Instrumentos de Temperatura

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Instrumentos de Temperatura 
Disciplina: Instrumentação Industrial 
Professor: Willian Martins Leão 
Termometria 
• Termometria significa "Medição de temperatura". Eventualmente o 
termo Pirometria é também aplicado com o mesmo significado, 
porém, baseando-se na etimologia das palavras, podemos definir: 
– 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. 
 
Conceitos Básicos 
• Temperatura como o grau de agitação térmica das moléculas. 
– Escala Celsius (°C); 
– Escala Kelvin (K); 
– Escala Fahrenheit (°F); 
– Escala Rankine (°R). 
Conceitos Básicos 
• Calor é a transferência de energia térmica de um sistema a outro - 
ou entre partes de um mesmo sistema - exclusivamente em virtude 
da diferença de temperaturas entre eles. 
• Há três formas de transferência de calor: 
– Condução Térmica; 
– Convecção Térmica (Advecção + Condução); 
– Radiação Térmica. 
Introdução 
• Os instrumentos de medição de temperatura dividem-se em duas 
classes: 
– Medição intrusiva: os quais o elemento de medição está em contato com 
o corpo cuja temperatura se quer medir (transferência de calor por 
condução). 
– Medição não intrusiva: os quais o elemento sensível não está em 
contato com o corpo cuja temperatura se quer medir (transferência de 
calor por radiação). 
• O uso dos tipos de medidores citados dependerá de vários fatores 
como faixa de medição, tempo de resposta, precisão, etc. 
Termômetro de vidro 
• Baseado no fenômeno da dilatação de um líquido dentro de 
recipiente fechado. 
 
 
 
 
 
• Materiais utilizados: mercúrio ou álcool. 
Termômetros Bimetálicos 
• Baseado na diferença entre coeficientes de 
dilatação. 
– A precisão dos Termômetros Bimetálicos é de 
±1% e podem ser utilizadas para medir 
temperatura entre -40 à 500°C. 
– Não é recomendado, quando a temperatura for 
maior que 425 °C (trabalho contínuo) e quando 
a temperatura for acima de 535 °C (trabalho 
intermitente). 
Termômetros Bimetálicos 
• Os metais possuem limitações 
físicas e estão sujeitos a 
empenamentos e a deformação 
permanente. 
• Quando isto ocorre, eles não 
retomam à sua condição 
normal e a temperatura 
indicada será imprecisa. 
 
Termoresistências 
• São sensores de materiais condutores que aumentam sua 
resistência elétrica com o aumento da temperatura (PTC - positive 
temperature coefficient). 
• São também conhecidos por RTD (Resistance Temperature 
Detector). 
• Suas características principais características são: 
– alta estabilidade mecânica e térmica; 
– resistência à contaminação; 
– baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. 
 
Termoresistências 
• Os materiais mais utilizados são platina e o níquel. 
• O mais conhecido é o Pt-100. Seu nome deriva do material de 
fabricação, a platina (Pt) e por possuir resistência de 100Ω à 0°C. 
– São utilizados em temperaturas entre -270°C a 660°C. 
• Outros materiais sensores são o Pt-1000 e o Ni-50. 
Diferença entre o Pt-100 e Pt-1000 
• O Pt-100 possui curva de temperatura aproximada com 𝑐 = 0,391Ω/°𝐶. 
𝑅 ≅ 𝑐 ∙ 𝑇 + 100 
• O Pt-1000 possui curva de temperatura aproximada de ~ c = 3,91Ω/°𝐶. 
𝑅 ≅ 𝑐 ∙ 𝑇 + 1000 
• Qual é o erro na medição de 120°C quando se utiliza um cabo de 10m com 
resistência elétrica de 0,8Ω no Pt-100 e Pt-1000? 
• ATENÇÃO: Valores aproximados! Usar Tabelas de Referência 
– Vantagem do Pt-1000: redução de consumo de energia. Ex: termômetro digital. 
– Na utilização de sensores Pt-1000, deve-se garantir que a eletrônica de avaliação possa 
lidar com baixas correntes 
°C 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 
-200 18,52 
-190 22,83 22,40 21,97 21,54 21,11 20,68 20,25 19,82 19,38 18,95 
-180 27,10 26,67 26,24 25,82 25,39 24,97 24,54 24,11 23,68 23,25 
-170 31,34 30,91 30,49 30,07 29,64 29,22 28,80 28,37 27,95 27,52 
-160 35,54 35,12 34,70 34,28 33,86 33,44 33,02 32,60 32,18 31,76 
-150 39,72 39,31 38,89 38,47 38,05 37,64 37,22 36,80 36,38 35,96 
-140 43,88 43,46 43,05 42,63 42,22 41,80 41,39 40,97 40,56 40,14 
-130 48,00 47,59 47,18 46,77 46,36 45,94 45,53 45,12 44,70 44,29 
-120 52,11 51,70 51,29 50,88 50,47 50,06 49,65 49,24 48,83 48,42 
-110 56,19 55,79 55,38 54,97 54,56 54,15 53,75 53,34 52,93 52,52 
-100 60,26 59,85 59,44 59,04 58,63 58,23 57,82 57,41 57,01 56,60 
-90 64,30 63,90 63,49 63,09 62,68 62,28 61,88 61,47 61,07 60,66 
-80 68,33 67,92 67,52 67,12 66,72 66,31 65,91 65,51 65,11 64,70 
-70 72,33 71,93 71,53 71,13 70,73 70,33 69,93 69,53 69,13 68,73 
-60 76,33 75,93 75,53 75,13 74,73 74,33 73,93 73,53 73,13 72,73 
-50 80,31 79,91 79,51 79,11 78,72 78,32 77,92 77,52 77,12 76,73 
-40 84,27 83,87 83,48 83,08 82,69 82,29 81,89 81,50 81,10 80,70 
-30 88,22 87,83 87,43 87,04 86,64 86,25 85,85 85,46 85,06 84,67 
-20 92,16 91,77 91,37 90,98 90,59 90,19 89,80 89,40 89,01 88,62 
-10 96,09 95,69 95,30 94,91 94,52 94,12 93,73 93,34 92,95 92,55 
0 100,00 99,61 99,22 98,83 98,44 98,04 97,65 97,26 96,87 96,48 
Tabela de referência para resistência no Pt-100, de -200 a 0 °C 
°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
0 100,00 100,39 100,78 101,17 101,56 101,95 102,34 102,73 103,12 103,51 
10 103,90 104,29 104,68 105,07 105,46 105,85 106,24 106,63 107,02 107,40 
20 107,79 108,18 108,57 108,96 109,35 109,73 110,12 110,51 110,90 111,29 
30 111,67 112,06 112,45 112,83 113,22 113,61 114,00 114,38 114,77 115,15 
40 115,54 115,93 116,31 116,70 117,08 117,47 117,86 118,24 118,63 119,01 
50 119,40 119,78 120,17 120,55 120,94 121,32 121,71 122,09 122,47 122,86 
60 123,24 123,63 124,01 124,39 124,78 125,16 125,54 125,93 126,31 126,69 
70 127,08 127,46 127,84 128,22 128,61 128,99 129,37 129,75 130,13 130,52 
80 130,90 131,28 131,66 132,04 132,42 132,80 133,18 133,57 133,95 134,33 
90 134,71 135,09 135,47 135,85 136,23 136,61 136,99 137,37 137,75 138,13 
100 138,51 138,88 139,26 139,64 140,02 140,40 140,78 141,16 141,54 141,91 
110 142,29 142,67 143,05 143,43 143,80 144,18 144,56 144,94 145,31 145,69 
120 146,07 146,44 146,82 147,20 147,57 147,95 148,33 148,70 149,08 149,46 
130 149,83 150,21 150,58 150,96 151,33 151,71 152,08 152,46 152,83 153,21 
140 153,58 153,96 154,33 154,71 155,08 155,46 155,83 156,20 156,58 156,95 
150 157,33 157,70 158,07 158,45 158,82 159,19 159,56 159,94 160,31 160,68 
160 161,05 161,43 161,80 162,17 162,54 162,91 163,29 163,66 164,03 164,40 
170 164,77 165,14 165,51 165,89 166,26 166,63 167,00 167,37 167,74 168,11 
180 168,48 168,85 169,22 169,59 169,96 170,33 170,70 171,07 171,43 171,80 
190 172,17 172,54 172,91 173,28 173,65 174,02 174,38 174,75 175,12 175,49 
200 175,86 176,22 176,59 176,96 177,33 177,69 178,06 178,43 178,79 179,16 
Tabela de referência para resistência no Pt-100, de 0 a 200°C 
Ponte Wheatstone 
• Ponte de Wheatstone: 
medição de termoresistores, 
• O circuito encontra-se 
balanceado quando é respeitada 
a relação 𝑅4 ∙ 𝑅2 = 𝑅3 ∙ 𝑅1. 
• Medida de Corrente/Tensão no 
centro da ponte é nula. 
• Corrente/Tensão não-nula: 
variação da temperatura. 
Transmissor 
• Os transmissores (transdutores): conversão da variável de 
medida (nesse caso resistência elétrica)  sinal padrão de 
leitura (por exemplo 4~20mA ou 0~10VCC). 
• Eles podem ser: 
– Integrados; 
– Avulsos. 
 
Transmissor: Exemplo TT421 
Modo Transmissor Modo Controlador 
Transmissor: Exemplo TT421 
Multi-dropTipos de montagem 
• Conexão a 2 fios 
 
 
 
 
 
Nos casos em que o transmissor 
não é integrado haverá erros de 
medição devido a presença do 
cabo de ligação. 
V2 = [RTD + 2 x R] x I 
Tipos de montagem 
• Conexão a 3 fios 
 
 
 
 
 
O terceiro fio atua somente como 
condutor de compensação, não 
influenciando nos cálculos de 
medição de resistência 
V2-V1 = [RTD + R] x I - R x I = RTD x I 
Tipos de montagem 
• Conexão a 4 fios 
 
 
 
 
 
Existem duas ligações para 
cada lado da ponte também, 
anulando o efeito das 
resistências dos cabos. V2 = RTD x I 
Termistores 
• São sensores baseados em materiais 
semicondutores que variam a 
resistência elétrica de forma não-linear 
com a temperatura; 
• Podem ser do tipo PTC (positive 
temperature coefficient) ou NTC 
(negative temperature coefficient); 
– Possuem alta sensibilidade (10% por °C). 
– Baixa rangeabilidade (em torno de -50°C 
a 105°C. 
Termopares 
• São sensores baseados no efeito Seebeck que diz: 
“O aquecimento da junção de dois metais diferentes 
 gera o aparecimento de uma f.e.m. (tensão).” 
 
Termopares (Thermo Couples) 
• Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome 
de junta quente ou junta de medição, o qual entra contato 
com o processo. 
• Já há o ponto onde os fios que formam o termopar se 
conectam ao instrumento de medição é chamado de junta 
fria ou junta de referência. 
 
Leis Termoelétricas 
• Lei do circuito homogêneo 
• Lei dos metais intermediários 
• Lei das temperaturas intermediárias 
Lei do circuito homogêneo 
• “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” 
 Lei dos metais 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 à mesma temperatura.” 
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 às 
temperaturas T1 e T3 
respectivamente, é a soma 
algébrica da f.e.m. deste circuito, 
com as junções às temperaturas 
T1 e T2 e a f.e.m. deste mesmo 
circuito com as junções às 
temperaturas T2 e T3.” 
E1 = ET1 –ET2 
E2 = ET2 –ET3 
E3 = ET1 –ET3 
Somando E1 e E2 
E1 + E2 = ET1 – ET2+ ET2 – ET3 
 = ET1– ET3 
E1 + E2 = E3 
Lei das temperaturas intermediárias 
Correlação da f.e.m. em função da 
temperatura 
Termopares 
Há dois tipos de termopares: 
• Metal Base: tipo T, J, E, K e N. 
– Possuem maior uso industrial; 
– Os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite 
de erro maior. 
• Metal Nobre: tipo S, R e B. 
– São aqueles cujos pares são constituídos de platina, portanto maior custo; 
– Necessitam de instrumentos receptores de alta sensibilidade devido sua 
baixa potência termoelétrica; 
– Possuem altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza do material. 
 Correção da junta de referência 
• As tabelas existentes da f.e.m. são relativas a junta de referência a 
0°C (ponto de solidificação da água ). 
– Na prática a junta de referencia não se encontra nessa temperatura e varia 
com o tempo. 
– Há a necessidade de correção da correção da junta de referência, podendo 
esta ser automática ou manual. 
°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
400 21,848 21,903 21,958 22,014 22,069 22,124 22,179 22,234 22,289 22,345 
410 22,400 22,455 22,510 22,565 22,620 22,676 22,731 22,786 22,841 22,896 
420 22,952 23,007 23,062 23,117 23,172 23,228 23,283 23,338 23,393 23,449 
430 23,504 23,559 23,614 23,670 23,725 23,780 23,835 23,891 23,946 24,001 
440 24,057 24,112 24,167 24,223 24,278 24,333 24,389 24,444 24,499 24,555 
450 24,610 24,665 24,721 24,776 24,832 24,887 24,943 24,998 25,053 25,109 
460 25,164 25,220 25,275 25,331 25,386 25,442 25,497 25,553 25,608 25,664 
470 25,720 25,775 25,831 25,886 25,942 25,998 26,053 26,109 26,165 26,220 
480 26,276 26,332 26,387 26,443 26,499 26,555 26,610 26,666 26,722 26,778 
490 26,834 26,889 26,945 27,001 27,057 27,113 27,169 27,225 27,281 27,337 
500 27,393 27,449 27,505 27,561 27,617 27,673 27,729 27,785 27,841 27,897 
510 27,953 28,010 28,066 28,122 28,178 28,234 28,291 28,347 28,403 28,460 
520 28,516 28,572 28,629 28,685 28,741 28,798 28,854 28,911 28,967 29,024 
530 29,080 29,137 29,194 29,250 29,307 29,363 29,420 29,477 29,534 29,590 
540 29,647 29,704 29,761 29,818 29,874 29,931 29,988 30,045 30,102 30,159 
550 30,216 30,273 30,330 30,387 30,444 30,502 30,559 30,616 30,673 30,730 
560 30,788 30,845 30,902 30,960 31,017 31,074 31,132 31,189 31,247 31,304 
570 31,362 31,419 31,477 31,535 31,592 31,650 31,708 31,766 31,823 31,881 
580 31,939 31,997 32,055 32,113 32,171 32,229 32,287 32,345 32,403 32,461 
590 32,519 32,577 32,636 32,694 32,752 32,810 32,869 32,927 32,985 33,044 
Termopar Tipo J – Ferro Constantan 
Termopares 
Fios ou cabos de compensação e extensão 
• Geralmente na aplicação industrial, é necessário que o termopar e o 
instrumento encontrem-se relativamente afastados, por não convir 
que o aparelho esteja demasiadamente próximo ao local onde se 
mede a temperatura. 
 
• Nestas circunstâncias deve-se, processar a ligação entre os 
terminais do cabeçote e o aparelho, através de fios ou cabos de 
extensão ou compensação, que possuem as mesmas 
características de um termopar, porém com uma qualidade inferior. 
 
Fios ou cabos de compensação e extensão 
• Os fios e cabos de extensão são fabricados com as mesmas ligas 
dos termopares. 
– Além disso, podem ser utilizados como termopares com algumas 
restrições, devido a sua composição não ser tão homogênea. 
– Exemplo: Tipo TX, JX, EX, NX e KX. 
• Os cabos e fios de compensação são fabricados com ligas 
diferentes a dos termopares, mas apresentam a mesma curva. 
– Não é recomendado utilizar um cabo de compensação como um 
termopar, pois suas características são limitadas. 
– Exemplo: Tipo WX, SX e BX. 
 
• Na maioria dos caso, os fios 
e cabos de extensão e 
compensação são 
recomendados na utilização 
em que a temperatura 
ambiente não ultrapasse um 
limite máximo de 200°C. 
– O preço desses cabos variam 
entre R$5,00 à R$22,00 por 
metro de acordo com o tipo 
de cabo. 
Termopar 
TIPO 
 FIO OU CABO DE EXTENSÃO 
TIPO 
MATERIAL DOS 
CONDUTORES 
Faixa de 
Utilização 
+ - 
T TX Cobre Constatan -60°C a 200°C 
J JX Ferro Constatan 0°C a 200°C 
E EX Chromel Constatan 0°C a 200°C 
K KX Chromel Alumel 0°C a 200°C 
 
Termopar 
TIPO 
 FIO OU CABO DE COMPENSAÇÃO 
TIPO 
MATERIAL DOS 
CONDUTORES 
Faixa de 
Utilização 
+ - 
K KX Ferro Cupronel 24°C a 200°C 
S,R SX Cobre Cobre-Níquel 0°C a 200°C 
B BX Cobre Cobre 0°C a 100°C 
Associação em Série 
• Há soma das fem individuais. 
• É chamada termopilha. 
Associação em Série Oposta 
• Utilizada para medir a diferença de 
temperatura entre dois pontos. 
• A maior temperatura é ligada ao 
positivo do instrumento. 
Associação em Paralelo 
• Ligando dois ou mais 
termopares, em paralelo, a um 
mesmo instrumento, teremos a 
média das mV geradas nos 
diversos termopares, se as 
resistências internas foram 
iguais. 
Erros de Ligação 
• Uso de cabo inadequado para extensão; 
 
• Inversão Simples; 
 
• Inversão dupla; 
 
• Ausência de aterramento. 
Uso de cabo inadequado paraextensão; 
Inversão Simples 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Inversão Dupla 
Inversão Dupla 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pirômetro Óptico 
• Tipo de equipamento de medição de temperatura, que não entra em 
contato direto com o corpo, cuja temperatura se deseja medir. 
 
• Toda forma de matéria com temperatura (T) acima do zero 
absoluto emite radiação infravermelha de acordo com esta 
temperatura. 
 
• Mensuram a temperatura de -30°C a 4000°C. 
Pirômetro Óptico 
Pirômetro Óptico 
• Os pirômetros (ou radiômetros) são aplicados na indústria onde: 
– As temperaturas estão acima da faixa de operação prática dos termopares. 
– A atmosfera do processo for prejudicial aos pares termoelétricos, causando 
medidas falsas e pequena durabilidade ao par. 
– No interior de fornalhas a vácuo ou pressão, onde os sensores de 
temperatura danificam o produto. 
– O objeto cuja temperatura se vai medir está em movimento. 
– Em locais onde os termopares não podem ser instalados, por causa de 
vibrações, choques mecânicos ou impossibilidade de montagem.