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Uma sonda termopar é um sensor utilizado para medir a temperatura. Os termopares são sensores de temperatura versáteis e são frequentemente utilizados em diversas aplicações: desde termopares para uso industrial até aos termopares padrão presentes em aparelhos e equipamentos domésticos.
A sonda de temperatura com termopar é um instrumento de medição de temperatura indispensável em inúmeras aplicações industriais e científicas. Graças à sua robustez, precisão e ampla gama de medição, é amplamente utilizada em áreas tão variadas como a metalurgia, a produção de energia, a indústria química e a investigação científica.
Este dispositivo funciona com base no princípio do efeito Thomas Johann Seebeck, em homenagem ao físico com o mesmo nome, em que é gerada uma tensão entre dois metais diferentes quando estes são expostos a uma diferença de temperatura. Esta tensão é depois convertida numa medição de temperatura.
Apesar da sua aparente simplicidade, os termopares requerem um conhecimento profundo do seu funcionamento, dos tipos disponíveis e das técnicas de montagem e cablagem para garantir medições fiáveis e precisas.
Vamos explorar em pormenor os diferentes tipos de termopares, o princípio de funcionamento, os métodos de instalação e cablagem e as melhores práticas para otimizar a sua utilização em várias aplicações.
A sonda termopar funciona através da combinação de dois metais diferentes, ligados numa extremidade denominada «junção quente». Quando ocorre uma diferença de temperatura nessa junção, gera-se uma corrente elétrica no circuito, produzindo uma força eletromotriz (FEM). O valor desta FEM depende das propriedades dos metais utilizados e da diferença de temperatura entre a junção quente e uma junção de referência, frequentemente denominada «junção fria».
Os metais utilizados nos termopares são de qualidade uniforme, o que significa que o dispositivo pode suportar diferentes gradientes de temperatura ao longo do seu comprimento sem alterar o EMF. Isto significa que o termopar pode medir temperaturas com exatidão, mesmo em condições variáveis.
Os dispositivos de medição, tais como ecrãs digitais, controladores lógicos programáveis e controladores de temperatura, são concebidos para aceitar diretamente termopares. Gerem automaticamente a compensação da junção fria, que é essencial para leituras exactas.
As ligas utilizadas para fabricar termopares estão geralmente disponíveis em forma de fio, o que facilita o seu fabrico e manuseamento.
Para escolher o termopar mais adequado para a sua aplicação, é essencial :
Conhecimento dos materiais
Saber como funciona
Controlo das gamas de temperatura
Compreender os diferentes tipos de sonda
Compreender a montagem e a cablagem
Ter em conta a resistência de isolamento
Cada tipo de sonda termopar apresenta características de saída específicas (tensão) e requer uma calibração adequada, bem como equipamento de medição adequado, para garantir leituras precisas e fiáveis.
Os termopares oferecem uma série de vantagens que os tornam indispensáveis em muitas aplicações industriais e científicas.
Custo reduzido
Resistência e estabilidade a altas temperaturas
Pequenas dimensões e muitos diâmetros possíveis
Posicionamento do ponto quente
Tempos de resposta muito curtos
Boa resistência às vibrações
Ao ponderar estas vantagens e desvantagens, é possível determinar se os termopares são adequados para uma aplicação específica. Para ambientes onde é necessária uma medição de temperatura rápida e fiável a baixo custo, os termopares são frequentemente a solução ideal.
A montagem e a ligação de uma sonda termopar são etapas cruciais para garantir medições de temperatura precisas e fiáveis. Aqui estão os passos e as considerações fundamentais:
Os termopares são frequentemente expostos a ambientes agressivos sujeitos a interferências eléctricas, electromagnéticas e outras. Para compensar as perturbações na medição da temperatura causadas por essas interferências, os termopares com bainha metálica estão equipados com uma resistência de isolamento entre os fios e o protetor.
Esta resistência de isolamento, rigorosamente verificada na fábrica, situa-se entre 1000 e 5000 MW no mínimo a 100 a 500 Vdc, consoante o diâmetro do termopar e à temperatura ambiente. Estas especificações são válidas para um termopar com menos de 1 metro de comprimento, em conformidade com as normas em vigor.
É importante notar que estes valores de resistência diminuem quando o termopar é sujeito a temperaturas elevadas, até se tornarem quase nulos a temperaturas muito elevadas. O isolamento eficaz dos termopares é, portanto, crucial para garantir medições precisas e fiáveis, particularmente em condições de temperatura extrema e ambientes perturbados.
É por isso que se deve sempre dar preferência a instrumentos de medição com separação galvânica entre a entrada e a saída, ou entre a entrada, a saída e a alimentação.
Um termopar é um sensor de temperatura constituído por dois fios de metais diferentes soldados numa extremidade, designada por junção quente. Quando esta junção é exposta a uma temperatura, gera uma tensão eléctrica proporcional a essa temperatura devido ao efeito Seebeck.
Os principais tipos de termopares são :
Um termopar funciona medindo a diferença de potencial elétrico entre a junção quente e uma junção de referência, frequentemente mantida a uma temperatura conhecida. A tensão produzida é convertida numa medição de temperatura utilizando tabelas de calibração.
A junção fria refere-se à junção de referência de um termopar, onde os fios são soldados a terminais metálicos. A compensação da junção fria é uma técnica utilizada para compensar as variações de temperatura nesta junção, de modo a garantir medições exactas.
A escolha do termopar depende de uma série de factores:
Os termopares são fabricados a partir de várias combinações de metais e ligas, tais como :
O efeito Seebeck é o fenómeno pelo qual uma diferença de temperatura entre dois materiais diferentes gera uma tensão eléctrica. Este efeito é a base dos termopares.
A calibração de um termopar envolve a comparação das suas medições com as de um padrão conhecido a diferentes temperaturas e o ajuste das leituras em conformidade para garantir a exatidão.
Os termopares são utilizados em muitos sectores e aplicações, incluindo :
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