instrumentação medicao de temperatura

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
INSTITUTO DE ENGENHARIA 
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
PROFª MSc. ALINE NONATO 
2018/1 
1 
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA 
2 
CONCEITOS BÁSICOS 
 
 
Grandeza física relacionada com o grau de 
vibração dos átomos e/ou moléculas que 
constituem o corpo. Temperatura 
Energia térmica em trânsito de um corpo de 
maior temperatura para um corpo de menor 
temperatura. 
Calor 
3 
Introdução 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
• Matéria é tudo aquilo que ocupa lugar no espaço e possui massa. 
• Corpos são porções limitadas de matéria. 
• Material é toda espécie de matéria. 
• Substância é toda espécie química a que corresponde uma composição constante. 
• Energia é a capacidade de produzir trabalho. 
4 
Introdução 
 
CONCEITOS BÁSICOS 
• Temperatura a propriedade da matéria que reflete a média de energia cinética 
de um corpo. 
• Termometria é a parte da Termologia que estuda as medidas e medições das 
temperaturas. Inclui pirometria e criometria. 
• 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. 
 
5 
Introdução 
PONTOS FIXOS DE TEMPERATURA 
 Calor sensível é a quantidade de calor 
necessária para que uma substância mude a 
sua temperatura até que comece a sua 
mudança de estado, onde teremos o calor 
latente. 
6 
Introdução 
PONTOS FIXOS DE TEMPERATURA 
 Calor latente: é a quantidade de calor 
que uma substância troca por grama 
durante a mudança de estado. Apesar 
do calor cedido à água ser constante 
durante toda a experiência, nota-se 
que durante a fusão do gelo, entre t1 
e t2, e ebulição da água, entre t3 e t4 
a temperatura permanece constante. 
 
7 
Introdução 
• Escalas de temperatura mais importantes: 
A temperatura é representada em uma escala numérica, onde, quanto maior o seu valor, 
maior é a energia cinética média dos átomos do corpo em questão. 
8 
Introdução 
ESCALAS DE TEMPERATURA 
• A temperatura é quantificada através de escalas 
padronizadas, as mais utilizadas são a escala Celsius 
[ºC] e a Fahrenheit [ºF], ambas com o nome de seus 
criadores. No Sistema Internacional (S.I.) utiliza-se a 
escala absoluta Kelvin, que é base para pesquisas e 
estudos científicos. 
9 
Introdução 
Relações básicas entre as escalas 
10 
Introdução 
Meios de transmissão de calor 
11 
Introdução 
Meios de transmissão de calor 
12 
Introdução 
Condução: 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 
sólido, líquido ou gás, ou entre meios diferentes em contato físico direto. 
Meios de transmissão de calor 
13 
Introdução 
Meios de transmissão de calor 
14 
Introdução 
Meios de transmissão de calor 
15 
Introdução 
MEDIDORES DE TEMPERATURA 
• A temperatura não pode ser determinada diretamente, mas deve ser deduzida a partir de seus efeitos 
elétricos ou físicos produzidos sobre uma substância, cujas características são conhecidas. Os medidores 
de temperatura são construídos baseados nesses efeitos. 
Medidores de 
Temperatura 
Termômetros de 
Efeito Mecânico 
Termômetros de 
Efeito Elétrico 
Medidores por 
Radiação 
16 
Medição de temperatura 
• Podemos dividir os medidores de temperatura em dois grandes grupos: 
 
Contato 
direto 
Termômetro à 
dilatação 
Termômetro à 
pressão 
Termômetro a par 
termoelétrico 
Termômetro à 
resistência elétrica 
Contato indireto 
Pirômetro óptico 
Pirômetro fotoelétrico 
Pirômetro de radiação 
17 
Medição de temperatura 
 
18 
Medição de temperatura 
• Quando a temperatura está variando rapidamente num processo industrial, por exemplo, o 
sistema de medição poderá não conseguir acompanhar esta variação (principalmente pela 
inércia térmica do sensor). 
T 
E 
M 
P 
E 
R 
A 
T 
U 
R 
A 
Tempo 
Temperatura 
 correta 
Temperatura 
lida pelo 
sistema 
19 
Medição de temperatura 
• Mesmo quando se realiza uma medida estática de 
temperatura deve-se ter cuidado com a resposta 
do sensor, uma vez que ele leva um certo tempo 
para chegar a esse valor máximo. O tempo 
necessário para o sensor chegar a aproximadamente 
63 % do valor máximo é chamado de constante de 
tempo, e a partir desse valor (geralmente 
fornecido pelo fabricante), é possível saber 
quanto se deve esperar para chegar ao valor 
máximo. 
T 
e 
m 
p 
e 
r 
a 
t 
u 
r 
a 
Tmax. 
63% de Tmax. 
 (constante de tempo) 
 
T e m p o 
20 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO DE DILATAÇÃO DE LÍQUIDO 
Os termômetros de dilatação de líquido baseiam-se na lei de expansão volumétrica de um 
líquido com a temperatura dentro de um recipiente fechado. Leitura (direta) da altura da 
coluna líquida 
 
• Termômetro de vidro 
• Tipos de líquidos utilizados: 
• Mercúrio 
• Álcool etílico 
• Tolueno 
 
 
 
 
 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
21 
Medição de temperatura 
•Os termômetros são de dois tipos: 
 
• Imersão Total - São calibrados para leitura correta quando a coluna de 
líquido está imersa completamente no fluído medido. 
 
• Imersão Parcial - São calibrados para leitura correta quando imersos 
numa quantidade definida com a porção exposta numa temperatura 
definida. 
 
TERMÔMETRO DE DILATAÇÃO DE LÍQUIDO 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
22 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO DE VIDRO 
23 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO DE DILATAÇÃO DE SÓLIDOS 
 Termômetro bimetálico 
 Dois metais de diferentes coeficientes de dilatação linear são unidos numa determinada 
temperatura. Ao submeter à junta a uma temperatura determinada ela se curvará no 
sentido da indicação da temperatura. 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
24 
Medição de temperatura 
O raio de curvatura é dado por: 
A 
B 
  
    
2
3 2 1
t
T TA B
 A combinação desta equação com relações apropriadas da resistência dos materiais permite o cálculo de 
deflexões de vários tipos de elementos em uso prático. 
onde: 
 
 t = espessura total da placa 
 A e B = coeficientes de dilatação 
 T2 -T1 = variação de temperatura 
TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
25 
Medição de temperatura 
• Como os metais vão se dilatar causando diferença no seu comprimento, é possível controlar um 
contato elétrico do tipo liga-desliga. Quando a junção metálica está fria, os metais estão 
encostados um ao outro. À medida que ela esquenta, os metais se dilatam até abrirem o 
contato. Ao abrir o contato, a corrente elétrica é interrompida, sem corrente elétrica, os metais 
esfriam, tornando a encostarem e recomeçando o ciclo. 
TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
26 
Medição de temperatura 
• Aplicações: 
• Sistema de chaveamento para desligar o sistema em casos de sobrecarga em aparelhos elétricos 
• Ao fluir a corrente elétrica pelo bimetal há seu aquecimento e expansão, provocando a abertura da chave quando há uma 
corrente excessiva. 
• Tipos de metais utilizados 
• Invar (64%Fe-36%Ni) 
• Latão ou níquel (temperaturas mais elevadas) 
 
• Grau de precisão de medida 
• Imprecisões da ordem de 0,5 a 1% do intervalo de escala devem ser esperados em termômetros bimetálicos de alta 
qualidade.TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
27 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
28 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
29 
Medição de temperatura 
Estes termômetros utilizam o princípio de 
expansão dos líquidos em espaço confinado para 
produzir pressão a ser utilizada para operar um 
tubo de Bourdon, fole ou diafragma mostrando a 
temperatura de atuação. 
TERMÔMETROS DE PRESSÃO 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
30 
Medição de temperatura 
MANÔMETRO BOURDON 
31 
Medição de temperatura 
Termômetros de pressão podem ser classificados em 4 grupos: 
 
 
 
•Classe 1 - Sistemas cheios com líquidos (excluindo mercúrio) 
•Classe 2 - Sistemas com vapor 
•Classe 3 - Sistemas cheios de gás 
•Classe 4 - Sistemas cheios com mercúrio 
CLASSIFICAÇÃO DOS TERMÔMETROS DE PRESSÃO 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
32 
Medição de temperatura 
Classes I - Totalmente preenchido com líquidos 
 Fluídos: 
 Classe 1 - : Querosene (-50 a + 315 º C) 
 Etilbenzeno (-85 a + 175 º C) 
 Éter etílico (+20 a 90 oC) 
 Naftaleno (-15 a + 260 º C) 
 Etanol (-130 a +50 º C) 
 Xileno (-40 a 400 oC) 
 
 Classe 4, somente com mercúrio 
Termômetros de pressão 
Contato Direto/ Efeito mecânico 
33 
Medição de temperatura 
 O termômetro a gás volume constante, obtém-se a temperatura em função da 
pressão Pg no ponto do gelo e da pressão Pv no ponto de vapor, resultando uma 
equação LINEAR semelhante á equação dos termômetros líquidos, só que em termos 
da pressão versus temperatura. 
TERMÔMETRO A GÁS 
34 
Medição de temperatura 
TERMÔMETRO À PRESSÃO DE GÁS 
• Tipos de gás de enchimento: 
 
 
 
 
35 
Medição de temperatura 
Gás é a substância na fase gasosa a uma 
temperatura superior à temperatura crítica. 
Mantida constante a temperatura, o gás não 
pode ser condensado por aumento de 
pressão. 
Em resumo, sendo Tc a temperatura crítica da 
substância, na fase gasosa, e T a 
temperatura em que ela se encontra, 
teremos: 
T < Tc = vapor – condensa-se por 
compressão isotérmica 
T > Tc = gás – não se condensa por 
compressão isotérmica 
 
TERMÔMETRO À PRESSÃO DE VAPOR 
• Tipos de enchimento 
• cloreto de metila, éter, propano, 
butano, tolueno e dióxido de enxofre 
 
 
36 
Medição de temperatura 
CONTATO INDIRETO / SENSORES SEM 
CONTATO 
• Um grande problema surge para a aplicação de termômetros de contato direto na medição de 
temperaturas de corpos em movimento. Portanto, são utilizado os sensores de temperatura sem 
contato, especialmente onde os sensores com contato não podem ser usados ou não são adequados. 
 
• Cada corpo radia energia em uma determinada faixa do espectro. Algumas faixas representam 
energia térmica que pode ser medida e analisada. 
 
• A análise de imagens térmicas corresponde a tirar uma “foto”, capturando o espectro de energia 
térmica do corpo (objeto). Pode-se observar que partes com temperaturas diferentes aparecem em 
cores diferentes 
37 
Medição de temperatura 
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 
• O espectro, isto é, a banda de comprimento de ondas, ou frequências, da 
radiação térmica vai de 0,1 μm a 1000 μm (3 x 1015 Hz e 3 x 1011 Hz, 
respectivamente). 
 
• A banda entre 0,4 microns (7,5 x 1014 Hz) e 0,7 microns (4,28 x 1014 Hz) é o 
espectro visível. 
 
 
38 
Medição de temperatura 
Alta energia 
Baixa energia 
Espectro eletromagnético 
Faixa de aplicação de pirômetros 
39 
Espectro visível 
700 nm 400 nm 
Medição de temperatura 
40 
Medição de temperatura 
Detectores de Radiação 
•Em todos os termômetros de radiação, a radiação do 
corpo a ser medido é focalizada no detector de radiação 
que produz um sinal elétrico, podendo o sensoriamento 
ser feito por: 
 
•Detector Térmico 
•Detector de Fótons 
•Os Detectores Térmicos são elementos enegrecidos projetados 
para absorver o máximo de radiação incidente. A radiação 
absorvida provoca o aumento de temperatura do detector até que 
se atinja o equilíbrio com perdas de calor para o meio vizinho. 
 
•Os detectores térmicos medem esta temperatura, usando um 
termômetro de resistência ou o princípio dos termopares. 
41 
Medição de temperatura 
Detectores de Radiação 
42 
Medição de temperatura 
Detectores de Radiação 
•Nos detectores de fótons, a radiação incidente (fótons) libera 
elétrons na estrutura do detector e produz um efeito elétrico 
mensurável. 
 
•Este tipo de detecção tem uma resposta alta, porém, a sensibilidade 
dos detectores de fótons varia com o comprimento de onda. 
 
•Os detectores de fótons em geral operam nos modos fotocondutivos, 
fotovoltaicos e fotoeletromagnéticos. 
43 
Medição de temperatura 
Detectores de Radiação 
•Detectores Fotocondutivos - Exibem uma resistência elétrica que muda o nível 
de radiação incidente. 
 
•Detectores Fotovoltaicos - empregam uma barreira fotossensitiva de alta 
resistência, depositada entre duas camadas de material condutor. Ocorre uma 
d.d.p. entre essas duas camadas quando a célula é exposta a radiação. 
 
•Detectores Fotoeletromagnéticos - Utiliza-se o efeito Hall, sendo que um cristal 
fica sujeito a um intenso campo magnético que gera uma ddp através das 
extremidades do cristal. 
MEDIÇÃO DE TEMPERATURA POR 
PIRÔMETRO ÓPTICO 
Trabalham por comparação de cor, o operador do medidor faz uma 
comparação entre a cor de um filamento aquecido ao rubro com a 
cor do objeto em medição. 
Compara a intensidade de radiação a uma fonte de referência. 
Opera com radiação no espectro visível. Para medidas acima de 
500o C (mínimo) até 2900 o C. Contendo filtros especiais pode–se 
medir até 5500 o C. 
 
Contato Indireto/ Leitor óptico 
44 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO ÓPTICO 
45 
Medição de temperatura 
PIRÔMETROS ÓPTICOS APLICAÇÕES: 
• São aplicados em laboratórios e indústrias para medir temperaturas 
acima de 700o C; 
• Industrialmente são usados para medidas inacessíveis como fusão de 
metais, interiores de fornos, temperaturas de superfícies e filamentos 
incandescentes; 
• Processos de calibração para pirômetros de radiação e termopares com 
tubos protegidos. 
46 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO 
• Os grandes avanços tecnológicos propiciados pela Ciência dos Materiais 
permitiram o desenvolvimento de detectores de radiação infravermelho 
pequenos, duráveis e extremamente precisos. Com o intuito de ampliar a 
faixa de atuação dos pirômetros ópticos e com o objetivo primordial de 
eliminar a subjetividade advinda do operador, o desenvolvimento de 
medidores de temperatura baseado em radiação constituiu para um 
caminho natural no desenvolvimento das técnicas de medição de 
temperatura sem contato. 
Contato Indireto/ Radiação 
47 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO 
• A Pirometria de Radiação relaciona a temperatura de um corpo negro com a sua radioatividade ou potência 
emissiva. 
• A emissividade de uma substância é função de sua temperatura e direção do ângulo de observação da 
radiação emitida. 
• Na maior parte desses medidores de temperatura a radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida 
a um detector, onde gera ou altera um sinal elétrico. 
 
Contato Indireto/ Radiação 
48 
Medição de temperaturaPIRÔMETRO DE RADIAÇÃO 
• Tipos de Pirômetros de Radiação 
 Pirômetros de faixa Larga 
 Procuram medir a maior quantidade possível de energia radiante emitida pelo corpo quente, sendo por 
isso chamado pirômetro de radiação total. São utilizados geralmente para indicações e controle automático 
industrial, cobrindo todas as faixas de temperatura. Em geral apresentam uma resposta dentro da faixa de 0,3 a 
20 μm. 
 Pirômetro de passagem de faixa única 
 Funcionam numa faixa estreita, escolhida, do espectro de energia com centro num ponto desejável. 
Contato Indireto/ Radiação 
49 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO FOTOELÉTRICO 
• Os pirômetros fotoelétricos normalmente empregam sensores que atuam na faixa 
do infravermelho; 
• Abrangem uma faixa de temperatura maior do que os pirômetros de radiação 
total e óptico; 
• São mais rápidos, respondendo na casa dos milissegundos. 
• Sua faixa de uso pode ser descrita de 0 a 3.600 C. 
Contato Indireto/ Infravermelho 
50 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO FOTOELÉTRICO 
• Possuem basicamente a mesma estrutura de um pirômetro de radiação total, só que o 
sensoriamento da temperatura é feito por um fotodiodo, e, consequentemente o circuito de 
leitura/processamento do sinal é diferente dos processos anteriores. 
• Os fotodiodos são junções P-N (Si ou Ge), onde a radiação incidente atinge a região da junção; 
esses diodos são operados com tensão reversa. Nessas condições, os elétrons não possuem energia 
suficiente para cruzar a barreira de potencial. Entretanto, com a radiação incidente, a colisão dos 
fótons com os elétrons fará com que os elétrons ganhem energia e cruzem a junção. A energia 
transportada pelos fótons depende de seu comprimento de onda. 
 
Contato Indireto/ Infravermelho 
51 
Medição de temperatura 
PIRÔMETRO FOTOELÉTRICO 
Aplicação 
• Tanto o pirômetro de radiação total como o óptico dificilmente se prestam para medições dinâmicas; além 
disso, no caso do pirômetro óptico, a acuidade visual do operador pesa no resultado final, o que não é 
interessante. Sensores de infravermelho não só operam em altas temperaturas, mas também podem ser 
usados nos chamados processos industriais a frio (forjamento, extrusão, trefilação, etc..). 
• Sua faixa de uso pode ser descrita de 0 a 3.600 graus Celsius. 
• Atualmente é o tipo de pirômetro mais utilizado, tem como vantagens a medição a distância, vasto range e 
rapidez. 
Contato Indireto/ Infravermelho 
52 
Medição de temperatura 
TERMÔMETROS DE EFEITO ELÉTRICO 
 Este tipo de medição é mais conveniente já que estes métodos permitem obter 
um sinal mais facilmente detectável, amplificável e usado para propósitos de 
controle. Estes tipos de sensores podem ser encontrados em qualquer instalação 
industrial devido a sua praticidade e eficiência. 
 
 Ou seja, sua aplicação em larga escala se dá em virtude da sua praticidade, 
capacidade de operar em altas temperaturas e por fornecer respostas rápidas. 
 53 
Medição de temperatura 
• Como os termopares são fios metálicos, sem rigidez mecânica, 
normalmente são instalados dentro de uma proteção mecânica, chamada 
de poço termométrico, construído em aço inoxidável AISI 304 ou 316, 
que também fornece proteção contra corrosão. 
TERMOELETRICIDADE / TERMOPARES 
54 
Medição de temperatura 
x
y
i
T2=T. ambiente
T1
“a” “b”
Em 1821, o físico alemão Thomas Johann Seebeck observou que, unindo as 
extremidades de dois metais diferentes “x” e “y” e submetendo as junções “a” e “b” 
a temperaturas diferentes T1 e T2, surge uma f.e.m. (força eletromotriz, 
normalmente da ordem de mV) entre os pontos a e b, denominada “tensão 
termoelétrica”. 
TERMOELETRICIDADE / TERMOPARES 
55 
Medição de temperatura 
TERMOPARES 
• Um termopar é um sensor que compreende dois pedaços de fios 
dissimilares, unidos em uma das extremidades. Essa união constitui 
um circuito termoelétrico, ou seja, a capacidade de variar FEM através 
da variação da temperatura. 
 
Junta Quente Junta Fria 
56 
Medição de temperatura 
 Este fenômeno é conhecido por "Efeito Seebeck". Em outras palavras, ao se 
conectar dois metais diferentes (ou ligas metálicas), tem-se um circuito tal que, se 
as junções “a” e “b” forem mantidas em temperaturas diferentes T1 e T2, surgirá 
uma f.e.m. termoelétrica e uma corrente elétrica “i” circulará pelo chamado "par 
termoelétrico” ou "termopar". Qualquer ponto deste circuito poderá ser aberto e 
nele inserido o instrumento para medir a f.e.m. 
 
 
TERMOELETRICIDADE 
TERMOPARES 
57 
Medição de temperatura 
Dois metais diferentes, “x” e “y” com as extremidades 
unidas e mantidas a temperaturas diferentes. 
Abrindo o circuito em qualquer ponto e inserindo um 
instrumento adequado, tem-se o valor da f.e.m. 
x
y
i
T2=T. ambiente
T1
“a” “b”
x 
y 
i 
T2=T. ambiente T1 
“a” “b” 
x 
TERMOELETRICIDADE 
TERMOPARES 
58 
Medição de temperatura 
TIPOS DE TERMOPARES 
• Os vários tipos de metais ou ligas comumente empregados na constituição 
de termopares dependem em primeiro lugar da temperatura a medir. Existe 
uma série de termopares padronizados segundo uma determinada faixa de 
aplicação levando em conta também outros fatores, tais como ambiente e 
tipo de material que se deseja medir. 
 
59 
Medição de temperatura 
ATMOSFERA INERTE: Meio 
neutro na qual contém gases 
nobres como argônio, 
xenônio e outros. 
 
ATMOSFERA 
OXIDANTE: Meio que contém 
oxigênio. 
 
ATMOSFERA 
REDUTORA: Meio na qual 
contém falta de oxigênio ou 
excesso de hidrogênio ou 
monóxido de carbono. 
 
ATMOSFERA 
SULFUROSA: Meio que 
contém enxofre na sua 
composição. 
Tipo Liga 
Faixa de 
Operação (ºC) 
e (mV) Características Genéricas 
T 
Cobre/Constantan 
Cu/CuNi 
-200 à +350 20.872 
Pode apresentar problemas de oxidação. Bom na 
presença de umidade. Recomendável para baixas 
temperaturas e meios criogênicos. 
J 
Ferro/Constantan 
Fe/CuNi 
+1000 
-8.095 
a 
69.553 
Atmosferas redutoras, inertes e com condições de vácuo. 
Limitações em atmosferas oxidantes a elevadas 
temperaturas. Não recomendado para baixas 
temperaturas. 
K 
Cromel/Alumel 
NiCr/NiAl 
- +1300 54.886 
Atmosferas oxidantes e inertes. Limitações na utilização 
em vácuo ou em atmosferas redutoras. A sua sensibilidade 
é muito aproximadamente linear. 
S 
Platina-10% Ródio / 
Platina 
Pt10%Rh / Pt 
1500 18.693 
Atmosferas oxidantes ou inertes. Não deve ser inserido em 
tubos metálicos. Utilizado a altas temperaturas. Sensível a 
contaminações. 
R 
Platina-13% Ródio / 
Platina 
Pt13%Rh/Pt 
1500 
0.226 
 a 21.101 
Semelhante ao termopar tipo S 
B 
Platina-30% Ródio / 
Platina-6% Ródio 
Pt30%Rh/Pt6%Rh 
1820 
0 
a 13.820 
Atmosferas oxidantes ou inertes. Não deve ser inserido em 
tubos metálicos. Utilizado a altas temperaturas. Sensível a 
contaminações. Muito habitual na industria do vidro. 
E 
Cromel/Constantan 
NiCr/CuNi 
1000 76.373 
Atmosferas oxidantes ou inertes. Uso limitado em 
atmosferas redutoras e , entre todos, a mais elevada f.e.m. 
60 
Medição de temperatura 
LIGAS METÁLICAS: 
• O Cromel é uma liga de Níquel e Cromo; 
• Costantan é uma liga de Cobre e Níquel; 
• Alumel é uma liga de Níquel e Alumínio. 
 O termopar tipo E é o que apresenta a maior geração de mV/°C, sendo útil na 
detecção de pequenas variações de temperatura. 
 O termopar tipo K é o mais usado na indústria devido à sua grande faixa de 
trabalho e ao custo menor quando comparado com o termoparformado 
por ligas nobres, como o tipo R. 
61 
Medição de temperatura 
TERMOPAR 
• A princípio, um termopar pode ser confeccionado com dois metais 
diferentes quaisquer, entretanto, devido a uma série de fatores 
(contaminação, custos, repetibilidade, ponto de fusão, homogeneidade, 
facilidade de produção, fácil soldagem, etc.), são oferecidas algumas 
combinações padrões. O gráfico a seguir relaciona a f.e.m. e a 
temperatura das juntas mais comuns. 
 
62 
Medição de temperatura 
CORRELAÇÃO DA FEM EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA 
 
63 
Medição de temperatura 
FAIXA DE TEMPERATURA DE OPERAÇÃO PARA DIFERENTES TIPOS DE 
TERMOPARES 
64 
Medição de temperatura 
Bainha metálica 
Fios do termopar 
Terminal quente aterrado 
Isolamento cerâmico 
Terminal quente exposto -nú 
Terminal quente isolada 
Diferentes formas de junção 
 Configuração final 
do conjunto termopar 
65 
Medição de temperatura 
TERMOPAR 
 Uma grande vantagem do termopar é o fato de o diâmetro e o 
comprimento do fio não interferir no potencial gerado. Devido ao fato da 
temperatura indicada por um sistema de termopares ser somente a da junção 
entre os dois metais diferentes, o sistema pode ser utilizado para tomar a 
temperatura de uma área muito pequena. Seu tamanho compacto também 
significa uma pequena inércia térmica e uma resposta rápida as variações de 
temperatura. 
66 
Medição de temperatura 
 
“A força eletromotriz "e" de um termopar depende somente da 
natureza dos condutores e da diferença de temperatura entre 
as junções de contato”. 
 
Se as junções estiverem a mesma temperatura, a f.e.m. gerada 
pelo termopar é nula. 
 
1A LEI TERMOELÉTRICA 
 
67 
Medição de temperatura 
Algumas consequências importantes da 1a Lei 
 
 A f.e.m. gerada pelo termopar independe do ponto escolhido para medir o 
sinal. Por isso, ao confeccionar o termopar, numa das junções não é 
realizada a solda, introduzindo-se alí o instrumento. 
• Lei do circuito homogêneo 
68 
Medição de temperatura 
 A Figura a seguir mostra um termopar usado para medir a temperatura T1; o 
instrumento indicará uma voltagem proporcional a diferença (T1 - T2 ) .T2 pode ser 
medida com um termômetro convencional. A tensão de circuito aberto através da 
junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a 
diferença de temperatura entre as junções aumenta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
x 
y 
a 
b 
T 1 
T 2 
Cu 
Cu 
RT e Rv 
 
 
 
 
 
 
 
Na montagem apresentada na Figura acima, o sinal lido no instrumento é proporcional a (T1 – T2) 69 
Medição de temperatura 
Algumas consequências importantes da 1a Lei 
 
 A f.e.m. do termopar não será afetada se em qualquer ponto do 
circuito for inserido um terceiro metal, desde que suas junções 
sejam mantidas a mesma temperatura. 
• Lei dos metais intermediários 
70 
Medição de temperatura 
Termopar 
y 
T 1 
T 2 Fios de compensação 
T 3 
x 
Na maioria dos casos, sobretudo em aplicações industriais, o instrumento de medida e 
o termopar necessitam estar relativamente afastados. Desta forma, os terminais do 
termopar poderão ser conectados a uma espécie de cabeçote, e, a partir deste cabeçote 
são adaptados fios de compensação (praticamente com as mesmas características dos 
fios do termopar, porém mais baratos) até o instrumento. 
Termopar com fios de compensação 
TERMOELETRICIDADE 
TERMOPARES 
71 
Medição de temperatura 
Termopar 
y 
T 1 
T 2 Fios de compensação 
T 3 
x 
Na montagem apresentada na Figura acima, o sinal lido no instrumento é 
proporcional a (T1 - T3), já que os fios de compensação possuem as mesmas 
características do termopar (é como se existisse um único termopar). Note que, 
se os fios fossem de cobre (fios comuns) o sinal lido pelo instrumento seria 
proporcional a (T1 - T2). 
TERMOELETRICIDADE 
TERMOPARES 
72 
Medição de temperatura 
2a Lei Termoelétrica 
(Lei das Temperaturas Intermediárias) 
 
“Se dois metais homogêneos diferentes produzem uma f.e.m. E1 
quando as junções estão às temperaturas T1 e T2, e uma f.e.m. 
E2, quando as junções estão a T2 e T3, a f.e.m. gerada quando 
as junções estão a T1 e T3 será E1 + E2”. 
73 
Medição de temperatura 
• Lei das temperaturas intermediárias 
T1 = 538°C T2 = 38°C T3 = 24°C 
E1 
E2 
 
E3=E1+E2 
 
 
74 
Medição de temperatura 
TABELA TEMPERATURA X VOLTAGEM ELÉTRICA 
• Se o instrumento for um voltímetro, a interpretação dos dados requererá 
informação extra a respeito da temperatura de referência e da tabela do 
termopar, caso contrário esta informação pode estar incluída no instrumento e a 
temperatura ser indicada diretamente. Ex.: 43ºC = 2,216 mV 
75 
Medição de temperatura 
Em 1834, Jean Peltier, mostrou, através de experimentos, que 
quando se passa uma pequena corrente elétrica através da junção de dois 
fios diferentes, em uma direção, a junção se resfria, e assim absorve 
calor de sua vizinhança. Quando a direção de corrente é invertida, a 
junção se aquece. E assim libera calor para a vizinhança. 
O EFEITO PELTIER 
76 
Medição de temperatura 
Quando se introduz um gerador em um 
circuito formado por um par termoelétrico com 
ambas extremidades unidas e à mesma 
temperatura inicial, ao circular uma corrente 
elétrica "I" pelo circuito, observa-se que em uma 
das junções ocorre um resfriamento T, enquanto 
na outra junção ocorre um aquecimento de mesmo 
valor. Ao se inverter o sentido da corrente elétrica 
inverte-se também o efeito de aquecimento e 
resfriamento nas junções. 
O EFEITO PELTIER 
77 
Medição de temperatura 
O efeito Peltier pode ser descrito como uma espécie de "bomba de calor", 
que "sulga" calor de um dos lados, e o dissipa do lado oposto. Isto significa que 
temos um lado frio e um lado quente. 
 
O lado frio, é o que sulga o calor, que naturalmente é o que ficará e 
contato com o processador, enquanto o lado quente em geral é fixado a um 
cooler convencional, que ajuda a dissipar o calor gerado, evitando que o peltier 
se superaqueça. Como o peltier deve cobrir toda a área de contato do 
processador, existem peltiers de vários tamanhos. 
UMA APLICAÇÃO DO EFEITO PELTIER – COOLER DE 
MICROPROCESSADORES 
78 
Medição de temperatura 
Os peltiers são bem mais eficientes que os coolers convencionais, mas naturalmente possuem suas 
desvantagens. 
 
1.Consomem uma quantidade absurda de eletricidade. Os modelos mais "econômicos" consomem por 
volta de 70 watts; 
 
2.Peltiers geram uma grande quantidade de calor durante seu funcionamento, que somado com o calor 
"sugado" é dissipado pela face quente. Apesar do processador ficar mais frio, a quantidade de calor 
irradiada para o restante do micro será maior. 
 
3.Condensa umidade devido ao processador demorar um certo tempo para esquentar e o Peltier 
começar a trabalhar imediatamente. Portanto, a sua face fria fica realmente gelada até que o 
processador esquente, causando um grande acumulo de umidade ou até mesmo “água em estado 
liquido”. 
UMA APLICAÇÃO DO EFEITO PELTIER – COOLER DE 
MICROPROCESSADORES 
79 
Medição de temperatura 
 
 
Figura1- Diversos termopares com finalidades 
aplicativas diferentes. 
Figura 2 - Terminais para termopares - conexão com 
cabos de compensação. 
Figura 3 - Termopares com proteção diversa (bainha 
de inox, tubo de inox). 
Figura 4 - Termopar especial com base magnética 
para fixação em dispositivos metálicos. 
80 
Medição de temperaturaFigura 5 - Termopar com indicador digital de 
temperatura. 
Figura 6 - Termopar com dispositivo especial para 
fixação com parafuso. 
 
 
 
Figura 7 - Termopar com sistema “auto-adesivo”, evitando necessidade de solda ou 
operação mecânica (furos,..). 
81 
Medição de temperatura 
 Os “termômetros de resistência”, ou termorresistivos (RTD), funcionam 
baseados no fato de que a resistência de uma grande gama de materiais 
varia com a temperatura; de um modo geral, os metais aumentam a 
resistência com a temperatura, ao passo que os semicondutores diminuem a 
resistência com a temperatura. 
TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA 
82 
Medição de temperatura 
TERMORRESISTORES 
• Os metais mais usados são os fios de platina, Pt100, e o de níquel, 
Ni120, assim chamados por apresentarem resistência de 100 e 120 
ohms, respectivamente, à temperatura de zero grau Celsius. 
• O Pt100 opera na faixa de – 200 a 850°C, enquanto o Ni120, - 50 a 
270°C. 
• A sigla significa o metal (Pt – Platina) e a resistência à temperatura de 0°C. 
• São precisos na medida: Os comuns tem erro de 0,1 ºC, enquanto de platina 
pode chegar a 0,0001 °C 
83 
Medição de temperatura 
TERMORRESISTORES 
• Como os termopares, as termorresistência precisam de uma estrutura que lhes 
dê proteção física e proteção contra a corrosão, chamada de poço 
termométrico. 
84 
Medição de temperatura 
 Normalmente, o bulbo de resistência é montado em uma bainha de aço 
inox, totalmente preenchida com óxido de magnésio, de tal maneira que 
haja uma ótima condução térmica e proteção do bulbo com relação a 
choques mecânicos. A isolação elétrica entre o bulbo e a bainha obedece a 
mesma norma ASTM E 1137. 
TERMORRESISTORES/ ASPECTOS CONSTRUTIVOS 
85 
Medição de temperatura 
TERMORRESISTORES 
 O tipo de metal utilizado na confecção de bulbos sensores de temperatura, deve possui 
características apropriadas, como: 
 
• Maior coeficiente de variação de resistência com a temperatura (α1, α2, ... αn), 
quanto maior o coeficiente, maior será a variação da resistência para uma mesma 
variação de temperatura, tornando mais fácil e precisa a sua medição. 
 
• Maior resistividade, isto é, para pequenas dimensões de fio uma alta resistência inicial. 
 
 
86 
Medição de temperatura 
TERMORRESISTORES 
• Estabilidade do metal para as variações de temperatura e condições do 
meio (resistência à corrosão, baixa histerese, etc.). 
 
• Linearidade entre a variação de resistência e a temperatura, produzindo 
escalas de leitura de maior precisão e com maior comodidade de leitura. 
 
87 
Medição de temperatura 
Pode-se citar alguns α (0 a 100 °C) de 
Materiais comumente utilizados em RTDs 
88 
Medição de temperatura 
 Para pequenas variações de temperatura a serem medidas é válida a equação: 
 
 
RT = Ro[1 + (T-To)] 
 
 
onde 
 
•Ro é a resistência a 0 C, 
•RT é a resistência na temperatura T e 
• é o coeficiente de temperatura do metal. 
 
TERMORRESISTORES 
89 
Medição de temperatura 
• Atualmente, as termorresistências de Platina são as mais utilizadas, devido 
a sua grande estabilidade, larga faixa de utilização e alta precisão. 
 
• Pt-25,5 
• PT-100 
• PT-120, 
• PT-130/PT-500, 
sendo que o mais conhecido e usado industrialmente é o PT-100 (a 0C). Sua 
faixa de uso vai de -200 a 650 C, conforme a norma ASTM E1137; entretanto, 
a norma DIN IEC 751 padronizou sua faixa de -200 a 850 C. 
90 
Medição de temperatura 
•Os termômetros de resistência são considerados sensores de alta precisão e 
ótima repetibilidade de leitura, que é a característica de confiabilidade da 
termorresistência. 
 
•Quando metais são usados, o elemento sensor é normalmente confeccionado 
de Platina com o mais alto grau de pureza e encapsulados em bulbos de 
cerâmica ou vidro. 
TERMORRESISTORES 
91 
Medição de temperatura 
VANTAGENS DOS TERMORRESISTORES: 
a) Possuem maior precisão dentro da faixa de utilização do que outros tipos de 
sensores. 
b) Com ligação adequada não existe limitação para distância de operação. 
c) Dispensa utilização de fiação especial para ligação. 
d) Se adequadamente protegido, permite utilização em qualquer ambiente. 
e) Têm boas características de reprodutibilidade. 
f) Em alguns casos substitui o termopar com grande vantagem. 
92 
Medição de temperatura 
DESVANTAGENS DOS TERMORRESISTORES: 
a) São mais caros do que os sensores utilizados nessa mesma faixa. 
b) Deterioram-se com mais facilidade, caso haja excesso na sua 
temperatura máxima de utilização. 
c) Temperatura máxima de utilização 650 °C (norma ASTM). 
d) É necessário que todo o corpo do bulbo esteja com a temperatura 
equilibrada para indicar corretamente. 
e) Alto tempo de resposta. 
93 
Medição de temperatura 
TERMORRESISTORES 
(a) sensores variados e alguns conectores; (b) sensor e cabeçote para 
aplicação industrial; (c) Sensores RTDs de conexão rápida. 94 
Medição de temperatura 
TERMISTORES 
• São componentes de estado sólido feitos de materiais sintéticos especiais, cuja 
resistência varia com a temperatura de uma forma bastante comportada e 
reprodutível. Há dois tipos básicos: 
• Se a resistência aumenta com o aumento da temperatura, é do tipo PTC (Positive 
Temperature Coefficient). 
• Se a resistência diminui com o aumento da temperatura, é do tipo NTC (Negative 
Temperature Coefficient). Para medir a temperatura com um termistor é preciso 
que uma pequena corrente contínua circule por ele. 
95 
Medição de temperatura 
TERMÔMETROS DE TERMISTORES 
• Os sensores dos RTDs têm uma variação linear e crescente da resistência em relação 
à temperatura. Os termistores , por outro lado, têm um comportamento bastante não-
linear e oposto, diminuem a resistência com o aumento da temperatura, mas fornecem 
um sinal mais intenso que os RTDs, que pode ser processado com mais simplicidade 
(menor custo) pelos circuitos elétricos e eletrônicos de medição. 
96 
Medição de temperatura 
RELAÇÃO RESISTÊNCIA / TEMPERATURA DOS 
TERMISTORES 
 
R é a resistência do termistor na temperatura T (), 
R0 = resistência na temperatura T0 (), 
 é a constante característica do material (K), 
T é a temperatura a ser medida (K), 
T0 é a temperatura de referência (K) 
)T/1T/1(
0
0e
R
R 

97 
Medição de temperatura 
TERMISTORES 
Sensores termistores (a) padrão e (b) de filme. 
98 
Medição de temperatura 
MEDIDORES DE TEMPERATURA 
Método Faixa 
 oC oF 
Termopares -200 a 1700 -330 a 4000 
Termômetros de bulbo preenchidos -195 a 760 -320 a 1400 
Termômetros de resistência -250 a 650 -420 a 1200 
Termístores -195 a 450 -320 a 840 
Pirômetros de Radiação -40 a 3000 -40 a 5400 
99 
Medição de temperatura 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO 
INSTITUTO DE ENGENHARIA 
ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO 
INSTRUMENTAÇÃO INDUSTRIAL 
PROFª MSc. ALINE NONATO 
2018/1 
100