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Medidas de Temperatura 1-II

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Tópicos: RTD |


1) RTD

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RTD é abreviação inglesa de Resistance Temperature Detector. A base do funcionamento é a variação da resistência elétrica de metais com a temperatura. Os metais mais usados são platina, níquel, cobre, ferro, molibdênio e/ou ligas deles. Embora os sensores vistos na página anterior usem princípios similares, em geral eles não são classificados como RTDs, uma vez que os elementos resistivos não são metais, mas óxidos e semicondutores.

Em (a) da Figura 1-I, representação de um RTD de fio (o fio metálico é enrolado em forma de espiral dentro de um tubo cerâmico com suportes e outros detalhes não mostrados). Em (b) da mesma figura, um RTD de filme (filme metálico é depositado sobre uma placa de cerâmica). O RTD de filme é também montado no interior de um tubo para proteção.

RTD (Resistance Temperature Detector)
Fig 1-I

A variação da resistência elétrica com a temperatura de um fio metálico é dada pela relação:

$$R(t) = R_0 (1 + a t + b t^2 + c t^3) \tag{1A}$$
Onde:

R0 = resistência a 0ºC.
a / b / c: coeficientes característicos do metal ou liga.

O resultado prático é uma variação pequena de resistência em comparação com termistores (Figura 1-II) e circuitos adequados de medição devem ser empregados.

Comparação termistor e RTD
Fig 1-II

É praxe a especificação térmica de um RTD ser dada pelo coeficiente médio de temperatura α (unidade 1/ºC) na faixa de 0 a 100ºC. Assim,

$$\alpha = \frac{R_{100} − R_0}{100\ R_0} \tag{1B}$$
Pequenas proporções de impurezas ou elementos de liga podem afetar consideravelmente o coeficiente de temperatura. Algumas vezes, impurezas são propositalmente adicionadas para contrabalançar o efeito de impurezas existentes de difícil remoção. Embora, para o caso de RTDs, seja desejável a maior variação possível de resistência com a temperatura, em outros casos deve ser o contrário. Exemplo: uma liga de 84% Cu 12% Mn 4% Ni quase não apresenta variação com a temperatura. É usada para fabricar resistores de precisão. Segue tabela comparativa para alguns metais e ligas mais usados.

Metal Símb Faixa ºC α Observações
Cobre Cu −200/260 0,00427 Baixo custo
Molibdênio Mo −200/200 0,00300 e 0,00385 Opção de menor custo p/ Pt em faixa limitada
Níquel Ni −80/260 0,00672 O custo é baixo, mas a faixa é limitada
Níquel-ferro Ni-Fe −200/200 0,00518 Baixo custo
Platina Pt −240/660 0,00385 e 0,00392 Boa precisão

RTDs de cobre

Cobre é raramente usado para essa finalidade e parece não haver padrões internacionais. Quando usado, é comum um coeficiente α = 0,00427 1/ºC. Na faixa de temperatura 0 a 200ºC e se não há necessidade de muita precisão, pode ser empregada uma relação simplificada:

$$R(t) = R_0 (1 + 0,00427 t) \tag{1C}$$

RTDs de molibdênio

O material cerâmico alumina (óxido de alumínio) tem coeficiente de expansão térmica próximo do molibdênio e, portanto, formam um bom conjunto para o tipo filme metálico. O coeficiente do metal é α = 0,00300 1/ºC. Através de dopagem com outros metais, é também disponível com α = 0,00385 1/ºC, o que dá compatibilidade com a platina para uma faixa mais reduzida de temperaturas.


RTDs de níquel

São usados em aplicações onde o baixo custo é importante. Em relação à platina, o níquel tem menor resistência à corrosão e é menos estável em temperaturas elevadas. Por isso, é geralmente usado para ar sem impurezas.

Alguns fabricantes sugerem uma fórmula modificada:

$$R(t) = R_0 (1 + a t + b t^2 + d t^4 + f t^6 ) \tag{1D}$$
Onde,

a = 5,485 10−3
b = 6,650 10−6
d = 2,805 10−11
f = −2,000 10−17

O coeficiente α é 0,00672 1/ºC. Se não há muita exigência de precisão, pode-se usar:

$$R(t) = R_0 (1 + \alpha t) \tag{1E}$$

RTDs de níquel-ferro

Têm custo ainda menor que o de níquel e são usados em aplicações onde são possíveis e esse aspecto (custo) é fundamental. O fator α é 0,00518 1/ºC.


RTDs de platina

Platina é o metal mais usado por sua resistência à corrosão e estabilidade em altas temperaturas. É empregada uma fórmula modificada:

$$R(t) = R_0 \big[ 1 + a t + b t^2 + c (t − 100) t^3 \big] \tag{1F}$$

Existem dois padrões internacionais, que diferem nos coeficientes.

1) Padrão Pt100:

α = 0,00385055 1/ºC
R0 = 100 Ω
a = 3,90830 10−3
b = −5,77500 10−7
c = −4,18301 10−12

Para t entre 0 e 200ºC. Para t entre 0 e 800ºC, os mesmos a e b, mas c = 0. O padrão é usado em muitos países.

2) Padrão USA:

α = 0,0039200 1/ºC
R0 = 98,129 Ω
a = 3,97869 10−3
b = −5,86863 10−7
c = −4,16696 10−12
Referências
Pesquisa na Internet em 07/2008. Fontes não anotadas.

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