Sensores

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Sensores de temperatura
Introdução
Os sensores de temperatura a serem apresentados neste texto são transdutores que convertem a grandeza física temperatura em um sinal elétrico. Eles podem ser classificados em três tipos principais: Sensores resistivos Sensores termoelétricos Sensores de infravermelho Os sensores resistivos são resistências dependentes da temperatura Os sensores termoelétricos,mais conhecidos como termopares, são os sensores que produzem um sinal de força eletromotriz (fem) devido ao efeito Seebeck ou efeito termoelétrico e os sensores de infravermelho são baseados em sensores que captam radiação eletromagnética no comprimento de onda do infravermelho, sendo esta faixa de freqüência característica de emissão de calor.

Sensores Resistivos
Os sensores baseados emresistências dependentes da temperatura são disponíveis em dois tipos, de acordo com o comportamento elétrico do material em: Termorresistências Termistores De modo geral, as termorresistências são fabricadas com metais, enquanto que os termistores utilizam-se de compostos semicondutores. Termorresistências (RTD) As termorresistências também conhecidas pela abreviação inglesa RTD (ResistiveTemperature Detectors) são sensores de temperaturas constituído por metais de resistência elétrica com elevado coeficiente de temperatura α:
α= 1 dR R dT

(1)

Resistência de metais A resistência elétrica dos metais varia de uma maneira quase linear. A Fig. 1 apresenta a resistência elétrica normalizada R/R0, na qual R0 é a resistência elétrica a 0oC, em função da temperatura para metais comumenteusados na fabricação de termorresistências. A unidade do coeficiente de temperatura α é expresso em Ω/Ω/oC. Quanto maior coeficiente α, maior a variação da resistência para uma dada variação de temperatura. Dos metais usados na fabricação de termorresistências, o níquel possui o maior coeficiente α = 6,72.10-3 Ω/Ω/oC e o cobre de 4,27.10-3 Ω/Ω/oC. Sensores de temperatura 1

4 níquel 3 liga de Niplatina R/R0 2

cobre 1

0 -200

0

200

400
o

600

800

Temperatura ( C)

Fig. 1. Resistência de alguns metais usados na fabricação de termorresistências como função da temperatura. A escolha do metal na confecção da termorresistência depende da sensibilidade, precisão e faixa de temperatura de trabalho. A sensibilidade de um sensor é definida como a variação da resistência porvariação da temperatura. Como mostrado na Fig. 1, o elemento Ni tem a maior sensibilidade dentre os metais apresentados naquela figura. Entretanto, o níquel tem uma faixa de temperatura de trabalho limitada, porque a sensibilidade se torna não-linear em temperaturas acima de 300oC. O cobre tem uma relação linear entre a resistência e temperatura, mas se oxida facilmente mesmo em temperaturasmoderadase não pode ser usada acima de 150oC. A platina é um metal nobre que possui relação resistência elétrica versus temperatura mais estável sobre uma ampla faixa de temperatura, de -180 a 650oC. A platina é o metal mais utilizado e recomendado na fabricação de sensores resistivos de temperatura por três motivos: 1o) relação linear entre resistência e temperatura; 2o) repetitibilidade e 3o) amplafaixa de temperatura de trabalho. A expressão matemática que relaciona a resistência elétrica com a temperatura pode ser descrita a partir de uma equação linear na forma: R(T ) = R0 ⋅ ( 1 + αT ) (2)

Se considerarmos que a resistência varia não-linearmente com a temperatura numa faixa de temperatura mais ampla, utiliza-se uma equação matemática polinomial denominada equação Callendar-Van Dusen eque está mostrada a seguir: Para a faixa de temperatura -200oC a 0oC:

R(T ) = R0 ⋅ 1 + aT + bT 2 + cT 3 (T − 100 ) Para a faixa de temperatura 0oC a 850oC: R(T ) = R0 ⋅ 1 + aT + bT 2

[

]

(3)

(

)

(4)

Sensores de temperatura

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Termorresistência de platina (PT-100)
As termorresistências de platina, designadas como PT-100, são disponíveis em duas especificações, de...
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