Medição de Temperatura

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INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE - Prof.ª ANDREA FISCHER - 03/05/2011 
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UNIDADE 3 - MEDIÇÃO DE TEMPERATURA 
3.1 GENERALIDADES – 
 
Temperatura é uma das mais importantes variáveis a serem estudadas no âmbito da 
instrumentação industrial, pois serve para monitoramento das condições de máquinas 
e equipamentos, e é variável fundamental para a maioria das indústrias de processos 
de produção de bens e alimentos. 
 
Os instrumentos serão estudados de acordo com o seu princípio de funcionamento 
sendo subdivididos em dois grandes grupos, conforme apresentado na tabela abaixo: 
 
SISTEMA FÍSICO – 
Baseiam-se na dilatação de materiais 
(sol, liq.) bem como na variação de 
pressão de gases. 
- Termômetros a dilatação de líquidos 
 (coluna de líquido). 
- Termômetros a dilatação de sólidos 
 (bi-metálicos).. 
- Termômetros a pressão de vapor. 
SISTEMA ELÉTRICO – 
A temperatura esta relacionada com a 
geração de sinal elétrico ou através 
da modificação das propriedades 
elétricas de determinados materiais. 
- Termopares 
- Termômetros de resistência 
- Termistores 
- Termômetros de radiação 
- Termômetros óticos 
 
Para a seleção de um determinado tipo de instrumento os principais aspectos a serem 
avaliados devem satisfazer condições mínimas necessárias, dentre as quais estão: 
 
 aspectos técnicos (faixa de medição, exatidão , tempo de resposta, robustez ...). 
 aspectos econômicos. 
 
ESCALAS DE TEMPERATURA – 
 
São utilizadas para converter a energia térmica de um corpo em valores numéricos. 
Como pontos de referência são adotados o ponto de gelo e o ponto de vaporização da 
água. 
 
Industrialmente, os instrumentos são elaborados para representar a temperatura nas 
escalas Celsius (sueco Anders Celsius - 1742) e Fahrenheit (holandês – Gabriel 
Fahrenheit – 1714). 
 
A relação entre elas e a sua construção estão abaixo apresentadas 
Conversão entre escalas: 
 
 
 
1,8 (
o
 C) + 32 = (
o
 F) K = (
o
 C) + 273 
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ESCALA CELSIUS ESCALA FAHRENHEIT ESCALA KELVIN 
temp gelo = 0 
o
 C 
temp. vapor = 100 
o
 C 
n
o
 de div. - 100 
temp gelo = 32 
o
 F 
temp. vapor = 212 
o 
F 
n
o
 de div. - 180 
temp. gelo = 273 K 
n
o
 de div. = escala Celcius 
o zero é chamado de zero 
absoluto (temp. teórica) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2 TIPOS DE MEDIDORES 
3.2.1 TERMÔMETRO A EXPANSÃO DE GÁS 
 
O seu funcionamento está baseado na variação da pressão que um gás inerte (ideal) 
sofre com a variação de temperatura. De maneira simplificada, é um manômetro de 
Bourdon graduado em temperatura. 
 
É constituído de três partes interligadas, que contém no seu interior o gás 
pressurizado. São elas: 
Bulbo sensor – elemento responsável por captar a temperatura. 
Capilar – responsável pela transmissão da pressão até o mecanismo indicador. 
Tubo de Bourdon – recebe o sinal de pressão e movimenta o mecanismo indicador. 
 
 
A sua faixa de utilização está compreendida entre 
–200 a 700
o
C. 
 
Os gases utilizados são Hélio, Hidrogênio, 
Nitrogênio e Dióxido de carbono, sendo que o 
material do bulbo pode ser aço inox, cobre, latão 
ou monel. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
100 oC 
0 oC 
100 div. 
212 oF 
32 oF 
180 div. 
373 K 
oC 
273 K 
100 div. 
zero absoluto 
 
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3.2.2 TERMÔMETRO BIMETÁLICO 
 
O seu funcionamento está baseado na dilatação linear 
dos materiais metálicos devido à variação de 
temperatura que os mesmos são submetidos. A 
dilatação linear dos metais depende dos seguintes 
fatores (ver expressão abaixo): 
 
 
 
  coeficiente de dilatação linear. 
lo  comprimento do material. 
t variação de temperatura que o material está sendo 
submetido 
 
PAR BIMETÁLICO – 
 
Na prática, a deformação apresentada por uma barra de 
material metálico é muito pequena para ser convertida 
em informação de temperatura. 
 
O artifício utilizado se constitui de uma lâmina com dois materiais metálicos com 
coeficientes de dilatação linear bem distintos. Um acréscimo de temperatura fará com 
que o material de coeficiente maior curve o par bimetálico amplificando o sinal de 
deformação. Comercialmente a lâmina bimetálica é enrolada em forma helicoidal, o 
que aumenta a sensibilidade do instrumento bem como a sua faixa de medida. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MATERIAIS DO PAR BIMETÁLICO 
Com baixo coeficiente de dilatação INVAR – liga de aço com 36% de níquel. O seu coeficiente é 
1/20 da maioria dos metais. 
Com alto coeficiente de dilatação LATÃO ou LIGAS DE NÍQUEL (para temp. mais elevadas). 
l =  . lo . t 
 
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3.2.3 TERMOPAR – 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
É o sensor de temperatura mais utilizado industrialmente. Ele cobre uma faixa 
bastante extensa de temperatura que vai de -200 a 2300 
o
C aproximadamente, com 
uma boa exatidão, e repetitividade aceitável, tudo isto a um custo relativamente 
econômico, se comparado a outros tipos de sensores de temperatura. 
 
Um termopar, ou par termoelétrico, consiste de dois condutores metálicos de natureza 
diferente, puros ou de ligas homogêneas. Os fios são unidos em um extremo, e as 
outras extremidades são levadas ao instrumento medidor por onde flui a corrente 
gerada. 
 
O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T.J. Seebeck. Ele notou 
que em um circuito fechado formado por dois condutores metálicos distintos (A e B), 
quando submetidos a um diferencial de temperatura entre as suas junções, ocorre uma 
circulação de corrente elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quando este circuito é interrompido surge uma força eletro-motriz (F.E.M.), que 
depende das temperaturas das junções e da composição dos dois metais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
metal A 
metal B 
I T1 T2 
metal A 
metal B 
T1 T2 
FEM 
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A junção submetida à temperatura a ser medida é chamada de Junção de medição ou 
junta quente. A outra extremidade, que é ligada ao instrumento medidor, se chama 
Junção de referência ou junta fria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quando a temperatura da junção de referência é mantida constante, verifica-se que a 
F.E.M. térmica depende da variação de temperatura na junção de medição. Isto 
permite utilizar este circuito como um medidor de temperatura, pois conhecendo a 
Tref e a F.E.M. gerada, determina-se a Tjq. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.3.1 LEIS DO CIRCUITO TERMOELÉTRICO 
 
a) Lei do Circuito Homogêneo 
 
A F.E.M. gerada por um termopar depende única e exclusivamente da composição 
química dos dois metais e das temperaturas entre as duas junções, ou seja, a tensão 
gerada independe do gradiente de temperatura ao longo dos fios. Todas as 
temperaturas intermediárias não interferem na FEM resultante. 
 
 
 
 
 
 
b) Lei dos Metais Intermediários 
 
A F.E.M. gerada num par termoelétrico não será alterada ao inserirmos em qualquer 
ponto do circuito, um metal genérico diferente dos que compõe o sensor, desde que 
as novas junções formadas sejam mantidas na mesma temperatura. 
 
Uma aplicação prática desta lei é que o instrumento de medição pode ser inserido em 
qualquer ponto do circuito termoelétrico sem alterar a FEM original, assim como o 
usodos contatos de latão ou cobre no bloco de ligação. 
 mV 
junta de referência 
junta quente 
metal B 
metal A 
A F.E.M. gerada depende: 
- Da diferença de temperatura entre a junção quente e a junta de referência. 
- Dos tipos de materiais que o termopar é constituído. 
 
metal A 
metal B 
T1 T2 
T3 
T4 
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c) Lei das Temperaturas Intermediárias 
 
A F.E.M. gerada em um circuito termoelétrico com suas junções às temperaturas T1 e 
T3 respectivamente, é a soma algébrica da F.E.M. gerada com as junções às 
temperaturas T1 e T2 e a F.E.M. do mesmo circuito com as junções às temperaturas de 
T2 e T3. 
 
Uma conseqüência desta lei é o uso dos cabos compensados, que tendo as mesmas 
características termoelétricas do termopar, podem ser introduzidos no circuito sem 
causar erros no sinal gerado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2.3.2 RELAÇÃO entre TEMPERATURA e SINAL ELÉTRICO 
 
Para chegar ao valor de temperatura captado pela junta quente no ambiente desejado 
(forno, tubulação, equipamento...) há necessidade do conhecimento da relação entre 
sinal gerado (mV) e diferença de temperatura que o causou para cada termopar. 
 
Existem tabelas que correlacionam estas grandezas, e que são elaboradas colocando-
se a junta de referência a temperatura de 0 ºC. Estas tabelas são elaboradas a partir 
das curvas características de cada termopar, e estão colocadas em anexo a este 
material. 
metal A 
metal B 
T1 T2 
T3 
metal C 
metal A 
metal B 
T1 T2 
metal A 
metal B 
T2 T3 
metal A 
metal B 
T1 T3 
FEM (T2-1) + FEM (T3-2) = FEM (T3-1) 
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Na prática, a determinação da temperatura da junta de medição (junta quente) se dá 
através de diferentes métodos. Eles diferem entre si no modo como se mantém a junta 
de referência a um valor constante, são eles: 
 
 Com temperatura a 0 ºC. 
 Com aquecimento controlado por termostato e compensação do sinal 
correspondente. 
 Com compensação eletrônica da junta de referência. 
 
a) Com temperatura de referência a 0 
o
C 
 
A temperatura é mantida em 0 
o
C através de um banho de gelo, sendo que a leitura é 
feita utilizando a tabela relativa a cada termopar. O sinal lido no milivoltímetro 
corresponde à diferença de temperatura entre junta quente e junta de referência. Este 
método ainda é muito usado em laboratórios, pois consiste num método relativamente 
simples e de grande precisão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
POTÊNCIA TERMOELÉTRICA 
 É a relação do sinal de tensão 
gerado com a da variação de temperatura. 
 
Ex.: No gráfico ao lado o termopar tipo 
K possui maior potência 
termoelétrica que o tipo S. 
 
junta quente 
mV 
metal B 
metal A 
 
junta de 
referência 
H2 O + gelo 
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 T = Tjunta quente – T ref 
 SINAL T = SINAL Tjunta quente - SINAL T ref 
 SINAL Tjunta quente = SINAL T + SINAL T ref 
 
A temperatura é determinada selecionando nas tabelas do termopar o valor 
correspondente ao sinal da temperatura da junta quente calculado na expressão acima. 
 
Ex 1: O sinal gerado por um termopar tipo R ,com junta de referência a 0
o
 C foi de 
4,082 mV. A temperatura (consultando a tabela) é de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Aquecimento controlado por termostato 
 
Difere do tipo anterior com relação à temperatura de referência (valor acima de zero) 
que é mantida através de resistências elétricas controladas por termostato, que 
proporcionam condições mais favoráveis de utilização industrial. O sinal 
correspondente a esta temperatura é fornecido por um circuito de compensação para o 
instrumento receptor. 
 
Ex 2.: O mesmo termopar TIPO R, do exemplo anterior, está com a junta de 
referência regulada em 25 
o
C. Se o sinal captado for 0,794 mV, qual a 
temperatura na junta quente ? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 sinal 4,083 mv 
+ sinal 0,000 mV 
 sinal 4,083 mV 
 
  Tjq = 464 
o
C 
Fonte: SALCAS 
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c) Com compensação eletrônica da junta de referência 
 
O sinal captado pelo instrumento já fornece o valor corrigido. Nestes instrumentos 
encontra-se um sensor de temperatura que pode ser uma termoresistência, termistor, 
associado a um circuito conversor, que mede continuamente a temperatura ambiente 
e suas variações, adicionando ao sinal que chega do termosensor uma tensão 
correspondente à diferença da temperatura ambiente para a temperatura de 0 
0
C. 
3.2.3.3 CONVERSÃO TENSÃO X TEMPERATURA 
 
Como a relação F.E.M. x temperatura de um termopar não é linear, o instrumento 
indicador deve de algum modo linearizar o sinal gerado pelo sensor. Em instrumentos 
digitais usa-se a equação matemática que descreve a curva do sensor armazenada em 
memória. Esta equação é um polinômio, que a depender da precisão requerida pode 
alcançar uma ordem de até 9
o
 grau. 
 
Teoricamente, a conversão do sinal de tensão lido em um milivoltímetro é realizada 
com a utilização e leitura das tabelas fornecidas pelos fabricantes para cada tipo de 
termopar. Alguns exemplos de como se realizam a leitura nestas tabelas já foram 
colocados no exemplo anterior, e ao final do capítulo foram propostos exercícios 
adicionais de leitura de tabelas de termopares. 
 
Obs.: Algumas tabelas estão em anexo a este material, e estão disponíveis nos sites 
dos fabricantes. 
1º passo 
2º passo 
 sinal 0,794 mv 
+ sinal 0,141 mV -- Tref = 25 
o
C (lido na tabela) 
 sinal 0,935 mV 
 Tjq = 137 
o
C 
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3.2.3.4 TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE TERMOPARES 
 
Foram desenvolvidas diversas combinações de pares termoelétricos, constituídos de 
ligas metálicas puras ou de composição homogenia de outros metais, que atendem a 
diversas faixas de medição de temperatura. Cada liga padronizada recebe uma 
denominação que é adotada independentemente do fabricante, conforme será 
apresentado posteriormente. 
 
Cada tipo de termopar possui características adicionais que proporcionam a sua 
aplicação a diversas condições de ambiente de medição. A sua sensibilidade, também 
conhecida como potência termoelétrica (mV/
o
C), as características de homogeneidade 
dos fios, resistência à corrosão, linearidade entre temperatura e tensão, entre outros, 
são as principais características que eles apresentam. 
 
Os termopares estão classificados de acordo com o seu tipo e as suas características 
construtivas. O tipo é função dos materiais de que são constituídos. 
 
a) Quanto às características construtivas, temos: 
 
 Termopar convencional 
 Termopar de isolação mineral. 
 
Termopar convencional – são constituídos de fios de materiais diferentes montados 
dentro de tubo de proteção, necessitando isoladores (miçangas), blocos de ligação... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Acessórios para 
termopares 
convencionais 
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Termopar de isolação mineral – foram desenvolvidos para aplicações maiscríticas 
(industriais nucleares), onde os condutores ficam totalmente protegidos das 
atmosferas exteriores, aumentando a sua estabilidade, resistência mecânica e 
durabilidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Quanto ao tipo dos metais: 
 
Os termopares recebem um “apelido” relacionado com a composição dos materiais 
metálicos que o constitui. Cada um dos termoelementos tem uma polaridade definida, 
sendo importante o seu conhecimento no momento de sua ligação ao dispositivo de 
indicação ou controle. 
 
A seguir serão apresentados alguns tipos de termopares mais utilizados 
industrialmente, abordando suas principais características. 
 
BÁSICOS – são os termopares de maior uso industrial, com custo 
relativamente baixo, e com limite de erro maior. 
NOBRES – são constituídos com ligas de platina, com custo maior, com maior 
exatidão e com baixa potência termoelétrica (sensibilidade). 
NOVOS – desenvolvidos para aplicações especiais onde os outros termopares 
não podem ser utilizados satisfatoriamente. São utilizados metais com 
tungstênio, Rhênio, Irídio... 
 
 
 
termoelementos 
bainha metálica 
isolação mineral 
Poços de proteção 
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TIPO DE 
TERMOPAR 
MATERIAIS FAIXA DE 
UTILIZAÇÃO 
APLICAÇÕES 
 
B 
Á 
S 
I 
C 
O 
S 
TIPO T Cobre (+) 
Constantan ( - ) 
- 200 
o
C a 
350 
o
C 
Para baixas temperaturas em geral, 
indústrias de refrigeração e ar 
condicionado. 
TIPO J Ferro (+) 
Cosntantan ( - ) 
- 40 
o
C a 
 750 
o
C 
Bastante utilizado industrialmente, 
baixo custo (indústria metalúrgica, 
química, petroquímica ...) 
TIPO K Chromel (+) 
 Alumel ( - ) 
- 200 
o
C a
 
 
1200
 o
C 
Mais utilizado industrialmente (larga 
faixa), e principalmente acima de 700
 
o
C 
TIPO E Chromel (+) 
Cosntantan ( - ) 
- 200 
o
C a
 
 
980
 o
C 
Possui a maior potência termoelétrica, 
possibilitando a detecção de variações 
mínimas de temperatura. 
 
N 
O 
B 
R 
E 
S 
TIPO R Platina Rhodio 10%(+) 
Platina ( - ) 
0 
o
C a 
 1768 
o
C 
Onde se requer maior sensibilidade e 
precisão e principalmente para 
temperaturas mais elevadas. Indústrias 
de vidro, cerâmica, siderúrgicas. 
Possuem pequena potência 
termoelétrica. 
TIPO S Platina Rhodio 13%(+) 
Platina ( - ) 
TIPO B Platina Rhodio 30% 
(+) 
Platina Rhodio 6% 
( - ) 
600 
o
C a 
1700 
o
C 
Para temperaturas acima de 1600 
o
C, 
com instrumentação da altíssima 
sensibilidade 
Obs.: Constantan – liga de cobre e níquel; 
Chromel – liga de cromo e níquel; 
Alumel – liga de alumínio e níquel 
 
3.2.3.5 FIOS E CABOS DE EXTENSÃO E COMPENSAÇÃO 
 
Na grande maioria das aplicações dos termopares na medição de temperatura, o 
processo industrial fica a grandes distâncias do instrumento receptor (indicação, 
registro ou controle). Apesar de tecnicamente podermos utilizar um termopar de 
comprimento tal que vá do processo ao instrumento, os grandes custos para este tipo 
de montagem inviabilizam-na totalmente (principalmente no caso de termopares 
nobres). 
 
Poderíamos também usar para interligar o elemento sensor com o receptor, fios de 
cobre comuns, conduzindo o sinal gerado pelo termopar até o instrumento. Mas como 
o termopar gera um sinal proporcional à diferença de temperatura entre suas junções 
(E gerada = E temp.j.medição - E temp. j.referência), e como normalmente a 
temperatura do instrumento não é a mesma da junção de referência do termopar; 
torna-se necessário que o instrumento seja ligado ao sensor através de fios que 
possuam uma curva similar àquela do termopar, a fim de compensar a diferença de 
temperatura existente entre a junção de referência e o instrumento e para que no 
instrumento possa ser efetuada corretamente a compensação da temperatura 
ambiente. 
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Portanto, fios e cabos de extensão e compensação (ou fios e cabos compensados), 
nada mais são que outros termopares, cuja função além de conduzir o sinal gerado 
pelo sensor, é a de compensar os gradientes de temperatura existentes entre a junção 
de referência (cabeçote) do sensor e os bornes do instrumento, gerando um sinal 
proporcional de tensão (milivolts) a este gradiente. 
 
Fios ou cabos de extensão – São constituídos de mesma liga dos termopares a que se 
destinam, porém com menor pureza. Utilizados em termopares básicos tipos T, J, E e 
K. Apesar de possuírem a mesma liga dos termopares, apresentam um custo menor 
pois sua composição química não é tão homogênea quanto a do termopar. A Tmáx 
recomendada para utilização é 200 
o
C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fios ou cabos de compensação – São constituídos com ligas de materiais diferentes 
dos termopares a que se destinam, porém com curva de característica equivalente 
para a faixa de temperatura de sua aplicação. Utilizados em termopares nobres 
(constituídos de platina). Os materiais têm que ser diferentes, pois a platina tem custo 
elevado. 
 
Cuidados na ligação dos fios de extensão: 
 
A instalação destes fios deve ficar longe de linhas de força, chaves contactoras, 
relés... , devido à indução de ruídos elétricos, e conseqüente instabilidade na leitura. 
 
Cada tipo de termopar requer um fio de extensão/compensação diferente, sendo que 
eles são padronizados por cores. Como o termopar gera um sinal contínuo de tensão 
(pilha térmica) com polaridade definida, logo o fio de extensão/compensação deve 
ser ligado respeitando a polaridade, pois as tensões devem ser somadas. 
 
 
Ex.: Termopar tipo K fio de extensão tipo KX. 
 
A tabela a seguir fornece os tipos de fios de extensão/compensação mais utilizados e 
a sua codificação segundo duas normas adotadas no Brasil. 
 
 
Fio positivo do termopar ligado com fio positivo do fio de extensão/compensação 
mV junta de 
referência 
junta 
quente metal B 
metal A 
termopar 
Fios de extensão ou de 
compensação 
Terminais do 
termopar 
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3.2.3.6 Critérios para seleção de termopares – 
 
A correta seleção e instalação de termopares e fios de extensão são fundamentais para 
que os termopares apresentem boas características de precisão , estabilidade e 
durabilidade. A seguir estão listados os fatores importantes a serem considerados. 
 
 Faixa de temperatura – determinará o tipo a ser utilizado, ou as possíveis 
possibilidades de escolha. 
 Exatidão – tem que ser adequada ao trabalho a que se destina. 
 Custo – depende da exatidão requerida e do tipo de termopar. Ex.: linha standart, 
especial, tipo nobre. 
 Estabilidade e repetitividade – exigências que garantirão a vida longa do sensor e 
a sua confiabilidade. 
 Velocidade de resposta – está relacionada principalmente com o tipo de junta e a 
utilização de poços de proteção. 
 Potência termoelétrica – termopares com pequena potência necessitam de 
instrumentos de alta sensibilidade. 
 Condições do processo/equipamento – a atmosfera onde o sensor será inserido 
aliado à faixa de temperatura de trabalho, são muito importantes na seleção do 
tipo, bem como dos acessórios a serem utilizados. 
3.2.3.7 Informações complementares 
 
Tipos de junção – 
 
Junção exposta: o contato é direto com o processo. 
Junção aterrada: os fios do termopar vêm ligados ao tubo de proteção metálico. 
Junção isolada: os fios não têm contato com a proteção metálica, e o processo. 
 
 
 
 
Fonte: ECIL 
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 43Relação bitola dos fios x temperatura 
 
A bitola dos termoelementos não influencia o sinal gerado, e sim o limite de 
temperatura que o mesmo atinge. Tem influência, também, na velocidade de resposta, 
devido à massa envolvida. 
 
“Quanto maior a bitola dos termopares, maior o limite de temperatura que ele atinge“ 
“Quanto maior a bitola dos termopares, menor a velocidade de resposta” 
 
Relação bitola x temperatura máxima (
o
C) 
 
Tipo de 
termopar 
Bitola 
8 AWG 
( 3,26 mm) 
Bitola 
14 AWG 
( 1,63 mm) 
Bitola 
20 AWG 
( 0,81 mm) 
Bitola 
24 AWG 
( 0,51 mm) 
J 760 590 480 370 
K 1260 1090 980 870 
S e R - - - 1480 
T - 370 260 200 
 
Forma construtiva, e acessórios de montagem – 
 
Isoladores (miçangas) – Utilizados em termopares convencionais, são feitos de 
materiais resistentes a altas temperaturas e isolantes elétricos (cerâmica ou 
alumina). Para os termopares de isolação mineral, é um pó de óxido de 
magnésio altamente compactado. 
 
 
 
 
 
 junção aterrada 
- grande velocidade de resposta. 
- sujeito a interferências eletromagnéticas 
 junção isolada 
- menor velocidade de resposta. 
junção exposta 
- grande velocidade de resposta. 
- contaminação e deteriorização da junta. 
- sujeito a interferências eletromagnéticas 
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Blocos de ligação – Tem a função de interligar o 
termopar com os fios de extensão ou 
compensação, dentro do cabeçote. 
 
 
 
 
 
 
 
Cabeçotes – Tem como função proteger os contatos, facilitar a conexão ao tubo de 
proteção e manter a temperatura estável nos contatos do bloco de ligação. São 
feitos normalmente de alumínio ou ferro fundido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tubos de proteção – É um recipiente metálico, geralmente de aço inox (podendo ser 
de ferro, cerâmica), que protege o termopar contra efeitos nocivos do ambiente. 
Tem como inconveniente o aumento do tempo de resposta. 
 
Comprimento do termopar – O que define o seu comprimento são as características 
do processo, fatores operacionais e construtivos dos equipamentos. O 
comprimento não interfere no valor do sinal gerado 
 
Ruídos em termopares - 
 
Ruído é qualquer distúrbio ou sinal falso, que pode atingir a linha de transmissão do 
termopar e se superpor ao sinal original, alterando o conteúdo das informações (sinal 
de tensão de baixo nível – mV), e reduzindo a precisão das medidas, tornando o 
controle mais instável e menos confiável. 
 
Tipos de ruídos: 
 
 Eletrostáticos – Devido a campos elétricos próximos ao sistema de medição, 
oriundos de linhas de força próximas ao sensor ou ao cabo. São atenuados 
através de blindagem magnética e aterramento do cabo, e do distanciamento 
das linhas de força. 
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 De modo comum – Causados por aterramento ineficiente, ou diferentes 
potenciais de terra. 
 
 Ruídos magnéticos – São gerados por campos magnéticos gerados pela 
circulação de corrente em condutores elétricos. A minimização se dá através da 
torção dos fios de extensão, cancelando o efeito da indução causada 
 
Para uma melhor proteção, os fios de extensão ou compensação devem ser torcidos e 
blindados. 
 
Transmissores de sinais – 
 
Substituem os fios e cabos de extensão, solucionando o problema de ruídos nas suas 
linhas de transmissão, através da conversão do sinal de baixa intensidade, em sinal de 
alto nível (4 a 20mA), ou sinal digital. Podem ser digitais ou analógicos. 
 
Os transmissores digitais são microprocessados, e tem armazenado em memória as 
características de resposta dos principais tipos de termopares e termometros de 
resistência. Se comunicam com sinal digital, através de um software sopervisório. È 
configurado por intermédio de um computador, através de uma interface serial tipo 
RS232. 
 
Os transmissores analógicos utilizam o sinal de comunicação de 4 a 20 mA e podem 
ser utilizados para os diversos tipos de termopares, através de um procedimento de 
calibração. 
 
O uso de transmissores possibilita a utilização de fios de cobre para as linhas de 
transmissão, sem necessitar blindagem ou aterramento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela para recomendação de utilização de termopares e poços de proteção 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS – Leitura de tabelas de termopares 
 
1 – Determine o sinal gerado por um termopar tipo K (cromel-alumel), dados: 
a) temperatura na junta quente (TJQ) 435ºC e temperatura ambiente de 23ºC. 
b) TJQ = 443ºC e Tref = 31ºC 
 
2 – Sabendo-se que o sinal medido através de um milivoltímetro (termopar tipo R) foi 
de 15,467mV, e que a temperatura ambiente está em 38ºC, qual a temperatura medida 
pelo termopar ? 
 
3 – De posse dos dados do exercício 2, e sabendo que o sinal será transmitido à 
distância com utilização de fios de cobre (cabos não compensados), que valor o 
controlador indicará se a temperatura de compensação na sala de controle a 22ºC. 
Qual o erro nesta condição? 
Fonte: NAKA instrumentação industrial 
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3.2.4 TERMÔMETRO DE RESISTÊNCIA - 
 
Os sensores que modificam a sua resistência são conhecidos como RTDs - 
resistências termicamente dependentes. Elas podem ser agrupadas em PTCs ou 
NTCs. 
 
PTC significa coeficiente positivo de variação de temperatura, ou seja, aumenta 
temperatura, aumenta a sua resistência. 
NTC significa coeficiente negativo de variação de temperatura, ou seja, aumenta 
temperatura, diminui a sua resistência. 
 
Princípio de funcionamento 
 
As termo-resistências, são sensores de altíssima exatidão, estabilidade e 
repetibilidade, permitindo seu uso tanto em indústria, como em laboratórios e centros 
de pesquisa. 
 
O seu funcionamento está baseado na variação da resistência elétrica que ocorre 
devido à variação da temperatura que o material metálico é submetido, causando um 
acréscimo de resistência com a elevação de temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
A relação entre resistência elétrica e temperatura é dada pela equação abaixo: 
 
 R(t) = R0 (1 + a t + b t
2
 + c t
3
) 
 
 Ro - Resistência a 0
o
 C 
 a, b, c ou α... – coeficientes de variação de resistência do metal 
 t - temperatura 
 
De forma simplificada pode ser utilizada a equação dada por: 
 
R(t) = R0 (1 + α t) 
 
BULBO DE RESISTÊNCIA 
 
Este sensor pode ser constituído de um fio metálico bastante fino enrolado e 
encapsulado em suporte isolante (cerâmica, vidro ou mica) ou com tecnologia de 
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filmes espessos ou filmes finos. Estes filmes são depositados em um substrato fino e 
plano de cerâmica e encapsulados com vidro ou cerâmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O bulbo é colocado no ambiente aonde vai se medir a temperatura através de um 
poço de proteção. Ele é parte integrante de um circuito eletrônico, que através da 
circulação de corrente detecta as variações de temperatura decorrentes da mudança de 
sua resistência. 
 
Materiais utilizados: 
 Platina (Pt) de - 220 a 800 
o
C 
 Níquel (Ni) de - 200 a 300
 o
C 
 Cobre (Cu) de - 200 a 120 
o
C 
 
Convencionou-se chamar de Pt-100, a termoresistência de platina que apresenta uma 
resistência ôhmica de 100 à 0ºC. Existem também outros tipos Pt-500, Pt-1000,C25 
entre outros. 
 
A exatidão alcançada por este tipo de sensor pode alcançar  0,01 
o
C, 
industrialmente apresentam exatidão de  0,5
o
C. 
 
Os métodos de fabricação de filmes finos permitem obter a resistência típica de 100 
Ohms do sensor, com uma pequena massa e volume. Como resultado, o tempo de 
resposta de um RDT de filme é reduzido de forma apreciável, como mostra a figura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ESQUEMA DE MONTAGEM 
 
A variação de resistência sofrida pelo bulbo de resistência não é medida através de 
um ohmímetro, e sim com um circuito auxiliar que converte esta variação em 
variação de corrente elétrica (mA) ou tensão. 
 
O circuito responsável por esta conversão é o circuito em “Ponte de Wheatstone”, 
porém ele não proporciona um valor padronizado de sinal, sendo necessária a 
amplificação e modulação posterior do mesmo. 
 
LIGAÇÃO A DOIS FIOS: 
 
Esta montagem não é recomendada quando a distância entre o detector do sinal e o 
sensor estiver acima de 10m, pois as resistências adicionais dos fios de interligação 
causam erro se somando ao valor lido pelo sensor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LIGAÇÃO A TRÊS FIOS: 
 
É recomendada para instalações industriais, uma vez que o acréscimo da resistência 
do fio de interligação é somado aos dois ramos apostos do circuito, realizando a 
compensação automática. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Pt 100 
R1 
R3 
R2 
mA 
 Pt 100 
R1 
R3 
R2 
mA 
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3.2.5 TERMISTORES 
 
São resistores sensíveis à temperatura, constituídos de materiais semicondutores. 
Normalmente óxidos metálicos aglutinados a altas temperaturas (óxido de níquel, de 
cobalto, de magnésio, e sulfeto de ferro, alumínio ou cobre). 
 
Possuem como características básicas, elevada resistividade (ρ), robustez e 
durabilidade ilimitada. Apresentam uma resistência que decresce com a temperatura, 
são os chamados NTC (negative temperature coeficiente). 
 
Enquanto o termopar é transdutor de temperatura o mais versátil e o termo resistor é o 
mais estável, a palavra que melhor descreve o termistor é sensibilidade, já que 
apresentam grande variação da resistência com a temperatura. Entretanto são 
extremamente não lineares, se comparados com os outros transdutores. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
R = R0 exp [ 1 - _1 
)] 
 T To 
R é a resistência do termistor na temperatura T 
R0 é a resistência do termistor na temperatura T0 
é a constante do material (3000 - 5000 K). 
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Analisando a curva característica de um termistor duas constatações podem ser 
verificadas: 
- a resistência diminui com o aumento da temperatura 
- a relação entre resistência e temperatura não é linear (logarítmica). 
 
Possui alta sensibilidade e pequena inércia térmica, podendo comandar o 
aquecimento e manter a temperatura dentro de uma faixa de ±0,02 °C. 
 
O intervalo de medida de temperatura com termistores, na prática, esta limitado a 100 
ºC, devido a estabilidade pobre do sensor quando submetido a altas temperaturas. 
 
3.2.6 SENSORES INTEGRADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este tipo de sensor de temperatura é um regulador de corrente constante sobre uma 
temperatura de -55 a 150 °C. As características, corrente de saída versus voltagem de 
entrada para várias temperaturas são mostradas no gráfico abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A temperatura fornece energia para que elétrons da banda de valência passem para a 
banda de condução. Isto aumenta o número de portadores na região de depleção 
diminuindo a resistência da junção. 
 
Eles fornecem normalmente uma saída em corrente proporcional a temperatura 
absoluta, quando uma voltagem entre 4 e 30 V é aplicada nos seus terminais. 
 
O sensor de temperatura integrado é ideal para aplicações remotas uma vez que ele 
age como fonte de corrente constante e como resultado, a resistência dos fios de 
ligação não afeta a medida.
 
T = 473K 
T = 300K 
T = 218K 
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3.2.7 PIRÔMETRO DE RADIAÇÃO - 
 
Este tipo de medidor converte energia radiante total emitida por um corpo em 
energia elétrica. 
 
O detector possui lentes que focalizam a energia radiante emitida pelo corpo quente 
no sensor composto de termopares associados em série e arranjados em círculo, 
denominado termopilha. Esta termopilha absorve a energia radiante e gera uma força 
eletromotriz que é diretamente proporcional a temperatura do corpo quente. 
 
O sinal de saída é independente da distância do alvo, desde que o campo de visão do 
sistema ótico esteja totalmente preenchido pelo corpo. Nos equipamentos industriais 
existe uma mira laser que seleciona a fonte emissora de temperatura que o mesmo 
está medindo. 
 
 
 
 
 
Este tipo de termômetro pode ler temperaturas na faixa de – 50 a 3850 
o
C, e tem sua 
aplicação cada vez mais intensificada na diagnose e inspeção preventiva de 
equipamentos em geral. 
3.2.8 PIRÔMETRO ÓTICO 
 
Medem temperatura através da comparação entre o brilho que o corpo apresenta 
devido ao seu estado térmico e o filamento de uma lâmpada padrão. Para esta 
comparação são utilizados filtros adequados que proporcionam ao observador 
condições de comparação visual entre as duas fontes de brilho. 
 
Esta comparação é possível devido ao fato que as informações relativas ao 
comportamento fotométrico dos materiais são bem conhecidas, e portanto tem-se 
como determinar a correlação existente entre temperatura e brilho emitido. 
 
A comparação é feita através de 2 métodos, sendo que ambos buscam o 
desaparecimento do filamento da lâmpada: 
 
a - Variando a corrente no filamento da lâmpada até ser atingido o mesmo 
brilho da fonte térmica. 
b - Por variação ótica do brilho (jogo de filtros e lentes) da fonte térmica , 
conservando constante a corrente através da lâmpada. 
 
As faixas de utilização deste termômetro estão entre duas faixas distintas, 750 
o
C à 
1200 
o
C e 1050
 o
C à 1750 
o
C, podendo chegar até 5500 
o
C com filtros especiais. A 
exatidão a nível industrial chega a  5 
o
C . 
00.00 
lente 
termopilha 
corpo quente