Medição de temperatura: Introdução a RTDs

Caro leitor, estamos trazendo para você uma continuação da nossa série voltada para instrumentação industrial. Desta vez será introduzida uma pequena série voltada para medições de temperatura utilizando RTDs, onde queremos passar algumas noções do funcionamento dos mesmos, bem como aplicações e tudo de maneira bem fácil para que você consiga entender e também aplicar de acordo com as suas necessidades. Caso queira acessar a página inicial referente aos artigos de instrumentação industrial basta clicar aqui. Nesta primeira parte faremos uma introdução básica sobre o funcionamento dos RTDs.

 

Também chamados de termorresistências ou termômetros de resistência, os RTDs são dispositivos cujo princípio de funcionamento baseia-se na variação da resistência elétrica de seus elementos condutores em virtude da variação de temperatura no ambiente a qual estes encontram-se submetidos. Os RTDs são instrumentos sensores que podem ser constituídos de um fio de material resistivo enrolado - que usualmente é feito de Platina (mais utilizado devido à sua ampla faixa de temperatura, exatidão e estabilidade), Níquel (com vários graus de pureza), de Balco ou Cobre (menos utilizado)) - envolto em um encapsulamento cerâmico (ou de vidro), ou sob a forma de uma película fina (este além de ser mais barato, possui uma velocidade de resposta maior do que os RTDs de fio enrolado).

 

rtds - RTD de fio enrolado (esquerda) e RTD tipo folha (ou filme)
Figura 1 - RTD de fio enrolado (esquerda) e RTD tipo folha (ou filme)

 

Além de serem sensores altamente estáveis, os RTDs são os sensores eletrônicos de maior linearidade de sinal quando se trata de temperatura, tendo sua modelagem matemática aproximada através de polinômios, sendo que para melhorar a aproximação feita, pode-se utilizar polinômios de ordem mais elevada. Para a maioria dos metais, a dependência da resistência com a temperatura pode ser escrita como a seguinte série de potências, onde A, B  são constantes do material obtidas experimentalmente e R0 é a resistência nominal do RTD em questão.

 

form1

 

Para  temperaturas  abaixo  de 0°C, pode-se atingir uma melhor exatidão se um quarto termo for acrescentado na equação apresentada anteriormente. Assim temos como resultado a equação a seguir:

 

form2

 

Quanto à identificação dos RTDs, uma termorresistência deve ser identificada pelo material que a constitui, juntamente do valor da resistência que apresenta em 0°C. Por exemplo, um Pt-100 é um RTD de Platina que a 0°C apresenta uma resistência de 100 Ω (outros modelos bastante utilizados são Pt- 25,5 Ω, Pt-120 Ω, Pt-130 Ω e Pt-500 Ω) , ao passo que um Ni-500 é um RTD de Níquel que a 0°C apresenta uma resistência de 500 Ω.

 

A título de curiosidade, para um Pt-100 temos os seguintes valores das constantes referentes às equações anteriores: A= 3,90802 . 10-³, B= -5,802 .10-7 e C= -4,2735 . 10-12. Na figura a seguir pode-se ver o comportamento da resistência relativa de alguns metais de acordo com a temperatura em que estão submetidos.

 

Curvas de resistência relativa de RTDs
Figura 2 - Curvas de resistência relativa

 

Além disso, a faixa de temperatura à qual um RTD pode ser submetido é diferente conforme a norma de padronização utilizada, sendo que a norma ASTM E1137 padroniza esta faixa de -200 °C a 650 °C, enquanto a norma DIN IEC 751 tem este valor padronizado no intervalo de -200 °C a 850 °C.

 

Esta foi a primeira parte do nosso conteúdo voltado para a utilização de RTDs em medições de temperatura. Na próxima parte falaremos um pouco sobre os circuitos utilizados para realizar as medições de temperatura utilizando os elementos propostos neste artigo, além de outros tópicos bem importantes. Esperamos que você tenha gostado deste conteúdo, sinta-se à vontade para sugestões, críticas ou elogios. Deixe seu comentário abaixo.

Sou engenheiro eletricista graduado com ênfase em Controle e Automação pela Universidade Federal do Espírito Santo - UFES e Técnico em Eletrotécnica pelo Instituto Federal do Espírito Santo - IFES. Me interesso por todas as vertentes existentes dentro da Engenharia Elétrica, no entanto, as áreas relacionadas à automação e instrumentação industrial possuem um significado especial para mim, assim como a Engenharia de Manutenção que na minha opinião é um setor fascinante.