Compreendendo como a vibração afeta sensores RTDs e termopares !

Sensores resistentes à vibração melhoram a vida útil e a estabilidade de medição

A vibração em ambientes industriais, seja causada por máquinas, movimento de fluidos ou mesmo ruído acústico, pode impor sérios estresses a sensores RTD e termopares. Essas forças podem atuar ao longo do comprimento do sensor (axial) ou através dele (fluxo cruzado), reduzindo gradualmente a eficiência da transferência de calor, enfraquecendo a integridade estrutural e distorcendo as medições de temperatura. Compreender como diferentes tipos de vibrações impactam os sensores, juntamente com estratégias comprovadas para mitigar seus efeitos, é um passo essencial para manter um monitoramento preciso e confiável da temperatura em aplicações exigentes.

Como a vibração afeta os sensores RTDs :

Elementos RTD de película fina

Os RTDs, utilizados por sua alta precisão e estabilidade, são inerentemente mais sensíveis à vibração do que os termopares, especialmente os designs tradicionais de fios enrolados. Nesses sensores, fios finos de cobre, níquel ou platina são enrolados em torno de um núcleo de vidro ou cerâmica. Embora os RTDs de núcleo de vidro possam ser imersos diretamente na maioria dos líquidos e possam lidar com temperaturas mais altas, essa construção depende de um delicado enrolamento interno que pode mudar ou quebrar sob estresse mecânico sustentado. A platina é o material mais indicado, oferecendo a melhor precisão em amplas faixas de temperatura, e esses sensores oferecem tolerâncias rígidas e desempenho confiável.

Para aplicações onde a vibração é uma preocupação séria, os RTDs de película fina proporcionam uma vantagem significativa. Esses sensores são feitos depositando uma fina camada de platina em um substrato cerâmico e gravando um circuito elétrico nele. Este design de estado sólido resiste muito melhor a choques, ciclos térmicos e vibrações do que alternativas enroladas em arame. Os RTDs de película fina também respondem rapidamente às mudanças de temperatura e mantêm uma curva de resistência quase linear, fornecendo medições precisas e repetíveis em amplas faixas. Isso é aplicável mesmo em instalações sujeitas a movimentos mecânicos persistentes.

Sondas termopar com mola e cabeça de proteção

Os termopares são geralmente mais robustos que os sensores RTDs e mais adequados para suportar vibrações. Suas junções de detecção podem ser aterradas ou não aterradas, com cada escolha influenciando tanto o tempo de resposta quanto a vulnerabilidade à interferência elétrica. Os termopares aterrados (aterrados para evitar o acúmulo estático que poderia distorcer as leituras) conectam o elemento sensor diretamente à bainha protetora. Embora isso melhore a transferência de calor e acelere a resposta, também torna o sensor mais suscetível a captar ruído elétrico das máquinas, o que pode potencialmente distorcer as medições.

Os termopares são construídos a partir de várias combinações de metais, cada uma selecionada para faixas específicas de temperatura e ambientes de processo. Quando encerrados em bainhas metálicas protetoras, tornam-se altamente robustos, proporcionando resistência substancial a tensões mecânicas. Isso os torna uma escolha confiável para instalações onde a vibração é inevitável, como equipamentos rotativos ou linhas de fluxo turbulentas. Apesar de sua robustez, a vibração excessiva pode eventualmente cansar as soldas ou comprometer o isolamento, portanto, a instalação cuidadosa e a inspeção periódica continuam importantes.

Tipos de Vibrações que Afetam Sensores:

A vibração em ambientes industriais pode vir de muitas fontes, e entender essas forças é essencial na seleção dos sensores RTDs e termopares certos para suas aplicações específicas. Geralmente, as vibrações se enquadram em três grandes categorias:

Vibrações Mecânicas

Elas se originam de equipamentos como motores, bombas e compressores. O seu potencial prejudicial depende de dois fatores:

Amplitude: A força ou magnitude da força vibratória; por exemplo, um motor giratório mais rápido gera maior amplitude;

Frequência: O quão rápido a força oscila para frente e para trás, o equipamento geralmente vibra em várias direções, cada uma com diferentes amplitudes e frequências. O efeito combinado pode cansar os componentes do sensor ao longo do tempo.

Vibrações Acústicas :

O ruído de turbinas, motores, tráfego de veículos ou até mesmo vozes cria ondas sonoras que podem entrar nas estruturas circundantes e se transformar em vibrações estruturais. Este fenômeno é amplificado pela reverberação, onde o som reflete fora das superfícies e continua a ressoar mesmo após a fonte original parar. As formas imprevisíveis como as ondas sonoras interagem com diferentes superfícies tornam a vibração acústica um desafio a controlar.

Vibrações induzidas por fluxo:

Quando os fluidos se movem ao redor ou dentro de uma estrutura, eles exercem forças flutuantes que podem fazer com que a estrutura vibre. Em tubulações e sondas cilíndricas, estas são classificadas como

Vibrações de fluxo axial: Onde o fluido se move paralelamente ao eixo do sensor;

Vibrações de fluxo cruzado: Onde o fluido se move perpendicularmente ao sensor, potencialmente causando oscilações que comprometem a estabilidade da medição.

Cada um desses tipos de vibração podem levar ao desvio do sensor, à degradação da precisão ou à falha mecânica prematura. É por isso que escolher a construção correta do sensor e o método de montagem é fundamental para o monitoramento confiável da temperatura em sistemas industriais dinâmicos.

Termopares e sensores RTDs resistentes à vibração :

Selecionar o design correto do sensor é fundamental para manter a confiabilidade da medição em ambientes de alta vibração. A DwyerOmega oferece vários modelos de sensores projetados especificamente para suportar o estresse mecânico, garantindo leituras de temperatura precisas e consistentes, mesmo sob condições desafiadoras.

Sondas imperiais RTD resistentes à vibração padrão PR-26 com conectores M12:

Sensores PR-26 RTD são projetados para medição de temperatura robusta e flexível em ambientes industriais exigentes. Construídas com bainhas e caixas de aço inoxidável 316 L para resistência à corrosão, essas sondas apresentam uma haste isolada mineral que suporta até 500 °C e pode ser dobrada para caber em instalações apertadas (além da ponta rígida de 2 polegadas). O recurso de destaque é o conector M12, avaliado em 250 °C, excedendo os designs típicos do M12 e permitindo conexão direta a cabos de extensão de alta temperatura sem comprometer o desempenho. Disponíveis em roscas de montagem padrão ou estilos não roscados, esses sensores atendem a aplicações de imersão, poço térmico ou portáteis. Testado para atender a norma MIL-STD-202 G quanto à resistência à vibração, o PR-26 oferece medições precisas e repetíveis em configurações de 2, 3 ou 4 fios em uma ampla gama de sistemas de controle e monitoramento.

Sondas RTD com mola e conectores M12:

Sondas PR-21SL RTD são RTDs acionados por mola projetados para uso em poços térmicos. Seu mecanismo de mola auto apertável mantém contato constante entre a sonda e a parede do poço térmico, salvaguardando a eficiência da transferência de calor e minimizando os efeitos da vibração. Este projeto também permite a instalação em poços térmicos mais curtos. O PR-21 SL suporta configurações de dois, três ou quatro fios e se encaixa em poços térmicos de furo padrão de 0,26 polegadas, tornando-se uma escolha versátil para aplicações industriais.

Sondas RTD com conectores M12 moldados em alta temperatura:

Para instalações que exigem flexibilidade e tolerância à vibração, a sonda PR-31 RTD com conectores M12 moldados em alta temperatura é uma solução robusta. Construída em aço inoxidável 316 com cabo isolado mineral, a sonda pode ser dobrada para acomodar espaços apertados ou irregulares sem comprometer a integridade. Foi testado em vibração para atender a norma MIL-STD-202 G, Método 204 D, Condição A, e opera de forma confiável de – 50 a 500 °C. Disponível em ambas as opções de 100 e 1000 Ω, é adequado para aplicações de 2, 3 ou 4 fios.

Sondas termopar M12 com roscas de montagem e conectores M12:

Sondas Termopar M12 combinam uma construção robusta com opções de instalação versáteis, tornando-as adequadas para processos onde a vibração e a montagem segura são preocupações críticas. Disponíveis no Tipo J com bainhas de aço inoxidável 304 (para -40 a 600 °C) ou no Tipo K com bainhas Inconel 600 (para -40 a 1150 °C), essas sondas lidam com uma ampla gama de temperaturas e ambientes. Os modelos padrão vêm com uma junção não aterrada para reduzir a captação de ruído elétrico, com versões aterradas oferecidas para uma resposta térmica mais rápida.

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