3 - Termoresistores, RTD's

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TERMÔMETROS DE RESISTÊNCIA 
ELÉTRICA
• TERMÔMETROS METÁLICOS RTDs
– RESISTANCE TEMPERATURA DETECTORS
– BASEIAM-SE NO CONCEITO DE QUE A TEMPERATURA 
ALTERA A RESISTÊNCIA DOS METAIS
– PRECISÕES EXCELENTES:
• RTDs COMUMS COM ERRO DE MEDIÇÃO DE +-0,1ºC
• RTDs DE PLATINA COM ERRO DE MEDIÇÃO DE +-0,0001ºC
– O METAL MAIS COMUM DE SER USADO É A PLATINA E 
POR ISSO ÀS VEZES É CHAMADO DE PRTs (PLATINUM 
RESISTANCE THERMOMETER)
SIMBOLOGIAS
• A FIGURA ABAIXO REPRESENTA UM RESISTOR 
COM DEPENDÊNCIA LINEAR COM A 
TEMPERATURA COM 2 , 3 OU 4 TERMINAIS.
CONSTRUÇÃO DO RTDs
• O ELEMENTO SENSOR DO RTD PODE SER 
CONSTRUÍDO DAS SEGUINTES FORMAS:
– FIO DE PLATINA ENROLADO DE FORMA RADIAL 
PARA NÃO CAUSAR INDUTÂNCIAS.
– FIO ENROLADO E SUSPENSO PARA QUE SE 
ENCAIXEM EM FUROS INTERIORES DO SENSOR.
– FILMES METÁLICOS DEPOSITADOS SOBRE 
SUBSTRATO CERÂMICO.
CONSTRUÇÃO FÍSICA DO BULBO DO SENSOR
• O FIO DE PLATINA OU NÍQUEL É ENROLADO NA FORMA HELICOIDAL E
ENCAPSULADA HERMETICAMENTE EM UM BULBO DE CERÂMICA OU VIDRO;
• AO MONTAR O FIO DE PLATINA /NIQUEL DEVE-SE MANTER DISTÂNCIAS
IGUAIS, PARA EVITAR CURTO CIRCUITO E RUIDO INDUTIVO.
• OS BULBOS DE VIDRO GERALMENTE SÃO USADOS EM LABORATÓRIOS,
ONDE SE DESEJA UM TEMPO DE RESPOSTA BAIXO;
• OS BULBOS CERÂMICOS SÃO MAIS RECOMENDADOS PARA APLICAÇÕES
INDUSTRIAIS, POIS RESISTEM A TEMPERATURAS MAIS ALTAS E POSSUEM UMA
MAIOR RESISTÊNCIA MECÂNICA;
• EM GERAL OS BULBO DE RESISTÊNCIA SÃO MONTADOS 
EM UMA BAINHA DE AÇO INOXIDÁVEL, PREENCHIDA 
COM ÓXIDO DE MAGNÉSIO. NESTE CASO SÃO 
CHAMADOS DE BULBO DE RESISTÊNCIA TIPO 
ISOLAÇÃO MINERAL (BAINHA):
• POSSUI BOA PRECISÃO DE RESPOSTA
• SUPORTA OSCILAÇÃO
CARACTERÍSTICA DOS RTDs
• DISPOSITIVOS PRATICAMENTE LINEARES
• DEPENDENDO DO METAL SÃO MUITO 
ESTÁVEIS
• FAIXA DE OPERAÇÃO (-200ºC a +850ºC)
• APRESENTAM BAIXÍSSIMA TOLERÂNCIA DE 
FABRICAÇÃO (0,06% a 0,15%)
CARACTERÍSTICAS
• SÃO CONFECCIONADOS COM UM FIO (OU UM 
ENROLAMENTO) DE METAL DE ALTO GRAU DE 
PUREZA (COBRE, PLATINA OU NÍQUEL).
• PODEM SER CONFECCIONADOS COM UM FILME 
METÁLICO EM UM SUBSTRATO CERÂMICO
• A PLATINA É MAIS USADO POIS
– QUIMICAMENTE INERTE
– POSSUI ALTO PONTO DE FUSÃO
– NÃO SE DEIXA CONTAMINAR FACILMENTE
– RELAÇÃO RESISTÊNCIA/ TEMPERATURA ESTÁVEL DE -
184,44ºC A 648,88ºC
CARACTERÍSTICAS
• O PADRÃO DIN-IEC-751 DEFINE A TOLERÂNCIA PARA 
A PLATINA
– TOLERÂNCIA DA CLASSE A -> +-0,15ºC
– TOLERÂNCIA DA CLASSE B -> +-0,30ºC
• A RESISTIVIDADE É MAIOR EM TRANSDUTORES 
CUJO VALOR ÔHMICO É MAIOR(FIOS LONGOS).
• E TRANSTUDORES COM PEQUENA MASS A 
POSSUEM RESPOSTA MAIS RÁPIDA PARA 
MUDANÇAS DE TEMPERATURA.
ESPECIFICÃÇÃO PARA DIFERENTES 
RTDs
PARÂMETRO PLATINA COBRE NÍQUEL
SPAN ºc -200 a +850 -200 A + 260 -80 a +320
α a 0ºC [Ω/Ω*K] 0,00385 0,00427 0,00672
R A 0ºC [Ω] 25, 50, 100, 200,500, 
1000, 2000
10 50,100,120
RESISTIVIDADE A 
20ºC [μΩ*m]
10,6 1,673 6,844
α É O COEFICIENTE DE TEMPERATURA DEPENDE DA PUREZA DO METAL
CARACTERÍSTICAS
• ATUALMENTE AS TERMORESISTÊNCIAS DE PLATINA 
(PTs) MAIS USUAIS SÃO PT-25,5 Ω;PT-100 Ω;PT 120 Ω; 
PT130 Ω; PT 500 Ω. SENDO O PT 100 Ω O MAIS USADO 
INDUSTRIALMENTE.
• A NOMENCLATURA DOS OUTROS RTDs SEGUEM ESSE 
PADRÃO. EX: NI-50 Ω É UM RTD QUE CONSTRUÍDO 
COM NÍQUEL QUE APRESENTA 50 Ω a 0ºC.
• O RANGE DEPENDE D ESPECIFICAÇÃO DO FABRICANTE:
– SENSOR COM FILME DE PLATINA-> -50 a 260ºC
– SENSOR COM ENROLAMENTE DE PLATINA-> -200 a 648ºC
– RESISTOR DE PLATINA PADRÃO(SPRT)-> -200 a 1000ºC 
CARACTERÍSTICAS
• CONTAMINAÇÃO QUÍMICA E TENSÃO 
MECÂNICA SÃO OS FATORES QUE REDUZEM A 
VIDA ÚTIL DOS RTDs.
• CADA METAL APRESENTA UMA SENSIBILIDADE 
DIFERENTE, QUE ESTÁ RELACIONADA COM O 
COEFICIENTE DE TEMPERATURA DA 
RESISTÊNCIA
CARACTERÍSTICAS
• ΑEQUAÇÃO ANTERIOR É USADA EM FAIXAS DE 
TEMPERATURA PEQUENA, ONDE PODE-SE 
CONSIDERAR A VARIAÇÃO DA TEMPERATURA 
COM A RESISTÊNCIA LINEAR.
• A SENSIBILIDADE DO SENSOR É A RAZÃO DA 
VARIÁVEL DE SAÍDA PELA DE ENTRADA.
EXERCÍCIO
• UM DADO RTD APRESENTA UMA RESISTÊNCIA DE 
100Ω E α=0,00389*(Ω/ Ω*K) a 0ºC. CALCULAR 
SENSIBILIDADE E O COEFICIENTE DE TEMPERATURA 
DO RTD A 70ºC.
• DADOS: 
O QUE SE CONCLUI DA RELAÇÃO ENTRE O COEFICIENTE DE TEMPERATURA E A 
TEMPERATURA?
CARACTERÍSTICAS
• O COEFICIENTE É IMPRESSO NA EMBALAGEM 
DO PRODUTO, POIS PODE SEGUIR A NORMA 
ITS90, IEC751 OU ASTM 1137.
TIPO IEC 571 ASTM 1137 ITS 90
PT 100 a 0ºC 0,0038500 0,0038500 0,003925
ERROS NO RTD
• ESTABILIDADE DO RTD ESTÁ LIGADA AO AMBIENTE DE 
TRABALHO. QUANTO MAIOR A TEMPERATURA MAIS 
RÁPIDO OCORRE DESVIO INDESEJÁVEL E 
CONTAMINAÇÃO.
• ABAIXO DE 400ºC SÃO INSIGNIFICATIVOS, ACIMA DE 
500 PODEM GERAR ERROS DE ºc POR ANO.
• CHOQUES MECÂNICOS, VIBRAÇÕES, UMIDADE E 
UTILIZAÇÃO INADEQUADA DO SENSOR INTRODUZEM 
ERROS INSTANTÂNEOS.
• POR ISSO DEVE-SE ISOLAR ELÉTRICA E 
MECANICAMENTE O SENSOR
AUTO-AQUECIMENTO
• PARA SE USAR UM RTD É NECESSÁRIO FAZER 
UMA CORRENTE ELÉTRICA PASSAR POR ELE. 
ESSA CORRENTE IRÁ DISSIPR POTÊNCIA POR 
EFEITO JOULE. LOGO O SENSOR INDICARÁ 
UMA TEMPERATURA MAIOR QUE A REAL. 
ESTE É O EFEITO DE AUTO-AQUECIMENTO.
AUTO-AQUECIMENTO
• PARA REDUZIR O AUTO-AQUECIMENTO DEVE-
SE REDUZIR A POTÊNCIA DISSIPADA 
(GERALMENTE SE USA UMA CORRENTE DE 1 
mA)
• PODE-SE USAR UM SENSOR COM BAIXA 
RESISTÊNCIA ELÉTRICA(OU SEJA, UM SENSOR 
MENOR) O QUE FAVORECE A DISSIPAÇÃO DE 
CALOR 
• DEVE-SE AUMENTAR AO MÁXIMO A ÁREA DE 
CONTATO DO SENSOR
CALIBRAÇÃO DE TERMÔMETROS DE 
RESISTÊNCIA METÁLICA
• EXISTEM DOIS MÉTODOS:
– MÉTODO DO PONTO FIXO
– MÉTODO DE COMPARAÇÃO
• MÉTODO DO PONTO FIXO: 
– USADO PARA CALIBRAÇÃO DE LATA PRECISÃO(0,0001ºC).
– UTILIZA PONTOS DE FUSÃO OU SOLIDIFICAÇÃO DE 
SUBSTÂNCIAS (ÁGUA, ZINCO,ARGÔNIO ETC...) 
– PROCESSO LENTO E CARO
– PROCESSO NORMALMENTE USADO É O BANHO DE GELO 
QUE PERMITE COLOCAR VÁRIOS SENSORES AO MESMO 
TEMPO E OBTÉM PRECISÃO DE ATÉ 0,005ºC
CALIBRAÇÃO DE TERMÔMETROS DE 
RESISTÊNCIA METÁLICA
• MÉTODO DE COMPARAÇÃO:
– USA UM BANHO ISOTÉRMICO ESTABILIZADO E 
AQUECIDO ELÉTRICAMENTE, ONDE SÃO 
COLOCADOS OS SENSORES A CALIBRAR E UM 
SENSOR PADRÃO (SPRT).
CALIBRAÇÃO DE TERMÔMETROS DE 
RESISTÊNCIA METÁLICA
• PARA CALIBRAÇÃO COM INCERTEZA INFERIOR 
0,1ºC É NECESSÁRIO LABORATÓRIOS PADRÕES 
EQUIPADOS COM EXTREMA CONDIÇÃO DE 
CONTROLEE SOFTWARES QUE RESOLVAM EQUÇÕES 
DE RELATIVA COMPLEXIDADE.
• PRA ERROS MAIORES OU IGUAL A 0,1ºC PODE-SE 
USAR TÉCNICAS DE INTERPOLAÇÃO, QUE SÃO 
EQUAÇÕES DE SEGUNDA E QUARTA ORDEM 
FACILMENTE IMPLEMENTADAS EM CLPS.
CALIBRAÇÃO DE TERMÔMETROS DE 
RESISTÊNCIA METÁLICA
• PARA UM TERMÔMETRO DE PLATINA:
• DE 0ºC A 850 ºc
• DE -200 A 0ºC
• ESSAS EQUAÇÕES DEVEM SER ITERADAS NO MÍNIMO 
CINCO VEZES.
• COMO ALTERNATIVA, PRA APLICAÇÕES INDUSTRIAIS 
PODEM-SE UTILIZAR TÉCNICAS DE REGRESSÃO E 
AJUSTE DE CURVAS, COMO MÍNIMOS QUADRADOS, 
APRENDIDOS EM MODELAGEM DE SISTEMAS.
CALIBRAÇÃO DE TERMÔMETROS DE 
RESISTÊNCIA METÁLICA
• OS RTDs TEM QUE APERFEIÇOAR ALGUMAS 
LIMITAÇÕES TAIS COMO:
– UTILIZAÇÃO ACIMA DE 600ºC: OS INVÓLUCROS 
PROTETORES PRECISAM SUPORTAR ESSAS 
TEMPERATURAS SEM INICIAR O PROCESSO DE 
CONTAMINAÇÃO NO PRÓPRIO SENSOR PARA EVITAR 
DESVIOS E NÃO REPETIBILIDADE.
– SIMPLIFICAÇÃO EM PROCESSO DE CALIBRAÇÃO: NOVAS 
TÉCNICAS DE CALIBRAÇÃO ALIADAS AO PODER DE 
MÁQUINAS DIGITAIS TÊM FACILITADO ESSE PROCESSO.
MONTAGEM COM RTDs
• UMA DAS FORMAS MAIS POPULARES DE 
UTILIZAÇÃO DOS RTDs É POR MEIO DE UMA FONTE 
DE CORRENTE PARA EXCITAR E MEDIR A TENSÃO 
SOBRE O RTD.
• POUCO USADO EM INDÚSTRIAS, TENDO MAIOR 
APLICAÇÃO EM CALIBRAÇÃO E USADO EM 
SENSORES PADRÃO
MONTAGEM COM RTDs
• OUTRA FORMA É USAR A PONTE DE 
WHEATSTONE. PODENDO SER:
– LIGAÇÃO A 2 FIOS
– LIGAÇÃO A 3 FIOS
– LIGAÇÃO A 4 FIOS
MONTAGEM COM RTDs – 2 FIOS
• TEM-SE UMA LIGAÇÃO PARA CADA TERMINAL 
DO BULBO.
• ESSA MONTAGEM É SATISFATÓRIA EM LOCAIS 
QUE O COMPRIMENTO DO CABO DO SENSOR 
AO INSTRUMENTO NÃO PASSA DE 3 m COM 
BITOLA DE 20 AWG.
MONTAGEM COM RTDs – 2 FIOS
• TEM INFLUÊNCIA DOS CABOS DE LIGAÇÃO NA 
TENSÃO DE SAÍDA:
• OU SEJA SE O Rc FOR ELEVADO IRÁ GERAR UM 
ERRO SIGNIFICATIVO.
MONTAGEM COM RTDs – 3FIOS
• MAIS USADA INDUSTRIALMENTE, HAVERÁ 
UMA COMPENSAÇÃO DA RESISTÊNCIA 
ELÉTRICA PELO TERCEIRO FIO
• PERMITE QUE A ALIMENTAÇÃO FIQUE 
MAIS PRÓXIMA AO SENSOR
MONTAGEM COM RTDs – 3 FIOS
• PELA FIGURA PODEMOS OBSERVAR QUE 
TEMOS:
• NO EQUILÍBRIO OU QUANDO RTD FOR IGUAL 
A R, TEM-SE: VAB = 0.
• ISSO OCORRE POIS A LIGAÇÃO DO TERCEIRO 
FIO COMPENSOU A QUEDA DE TENSÃO NO 
CABO.
MONTAGEM COM RTDs – 4 FIOS
• EXISTEM DUAS LIGAÇÕES PARA CADA LADO DA 
PONTE, ANULANDO-SE OS EFEITOS DAS 
RESISTÊNCIAS DOS CABOS
USANDO O MESMO RACIOCÍNIO USADO 
PARA O DE 3 FIOS OBTEM-SE PARA 4 FIOS
MONTAGEM COM RTDs
APÓS ACHAR A 
RESISTÊNCIA, 
BASTA VERIFICAR 
NA TABELA PARA 
ENCONTRAR A 
TEMPERATURA 
CORRESPONDENTE
VANTAGENS
• MAIOR PRECISÃO DENTRO DA FAIXA DE UTILIZAÇÃO
• BOA REPETIBILIDADE E ESTABILIDADE
• LIGANDO CORRETAMENTE PODE IR A QUALQUER 
DISTÂNCIA O SINAL
• DISPENSA USO DE CABOS ESPECIAIS
• CURVA DE RESISTÊNCIA*TEMPERATURA MAIS 
LINEAR
• MENOS INFLUÊNCIA POR RUÍDOS ELÉTRICOS
DESVANTAGENS
• MAIS CAROS QUE OUTROS SENSORES
• BAIXO ALCANCE DE MEDIÇÃO (MÁX 630ºC)
• DETERIORA MAIS FÁCIL CASO PASSE DA 
TEMPERATURA MÁXIMA
• POSSUI UM TEMPO DE RESPOSTA ELEVADO
• FRÁGIL
• AUTO-AQUECIMENTO.
RECOMENDAÇÕES
 DEVE-SE ESPECIFICAR MATERIAIS DE PROTEÇÃO E 
LIGAÇÕES CAPAZES DE OPERAR NA TEMPERATURA 
REQUERIDA
 O SENSOR DEVE ESTAR IMERSO COMPLETAMENTE 
NO PROCESSO PARA SE EVITAR A PERDA DE CALOR
 DEVE-SE EVITAR CHOQUES MECÂNICOS NAS PEÇAS
 DEVE-SE UTILIZAR FIOS DE COBRE DO MESMO 
DIÂMETRO PARA A INTERLIGAÇÃO
RECOMENDAÇÕES
 NA LIGAÇÃO A 3 FIOS, SE FOR NECESSÁRIO TROCA 
DE UM DOS FIOS RECOMENDA-SE A TROCAR OS 3 
FIOS.
 EM LOCAIS SUJEITOS A RUIDOS INTENSOS 
RECOMENDA-SE O USO DE CABOS BLINDADOS
 EM LOCAIS SUJEITOS A VIBRAÇÃO DEVE-SE 
UTILIZAR SENSOR COM ISOLAÇÃO MINERAL
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO
DE TERMOPARES E TERMORESISTORES
APENAS PARA TERMOPARES
• VERIFICAÇÃO DA JUNÇÃO DE REFERÊNCIA:
• JUNÇÃO DE REFERÊNCIA A 0°C:
• NESTE ESQUEMA A JUNÇÃO DE REFERÊNCIA É MANTIDA A 0°C POR
MEIO DE UMA GARRAFA TÉRMICA CONTENDO GELO TRITURADO,
UTILIZADO PARA MEDIÇÃO DE PADRÕES ;
• JUNÇÃO DE REFERÊNCIA COM FORNO TÉRMICO:
• NESTE ESQUEMA A JUNÇÃO DE REFERÊNCIA É MANTIDA A UMA
TEMPERATURA CONSTANTE (NORMALMENTE 50 °C) ATRAVÉS DA
UTILIZAÇÃO DE UM FORNO ELÉTRICO.
• JUNÇÃO DE REFERÊNCIA COM COMPENSAÇÃO AUTOMÁTICA:
• ESTA BASEADA NUMA PONTE DE WHEATSTONE, COM TRÊS RESISTÊNCIA
FIXAS E UMA QUE VARIA DE ACORDO COM A TEMPERATURA
AMBIENTE.
• PARA TERMOPARES E TERMORESISTORES
• INSTALAÇÃO:
• O COMPRIMENTO DA PROTEÇÃO E DO ELEMENTO SENSOR DEVE SER DE TAL
FORMA QUE A JUNTA DE MEDIÇÃO, FIQUE BEM NO MEIO DO AMBIENTE
QUE SE DESEJA MEDIR;
• O VALOR MÍNIMO INDICADO É DE 8 A 10 VEZES O DIÂMETRO DA
PROTEÇÃO, PARA MINIMIZAR O ERRO DA PROTEÇÃO;
• A PROTEÇÃO DEVERÁ SE ESTENDER ATÉ A FACE EXTERNA DO
EQUIPAMENTO, CERCA DE 10 mm, DE TAL MODO QUE A TEMPERATURA DO
CABEÇOTE SEJA APROXIMADAMENTE IGUAL AO AMBIENTE EXTERNO AO
EQUIPAMENTO;
• EM EQUIPAMENTOS COM AQUECIMENTO A GÁS OU ÓLEO COMBUSTÍVEL, A
CHAMA NÃO DEVE ATINGIR A PROTEÇÃO DIRETAMENTE POIS, CASO ISTO
OCORRA, TEREMOS UMA MEDIDA INCORRETA DA TEMPERATURA, ALÉM DE
REDUZIR A VIDA ÚTIL DA PROTEÇÃO;
• PARA TERMOPARES E TERMORESISTORES
• INSTALAÇÃO:
• QUANDO SE UTILIZAM MEDIDORES DE TEMPERATURA COM TUBO DE
PROTEÇÃO CERÂMICA, ANTES DE SUA INSERÇÃO EM AMBIENTE COM
TEMPERATURA ELEVADA, DEVE-SE PRÉ-AQUECER OS TUBOS, A FIM DE EVITAR
O CHOQUE TÉRMICO E, CONSEQUENTEMENTE, A QUEBRA DO TUBO.
• A PROTEÇÃO DEVE SER PRESA AO EQUIPAMENTO, DE TAL MODO QUE SE
EVITE O ESCAPE DE GASES DO PROCESSO; CASO ISTO OCORRA, ESTES
PODEM VIR A ATACAR O ELEMENTO TERMOPAR, O QUE DIMINUIRÁ SUA
VIDA ÚTIL.
• NAS MEDIÇÕES DE TEMPERATURAS ELEVADAS DEVE-SE, PREFERIVELMENTE,
COLOCAR O TERMOPAR NA VERTICAL, PARA EVITAR, ASSIM, A
DEFORMAÇÃO DA PROTEÇÃO, DEVIDO AO PESO PRÓPRIO.
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO
DE TERMOPARES E TERMORESISTORES
• PARA TERMOPARES E TERMORESISTORES
• ERRO DE MEDIÇÃO (INSERÇÃO INADEQUADA):
• PARA OBTER O VALOR CORRETO DA TEMPERATURA A SER
MEDIDA, O FATOR BÁSICO NA ESPECIFICAÇÃO DO SENSOR É A
DEFINIÇÃO DO PONTO DE MEDIÇÃO E SEU COMPRIMENTO DE
INSERÇÃO.
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO
DE TERMOPARES E TERMORESISTORES
• APENAS PARA TERMOPARES
• ERRO DE MEDIÇÃO (DEVIDO A RUÍDOS):
• OS RUÍDOS SE DIVIDEM EM ELETROSTÁTICOS, DE MODO COMUM E
MAGNÉTICOS.
• RUÍDOS ELETROSTÁTICOS: CAUSADOS POR CAMPOS ELÉTRICOS
PRÓXIMOS AO SISTEMA DE MEDIÇÃO. GERADOS NORMALMENTE POR
LINHAS DE FORÇA. SÃO ELIMINADOS ATRAVÉS DE BLINDAGEM E
ATERRAMENTO;
• RUÍDOS DE MODO COMUM: CAUSADOS POR UM MAL ATERRAMENTO,
OU SEJA DIFERENTES POTENCIAIS DE TERRA. COMUM QUANDO SE
UTILIZA TERMOPARES DE JUNÇÃO ATERRADA.
• RUÍDOS MAGNÉTICOS: PROVOCADOS POR CAMPOS MAGNÉTICOS
GERADOS PELA CIRCULAÇÃO DE CORRENTE EM CONDUTORES,
MOTORES E GERADORES. SEUS EFEITOS PODEM SER MINIMIZADOS PELA
TORÇÃO DOS FIOS DE EXTENSÃO OU COMPENSAÇÃO.
CUIDADOS NA INSTALAÇÃO
DE TERMOPARES E TERMORESISTORES