Sensor Térmico
SENSORES DE TEMPERATURA
1 – DEFINIÇÃO
Sensores de temperatura são transdutores que alteram uma ou mais de suas características físicas ao se equalizar com o meio a ser determinada a temperatura. A maioria dos sensores se utiliza a transmissão de calor por contato, para assimilar a energia do meio.
Entre os instrumentos baseados nesse princípio, incluem-se os que utilizam:
- Alterações Físicas: como volume, pressão, dilatação;
- Alterações Elétricas: como resistência ôhmica, geração de f.e.m.
Alguns instrumentos (Pirômetros Óticos e de Radiação) utilizam a radiação emitida por um corpo. Neste caso, o elemento de medição assumirá uma temperatura diferente daquela do corpo cuja temperatura se deseja determinar, todavia uma proporcionalidade é mantida.
| TIPO DE TERMÔMETRO | GRANDEZA FÍSICA |
| Acústico | Velocidade do som |
| Vapor | Pressão |
| Germânio | Resistência Elétrica |
| Gás | Pressão (geral / Volume etc) |
| Termistor | Resistência Elétrica |
| Quartzo | Freqüência de Oscil. mecânica |
| Resistência (Ex. Pt1000 | Resistência Elétrica |
| Termopar | Força Eletromotriz |
| Pulso Acústico | Velocidade do Som |
| Líquido em Haste de Vidro | Expansão Térmica |
| Bimetálico | Expansão Térmica Diferencial |
| Pirômetro de Radiação Total | Radiação Eletro Magnética |
| Pirômetro de Radiação Seletiva | F.e.m. ou Resistência |
| Pirômetro Ótico Automático | Concentração Esp. de Radiação |
| Pirômetro Ótico Manual | Concentração Espectral de Luminosidade |
TERMOMETRIA
Termometria significa “Medição de Temperatura”. O termo Pirometria é também aplicado com o mesmo sentido, porém, baseando-se na origem das palavras, podemos definir:
a) PIROMETRIA – Medição de altas temperaturas, na faixa onde os efeitos de radiação térmica passam a se manifestar.
b) CRIOMETRIA – Medição de baixas temperaturas, ou seja, aquelas próximas ao zero absoluto.
c) TERMOMETRIA – Termo mais abrangente que incluiria tanto a Pirometria, como a Criometria que seriam casos particulares de medição.
Primeiras noções – Noções de Calor
O termo tem sua origem na sensação de “Quente” ou “Frio”, que podemos sentir pelo contato com o corpo.
Através do sentido do tato podemos constatar que as propriedades do corpo variam, quando ele se aquece ou se resfria. Vejam os exemplos a seguir:
- Uma barra, um fio, alonga‑se quando o aquecemos; é o fenômeno da Dilatação Linear.
- Um sólido aumenta o volume quando aquecido; é o fenômeno da Dilatação Cúbica.
- Ao aquecer um balão de vidro cheio d’água, o nível baixa a princípio, devido à dilatação do invólucro, mas sobe depois além do nível primitivo, o que mostra que a dilatação dos Líquidos é, em geral maior do que a dos sólidos.
- Quando se mantém constante a pressão, um gás aumenta o seu volume com o aquecimento.
- A resistência elétrica de um fio metálico aumenta quando o aquecemos. Seja um fio condutor levado ao vermelho sombrio pela corrente elétrica que o percorre e resfriado por imersão em água de urna parte do fio. A parte não mergulhada se torna vermelho vivo, o que indica passagem de corrente mais intensa e, portanto, diminuição da resistência na parte mergulhada.
Em resumo, sem tocá‑lo, podemos saber se um corpo se aquece ou se resfria mediante o exame da variação de uma de suas propriedades.
Temperatura
Todas as substâncias são constituídas de pequenas partículas, as moléculas, que estão em contínuo movimento.
Quanto mais rápido o movimento das moléculas mais quente o corpo e quanto mais lento mais frio.
Então define-se temperatura como:
O grau de agitação térmica das moléculas.
Define-se como o grau de calor ou frio, em uma escala definida. Todas as substâncias acham-se constituídas por uma enorme quantidade de pequenas partículas, as moléculas, que se encontram em contínuo movimento.
Quanto mais rápido o fluxo das moléculas, mais quente se apresenta o corpo e, quanto mais lento o fluxo, mais frio se apresenta o corpo. Esta condição pode ser descrita como um potencial térmico ou como uma energia efetiva da substância. O grau de temperatura é o número dado a este atributo.
Definição de Temperatura
A definição de qualquer grandeza deve começar pela definição de grandezas iguais. Após as noções que acabamos de dar é desejável, em primeiro lugar, precisar as condições em que dois corpos terão a mesma temperatura, ou ainda, estarão em equilíbrio térmico.
A observação corrente mostra que, estando um corpo “Quente” e um “Frio” em presença um do outro (em íntimo contato), o primeiro se resfria e o segundo se aquece, ou ainda, que a diferença de temperatura entre os dois corpos diminui com o tempo, como se houvesse tendência para a equalização das temperaturas.
Podemos afirmar que a “temperatura de um sistema é o ponto onde se determina se um sistema está ou não em equilíbrio térmico com outros sistemas”.
Assim, a temperatura de todos os sistemas em equilíbrio térmico pode ser representada por um número estabelecido em uma escala empírica de temperatura.
Baseados neste princípio são construídos os sensores, os quais, em equilíbrio térmico com o meio ou com o corpo que se quer medir, fornecem a indicação da temperatura.
Calor
“O Calor consiste no movimento das partículas de um corpo” – Isaac Newton
É a energia cinética das moléculas, energia em trânsito.
Equilíbrio Térmico
Do maior potencial ao menor. Ausência de troca de energia entre os corpos.
Quanto maior a temperatura de um corpo, as moléculas irão vibrar mais.
Estrutura do Sólido
Nos sólidos, as moléculas vibram em torno de posições fixas.
Estrutura do Líquido
Nos líquidos as moléculas vibram, mas mudam constantemente de posições.
Estrutura do gás
No gás, as moléculas movem-se livremente a grande velocidade e sem nenhuma ordem.
MODOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
É DEFINIDO COMO A ENERGIA DE UMA REGIÃO A OUTRA, SENDO A DIFERENÇA DE POTENCIAL TÉRMICO ENTRE ELAS.
Se um bloco quente de cobre é colocado num recipiente com água fria, observa‑se que o cobre esfria e a água se aquece, até que seja atingido o equilíbrio de temperatura.
Os aumentos da temperatura da água e queda da temperatura do cobre são devidos a passagem de uma forma de energia do cobre para a água. Dessa energia chega‑se ao conceito de calor.
Definição de calor
“O CALOR é definido como sendo a forma de energia que é transferida através da fronteira de um sistema, em virtude da diferença de temperatura”.
A transmissão de calor pode ser definida como a transmissão de energia de uma região a outra, como resultado da diferença de temperatura entre elas.
Como existem diferenças de temperaturas em todo o universo, os fenômenos de fluxo de calor são tão universais quanto os associados às atrações gravitacionais.
Ao contrário da gravidade, entretanto, o fluxo de calor não é governado por uma única relação, mas por uma combinação de várias leis da física.
Temos três modos distintos de transmissão de calor: CONDUÇÃO, RADIAÇÃO e CONVECÇÃO.
ESCALA INTERNACIONAL PRÁTICA DE TEMPERATURA
Na reunião da 7ª Conferência Geral de Pesos e Medidas em 1927 onde 31 nações estavam representadas, foi adotada uma escala prática de temperatura, associadas “aos fenômenos de mudança de estado físico dos materiais”, que ocorrem em condições de temperatura e pressão únicas, portanto, ideal para calibração de instrumentos científicos e industriais. Em reuniões efetuadas em 1948 (IPTS 48) a 1968 (IPTS 68) vários aperfeiçoamentos foram feitos.
Nessa escala estão demarcados os “pontos fixos” de temperatura para mudança de estado físico de várias substâncias puras na pressão da atmosfera padrão de 101325 N/m² (1 Kg/cm² = 98067 N/m²).
SENSORES DE TEMPERATURA
Sensores de temperatura são transdutores que alteram uma ou mais de suas características físicas ao se equalizar com o meio a ser determinada a temperatura. A maioria dos sensores se utiliza a transmissão de calor por contato, para assimilar a energia do meio.
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A importância da teoria e dos conceitos – Noções de Temperatura e Calor
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Termopares são fios metálicos de materiais diferentes que quando soldados e aquecidos neste ponto, observa-se uma carga em milivolts que se apresenta de modo proporcional a temperatura, e assim são elementos que se assemelham a termo pilhas.
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