Relatório de Instrumentação - Sensores de Temperatura

EXPERIMENTO 01 – SENSORES DE TEMPERATURA TEMORESISTIVOS

Instrumentação Industrial – Profº. Dr. Carlos Alberto de Souza Filho.

João Pessoa – Paraíba

16 de Abril de 2017.

SUMÁRIO

1        OBJETIVOS        1

2        FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA        2

2.1        TRANSDUTORES TERMORESISTIVOS (RTD)        2

2.2        TERMISTORES        3

3        MATERIAIS E MÉTODOS        4

4        RESULTADOS        5

4.1        Gráficos obtidos a partir dos valores experimentais        5

4.2        Parâmetros experimentais utilizando um ajuste de curvas        8

4.2.1        PT100        8

4.2.2        NTC        10

4.3        Comparação entre a curva teórica e experimental do PT100        12

4.4        Método dos três pontos equidistantes para o NTC        12

5        BIBLIOGRAFIA        14

1. OBJETIVOS

O presente trabalho descreve a extração de dados de medições usando os sensores de temperatura termoresistivo RTD, especificamente o PT100, e o semicondutor cerâmico NTC. Foram realizadas aferições de resistência em função da temperatura escala acima e escala abaixo, com os pontos obtidos foi traçada a curva experimental a fim de compará-la com a curva teórica para o PT100, para o caso do NTC foi proposto um método de linearização.

1. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Os sensores de temperatura mais comuns são os que usam termoresistência e os semicondutores.

1. TRANSDUTORES TERMORESISTIVOS (RTD)

Os transdutores termoresistivos (Resistence Temperature Detector - RTD) são dotados de um condutor metálico e baseiam-se na variação da resistência em função da temperatura. As principais características dos RTDs são: ampla escala de temperatura (varia entre -200 e 850 °C), alta resistividade, boa linearidade entre resistência e temperatura, baixa tolerância de fabricação (varia entre 0,05 e 0,15%). O material mais usado na sua fabricação é a platina (Platinum Resistance Thermometer - PRT), que apresenta alto grau de pureza (99,99%), é um metal inerte, possui ótima estabilidade e linearidade em uma ampla faixa e os erros de leitura são da ordem de 0,0001 °C. As termoresistências de platina mais usuais são: PT-25,5 Ω, PT-100 Ω, PT-120 Ω, PT-130 Ω, PT-500 Ω e o PT-100 Ω, este último é o mais utilizado na indústria (Balbinot & Brusamarello, 2011). Na Figura 1 está exibida a curva de resistência normalizada em função da temperatura para diferentes materiais, vê-se que a platina possui o maior grau de linearidade em uma larga faixa.

[pic 5]

Figura 1: Variação da resistência dos metais com a temperatura.

Existe mais de um tipo de equação para representar o comportamento dele em função da temperatura, a que será adotada neste relatório será a mais simples. A variação de resistência do metal em função da temperatura é dada pela Equação .

        [pic 6]         

Onde [pic 7]é a resistência do sensor à temperatura [pic 8], [pic 9]é a resistência em referência à temperatura [pic 10], [pic 11]é o coeficiente térmico calculado pela resistência medida em relação a duas temperaturas ([pic 12] ).

1. TERMISTORES

Os termistores são transdutores semicondutores cerâmicos, assim como os RTDs, são sensíveis à temperatura. Existem dois tipos, os NTCs (Negative Temperature Coefficient – coeficiente de temperatura negativo) e os PTCs (Positive Temperature Coefficient – coeficiente de temperatura positivo). Em relação aos RTDs, os coeficientes de variação deles são maiores, todavia o comportamento desses dispositivos é não-linear e a faixa de operação de temperatura é mais estreita (-100 °C à 300 °C).

Os PTCs aumentam a resistência à medida que a temperatura aumenta, já os NTCs diminuem a resistência com o aumento da temperatura.

A Equação  representa a relação entre a resistência do PTC e a temperatura em Kelvin.

        [pic 13]         

Considerando pequenas faixas de temperatura e desconsiderando alguns efeitos, a Equação   representa a relação entre a resistência do NTC e a temperatura em Kelvin, onde [pic 14] é a constante do termistor que depende do material do mesmo e [pic 15] é uma constante. Tomando uma temperatura de referência [pic 16], uma resistência [pic 17] conhecida, a Equação  passa a representar a resistência do NTC.  

        [pic 18]         

        [pic 19]         

A sensibilidade relativa ([pic 20]) é dada pela Equação , vê-se que a relação entre [pic 21] e [pic 22]  é não linear.        

        [pic 23]         

Uma técnica de linearização para o NTC é o método dos três pontos equidistantes, que consiste em adicionar um resistor em paralelo com o NTC, cujo valor é definido pela Equação , onde [pic 24],[pic 25] e [pic 26] são os valores de resistência do NTC medidos, respectivamente, nas temperaturas [pic 27], [pic 28] e [pic 29].

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