Sensor de temperatura PT100
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Tecnologias
Uma gama de termómetros de resistência e sensores de temperatura PT100, feitos à medida, desde unidades individuais a pequenas séries, adaptados às suas necessidades específicas.
Procura uma sonda de termopar? Fabricamos sondas de temperatura com um elevado grau de precisão e estabilidade.
Saiba como ler uma tabela de valores óhmicos em função da temperatura e a importância destes dados nas aplicações industriais.
Nas indústrias de processo (química, petroquímica, agroalimentar, energética e farmacêutica), a medição da temperatura influencia diretamente a qualidade dos produtos, a segurança das instalações e a conformidade regulamentar. Uma sonda de temperatura industrial mal adaptada pode provocar desvios no processo, paragens não planeadas ou incumprimentos dispendiosos.
A Fuji Electric France oferece uma gama de sondas de temperatura industriais de alto desempenho, selecionadas pela sua precisão de medição, durabilidade em ambientes adversos e compatibilidade com os sistemas de automação existentes (4-20 mA, HART, Profibus, Foundation Fieldbus).
Quer se trate de uma sonda PT100 ou de uma sonda termopar, as nossas soluções abrangem intervalos de temperatura que vão de -200 °C a +1 750 °C e cumprem as normas IEC 60751, ATEX, IECEx e NF EN 13480. Integram-se em ambientes ATEX e suportam pressões e vibrações elevadas.
Uma sonda de temperatura é um sensor que converte uma grandeza física térmica num sinal elétrico que pode ser utilizado por um sistema de controlo e comando (DCS, API, transmissor). É constituída por um elemento sensível (resistência ou junção termoelétrica), um tubo de proteção (poço térmico ou manga de proteção) e uma cabeça de ligação normalizada.
No ambiente industrial, a sonda de temperatura é quase sempre associada a um transmissor de temperatura para converter o sinal bruto num sinal normalizado de 4-20 mA ou num sinal digital.
Compreender o funcionamento de uma sonda de temperatura é essencial para escolher o equipamento adequado e garantir medições fiáveis nos seus processos industriais. Em termos simples, uma sonda de temperatura é um dispositivo de medição que converte uma grandeza física, o calor, num sinal elétrico que pode ser utilizado por um sistema de controlo. Este princípio, aparentemente simples, assenta, na realidade, em fenómenos físicos precisos, cujo domínio determina a qualidade dos resultados obtidos.
Qualquer sonda de temperatura baseia-se num efeito físico conhecido e reproduzível. Dependendo da tecnologia escolhida, esse efeito é diferente:
No caso das sondas de resistência (RTD), o efeito aproveitado é a variação da resistência elétrica de um material condutor em função da temperatura. Quando a temperatura de um metal puro aumenta, os átomos vibram mais e impedem a passagem dos eletrões: a resistência elétrica aumenta de forma previsível e linear. É esta relação entre a resistência e a temperatura que permite calcular com precisão o valor térmico medido.
No caso das sondas de termopar, o efeito utilizado é o efeito Seebeck: dois metais de natureza diferente, unidos numa junção, geram uma tensão elétrica sempre que existe uma diferença de temperatura entre a junção quente (em contacto com o processo) e a junção fria (ponto de referência). A tensão produzida é baixa, da ordem dos milivolts, mas é característica de cada tipo de termopar e permite um cálculo preciso da temperatura.
No caso das termistâncias, o efeito é semelhante ao dos RTD, mas amplificado: trata-se de um componente semicondutor cuja resistência varia significativamente com a temperatura. O termo «termistância» designa duas famílias:
Estas duas famílias de termistores oferecem uma elevada sensibilidade, mas uma faixa de medição mais restrita do que a platina ou o níquel. Esta opção é interessante para aplicações com uma faixa térmica reduzida que exijam uma precisão de deteção muito elevada.
Para ilustrar concretamente o funcionamento de uma sonda PT100 num processo industrial: a sonda é imersa num líquido de reação dentro de um reator químico. O elemento sensível de platina, em contacto térmico com o fluido através da bainha de aço inoxidável, altera a sua resistência em tempo real. Este sinal resistivo é transmitido através de um cabo de 4 fios até ao transmissor montado na extremidade da sonda. O transmissor calcula a temperatura correspondente, aplica uma compensação da resistência da linha e envia um sinal de 4-20 mA para o DCS. O controlador compara esta leitura com o valor de referência e controla o dispositivo de aquecimento ou arrefecimento em conformidade.
Este funcionamento em circuito fechado ilustra o papel central da sonda no controlo do processo. Sem leituras fiáveis na fonte, qualquer regulação, por mais sofisticada que seja, perde precisão. É por isso que a escolha, a conceção e a manutenção da sonda de temperatura são tarefas que não devem deixar qualquer dúvida quanto à qualidade metrológica do instrumento selecionado.
A sonda RTD (Resistance Temperature Detector) aproveita a variação da resistência elétrica de um metal puro, geralmente platina, em função da temperatura. É a tecnologia de referência para aplicações industriais que exigem precisão, repetibilidade e rastreabilidade metrológica.
A sonda de temperatura PT100 é a variante RTD mais utilizada na indústria. A sua resistência é de 100 Ω a 0 °C, em conformidade com a norma IEC 60751. A platina (Pt) é utilizada devido à sua excecional estabilidade química, à sua linearidade numa ampla gama de temperaturas e à sua reprodutibilidade entre instrumentos.
Características principais:
A sonda de temperatura PT1000 baseia-se no mesmo princípio físico e no mesmo material que a PT100, a platina, mas com uma resistência nominal de 1 000 Ω a 0 °C, ou seja, dez vezes superior. Esta diferença, aparentemente técnica, tem consequências práticas significativas que a tornam uma opção pertinente em muitos contextos.
Características principais:
| Critérios | PT100 | PT1000 |
|---|---|---|
| Resistência a 0 °C | 100 Ω | 1 000 Ω |
| Sensibilidade às resistências dos cabos | Elevada | Baixa |
| Ligação recomendada | 3 ou 4 fios | Possibilidade de 2 fios |
| Compatibilidade com sistemas padrão | Muito largo (norma industrial) | Amplo (equipamentos modernos) |
| Compatibilidade eletrónica de baixo consumo | Menos adequada | Bem adaptada |
| Norma de referência | IEC 60751 | IEC 60751 |
| Aplicações preferenciais | Indústria pesada, processos industriais | Longas distâncias, regulação, setor terciário |
A sonda termopar baseia-se no efeito Seebeck: dois metais de naturezas diferentes, unidos numa junção, geram uma tensão elétrica proporcional à diferença de temperatura entre a junção quente (ponto de medição) e a junção fria (ponto de referência).
Os termopares são classificados por tipos normalizados (J, K, T, E, N, R, S, B), cada um dos quais abrange um intervalo de temperatura e um domínio de aplicação específicos.
Características principais:
Nos reatores, permutadores de calor, colunas de destilação e unidades de craqueamento, a medição da temperatura é essencial para controlar as reações exotérmicas, otimizar os rendimentos e garantir a segurança dos processos sob pressão. Uma monitorização precisa permite também limitar os desvios na produção, reduzir os riscos de incidentes e melhorar a eficiência energética das instalações. As sondas PT100 multizona, equipadas com poços termométricos de alta pressão e certificadas pela ATEX Zona 1, garantem uma medição fiável e duradoura, mesmo em atmosferas potencialmente explosivas e em ambientes altamente corrosivos.
Os processos de fermentação, esterilização (WFI, SIP, autoclaves) e liofilização exigem um controlo extremamente preciso da temperatura, a fim de garantir a qualidade dos produtos e a reprodutibilidade dos processos. A rastreabilidade metrológica é indispensável para cumprir os requisitos regulamentares e facilitar as auditorias de qualidade. As sondas RTD PT100 de classe A, fornecidas com certificados de calibração ISO 17025, cumprem os requisitos das BPF (Boas Práticas de Fabrico), bem como os regulamentos da FDA e da EMA. Asseguram uma medição estável e reprodutível ao longo de todo o ciclo de fabrico.
Nos geradores de vapor, turbinas, caldeiras, circuitos de arrefecimento e sistemas auxiliares, a medição da temperatura fornece dados em tempo real aos sistemas de supervisão, proteção e regulação das instalações. A deteção rápida de variações térmicas contribui para prevenir avarias nos equipamentos, otimizar o rendimento energético e garantir a disponibilidade das unidades de produção. As sondas termopares do tipo K ou N, reconhecidas pela sua rapidez de resposta e resistência a temperaturas elevadas, permitem uma monitorização fiável dos equipamentos mais solicitados.
Os pasteurizadores, esterilizadores, secadores, fornos em túnel, cubas de cozedura e linhas de embalagem requerem uma medição precisa da temperatura, a fim de garantir a segurança alimentar, a qualidade dos produtos e a conformidade com os requisitos sanitários. As sondas de temperatura higiénicas, em conformidade com as recomendações da EHEDG e as normas 3-A, são concebidas com ligações Tri-Clamp e superfícies em aço inoxidável 316L adequadas para o contacto com alimentos. São resistentes aos procedimentos de limpeza e esterilização no local (CIP/SIP), garantindo simultaneamente uma excelente repetibilidade das medições e uma manutenção simplificada.
A escolha de uma sonda de temperatura baseia-se em cinco critérios fundamentais: a gama de medição, a precisão pretendida, as condições ambientais, a compatibilidade do sinal e os requisitos regulamentares.
Passo 1: Definir o intervalo de temperatura
O intervalo de medição determina a escolha entre RTD (até 850 °C) e termopar (até 1 750 °C). Abaixo dos 600 °C, a sonda PT100 é geralmente a preferida devido à sua maior precisão.
Passo 2: Avaliar as condições do processo
Pressão, vibrações, presença de agentes corrosivos, zona ATEX: estes parâmetros determinam o tipo de proteção mecânica (poço termométrico, manga, índice IP) e os materiais (Inconel, Hastelloy, aço inoxidável 316L).
Passo 3: Especificar a precisão necessária
A classe de precisão (A, B, 1/3 DIN) tem um impacto direto no custo. Reserve a classe A para medições de controlo de qualidade ou de segurança; a classe B é suficiente para a monitorização corrente do processo.
Passo 4: Escolher o sinal de saída
Integre a sonda na sua arquitetura existente: sinal passivo (resistência bruta) com transmissor remoto, ou sonda com transmissor integrado na cabeça (4-20 mA / HART).
Passo 5: Verificar as certificações necessárias
ATEX, SIL, higiene (EHEDG), nuclear (RCC-M): identifique as normas aplicáveis à sua instalação antes de efetuar qualquer encomenda.
intervalo de temperatura
condições do processo
precisão necessária
sinal de saída
certificações exigidas
| Critérios | Sonda PT100 (RTD) | Sonda de termopar |
|---|---|---|
| Princípio de medição | Variação da resistência de um elemento de platina (100 Ω a 0 °C) | Tensão termoelétrica gerada por dois metais diferentes |
| Gama de temperaturas | -200 °C a +850 °C | -200 °C a +1 600 °C (dependendo do tipo de termopar) |
| Precisão | Até ±0,15 °C | Dependendo do tipo, de ±1 a ±2,5 °C |
| Resistência a altas temperaturas | Até 850 °C | Até +1 750 °C, dependendo do tipo |
| Certificações disponíveis | IEC 60751, ATEX, IECEx, ISO 9001, certificado de calibração COFRAC / ISO 17025 (a pedido) | IEC 60584, ATEX, IECEx, ISO 9001, certificado de calibração COFRAC / ISO 17025 (a pedido) |
| Sinal de saída | Resistência (2, 3 ou 4 fios) | Tensão (mV) |
| Aplicações recomendadas | Processos que exigem grande precisão: indústria agroalimentar, farmacêutica, química, AVAC, laboratórios | Processos a alta temperatura: fornos industriais, tratamento térmico, metalurgia, indústria do vidro, cimenteiras, incineração, centrais elétricas |
| Principal vantagem | Muito alta precisão e excelente estabilidade ao longo do tempo | Ampla gama de temperaturas e grande robustez |
Ambas são sondas RTD de platina utilizadas como dispositivos de medição de temperatura na indústria. A PT100 apresenta uma resistência de 100 Ω a 0 °C, enquanto a PT1000 possui uma resistência de 1 000 Ω a 0 °C. Esta diferença deve ser tida em conta na escolha da sua instalação. A PT1000 é menos sensível às resistências de cablagem e é particularmente adequada para longas distâncias de transmissão, nomeadamente em ligação de 2 fios. No meio industrial, a PT100 em configuração de 3 ou 4 fios continua, no entanto, a ser a referência, graças à sua precisão e à sua utilização comprovada.
Todas as sondas de temperatura da Fuji Electric destinadas a zonas ATEX estão certificadas de acordo com a diretiva 2014/34/UE (ATEX) e a norma IECEx. A escolha da categoria (1G, 2G, 3G para gases; 1D, 2D, 3D para poeiras) depende da classificação da zona definida pela análise de risco da sua instalação. Esta análise tem em conta vários parâmetros, tais como o processo, o nível de risco e o ambiente de funcionamento. Os nossos engenheiros acompanham-no e fornecem-lhe todas as informações e recomendações necessárias para selecionar a sonda adequada à sua aplicação.
A calibração de uma sonda de temperatura consiste em comparar as suas medições com um termómetro ou um padrão de referência rastreável ao SI (banho termostático ou forno de calibração). Esta operação permite verificar a precisão do aparelho e detetar qualquer desvio ao longo do tempo. Recomenda-se a calibração das sondas PT100 de classe A a cada 12 a 24 meses, consoante a aplicação e os requisitos regulamentares (ISO 9001, BPF, FDA). A Fuji Electric France disponibiliza um serviço de calibração no local ou num laboratório acreditado pela COFRAC.
Um poço de medição (ou thermowell) é uma peça de proteção mecânica que isola a sonda do fluido de processo. A sua função é proteger o elemento de medição contra a pressão, a velocidade do fluido ou meios corrosivos, permitindo simultaneamente a sua substituição sem interromper a produção. Dependendo da aplicação, pode ser fabricado em aço inoxidável, em ligas específicas ou noutros materiais compatíveis com o processo. O seu dimensionamento, realizado de acordo com a norma ASME PTC 19.3 TW, garante a sua resistência às vibrações induzidas por vórtices.
Sim. As sondas de temperatura com cabeça integrada combinam o elemento sensível (RTD ou termopar) e um transmissor eletrónico numa caixa compacta montada diretamente no processo. Esta solução integra todas as funções de medição num único equipamento e fornece um sinal normalizado de 4-20 mA (com ou sem HART) diretamente utilizável pelo seu DCS ou API. Evita erros relacionados com longas distâncias de cablagem, simplifica a instalação e facilita quaisquer alterações futuras à instrumentação. Esta configuração melhora também a fiabilidade global do sistema e reduz os custos de manutenção.
A escolha dos materiais depende do ambiente de medição e do desempenho pretendido. Os elementos sensíveis das sondas RTD são fabricados em platina, enquanto os termopares utilizam diferentes combinações de metais, incluindo algumas ligas à base de cobre, níquel ou cromo, consoante o seu tipo. As bainhas de proteção são geralmente em aço inoxidável ou em ligas específicas adaptadas a meios corrosivos. Em alguns aparelhos de medição ou laboratórios, o vidro também pode ser utilizado para aplicações específicas.
Precisa de instrumentação térmica? Os nossos especialistas da Fuji Electric France analisam a sua aplicação e propõem-lhe a solução mais adequada às suas restrições de processo, regulamentares e orçamentais.
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