O termopar é um sensor de temperatura com muitas aplicações utilizadas para medição de temperatura de contato. É um dos elementos constituintes do sonda de temperatura do termopar, um dispositivo de medição cujos principais elementos são o sensor e um dispositivo de leitura de dados. Geralmente tendo uma tela de cristal líquido. Muitas vezes chamado de termostato, O termopar é um dos sensores mais utilizados. Ao lado do sensor infravermelho e do termistor, cuja resistência depende da temperatura. As vantagens do termopar são a sua robustez, o seu preço acessível, a sua velocidade de reação. Mas também a sua capacidade de medir em amplas faixas de temperatura.
Como funciona um sensor termopar?
Como funciona o termopar é baseado em um fenômeno chamado efeito termoelétrico Seebeck. Este fenômeno se manifesta por o aparecimento de uma tensão elétrica dentro de um circuito aberto. Muitas vezes é composto por dois materiais condutores de naturezas diferentes durante uma variação de temperatura. A conversão de tensão em temperatura é feita através do coeficiente Seebeck dependendo do tipo de termopar. Os cuidados a serem tomados para o ótimo funcionamento dos termopares são a escolha do tipo adequado de acordo com a aplicação e o tipo de junção. Levar em consideração as perturbações eletromagnéticas também é importante.
Medição de temperatura usando o termopar
O sensor termopar contém dois fios de metais condutores diferentes conectados entre si por uma junção chamada ponto quente. O ponto frio, conectado ao aparelho é a outra extremidade. Quando o ponto quente é exposto ao calor ou ao frio, a densidade eletrônica de cada fio de metal é modificada. A corrente elétrica que passa pelo sensor surge graças à diferença de temperatura que existe entre o ponto quente e o ponto frio. Para medir a temperatura com um termopar precisamente, você deve manter o ponto frio em 0°C. Ou configure o que é chamado de compensação de junta fria.
O termopar vem em diferentes tipos
Existem vários tipos de termopares que oferecem diferentes faixas de medição de temperatura e se adaptam a diversos tipos de aplicações. A seleção de tipo de sonda termopar apropriado depende do ambiente e do orçamento alocado para a compra. O 8 tipos de sensores termopares usados principalmente são cobertos pela norma europeia IEC 60584.1. Alguns tipos contêm metais básicos e, portanto, são baratos. Os tipos B, R e S são feitos de metais preciosos como a platina, o que os torna mais caros.
O que afeta o tempo de resposta do termopar?
O tempo de resposta do termopar varia de acordo com seu design e não com seu tipo. As características que influenciam a velocidade de reação destes sensores são múltiplas. Há a proteção da sonda, o método de junção ou mesmo o cabo de conexão. Quanto mais direto for o contato com o ambiente cuja temperatura se deseja medir, mais rápida será a resposta fornecida pelas sondas de medição. Um termopar sem caixa de metal ou capa protetora fornece, portanto, uma resposta rápida. Os fios desencapados podem estar sujeitos à corrosão dependendo do seu material e do ambiente, por isso cada característica deve ser escolhida com cuidado.
Tabelas de conversão
Uma mesa ou tabela de conversão de termopar é uma ferramenta para converter uma força eletromotriz (fem) em uma temperatura em graus Celsius ou Fahrenheit. Também permite a calibração da sonda térmica comparando a tensão obtida com a temperatura esperada. Ler tabelas de conversão de termopares, você deve saber o tipo de termopar utilizado, cada tipo possuindo seu próprio coeficiente de Seebeck. Para ler a tabela, comparamos a diferença de potencial observada com a temperatura em graus Celsius ou Fahrenheit.
Curvas de termopar
Uma alternativa à apresentação da relação tensão/temperatura em forma de tabela é o gráfico. A temperatura está na abcissa e a tensão na ordenada. A ligação entre os dois não é linear, forma uma curva. Cada tipo de termopar possui uma curva distinta o que permite que as variações entre os dois dados sejam apreciadas visualmente. Curvas de termopar, assim como as tabelas, são baseadas na tensão medida no sensor quando o ponto frio está a 0°C. É portanto necessário manter esta soldadura num banho de água gelada agitada ou efectuar uma compensação. Esta técnica envolve deixar o ponto frio em temperatura ambiente. Em seguida, medimos essa temperatura e convertemos em tensão para adicionar um coeficiente corretivo ao cálculo final.
Faixas de medição
Se o termopar é o tipo de sensor mais comum na indústria, é em grande parte porque permite medir uma ampla faixa de temperaturas. Dependendo do tipo, pode medir temperaturas de -200°C a 1800°C. Os termopares capazes de medir temperaturas muito baixas são os tipos K, J, T e N. Para altas temperaturas são utilizados os tipos N, S, R e B. Para escolher um termopar adequado para uma aplicação específica, a faixa de temperatura a ser medida e a faixa de medição do tipo de termopar devem coincidir.
Calibração de termopar
O que chamamos calibração ou calibração de termopar é um procedimento que consiste em verifique se a tensão indicada no voltímetro da sonda térmica corresponde à temperatura correta na tabela de conversão. Para isso, o ponto de medição deve estar a uma temperatura conhecida com certeza. Os testes realizados permitem verificar a precisão da sonda em diferentes pontos da sua faixa de medição. Caso os resultados indiquem uma incompatibilidade entre a tensão e a temperatura correspondente na tabela de conversão, um coeficiente corretivo deverá ser adicionado na utilização do sensor. Valores incorretos podem significar danos a um elemento da sonda, como o próprio sensor, o conector ou o gravador.
Como realizar testes em um termopar?
O teste é uma das etapas essenciais da calibração. É recomendado testar um termopar quando a sonda sofre uma mudança de atribuição, regularmente dependendo da intensidade de seu uso ou em caso de suspeita de erro. Os procedimentos geralmente aplicados para testar um termopar seguem Recomendações da ASTM (American Society for Testing and Materials) para calibração de termopares. Duas opções são possíveis: calibração por comparação ou ponto fixo. Em comparação, realizamos uma medição de temperatura com a sonda a ser testada e também com um sensor de referência, que sabemos ser confiável. Em pontos fixos, o sensor fica exposto à temperatura do ponto triplo da água.
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