Características do termômetro de resistência, operação, usa

Ele Termômetro de resistência (Dispositivo térmico de resistência ou rtd) é um instrumento que tira proveito de uma propriedade que os objetos têm -a resistência elétrica -para medir a temperatura. Este procedimento é conhecido como medida por Resistência Thermo.

A resistência elétrica é um parâmetro muito adequado, pois em muitos casos geralmente aumenta linearmente com a temperatura. Dizem que uma certa propriedade X é termométrica, ou seja, pode ser usada para medir a temperatura t, quando a relação entre x e t é linear:

X = k ∙ΔT

Um termômetro de resistência

Onde k é uma constante de proporcionalidade para determinar.

Uma propriedade termométrica bem conhecida é a expansão do mercúrio quando aquecida, usada em um termômetro clínico. Outros termômetros usam gás, folhas de metal que se dilatam com o aumento de temperatura, resistência ou usam o brilho de um filamento, entre outras propriedades.

É conveniente ter essa gama de possibilidades, porque a temperatura é uma das magnitudes mais características de qualquer sistema, seja biológico ou inanimado. É por isso que é a magnitude mais medida nos processos industriais e, para os intervalos que são tratados em cada um deles, certas propriedades termométricas são preferíveis a outras pessoas.

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Características do termômetro de resistência

Os termômetros de resistência têm as seguintes características:

-Eles são uma operação muito simples. O elemento sensor consiste em um fio de metal, sendo o platina mais usada, níquel, tungstênio e cobre.

-Eles oferecem leitura rápida.

-Alta precisão.

-Operar em uma ampla faixa de temperatura.

Resistividade, resistência e temperatura

Os materiais usados ​​para fabricar termômetros de resistência são motoristas cujos resistividade Quase sempre aumenta com a temperatura. Resistência e resistividade não são sinônimos, mas estão intimamente relacionados.

O resistividade É a relação entre o campo elétrico criado dentro do material quando a corrente e a densidade da referida corrente circula. É, portanto, uma propriedade de propriedade.

Para certos materiais, chamados ôhmico, A relação entre o campo elétrico e a densidade de corrente é linear. À medida que a temperatura aumenta, os íons do motorista aumentam suas vibrações e com ela a oposição à passagem da corrente.

Por outro lado, a resistência é uma propriedade do motorista, determinada não apenas pela resistividade do material, mas pela geometria: comprimento e área da seção transversal.

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Se a seção transversal permanecer constante, a relação entre essas magnitudes é:

Onde r é a resistência do fio, ρ a resistividade do material, o comprimento l e sua área de seção transversal.

A unidade de resistência elétrica no sistema internacional é ohmio (ω), enquanto a resistividade vem em ω ∙ m, embora seja comum encontrar ω ∙ mm.

Nos metais, a resistividade aumenta com uma temperatura linear:

ρ (t) = ρ_qualquer (1+α ∙ Δt)

Onde ρ é a resistividade do material a uma certa temperatura, ρ_qualquer É a resistividade de temperatura de referência, geralmente 0ºC ou 20 ºC, α é o coeficiente térmico do material e Δt é a variação da temperatura.

Como a resistência depende da resistividade do material, se a diferença de temperaturas não for muito grande, é cumprido que:

R (t) = r_qualquer (1+ α ∙ Δt)

A resistência é fácil de medir e, como o relacionamento com a temperatura é linear, é uma boa propriedade termométrica.

Funcionamento

Sensores de termômetro de resistência à platina em formato encapsulado. Fonte: Teplouser através da Wikimedia Commons.

O elemento central do termômetro de resistência é um fio de metal que é enrolado em um suporte isolante, geralmente feito de mica, cerâmica ou vidro. Está fechado em um tubo cheio de poeira isolante e embrulhada em camadas também isolante, selando à prova de umidade.

A pressão dentro do tubo permanece baixa, para evitar a formação de óxidos que causam erro nas leituras. O conjunto é pequeno: entre 1-5 mm de diâmetro e 10-50 mm de comprimento, coberto por sua vez por um alojamento externo que serve para protegê-lo, pois o dispositivo é delicado e deve ser manuseado cuidadosamente.

A platina, um metal precioso, é o material mais usado para fabricar resistência, porque é muito estável em uma ampla gama de temperaturas e fornece medidas extremamente precisas, até o ponto de servir como um padrão internacional padrão de temperatura na faixa de -260 ºc - 630ºC. No entanto, os termômetros de resistência à platina podem ser fabricados com uma faixa muito maior.

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Para medir mudanças na resistência ao fio, você deve incorporá -lo a um circuito especial chamado Wheatstone Bridge, usado para medir resistências ou impedâncias desconhecidas.

Isso é feito por fios finos de cobre (dois, três ou quatro fios de cobre, mais fios, mais precisos o termômetro, os de três são os mais comuns).

Para que o dispositivo funcione, uma pequena corrente de medição deve. Conhecendo a corrente e a tensão, a resistência ao sensor com a lei de Ohm é determinada e através dela a temperatura.

Curva característica do termômetro de platina

A linearidade da relação entre resistência e temperatura nem sempre é cumprida com precisão em todas as faixas de temperatura, isso depende muito do material do fio.

O problema da não linearidade pode ser remediado usando um circuito adicional ou simplesmente usando o gráfico de resistência versus a temperatura, chamado curva característica, Como o mostrado:

Curva característica de resistência à platina de 100 ohm. Fonte: Wikimedia Commons.

Curva característica do PT-100 ou termômetro de resistência à platina de 100 Ω. Fonte: Wikimedia Commons.

Variantes

Os termômetros de resistência à platina são fabricados de acordo com a resistência da bobina: PT-25, PT-100 e PT-1000 são os mais usados.

As cartas "PT" aludem ao símbolo químico de platina, e o número é a resistência do fio à temperatura de referência 0ºC. Quanto maior a resistência mais sensível é o termômetro, para oferecer uma maior variação de resistência com a mesma mudança de temperatura. No entanto, o PT-100 é o que é mais usado em nível industrial, com uma resolução da décima série.

Em vez de rolos de arame ou bobina, alguns fabricantes usam uma fina camada de platina depositada em cima de um substrato de cerâmica isolante. Isso diminui o tamanho do dispositivo e o torna ainda mais preciso e rápido.

Usos/aplicações do termômetro de resistência

O termômetro de resistência é preferencialmente usado na indústria química, farmacêutica e de alimentos, bem como em áreas onde é necessária grande precisão na extensão da temperatura para garantir produtos de qualidade.

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O fabricante do instrumento indica a faixa de temperatura que pode ser medida com precisão. Fora de seu alcance, os termômetros não produzem medidas precisas e, na pior das hipóteses, o elemento do sensor é danificado.

Medição de temperatura ambiental

Medir a temperatura ambiente com precisão é importante na indústria automotiva, cuja montagem, soldagem e processos de teste de motor produzem muito calor no ambiente. Nesses casos, o termômetro de resistência ao cobre geralmente é preferido.

Sensor de temperatura para carro

Para medir a temperatura do motor de um carro, uma resistência elétrica é usada como elemento termométrico.

Usos industriais

Para determinar a temperatura dos fornos industriais de fundição, em caldeiras, geladeiras e reatores nucleares.

Além disso, o controle preciso da temperatura é muito importante para a indústria de alimentos, pois os mantém frescos e livres de germes por mais tempo.

Astronomia

Os termômetros de resistência à platina são usados ​​na detecção de ondas gravitacionais. O dispositivo criado para esse fim consiste em dois interferômetros, que são instrumentos ópticos para medir a interferência da luz.

Os interferômetros usam espelhos para direcionar os raios de laser adequadamente, e sua temperatura é monitorada continuamente para garantir que eles mantenham a curvatura apropriada e garantir a precisão das medidas.

Vantagens e desvantagens

Entre as vantagens, vale a pena mencionar:

-Alta precisão.

-Variedade de usos.

-Grande faixa de medição que lhes permite ser usados ​​em vários setores.

-Eles permanecem estáveis ​​por muito tempo.

-Eles são lineares ou muito próximos da linearidade em uma grande faixa de temperatura.

Enquanto entre as limitações, eles podem ser citados:

-Eles não são usados ​​para temperaturas maiores que 660ºC.

-Nem abaixo -270 ºC.

-Eles devem ser cuidadosamente manipulados.

-Eles são menos sensíveis do que outros dispositivos mais baratos, como termistores e, em algumas aplicações, seu tempo de resposta é maior que estes.

-Termômetros de platina são caros.

Referências

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2. Sears, Zemansky. 2016. Física da Universidade com Física Moderna. 14º. Ed. Volume 2. Pearson.
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