Tipos de Instrumentos de Medição Industrial

Tipos Instrumentos Medição Industrial – Segue tabela:

INSTRUMENTO	GRANDEZA FÍSICA ASSOCIADA	TRANSDUTOR	FAIXA DE MEDIÇÃO (°C)	UTILIZAÇÃO
Termômetro Acústico	Velocidade do som	Cavidade acústica de ressonância	-273 a -223	Medição de laboratório
Termômetro a Vapor	Pressão	Bulbo metálico c/ capilar c/ vapor saturado	-269 a +100	Medições em lab. e indústrias
Termômetro de Germânio	Resistência elétrica	Cápsula quadripolar de “Ge”	-271 a -173	Medições padrões em laboratório
Termômetro a Gás	Pressão (geral / volume etc)	Bulbo metálico c/ capilar c/ gás	-269 a +1064	Medições em laboratório
Termistor	Resistência elétrica	Diodo semicondutor de óxido metálico	-269 a +200	Contr. indl. lab. e cond. de ar
Termômetro de Quartzo	Freqüência de oscil. mecânica	Cristal de quartzo corte em Y	+262 a +250	Laboratórios e indústrias
Termômetro de Resistência	Resistência elétrica	Bulbo de platina Cu Ni	-173 a +1064	Laboratórios e indústrias
Termopar	Força eletromotriz	União de fios de condutores diferentes	-253 a +2400	Medições e controle lab. e indústrias
Termômetro de Pulso Acústico	Velocidade do som	Haste metálica (AI, W, Mo)	-243 a +3100	Laboratórios e indústrias
Termômetro de Líquido em Haste de Vidro	Expansão térmica	Bulbo de vidro c/ capilar c/ mercúrio	-200 a +500	Laboratórios e indústrias
Termômetro Bi-metálico	Expansão térmica diferencial	Duas lâminas ou hastes aderentes	-148 a +400	Contr. industrial e cond. de ar
Pirômetro de Radiação Total	Radiação eletro magnética	Detetor de radiação (termopilha)	0 a +5000	Medições e controle industriais
Pirômetro de Radiação Seletiva	F.e.m. ou resistência	Foto-Diodo ou sensor de radiação	0 a +5000	Medições e controle industriais
Pirômetro Ótico Automático	Concentração espectral de radiação	Detetor foto elétrico	+750 a +5000	Laboratórios e indústrias
Pirômetro Ótico Manual	Concentração espectral de luminosidade	Olho humano	+750 a +5000	Laboratórios e indústrias

Tipos Instrumentos Medição Industrial

Utilização dos termopares nas atmosferas existentes em processos industriais

Existem várias combinações de 2 metais condutores operando como termopares. As combinações de fios devem possuir uma relação razoavelmente linear entre temperatura e f.e.m.; devem desenvolver uma f.e.m. por grau de mudança de temperatura, que seja detectável pelos equipamentos normais de medição.

Foram desenvolvidas diversas combinações de pares de Ligas Metálicas, desde os mais corriqueiros de uso industrial, até os mais sofisticados para uso especial ou restrito a laboratório.

Essas combinações foram feitas de modo a se obter uma alta potência termoelétrica, aliando se ainda as melhores características como homogeneidade dos fios e resistência à corrosão, na faixa de utilização, assim cada tipo de termopar tem uma faixa de temperatura ideal de trabalho, que deve ser respeitada, para que se tenha a maior vida útil do mesmo.

Podemos dividir os termopares em três grupos, a saber:

Termopares Básicos
Termopares Nobres
Termopares Especiais

Termopar Básico Tipo CuCo “T” Cobre / Constantan

São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

TIPO “T” adotada Norma ANSI Cobre – Constantan

Cu (+) Cobre: Elemento formado de Cobre 99,9%.

Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).

T adotada pela Norma ANSI / CuCo.

Características:

1. Muito embora as tabelas de normas e limites de erro indiquem faixas definidas em laboratório, na prática é recomendável o seu uso na faixa
   de -200 à +260°C.
2. Estes termopares são adequados para uso em temperaturas negativas e ambientes úmidos.
3. Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes, oxidantes ou redutoras.
4. Apresenta boa precisão na faixa de utilização devido à grande homogeneidade do cobre.
5. Em atmosferas oxidantes ou ambiente em temperaturas acima de 300°C não é recomendada pois nesta temperatura o cobre começa a se oxidar e próximo de 400°C, oxida se rapidamente.
6. Com certas precauções a devidamente aferido, pode ser utilizado até – 262°C.
7. Por ter uma excelente precisão em temperatura negativas e abaixo de 250°C tem preferência de uso sobre os demais. Quando expostos à umidade tem excelente comportamento.

Aplicações:

Criometria (baixas temperaturas), Indústrias de Refrigeração, Pesquisas Agronômicas e Ambientais, Química a Petroquímica.

Termopar Básico Tipo FeCo “J” Ferro / Constantan

Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

TIPO “J” adotada Norma ANSI Ferro – Constantan

Fe (+) Ferro: Elemento formado de Ferro 99,5%.

Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).

J ‑ adotada pela Norma ANSI / FeCo.

Características:

1. Muito embora as tabelas de normas e limites de erro indiquem faixas definidas em laboratório, na prática é recomendável o seu uso na faixa de 0 a 700°C.
2. A faixa de uso dos termopares depende exclusivamente das proteções utilizadas nas montagens.
3. Potência Termoelétrica: 5,269mV/100°C. Embora a sua potência termoelétrica seja menor que a milivoltagem do termopar Cromel – Constantan tipo “E” (faixa utilização semelhante) o seu uso se expandiu na indústria em função do seu baixo custo.
4. Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes ou neutras, oxidantes e redutoras até o limite de 700°C, desde que devidamente protegidos.
5. Baixo custo relativo, sendo assim é um dos mais utilizados industrialmente.
6. Tem baixa homogeneidade, devido à dificuldade de obtenção do ferro com alto teor de pureza.
7. Limite máximo de utilização de 540°C, com elementos nus (ligas expostas, exemplo fio com isoladores cerâmicos) devido à rápida oxidação do ferro. Atmosferas sulforosas nesta condição também não é recomendável.
8. Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0°C porém, a possível oxidação nesta condição ocasionam a sua descalibração e consequentemente levam a quebra do ferro, motivo pelo qual o termopar Cobre – Constantan tipo “T” seja mais utilizado em temperaturas negativas.
9. Limite máximo de utilização em atmosfera oxidante de 700°C, devido à rápida oxidação do ferro.
10. Utilizar tubo de proteção acima de 480°C.

Aplicações: Centrais de Energia, Metalúrgica, Química, Petroquímica, Indústrias em geral.

Termopar Básico Tipo CrCo “E” Cromel / Constantan

Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

TIPO “E” adotada Norma ANSI Cromel – Constantan

Cr (+) Cromel: Elemento formado de Níquel 90% e Cromo 10%.

Co (-) Constantan: Elemento formado por Cobre 58% e Níquel 42% (com variações nestes valores dependendo fabricante).

E ‑ adotada pela Norma ANSI / CrCo.

Características:

1. o seu uso na faixa de 0 a 810°C.
2. é usado em temperaturas negativas pois o termopar tipo T (CuCo) possui a melhor precisão.
3. Possui alta estabilidade na f.e.m. (durabilidade) devido a sua resistência à oxidação.
4. Vulnerável à atmosfera redutora.
5. Não recomendado o seu uso em vácuo pois perdem as suas características de milivoltagem e descalibram.
6. Embora possam ser usados em temperaturas negativas e possuem alta milivoltagem nesta faixa de temperatura, os termopares tipo “T” (CuCo) são os mais utilizados pois podem ser usados em atmosferas úmidas e seus limites de erros são muito superiores ao tipo “E”. Além disso as ligas que compõe o termopar tipo “E” são comercialmente mais caras que o do tipo “T”.
7. Em temperaturas abaixo de 0°C os fios não sofrem corrosão, podendo, assim ser utilizado em temperaturas abaixo de 0°C.
8. É utilizado em termopilha e em pirômetro de radiação.
9. Possui alta estabilidade na f.e.m. (durabilidade) devido a sua resistência à oxidação.
10. Vulnerável à atmosfera redutora.

Aplicações:

Química e Petroquímica.

Termopar Básico Tipo CrAl “K” Cromel / Alumel

Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

TIPO “K” adotada Norma ANSI Cromel – Alumel

Cr (+) Cromel: Elemento formado de Níquel 90% e Cromo 10% (+)

Al (-) Alumel: Elemento formado de Níquel 95% e Alumínio, Manganês e Silício (-).

K ‑ adotada pela Norma ANSI / CrAl.

CA ‑ Adotada pela Norma JIS

NiCr‑Ni ‑ Adotada pela Norma DIN

Características:

1. Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes.
2. Pode ser utilizado, ocasionalmente, para temperaturas abaixo de 0°C devido a sua alta resistência a oxidação.
3. Sua boa resistência à oxidação faz com que seja muito usado em temperatura acima de 520°C.
4. Em altas temperaturas (entre 800°C a 1.150°C) é mais resistente mecanicamente, do que os termopares de platina tipos “S” e “R”, tendo uma vida útil superior ao tipo FeCo “J”.
5. Sua mais importante aplicação ocorre na faixa de 700°C à 1.150°C.
6. Vulnerável em atmosferas sulfurosas, com gases como S02 e H2S, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições.
7. Vulnerável em atmosferas redutoras ou de modo alternado oxidante e redutora, requerendo substancial proteção quando utilizado nestas condições.
8. Em vácuo devido a vaporização rápida do cromo o mesmo não pode ser usado pois este efeito causa a descalibração do termopar.
9. Em temperatura acima de 800°C ocorre o que chamamos de “green-rot” ou corrosão verde, desde que as ligas estejam sendo usadas sob a forma exposta (exemplo, fio montado com isoladores cerâmicos). A corrosão verde ocasiona a descalibração da liga e é tratada em vídeo exclusivo nestes cursos de termometria.

Aplicações:

Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cerâmica, indústrias em geral.

Termopar Básico Tipo NicNis “N” Nicrosil / Nisil

Termopares Básicos: São assim chamados os termopares de maior uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e/ou sua aplicação admite um limite de erro maior.

TIPO “N” adotada Norma ANSI Nicrosil/ Nisil

Nic (+) Nicrosil: Elemento formado de Níquel 83%, Cromo 14% e Silício a 3%.

Nis (-) Nisil: Elemento formado por Níquel 95% e Silício 5%.

N ‑ Adotada pela Norma ANSI / Nicrosil Nisil

Características:

1. Muito embora as tabelas de normas e limites de erro indiquem faixas definidas em laboratório, na prática é recomendável o seu uso na faixa de 0 à 1250°C.
2. A faixa de uso dos termopares depende exclusivamente das proteções utilizadas nas montagens.
3. Um termopar relativamente novo e pouco ainda conhecido no meio industrial, porém possui vantagens em relação ao termopar tipo K em altas temperaturas (até 1250°C).
4. Não apresenta o fenômeno “green-root” observado em termopares tipo K.
5. Não apresenta o fenômeno de magnetização de liga (comum termopar tipo K).
6. Possui excelente resistência a corrosão e oxidação.
7. A sua descalibração ao longo do tempo é menor que o tipo K (drift x tempo).
8. Não é recomendado o seu uso em atmosferas sulfurosas (presença de enxofre), porém se devidamente montados e protegidos para essa aplicação, podemos utilizá-lo.
9. Não recomendado o seu em vácuo.
10. Muito diferente do que é informado os termopares tipo N para substituírem termopares de platina (temperaturas superiores a 1150°C) devem ser cuidadosamente estudados. Embora a norma indique a sua utilização até 1300°C não podemos esquecer que o termopar tipo K pela própria ITS-90 indica seu máximo até 1370°C. O grande diferencial deste termopar é que além da sua liga de elementos que constituem o mesmo, intensificou-se a sua aplicação com bainhas protetoras de Nicrobell, o que faz a sua temperatura suportar limites maiores, porém devemos estudar cuidadosamente os processos de modo a limitar corretamente o seu uso. Hoje existem termopares tipo K também protegidos por Nicrobell justamente por este motivo.

Aplicações:

Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento e Cal, Vidros, Cerâmica, indústrias em geral.

Termopar Nobre Tipo Pt PtRh10% “S” Platina 100% / Platina 90% Ródio 10%

Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.

TIPO “S” adotada Norma ANSI PtPtRh10%

Pt90% Rh10% (+) : Elemento formado de Platina 90% e Ródio 10% (+).

Pt100% (-) : Elemento formado de Platina 100% (-).

S ‑ adotada pela Norma ANSI / PtPtRh10%.

Características:

1. Apresenta boa precisão em altas temperaturas embora tenha uma milivoltagem baixa se comparado a outros termopares.
2. Recomendados para uso em atmosferas inertes e oxidantes em regime contínuo.
3. Se protegidos adequadamente, podem ser usados em atmosferas redutoras.
4. No vácuo, apenas por períodos curtos de tempo e devidamente protegidos.
5. Vapores metálicos são prejudicais e devem ser usados tubos cerâmicos de alta alumina.
6. Uso em altas temperaturas, não observando uma proteção adequada ou bitola do fio, o rompimento do sensor se dá pelo desgaste dos elementos. Em altas temperaturas a platina fica susceptível à contaminação e grãos são formados ao longo do fio, provocando mudanças na sua calibração e rompimento.
7. Define a Escala Internacional Prática de Temperatura / IPTS na faixa de 630,74°C (ponto de fusão do antimônio) a 1064,43°C (ponto de fusão do ouro), sendo adotado como padrão nesta faixa.
8. Mudanças na calibração podem ocorrer pela difusão de Ródio do elemento negativo para o positivo, ou pela volatilização do Ródio (elemento positivo).
9. A diferença do termopar tipo “S” (PtPtRh10%) e o termopar “R” (PtPtRh13%) além da sua potência termoelétrica menor (Tipo “S” < 10% em relação ao “R”), também temos a resistência mecânica. Quanto maior o nível de Ródio, maior a resistência mecânica do termopar.
10. Para altas temperaturas (acima de ± 1350°C), devem ser utilizados capilares e tubos protetores de alta alumina (tipo 710).
11. Normalmente utilizados nas bitolas: 24 AWG (0,51 mm), 27 AWG (0,35 mm) e 30 AWG (0,30 mm).
12. Devido a sua grande precisão e estabilidade em altas temperaturas, são usados como padrões em laboratórios de calibração. Utilizado como padrão na calibração de outros termopares.
13. Foi desenvolvido em 1886 por Le Chatelier.
14. Para altas temperaturas (± 1300°C), devem ser utilizados isoladores e tubos protetores de alta alumina (tipo 710).
15. Não deve ser utilizado em temperaturas abaixo de 0°C, pois sua curva de f.e.m. x Temperatura varia irregularmente.
16. Depois de submetido a altas temperaturas (acima 1480°C), para ser utilizado novamente, deve ser aferido.
17. Com o uso próximo de seu limite de aplicação, a platina pura apresenta crescimento de grão acentuado, tornando‑se quebradiça e isto pode tornar a vida útil do termopar curta, quando aplicado em processos sujeitos a esforços mecânicos (vibração).

Aplicações:

Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento, Vidros, Cerâmica, e Pesquisa Científica. E utilizado em “Sensores Descartáveis” na faixa de 1200°C a 1768°C, para medição de temperatura de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições.

Termopar Nobre Tipo Pt PtRh13% “R” Platina 100% / Platina 87% Ródio 13%

Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina. Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.

TIPO “R” adotada Norma ANSI PtPtRh13%

Pt87% Rh13% (+) : Elemento formado de Platina 87% e Ródio 13% (+).

Pt100% (-) : Elemento formado de Platina 100% (-).

R ‑ adotada pela Norma ANSI / PtPtRh13%.

Características:

a) Define a Escala Internacional Prática de Temperatura / IPTS na faixa de 630,74°C (ponto de fusão do antimônio) a 1064,43°C (ponto de fusão do ouro), sendo adotado como padrão nesta faixa.

b) Apresenta boa precisão em altas temperaturas embora tenha uma milivoltagem baixa se comparado a outros termopares, devido a pureza de seus fios.

c) Recomendados para uso em atmosferas inertes e oxidantes em regime contínuo.

d) Vapores metálicos são prejudicais e devem ser usados tubos cerâmicos de alta alumina.

e) Uso em altas temperaturas, não observando uma proteção adequada ou bitola do fio, o rompimento do sensor se dá pelo desgaste dos elementos. Em altas temperaturas a platina fica susceptível à contaminação e grãos são formados ao longo do fio, provocando mudanças na sua calibração e rompimento, caso não sejam devidamente protegidas.

f) Para altas temperaturas (acima de ± 1350°C), devem ser utilizados capilares e tubos protetores de alta alumina (tipo 710).

g) Normalmente utilizados nas bitolas: 24 AWG (0,51 mm), 27 AWG (0,35 mm) e 30 AWG (0,30 mm).

h) Devido a sua grande precisão e estabilidade em altas temperaturas, são usados como padrões em laboratórios de calibração. Utilizado como padrão na calibração de outros termopares.

i) Os termopares de platina de um modo geral não podem ser usados em atmosferas sulfurosas e se utilizados devem ser cuidadosamente protegidos para evitar a contaminação de seus fios.

j) Mudanças na calibração podem ocorrer pela difusão de Ródio do elemento negativo para o positivo, ou pela volatilização do Ródio (elemento positivo).

k) Se protegidos adequadamente, podem ser usados em atmosferas redutoras.

l) No vácuo, apenas por períodos curtos de tempo e devidamente protegidos.

m) Contaminação dos fios de platina se apenas protegidos por tubos metálicos e não devidamente isolados internamente.

n) A diferença do termopar tipo “S” (PtPtRh10%) e o termopar “R” (PtPtRh13%) além da sua potência termoelétrica menor (Tipo “S” < 10% em relação ao “R”), também temos a resistência mecânica. Quanto maior o nível de Ródio, maior a resistência mecânica do termopar. Desta forma em temperaturas máximas de 1400°C à 1450°C se a posição do termopar for vertical o elemento tipo R é mais indicado que o tipo S. O próprio peso do fio de platina pode fazer com que exista a ruptura do mesmo devido a sua bitola ser extremamente fina. Normalmente acima de 1400°C na prática já não usamos o termopar S em montagens convencionais.

Aplicações: As mesmas do tipo “S”. Metalúrgicas, Siderúrgicas, Fundição, Usina de Cimento, Vidros, Cerâmica, e Pesquisa Científica. E utilizado em “Sensores Descartáveis” na faixa de 1200°C a 1768°C, para medicão de temperatura de metais líquidos em Siderúrgicas e Fundições.

Termopar Nobre Tipo PtRh6% PtRh30% “B” Platina 94% Ródio 6% / Platina 70% Ródio 30%

Termopares Nobres: São aqueles que os pares são constituídos de platina.
Embora possuam custo elevado e exijam instrumentos receptores de alta sensibilidade, devido à baixa potência termoelétrica, apresentam uma altíssima precisão, dada a homogeneidade e pureza dos fios termopares.

TIPO “B” adotada Norma ANSI PtRh6% PtRh30%

Pt70% Rh30% (+): Elemento formado de Platina 70% e Ródio 30% (+).

Pt94% Rh6% (-): Elemento formado de Platina 94% e Ródio 6% (-).

B ‑ adotada pela Norma ANSI / PtRh6% PtRh30%.

Características:

1. Define a Escala Internacional Prática de Temperatura / IPTS na faixa de 630,74°C (ponto de fusão do antimônio) a 1064,43°C (ponto de fusão do ouro), sendo adotado como padrão nesta faixa.
   
   
2. Apresenta boa precisão em altas temperaturas embora tenha uma milivoltagem baixa se comparado a outros termopares, devido a pureza de seus fios.
   
   
3. Recomendados para uso em atmosferas inertes e oxidantes em regime contínuo.
   
   
4. Vapores metálicos são prejudicais e devem ser usados tubos cerâmicos de alta alumina.
   
   
5. Uso em altas temperaturas, não observando uma proteção adequada ou bitola do fio, o rompimento do sensor se dá pelo desgaste dos elementos. Em altas temperaturas a platina fica susceptível à contaminação e grãos são formados ao longo do fio, provocando mudanças na sua calibração e rompimento, caso não sejam devidamente protegidas.
   
   
6. Para altas temperaturas (acima de ± 1350°C), devem ser utilizados capilares e tubos protetores de alta alumina (tipo 710).
   
   
7. Normalmente utilizado na bitola: 24 AWG (0,51 mm). Devido serem usados em temperaturas muito altas as bitolas de 27 AWG (0,35 mm) e 30 AWG (0,30 mm) não são aplicadas comercialmente, e nem indicadas para uso.
   
   
8. Devido a sua grande precisão e estabilidade em altas temperaturas, são usados como padrões em laboratórios de calibração. Utilizado como padrão na calibração de outros termopares.

1. Os termopares de platina de um modo geral não podem ser usados em atmosferas sulfurosas e se utilizados devem ser cuidadosamente protegidos para evitar a contaminação de seus fios.
   
   
2. Mudanças na calibração podem ocorrer pela difusão de Ródio do elemento negativo para o positivo, ou pela volatilização do Ródio (elemento positivo).
   
   
3. Se protegidos adequadamente, podem ser usados em atmosferas redutoras.
   
   
4. No vácuo, apenas por períodos curtos de tempo e devidamente protegidos.
   
   
5. Contaminação dos fios de platina se apenas protegidos por tubos metálicos e não devidamente isolados internamente.
   
   
6. Não pode ser usado em temperaturas abaixo de 100°C uma vez que a sua milivoltagem abaixo desse valor não apresenta consistência para se fazer medições.
   
   
7. Pode ser utilizado em atmosferas inertes, oxidantes e por curto período de tempo em vácuo.
   
   
8. É utilizado em medidas constantes de temperaturas elevadas (acima de 1400°C).
   
   
9. Apresenta melhor estabilidade na f.e.m. e resistência mecânica, do que os tipos “S” a “R” a temperaturas elevadas.
   
   
10. Não necessita de compensação da junta de referência, se a temperatura desta não exceder a 50°C.
    
    
11. Não necessita de cabo de compensação se a temperatura de seus terminais não exceder a 100°C.
    
    
12. Não pode ser utilizado em temperatura inferior a 100°C.
    
    
13. Deve‑se utilizar isoladores e tubos protetores de alta alumina (tipo 710).

Curiosidade: Por serem termopares para uso em altas temperaturas, o grande problema deste termopar nas aplicações é a temperatura no cabeçote de ligação. Por ser um termopar que não usa cabo de compensação (cabo de cobre comum é requerido), não existe compensação e se a temperatura no cabeçote exceder os 100°C erros serão adicionados a sua leitura. Existem empresas que possuem um sistema de resfriamento sobre os cabeçotes; como a temperatura aonde são colocados é alta por irradiação este problema é algo realmente problemático.

Aplicações: Vidro, Siderúrgica, alta temperatura em geral.

A importância da teoria e dos conceitos

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