Ligas de Medição

Ligas de medição

• Essas ligas são altamente resistivas, apresentam uma resistividade elétrica, à temperatura ambiente, muito maior do que os elementos puros, que dificilmente ultrapassam a resistividade de 0,2 Ωmm²/m. Neste caso, além de apresentar uma elevada resistência, para ligas de medição também é necessário apresentar uma resistividade constante, seu coeficiente de temperatura (α) deve ser no máximo 2,5x10-6 /°C, além de uma tensão de contato em relação ao cobre de no máximo 1x10-5 V/°C. Outro ponto a atentar seria a variação da temperatura à temperatura ambiente.
• É importante salientar que essas ligas geralmente sofrem deformação com o frio, causando um “envelhecimento” do material com seu uso, modificando suas características, o que para um instrumento de medição não é viável. Portanto, um processo chamado “envelhecimento artificial” é utilizado, estabilizando o material por meio de um tratamento térmico controlado, diminuindo seu coeficiente de temperatura. Em uma vista interna do material, esse processo homogeneíza e estabiliza os cristais, além de eliminar tensões internas, tendo assim um melhor proveito das ligas.
• Algumas ligas de medição podem ser vistas a seguir.

Ligas de cobre

• Algumas dessas ligas são usadas para fins de medição, como as seguintes:

Konstantan

• Liga composta por 54% de Cu, 45% de Ni e 1% de Mn. Sua resistividade elétrica é de 0,50 Ωmm²/m, praticamente constante, e seu coeficiente de temperatura é -0,03x10-3/°C, recomendado até temperaturas de 400 °C. Material que pode ser utilizado para fins de medição, mesmo não sendo sua principal utilização, pois ele possui boa estabilidade térmica, no entanto, sua tensão de contato em relação ao cobre é de 40µV/°C, o que torna o material inadequado para baixas tensões. Além de suportar bem a corrosão de ácidos diluídos e vapores de amoníaco.

Manganina

• Composta de 86% Cu, 12% Mn e 2% Ni Elevada estabilidade térmica, coeficiente de temperatura 1x10-5 /°C, muito próximo ao zero, sua resistividade elétrica é de 0,43 Ωmm²/m, recomendada para temperaturas de até 400 °C. É uma liga muito mais recomendada para resistores de precisão, para fins de medição, do que o Konstantan, uma vez que sua tensão de contato com o cobre é muito baixa. A liga te uma resistividade muito estável em relação à mudança da temperatura ambiente.

Isabelina

• Composta de 84% Cu, 13% Mn e 3% Al. É uma variante da manganina, se comporta similarmente a essa também. Seu coeficiente de temperatura é de 0,002x10-3 /°C e resistividade elétrica de 0,5 Ωmm²/m, recomendada para temperaturas até 300 °C. Sua tensão de contato com o cobre é de 1µV/°C, tornando muito recomendada para ser matéria-prima de resistores de precisão.

Ligas de ouro-cromo

• São ligas utilizadas especialmente em resistores de precisão e em padrões. A adição do cromo ao ouro faz com que haja uma aumento na resistividade elétrica do ouro (0,02 Ωmm²/m), assim como uma acentuada redução do coeficiente de temperatura (4x10-3 /°C). Uma liga de ouro-cromo com 97,95% de Au e 2,05% de Cr, chega a ter uma resistividade elétrica de 0,33 Ωmm²/m e uma tensão de contato de 7 a 8µV/°C. Porém, ela é muito frágil a ação de esforços mecânicos e variações da umidade ambiente. E devido à pequena quantidade de cromo adicionado, a coloração da liga permanece como a do ouro.

Ligas de níquel-cromo

• Como complemento, pode-se dizer também que ligas de níquel-cromo, apesar de estarem mais ligadas ao aquecimento, elas podem ser utilizadas para fins de medição se apresentarem uma baixa quantidade (ou ausência) de ferro na composição. Com a diminuição da durabilidade causada pelas condições do ambiente, pode-se adicionar tório e cálcio à composição, pois ambos reduzem a oxidação da liga.

Aplicações

• Essas ligas são usadas para compor equipamentos de precisão. Por exemplo:
  • Resistência de fios para laboratórios e aparelhos de precisão.
  • Derivadores shunt, que são acoplados a instrumentos de medida, como voltímetros, amperímetros etc.
  • São usadas como referência em relação à resistência, a chamada “resistência padrão”.
• Mas de um modo geral estão ligados intrinsecamente à aparelhos de precisão.

Curiosidades

• As resistências padrões são resistências cujos valores são conhecidos com grande precisão. Era utilizado o mercúrio para a realização dessa medida padrão, mas hoje são utilizados padrões de fios metálicos. Um padrão de resistência deve possuir características fundamentais:
  • Resistência invariável com o tempo;
  • Resistência invariável com a temperatura.
• Ou seja, características de ligas de medição, os materiais que melhor obedecem a essas qualidades, por exemplo, são as ligas chamadas konstantan e manganina. Que foram as ligas citadas.

• Outra curiosidade que pode ser citada, apesar de abordar outro assunto, é a utilização de certas ligas citadas como “termopares”, utilizados para medição de temperatura, consistindo, de maneira sucinta, em dois metais diferentes com extremidades ligadas. Por exemplo, o termopar E cromel(níquel-cromo)/konstantan, cromel 90% Ni 10% Cr, pode ser utilizado para a medição de temperaturas entre -270 °C e 1000 °C.

Referência bibliográfica

• Schimidt, Valfredo - Materiais elétricos -- São Paulo: Blucher, 1979.
• Branco, André. Ligas de Alta Resistividade -- Curso de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Paraná (UFPR), 2012.