão de sinais com equipamentos elétricos é feita
utilizando sinais elétricos de corrente ou tensão.
• A tecnologia disponível no mercado em relação a fabricação
de instrumentos eletrônicos microprocessados é cada vez
mais avançada;
• Por este motivo é este o tipo de transmissão largamente
utilizado na maioria das indústrias.
• Assim como na transmissão pneumática, o sinal é
linearmente modulado em uma faixa padronizada (range)
representando o conjunto de valores entre o limite mínimo e
máximo de uma variável de um processo qualquer.
Transmissão Elétrica
• Como padrão para transmissão a longas distâncias são
utilizados sinais em corrente contínua variando de (4 a 20
mA) e para distâncias até 15 metros aproximadamente,
também são utilizados sinais em tensão contínua de 1 a
5V.
Transmissão Elétrica
• As vantagens dos transmissores de sinal elétrico são: 
– Permite transmissão para longas distâncias sem perdas. 
– A alimentação pode ser feita pelos próprios fios que 
conduzem o sinal de transmissão. 
– Necessita de poucos equipamentos auxiliares. 
– Permite fácil conexão aos computadores. 
– Fácil instalação. 
– Permite de forma mais fácil realização de operações 
matemáticas. 
– Permite que o mesmo sinal (4~20mA) seja “lido” por 
mais de um instrumento, ligando em série os 
instrumentos. 
Transmissão Elétrica
• As desvantagens são: 
– Necessita de técnico especializado para sua instalação 
e manutenção. 
– Exige utilização de instrumentos e cuidados especiais 
em instalações localizadas em áreas de riscos. 
– Exige cuidados especiais na escolha do 
encaminhamento de cabos ou fios de sinais. 
– Os cabos de sinaldevem ser protegidos contra ruídos 
elétricos.
Transmissão Eletrônica
• Os equipamentos de transmissão que utilizam sinal digital
utilizam “pacotes de informações” sobre a variável
medida que são enviados para uma estação receptora,
através de sinais digitais modulados e padronizados.
• Para que a comunicação entre o elemento transmissor
receptor seja realizada com êxito é utilizada uma
“linguagem” padrão chamado protocolo de comunicação.
Transmissão Eletrônica
• As vantagens deste transmissor são: 
– Não necessita ligação ponto a ponto por instrumento. 
– Pode utilizar um par trançado ou fibra óptica para transmissão 
dos dados. 
– É imune a ruídos externos. 
– Permitem configuração, diagnósticos de falha e ajuste em 
qualquer ponto da malha. 
– Menor custo final.
Transmissão Eletrônica
• As desvantagens são: 
– Existência de vários protocolos no mercado, o que dificulta a
comunicação entre equipamentos de marcas diferentes.
– Caso ocorra rompimento no cabo de comunicação pode-se
perder a informação e/ou controle de várias malhas.
Transmissão via Rádio
• Nos sistemas de transmissão de sinais via rádio, o sinal ou
um pacote de sinais medidos são enviados à sua estação
receptora via ondas de rádio em uma faixa de freqüência
específica.
Transmissão via Rádio
• A vantagem dos sistemas via rádio são:
– Não necessita de cabos de sinal.
– Podem-se enviar sinais de medição e controle de
máquinas em movimento.
• As desvantagens são: 
– Alto custo inicial. 
– Necessidade de técnicos altamente especializados.
Equação de Conversão Linear
• UEMAX – UNIDADE DE ENTRADA MÁXIMA
• UE – UNIDADE DE ENTRADA
• UEMIN – UNIDADE DE ENTRADA MÍNIMA
• UESAX – UNIDADE DE SAÍDA MÁXIMA
• US – UNIDADE DE SAÍDA
• USMIN – UNIDADE DE SAÍDA MÍNIMA
Instrumentação Industrial
Capítulo 005 – Sensores 
Discretos
Prof. Jair Massola Junior
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Instrumentação Industrial
Capítulo 006 - Pressão
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 006 - Pressão
• Definição de Pressão (SI e Hidrostática)
• Pressão Atmosférica, Manométrica e Absoluta
• Pressão Estática, Dinâmica e Diferencial
• Tipos de Medidores de Pressão
Definição de Pressão (SI)
Definição de Pressão Hidrostática
Definição de Pressão Hidrostática
• O produto massa específica por aceleração da gravidade é também conhecido 
como densidade relativa (dr) referenciada, usualmente, à agua.
P = dr x h
P é a pressão hidrostática [mmH2O]
dr é a densidade relativa
h é a altura da coluna líquida [mm]
• Considerando que, usualmente, a densidade do líquido é
conhecida e não varia de forma substancial, o nível (altura da
coluna líquida) pode ser determinado de forma indireta,
utilizando-se a pressão diferencial.
Pressão Atmosférica
• É a pressão exercida pela camada de ar sobre a superfície
terrestre, que é medida em um barômetro;
• Ao nível do mar esta pressão é aproximadamente de 760
mmHg. Quanto mais alto o local, menor a pressão
atmosférica.
Pressão Manométrica (ou Relativa)
• É a pressão medida em relação à pressão atmosférica 
tomada como unidade de referência;
• Ela pode ser chamada de pressão relativa positiva ou 
pressão relativa negativa. Importante: Ao se exprimir um 
valor de pressão manométrica podemos colocar após a 
unidade a letra “g” ou não. Exemplo: 3 psig = 3 psi. 
Pressão Relativa Negativa (ou vácuo)
• É quando um sistema tem pressão relativa 
menor que a pressão atmosférica.
Pressão Absoluta
• É a soma da pressão relativa e atmosférica;
• Também se diz que é medida a partir do vácuo 
absoluto.
Resumo Tipos de Pressão
Resumo Tipos de Pressão
• Importante: Ao se exprimir um valor de pressão,
determinar se a pressão é relativa ou absoluta.
• O fato de se omitir esta informação na indústria significa
que a maior parte dos instrumentos medem pressão
manométrica.
• Exemplo: 
– 3 kgf/cm2 (Pressão Absoluta)
– 4kgf/cm2 (Pressão Relativa)
Pressão Estática
• É o peso exercido por uma coluna líquida em repouso ou
que esteja fluindo perpendicularmente a tomada de
impulso.
Pressão Dinâmica
• É a pressão exercida por um fluído em movimento 
paralelo à sua corrente.
Pressão Diferencial
• É a diferença entre duas pressões, sendo representada pelo 
símbolo ∆P (delta P). 
• Essa diferença de pressão normalmente é utilizada para 
medir vazão, nível, pressão.
Medidores de Pressão
• Vários fatores determinam a seleção de um medidor de
pressão, entre eles, o valor da pressão, tipo de fluído,
instalação, custo e precisão.
• São conhecidos como manômetros e classificam-se em:
– Medidores por coluna líquida 
– Medidores por elementos elástico
– Medidores especiais de pressão
Barômetro de Mercúrio
• O barômetro de mercúrio foi inventado em 1643por 
Evangelista Torricelli, e funciona porque o ar tem peso.
• Torricelli observou que se a abertura de um tubo de vidro 
fosse cheia com mercúrio, a pressão atmosférica iria 
afetar o peso da coluna de mercúrio no tubo. 
• Quanto maior a pressão do ar, mais comprida fica a 
coluna de mercúrio. Assim, a pressão pode ser calculada, 
multiplicando-se o peso da coluna de mercúrio pela 
densidade do mercúrio e pela aceleração da gravidade. 
• Ao nível do mar, a pressão atmosférica é equivalente a 
101,3 KPa.
Barômetro de Mercúrio
Medidores por Coluna Líquida
• São dispositivos constituídos por um tubo transparente de 
secção circular e uniforme, contendo um líquido de 
densidade conhecida e medem pressões· relativamente 
baixas com excelente precisão.
• Os líquidos manométricos mais comuns são água e 
mercúrio. A leitura é feita através do deslocamento do 
líquido equilibrando com a pressão aplicada e as unidades 
mais utilizadas são:
Medidores por Coluna Líquida
Coluna em U
• É utilizada em medições de pressão, pressão diferencial e
vácuo. Não necessita de reservatório e é fácil sua
confecção.
Medidores por Coluna Líquida
Coluna Reta Vertical
• Usada para medição de pressão e vácuo, o serve como
padrão para calibração e aferição de instrumentos de
laboratório. Possui um reservatório onde fica armazenado
o líquido manométrico e onde aplica-se a pressão. A
leitura é feita diretamente no ramo vertical.
Medidores por Coluna Líquida
Coluna Reta Inclinada
• Usada para medição de baixas pressões. Possui também,
um reservatório onde aplica-se a pressão e um ramo de
leitura inclinada que permite a ampliação da escala
aumentando a precisão.
Medidores de Pressão Mecânicos
• Medidores de pressão mecânicos utilizam a 
deformação de um elemento elástico para 
indicar o valor da pressão aplicada sobre ele.
• Estes medidores podem ser divididos em três 
categorias:
– Tubos de Bourdon; 
– Diafragmas; 
– Foles.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro de Bourdon
• A maioria dos medidores de pressão usada
industrialmente emprega um tubo de Bourdon. O tubo de
Bourdon é formado por um tubo oval que tende a ficar
circular com a aplicação de uma pressão interna.
• O tubo de Bourdon pode ser curvado em várias formas 
constituindo o elemento sensor de diversos medidores. 
• Existem configurações na forma de C, helicoidal, espiral 
e torcida. 
• O medidor de tubo helicoidal que possui a uma vantagem 
principal sobre a configuração C, ele pode indicar o maior 
movimento sem o uso de engrenagens
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro de Bourdon
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro Bourdon
• O Manômetro é o instrumento destinado a medir pressão 
(absoluta, relativa ou diferencial);
• É composto de três partes básicas:
– O elemento elástico: responsável em sofrer a ação da 
variação de pressão, por exemplo, os tubos de Bourdon, 
– Um elemento apresentador de dados, ou seja, uma 
escala;
– Um mecanismo responsável em receber a variação do 
elemento elástico e atuar o elemento apresentador de 
dados.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro de Bourdon
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manometro Bourdon Diferencial
• Este tipo construtivo é adequado 
para medir a diferença de pressão 
entre dois pontos quaisquer do 
processo. 
• É composto de dois tubos de 
Bourdon dispostos em oposição e 
interligados por articulações 
mecânicas e dotado de dois pontos 
de tomada de pressão, porém não 
mede qual é a pressão nesses 
pontos e sim a diferença de 
pressão entre os pontos.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro Diafragma
• O elemento de medição tipo diafragma utiliza um 
diafragma fino e flexível. 
• A pressão a ser medida exerce uma força sobre a área 
efetiva do elemento, que pode ser equilibrada pela força 
elástica do próprio diafragma, ou por uma mola em 
oposição. 
• O movimento do diafragma pode acionar um ponteiro ou 
uma pena através de sistema de alavancas.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro Diafragma
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro Foles
• O fole é também muito empregado na medição de pressão. 
• Ele é basicamente um cilindro metálico, corrugado ou 
sanfonado, fabricado com uma lâmina fina de bronze 
fosforoso, aço inoxidável ou outros materiais de boa 
flexibilidade.
• Quando uma pressão é aplicada ao interior do fole, provoca 
sua distenção, e como ela tem que "vencer“ a flexibilidade do 
material, o deslocamento é proporcional à pressão aplicada.
• Do mesmo modo, se a pressão por aplicada a parte externa, 
provocará a contração do fole. 
• O manômetro de fole é utilizado apenas para medir baixas e 
médias pressões.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro Foles
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manometro com Selagem Líquida
• Em processos industriais que manipulam fluidos
corrosivos, viscosos, tóxicos, sujeitos à alta temperatura
e/ou radioativos, a medição de pressão com manômetro
tipo elástico se torna impraticável pois o Bourdon não é
adequado para essa aplicação, seja em função dos efeitos
da deformação proveniente da temperatura, seja pela
dificuldade de escoamento de fluidos viscosos ou seja
pelo ataque químico de fluidos corrosivos.
• Nesse caso, a solução é recorrer a utilização de algum tipo
de isolação para impedir o contato direto do fluido do
processo com o Bourdon.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manometro com Selagem Líquida
• Existem Basicamente dois tipos de selagem utilizada, 
sendo elas: 
– Isolação com selagem líquida: utiliza um fluido inerte em 
contado com o bourdon e que não se mistura com o fluido do 
processo; 
– Isolação com selagem líquida e diafragma como selo: O fluido 
de selagem mais utilizado nesse caso é a glicerina, por ser inerte 
a quase todos os fluidos. Este método é o mais utilizado e já é 
fornecido pelos fabricantes quando solicitados.
Medidores de Pressão Mecânicos 
Manômetro com Selagem Líquida
Resumo – Aplicação de Medidores de 
Pressão Mecânicos
Medidores de Pressão Especiais
• Existem diversos outros fenômenos físicos que 
podem ser utilizados para a medição de 
pressão, dentre os quais:
– Piezoelétrico (Cristais)
– Piezoresistivo (Extensômetros);
– Indutivo (LVDT)
– Capacitivo
Medidores de Pressão Especiais
Tipo Capacitivo
• Um capacitor possui a capacidade de armazenar energia
na forma de um campo eletrostático e também pode se
opor a variações de tensão (reatância capacitiva).
• É constituido por um par de placas condutoras por um
material isolante (dielétrico) e o valor da capacitância é
dado através da expressão matemática:
Medidores de Pressão Especiais
Tipo Capacitivo
Instrumentação Industrial
Capítulo 007 - Nível
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 007 - Nível
• Nível
• Medida de Nível
• Medidores Diretos
• Visor de Nível, Régua ou Gabarito e Bóia
• Medidores Descontínuos
• Contato de Eletrodos e Bóia
• Medidores Indiretos
– Boia com Divisor de Tensão
– Borbulhamento (Tanque Aberto)
– Caixa de Diafragma (Tanque Aberto)
– Borbulhamento (Tanque Fechado)
– Pressão Diferencial (Tanque Aberto)
– Pressão Diferencial (Tanque Fechado)
Nível
• Nível é a altura do conteúdo de um reservatório.
• O conteúdo pode ser sólido ou líquido. Através da
determinação de nível de um reservatório temos
condições de:
– Avaliar o estoque de tanques de armazenamento.
– Controlar processos contínuos onde existam volumes líquidos ou 
sólidos de acumulação temporária, amortecimento, mistura....
– Proporcionar segurança em alguns processos onde o nível do 
produto deve se manter numa determinada faixa.
Medida de Nível
• Os dispositivos de medida de nível medem:
– A posição da superfície do líquido em relação a um
ponto de referência; ou
– Aleitura hidrostática criada pelo líquido cuja
superfície se deseja conhecer.
• Os métodos de medição de nível podem ser classificados
como:
– Medidores diretos: se utilizam da superfície do
produto como referência;
– Medidores Descontínuos: indicam apenas alguns
pontos de interesse do nível;
– Medidores indiretos: utiliza outra variável física para
obtenção do nível.
Medidores Diretos
• São caracterizados pela obtenção do nível de 
fluido diretamente com auxílio de mecanismos 
como:
– Visores de nível 
– Réguas ou Gabaritos
– Bóias ou Flutuadores
Medidor Direto de Nível
Visor de Nível
• Os visores de nível baseiam-se 
no princípio dos vasos 
comunicantes. 
• Não se deve usar em locais 
onde o visor constitua perigo 
com sua quebra.
• Não devem ser aplicados em 
reservatórios onde o líquido 
ofereça perigo ao escapar do 
interior do visor.
Medidor Direto de Nível
Visor de Nível
• Observe a diferença do tipo de visor de nível para um tanque aberto e 
um fechado.
Medidor Direto de Nível
Régua ou Gabarito
• Consiste em uma régua
graduada que possui um
comprimento conveniente
para ser introduzida dentro
do reservatório a ser
medido.
• A determinação do nível se
efetuará através da leitura
direta do comprimento
molhado na régua pelo
líquido.
Medidor Direto de Nível
Bóia ou Flutuador
• Sistema mais comum de 
medição de nível.
• Vantagem é ser praticamente 
isento do efeito de variação de 
densidade do líquido.
• Adequada para medir grandes 
variações de nível, da ordem 
de até 30 m. 
• Uma de suas desvantagens é 
ser muito sensível à agitação 
do líquido. 
• As medidas de nível podem 
ser obtidas diretamente 
mediante uma escala graduada.
Medidores Descontínuos de Nível
• Estes medidores são empregados para fornecer indicação
apenas quando o nível atinge certos pontos desejados
(como por exemplo em sistemas de alarme e segurança de
nível alto ou baixo).
• Principais métodos utilizados:
– Contato de eletrodos
– Bóia ou flutuadores
Medidor Descontínuo de Nível
Contato de Eletrodos
• Em líquidos que conduzem 
eletricidade, podemos 
mergulhar eletrodos 
metálicos de comprimento 
diferente.
• Quando houver condução
entre os eletrodos teremos
a indicação de que o nível
atingiu a altura do último
eletrodo alcançado pelo
líquido.
• Neste tipo de medidor a 
bóia (ou flutuador) atua 
num dispositivo mecânico 
indicando que o nível 
atingiu determinado ponto.
Medidor Descontínuo de Nível
Bóia ou Flutuador
• No exemplo ao lado 
quando a bóia chega em 
determinado ponto do 
tanque uma lâmpada ( ou 
sinaleiro) indica o nível 
do tanque.
Medidor Descontínuo de Nível
Bóia ou Flutuador
Medidor Indireto de Nível
Divisor de Tensão
• Outra forma de se obter a 
medida do nível é através 
de um Potenciômetro 
(resistor variável), onde a 
variação da resistência 
estará relacionada com o 
nível.
Potenciômetro Fisicamente
Potenciômetro Internamente
• Quando se gira o eixo que está acoplado ao cursor móvel 
aumenta-se ou diminui-se a resistência entre um Terminal 
EXTREMO e o Terminal do CURSOR.
Potenciômetro Eletricamente
• O potenciômetro pode ser considerado como uma união
entre dois resistores. De acordo com a representação
acima, “P” indica o valor nominal do potenciômetro
(valor da resistência entre os extremos), “r” e “R”
representam a resistência entre um extremo e o cursor.
Divisor de Tensão
• O nível (L) varia entre o valor mínimo e o máximo;
• O potenciômetro varia desde zero até o valor nominal;
• O sinal varia desde o valor mínimo até o valor máximo.
Medidor Indireto de Nível
Divisor de Tensão
Medidor Indireto de Nível
por Pressão
Medidor Indireto de Nível
por Pressão
Medidor Indireto de Nível
por Pressão
• O produto massa específica por aceleração da gravidade é também conhecido 
como densidade relativa (dr) referenciada, usualmente, à agua.
P = dr x h
P é a pressão hidrostática [mmH2O]
dr é a densidade relativa
h é a altura da coluna líquida [mm]
• Considerando que, usualmente, a densidade do líquido é
conhecida e não varia de forma substancial, o nível (altura da
coluna líquida) pode ser determinado de forma indireta,
utilizando-se a pressão diferencial.
Medidor Indireto de Nível por Pressão
Tanque Aberto – Borbulhamento
• Método utilizado para líquidos com densidade constante;
• Consiste na introdução dentro do tanque de uma tubulação de ar com
pressão e vazão constante mantidas por um regulador;
• De acordo com a pressão hidrostática do nível haverá borbulhamento e
a pressão no manômetro estará em equilíbrio com a pressão no fundo
do reservatório exercida pelo líquido.
Medidor Indireto de Nível por Pressão
Tanque Aberto – Borbulhamento
Medidor Indireto de Nível por Pressão 
Tanque Aberto – Caixa de Diafragma
• Este método utiliza uma caixa de
diafragma (membrana flexível)
que sofrerá uma pressão exercida
pelo nível do líquido;
• A leitura do nível será baseada
na indicação do manômetro que
medirá a pressão interna na caixa
de diafragma;
• Indicada para tanques de até
40m;
• Método simples, econômico,
porém sua resposta é lenta;
• A expressão para o cálculo é a
mesma do borbulhamento em
tanque aberto.
Medidor Indireto de Nível por Pressão
Tanque Fechado – Borbulhamento
• O procedimento é similar ao praticado para o tanque aberto;
• A leitura do nível dar-se-á em função das diferenças da massa 
específica entre os fluídos e a relação entre as alturas que os mesmos 
atingem.
Medidor Indireto de Nível por Pressão 
Tanque Fechado – Borbulhamento
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Aberto
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• O lado de alta pressão do transmissor de pressão diferencial é ligado pela 
tomada da parte inferior do tanque e o lado de baixa pressão é aberto para a 
atmosfera.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Aberto
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• Neste caso considera-se a altura desde o 
transmissor até o nível máximo desejado.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Aberto
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• Tanque Cheio
PH = ρ x g x h + Patm
PL = Patm
ΔP = ρ x g x h
• Tanque Vazio
PH = Patm
PL = Patm
ΔP = 0
• Range do Transmissor
0 < ΔP < ρ x g x h
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial 
Tanque Aberto e Supressão 
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• O transmissor de pressão diferencial é usualmente montado em uma posição
que corresponde ao nível baixo de medição. Se o transmissor for montado
numa posição abaixo do tanque, deverá ser utilizada a técnica de supressão
subtraindo-se a pressão extra à faixa de transmissão.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial 
Tanque Aberto e Supressão 
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Neste caso considera-se 
a altura desde o 
transmissor até o nível 
máximo desejado.
• Para não haver erro de 
leitura deve-se utilizar a 
técnica de Supressão de 
Zero
• Tanque Cheio
PH = ρ x g x h1 + ρ x g x h2 + Patm
PL = Patm
ΔP = ρ x g x h1 + ρ x g x h2
• Tanque Vazio
PH = Patm + ρ x g x h2
PL = Patm
ΔP = ρ x g x h2
• Range do Transmissor
ρ x g x h2 < ΔP < ρ x g x h1 + ρ x g x h2
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial 
Tanque Aberto e Supressão 
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial 
Tanque Aberto e Supressão 
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Supressão de Zero (é a quantidade com que o 
valor inferior supera o valor zero da pressão): a 
supressão acontece quando o transmissor indica um 
nível superior ao real.
• Neste caso devemos suprimir a quantidade “ρx g 
x h2” e o Range de Transmissão fica determinado 
por:
0 < ΔP < ρ x g x h1
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• Para tanques pressurizados, na maioria das aplicações o
transmissor é instalado no campo (ao lado do tanque) em um
suporte tubular.
• A tomada de impulso na parte baixa do tanque é conectada à
câmara de alta pressão (lado H) do transmissor diferencial.
• A pressão atuante na câmara de alta é a soma da pressão
exercida sob a superfície do líquido e a pressão exercida pela
coluna de líquido no fundo do tanque.
• A câmara de baixa pressão (lado L) do transmissor diferencial
é conectada na tomada de impulso na parte de cima do tanque,
onde se mede somente a pressão exercida sob a superfície do
líquido.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• Neste caso considera-se a altura desde o transmissor 
até o nível máximo desejado e a pressão de baixa 
igual a pressão do topo.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Acima ou na Base do Tanque
• Tanque Cheio
PH = ρ x g x h + Ptopo
PL = Ptopo
ΔP = ρ x g x h
• Tanque Vazio
PH = Ptopo
PL = Ptopo
ΔP = 0
• Range do Transmissor
0 < ΔP < ρ x g x h
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Neste caso considera-se 
a altura desde o 
transmissor até o nível 
máximo desejado.
• Para não haver erro de 
leitura deve-se utilizar a 
técnica de Supressão de 
Zero
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Tanque Cheio
PH = ρ x g x h1 + ρ x g x h2 + Ptopo
PL = Ptopo
ΔP = ρ x g x h1 + ρ x g x h2
• Tanque Vazio
PH = Ptopo + ρ x g x h2
PL = Ptopo
ΔP = ρ x g x h2
• Range do Transmissor
ρ x g x h2 < ΔP < ρ x g x h1 + ρ x g x h2
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Supressão de Zero (é a quantidade com que o 
valor inferior supera o valor zero da pressão): a 
supressão acontece quando o transmissor indica um 
nível superior ao real.
• Neste caso devemos suprimir a quantidade “ρ x g 
x h2” e o Range de Transmissão fica determinado 
por:
0 < ΔP < ρ x g x h1
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado com Selagem
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Neste caso considera-se 
a altura desde o 
transmissor até o nível 
máximo desejado.
• Para não haver erro de 
leitura deve-se utilizar a 
técnica de Elevação de 
Zero.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado com Selagem
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Este tipo de instalação é permitido, pelo uso de acessório
chamado selo diafragma, com capilares acoplados nas
tomadas de alta e baixa do transmissor diferencial que
farão a ligação remota nas tomadas de impulso do tanque.
• Estes selos possuem um líquido de enchimento interno
que permitem a transferência de pressão exercida em seus
diafragmas (membranas) até a cápsula (elemento sensor)
do transmissor diferencial.
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado com Selagem
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Tanque Cheio
PH = ρ1 x g x h1 + ρ2 x g x h2 + Ptopo
PL = ρ2 x g x h1 + ρ2 x g x h2 + Ptopo
ΔP = ρ1 x g x h1 - ρ2 x g x h1
• Tanque Vazio
PH = Ptopo + ρ2 x g x h2
PL = Ptopo + ρ2 x g x h1 + ρ2 x g x h2
ΔP = - ρ2 x g x h1
• Range do Transmissor
- ρ2 x g x h1 < ΔP < ρ1 x g x h1 - ρ2 x g x h1
Medidor Indireto de Nível por Pressão Diferencial -
Tanque Fechado com Selagem
Transmissor Instalado Abaixo da Base do Tanque
• Elevação de Zero (é a quantidade com que o valor
zero de pressão supera o valor inferior): caso onde
existe a selagem liquida na tomada de pressão baixa (low), é
necessária a compensação da coluna de liquido aplicada na
tomada Hi e na tomada Low.
• Neste caso para elevarmos o valor mínimo para zero 
devemos adicionar a quantidade de “ρ2 x g x h1” e o 
Range de Transmissão fica determinado por:
0 < ΔP < ρ1 x g x h1
Instrumentação Industrial
Capítulo 008 - Temperatura
Prof. Jair Massola Junior
Instrumentação Industrial
Capítulo 008 - Temperatura
• Conceitos Básicos
– Pirometria, Criometria, Termometria
– Temperatura, Calor
• Escalas de Temperatura
• Medidores de Temperatura
– Termômetro de Vidro
– Termômetro Bimetálico
– Termômetro de Enchimento
– Termômetro a Termoresistências
– Termômetro a Termopares
Conceitos Básicos
• 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. Termometria significa então 
"Medição de temperatura".
Conceitos Básicos
• Temperatura e calor: Todos as substâncias são
constituídas de pequenas partículas (moléculas que se
encontram em contínuo movimento).
• Quanto mais rápido for o movimento das moléculas, mais
quente se apresenta o corpo e quanto mais lento, mais frio
se apresenta o corpo.
• Então define-se:
– "temperatura como o grau de agitação térmica das
moléculas".
– "Calor é a energia em trânsito ou a forma de energia
que é transferida através da fronteira de um sistema em
virtude da diferença de temperatura".
Escalas de Temperatura
• Em 1706 Daniel Gabriel Fahrenheit definiu uma escala de
temperatura que possuia 2 pontos de referência - O, 48 e
96.
• Em 1742, Anders Celsius, professor de Astronomia na
Suécia, propôs uma escala com zero no ponto de fusão do
gêlo e 100 no ponto de ebulição da água, no ano seguinte
Christian de Lyons independentemente sugeriu a familiar
escala centrígrada (atualmente chamada escala Celsius).
• Através de extrapolação das leituras do termômetro à gás, 
pois os gases se liquefazem antes de atingirem zero 
absoluto, calculou-se a temperatura deste ponto na escala 
Celsius em 273,15ºC.
Escalas de Temperatura
• Existem escalas absolutas de temperatura, assim 
chamadas porque o zero delas é fixo no zero absoluto de 
temperatura. As escalas absolutas atualmente em uso são: 
a Escala Kelvin e a Rankine.
• A escala Kelvin possui a mesma divisão da Celsius, isto
é, um grau Kelvin é igual a um grau Celsius, porém o seu
zero se inicia no ponto de temperatura mais baixa
possível, 273,15 graus abaixo do zero da escala Celsius.
• A escala Rankine possui obviamente o mesmo zero da
escala Kelvin, porém sua divisão é idêntica a da Escala
Fahrenheit.
Escalas de Temperatura
Escalas de Temperatura
• Para melhor expressar as leis da termodinâmica, foi
criada uma escala baseada em fenômenos de mudança de
estado físico de substância puras, que ocorrem em
condições únicas de temperatura e pressão. São chamados
de pontos fixos de temperatura. Chama-se esta escala de
IPTS-Escala Prática Internacional de Temperatura.
• A primeira escala prática internacional de temperatura
surgiu em 1927e foi modificada em 1948 (IPTS-48).
• Em 1960 mais modificações foram feitas e em 1968 uma
nova Escala Prática Internacional de Temperatura foi
publicada (IPTS-68).
Escalas de Temperatura
• A mudança de estado de substâncias puras (fusão,
ebulição) é normalmente desenvolvida sem alteração na
temperatura. Todo calor recebido ou cedido pela
substância é utilizado pelo mecanismo de mudança de
estado.
• Hoje já existe a ITS-90 Escala Internacional de
Temperatura, definida em fenômenos determinísticos de
temperatura e que definiualguns pontos fixos de
temperatura.
Escalas de Temperatura
• Com o desenvolvimento tecnológico diferente em
diversos parses, criou-se uma série de normas e
padronizações, cada uma atendendo uma dada
região. As mais importantes são:
• ISA (AMERICANA)
• DIN (ALEMÃ)
• JIS (JAPONESA)
• BS (INGLESA)
• UNI (ITALIANA)
Medidores de Temperatura
• Os instrumentos de medição de temperatura dividem-se 
em duas classes:
• Instrumentos nos quais o elemento de medição está em 
contato com o corpo cuja temperatura se quer medir 
(transferência de calor por condução).
– Termômetro à dilatação de líquido.
– Termômetro à dilatação de gás.
– Termômetro à tensão de vapor saturante.
– Termômetro à dilatação de sólido.
– Termômetro à resistência elétrica.
– Termômetro à par termoelétrico.
• Instrumento em que o elemento sensível não está em 
contato com o corpo cuja temperatura queremos medir 
(transferência de calor por radiação).
– Pirômetros à radiação.
– Pirômetros óticos.
Medidores de Temperatura
Termômetro de Vidro
• Princípio de funcionamento: Este termômetro está baseado
no fenômeno da dilatação de um líquido dentro de um
recipiente fechado.
• Características: Consta de um tubo de vidro sob vácuo tendo
em umas das extremidades um bulbo ligado à um tubo capilar.
No sistema é colocado um líquido que, pela ação do calor, se
expande, preenchendo parte do capilar e indicando numa
escala gravada diretamente sobre o vidro ou sobre uma placa
externa;
• Utilização dos termômetros de vidro: Pela sua fragilidade e
da impossibilidade de registrar sua indicação ou transmití-la, o
uso destes termômetros sem proteção é mais comum nos
laboratórios como elemento de comparação para outros tipos
medidores, assim como para medições de precisão.
Medidores de Temperatura
Termômetro de Vidro
• Como líquidos utilizados 
neste termômetro temos:
• Tolueno (-80 à 100°C)
• Mercúrio (-35 à 750°C)
• Álcool (-80 à 70°C)
• Pentano (-120 à 30°C)
• Acetona (-80 à 50°C)
Medidores de Temperatura
Termômetro Bimetálico
• Princípio de funcionamento: Dois metais com coeficiente de
dilatação diferentes soldados um no outro e presos a um apoio
fixo em uma das suas extremidades dilatam de forma diferente
com o aumento de temperatura. A deflexão resultante pode ser
utilizada para a medição de temperatura.
• Características: os dois metais são soldados de maneira a 
formar uma lâmina que é enrolada em forma de espiral ou 
hélice. Um termômetro bimetálico consiste de um tubo bom 
condutor de calor no interior do qual é fixado um eixo que por 
sua vez recebe um ponteiro que se desloca sobre uma escala. 
Sua faixa de temperatura mais utilizada é de -200°C à 510°C.
• Utilização: É atualmente o indicador de temperatura local 
mais utilizado na área industrial, devendo isto a sua 
simplicidade, robustez e baixo preço.
Medidores de Temperatura
Termômetro Bimetálico
• Os materiais utilizados 
na sua construção são:
• Invar (Aço com 64% 
Fe e 36% Ni), possui 
baixo coeficiente de 
dilatação.
• Latão, possue alto 
coeficiente de dilatação 
(até 150ºC).
• Nicromo , para 
temperaturas maiores.
Medidores de Temperatura
Termômetro com Sistema de Enchimento
• Princípio de Funcionamento: os termômetros com sistema de 
enchimento (sistema termal) baseiam-se, como os termômetros 
de vidro, no fenômeno de dilatação aparente de um líquido 
dentro de um recipiente fechado.
• Características: um sistema termal é composto basicamente 
por manômetro conectado através de um capilar (tubo fino e 
flexível) ao bulbo sensor de temperatura. 
• Aplicações: dá-se preferência aos sistemas preenchidos com 
mercúrio para temperaturas não inferiores a -38°C ou quando 
o "span" deva ser estreito (25°C) ou quando há perigo de 
contaminação por vazamento de mercúrio. Os de enchimento a 
gás podem ser utilizados em temperaturas mais baixas e 
possuem o bulbo maior (facilita a medição de temperatura 
média de um volume grande), e "span" mínimo de 50°C. Os de 
enchimento a vapor são de custo mais reduzido, de resposta 
rápida (exceto para temperaturas ambiente). A não linearidade 
da escala pode ser um fator negativo.
Medidores de Temperatura
Termômetro com Sistema de Enchimento
• 1. Sistema termal de líquido: É 
preenchido completamente com um 
líquido (Ex. mercúrio). Variações de 
temperatura causam uma dilatação 
volumétrica do líquido;
• 2. Sistema termal de gás: É preenchido 
por um gás. O volume é praticamente 
constante. Variações de temperatura 
causam variações na pressão do gás;
• 3. Sistema termal de vapor: É 
preenchido parcialmente com um 
líquido, de tal maneira que a superfície 
livre do mesmo se encontre no bulbo. 
O volume restante é preenchido com o 
vapor desse mesmo líquido. No 
equilíbrio, a pressão do vapor é 
relacionada com a temperatura da 
interface.
Medidores de Temperatura
Termômetro de Termoresistência
• Princípio de Funcionamento: Os bulbos de resistência são 
sensores que se baseiam no princípio de variação da 
resistência em função da temperatura.
• Características: As termoresistência Pt-100 (100Ω a 0°C) 
são as mais utilizadas industrialmente devido a sua grande 
estabilidade, larga faixa de utilização e a alta precisão. 
• Devido à alta estabilidade das termoresistências de 
platina, as mesmas são utilizadas como padrão de 
temperatura na faixa de - 270°C a 660°C. 
• A estabilidade é um fator de grande importância na 
indústria, pois é a capacidade do sensor manter e 
reproduzir suas características (resistência-temperatura) 
dentro da faixa especificada de operação. 
Medidores de Temperatura
Termômetro de Termoresistência
• Outro fator importante num sensor PT 100 é a repetibilidade, que é
característica de confiabilidade da termoresistênica. Repetibilidade
deve ser medida com leitura de temperaturas consecutivas,
verificando-se a variação encontrada quando de medição novamente
na mesma temperatura.
• O tempo de resposta é ímportante em aplicações onde a temperatura
do meio ambiente em que se realiza a medição está sujeito a
mudanças bruscas.
• Na montagem tipo isolação mineral, 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. Este tipo de montagem
permite a redução do diâmetro e apresenta rápida velocidade de
resposta.
Medidores de Temperatura
Termômetro de Termoresistência
• Vantagens: 
– Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros 
tipos de sensores.
– Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação.
– Dispensa utilização de fiação especial para ligação.
– Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente.
– Tem boas características de reprodutibilidade. 
– Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem.
• Desvantagens:
– São mais caras do que os sensores utilizados nessa mesma faixa.
– Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua 
temperatura máxima de utilização.
– Temperatura máxima de utilização (~630ºC);
– É necessário que todo corpo do bulbo esteja com a temperatura 
equilibrada para indicar corretamente.
– Alto tempo de resposta.
Medidores de Temperatura
Termômetro de Termoresistência
Medidores de Temperatura
Termômetro de Termoresistência
Medidores de Temperatura
Efeito Seebeck
• O fenômeno de termoeletricidade foi descoberto em 1821
por T.J. Seebeck quando ele notou que em um circuito
fechado, formado por dois condutores diferentes ocorre
uma circulação de corrente enquanto existir uma
diferença de temperatura entreas suas junções;
• Quando a temperatura da junta de referência é mantida
constante, verifica-se que a f.e.m. térmica é uma função
da temperatura T da junção de medição.
• Este fato permite utilizar um par termoelétrico como um
termômetro.
Medidores de Temperatura
Efeito Seebeck
Medidores de Temperatura
Efeito Peltier
• Efeito termoelétrico de Peltier (descoberto em 1834), diz
que dado um par termoelétrico com ambas as junções a
mesma temperatura, se, mediante uma bateria exterior,
produz-se uma corrente no termopar, as temperaturas das
junções variam em uma quantidade não inteiramente
devida ao efeito Joule.
• Essa variação adicional de temperatura é conhecida como
efeito Peltier .
• O efeito produz-se tanto pela corrente proporcionada por
uma bateria exterior como pelo próprio par termoelétrico.
Medidores de Temperatura
Efeito Peltier
Medidores de Temperatura
Efeito Thomson
• Em 1854, Thomson conclui, através das leis da
termodinâmica, que a condução de calor, ao longo dos
fios metálicos de um par termoelétrico, que não transporta
corrente, origina uma distribuição uniforme de
temperatura em cada fio.
• Quando existe corrente, modifica-se em cada fio a
distribuição de temperatura em uma quantidade não
inteiramente devida ao efeito Joule. Essa variação
adicional na distribuição da temperatura denomina-se
efeito Thomson.
• O efeito Thomson depende do metal de que é feito o fio e
da temperatura média da pequena região considerada.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
• Um termopar consiste de dois condutores metálicos, de 
natureza distinta, 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.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Construção da Junção
• Para se construir a junção de 
medição do termopar, deve-
se tomar as seguintes 
precauções: 
• 1) remover o óxido existente 
na superfície do fio;
• 2) colocar o par termelétrico 
em contato por aderência
• 3) Logo após, pelo método 
apropriado, executar a 
operação de soldagem.
• Obs.: a operação de 
soldagem depende do tipo 
de liga que será utilizada.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos de Proteção
• Termopar Nu
• Termopar com 
Isolante Térmico
• Termopar com 
Isolante Mineral
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos de Proteção
• O termopar tipo nu, normalmente, não é utilizado dessa 
forma. Então usa-se um termopar com tubo isolante ( 
geralmente de cerâmica);
• Como os termopares com isolantes térmicos têm facilidade
para danificar-se (devido a sua fragilidade e não total
proteção contra a atmosfera), raramente os mesmos são
utilizados nestas condições. Para amenizar o problema, o
termopar com isolante térmico é introduzido dentro de um
poço protetor e neste estado é utilizado em larga escala.
• Em sistemas de energia nuclear as normas de segurança são 
altamente severas e, neste caso, utiliza-se isolação mineral 
para garantir maior estabilidade e resistência mecânica.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
• Poço para medição de 
temperatura à Pt-100 e 
Termopares
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
Montagem da Junção de Medição
• Junção Exposta: Neste tipo de
montagem, parte da bainha e da
isolação são removidos,
expondo os termoelementos ao
ambiente. Tem como
características um tempo de
resposta extremamente pequeno
e grande sensibilidade a
pequenas variações na
temperatura, mas apresenta
como desvantagem o rápido
envelhecimento dos
termoelementos devido ao
contato com o ambiente
agressivo, altas temperaturas e
pressões.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
Montagem da Junção de Medição
• Junção Aterrada: Neste, os
termoelementos e a bainha são
soldados juntos para formar a
junção de medição. Assim os fios
são aterrados na bainha. Este tipo
de montagem apresenta um tempo
de resposta um pouco maior que a
junção exposta, mas ainda assim
menor que a junção isolada;
podendo ser usado em ambientes
agressivos devido a isolação dos
termoelementos. Não é
recomendável para ambientes
sujeitos a ruídos devido à captação
dos mesmos, podendo transmiti-los
para o instrumento indicador
gerando erros e instabilidade na
leitura.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares
Montagem da Junção de Medição
• Junção Isolada: É quando a
junção de medição é isolada
eletricamente da bainha. Este é
o tipo de montagem mais
utilizado. Suas características
são: um tempo de resposta
maior que as montagens
anteriores e os termoelementos
ficam totalmente protegidos do
meio externo garantindo maior
vida útil e podendo ser usado
em ambientes sujeitos a
campos elétricos, pois sendo
isolado da bainha, fica mais
imune a interferências
eletrostáticas.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos Comerciais
• TIPO J (Adotada pela Norma ANSI)
• Fe-Co (Iron-Constantan)
• Liga: ( + ) Ferro - (99,5%) e ( - ) Constantan
• Identificação da polaridade: o positivo (ferro) é magnético, o negativo 
não é magnético.
• - Características:
– Faixa de utilização: O a 760ºC
– FEM produzida: O a 42,922mV
– Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes, oxidantes ou 
redutoras.
– Baixo custo relativo, sendo assim é um dos mais utilizados 
industrialmente.
– Tem baixa homogeneidade, devido à dificuldade de obtenção do 
ferro com alto teor de pureza.
– Indicado para serviços contínuos até 760ºC em atmosfera neutra ou 
redutora.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos Comerciais
• TIPO K (Adotada pela Norma ANSI)
• NiCr-Ni
• Liga: ( + ) Chromel Ni90Cr10 e AIumel
• Identificação da Polaridade: o negativo (alumel) é levemente 
magnético, o positivo não é magnético.
• Características:
– Faixa de utilização: 0 a 1260ºC
– FEM Produzida: 0 a 50,990mV
– Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes.
– Em altas temperaturas (entre 800 a 1200ºC) é mais resistente
– mecanicamente, do que os tipos S e R, tendo uma vida útil 
superior ao tipo J.
– Vulnerável em atmosferas redutoras e sulfurosas, com gases 
como SO2 e H2S, requerendo substancial proteção quando 
utilizado nestas condições.
– Sua mais importante aplicação ocorre na faixa de 700 a 1260º.
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos Comerciais
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos Comerciais
Medidores de Temperatura
Termômetro a Termopares – Tipos Comerciais
Medidores de Temperatura
Medição a Termopares - Interligação
• A interligação dos termopares com os instrumentos de recepção deve
obedecer critérios específicos já que na sua junção não pode ocorrer o
“aparecimento” de novos termopares.
• Para isto ou se usa cabos/fios do mesmo material ou por questões de
custo se utiliza cabos que substituem os de mesmo material sem que
haja interferência na medição.
– Cabos de extensão: São aqueles fabricados com o mesmo material do
termopar devido ao seu baixo custo. Desse modo para os termopares
tipo T, J, K e E são utilizados cabos do mesmo material para sua
interligação com o instrumento receptor.
– Cabos de compensação: Para os cabos dos termopares nobres (R, S e
B) não seria viável economicamente a utilização de cabos de extensão.
Assim, para tornar possível a utilização desses sensores, desenvolveu-
se cabos de natureza diferente porém com a característica de
produzirem a mesma curva de força