Termopar: sensor usado para medição de temperaturas.
O aspecto exterior de termopares comerciais inclui uma cabeça metálica onde são feitas ligações aos instrumentos de indicação, registo e controlo, e um tubo (metálico ou cerâmico) que serve de protecção aos fios do termo-par.
Se dois fios metálicos de composição distinta são soldados nas respectivas extremidades e uma das junções é mantida a temperatura superior à outra, circulará corrente eléctrica entre estas junções. Trata-se de um efeito termoeléctrico bem conhecido da Física. Para diferentes combinações de metais e diferentes temperaturas, a diferença de potencial entre estas junções será também diferente. Este é o princípio em que se baseia a operação dos termopares.
A selecção de metais para os termopares é normalmente feita com base nas condições de aplicação. Ligas metálicas relativamente baratas (com base em Fe, Ni, Cr, etc.) podem ser usadas a temperaturas moderadas (até cerca de 1000°C), mas para temperaturas muito superiores (1500-1700°C) são necessários termopares à base de ligas ricas em platina.
Se dois fios metálicos de composição distinta são soldados nas respectivas extremidades e uma das junções é mantida a temperatura superior à outra, circulará corrente eléctrica entre estas junções. Trata-se de um efeito termoeléctrico bem conhecido da Física. Para diferentes combinações de metais e diferentes temperaturas, a diferença de potencial entre estas junções será também diferente. Este é o princípio em que se baseia a operação dos termopares.
A selecção de metais para os termopares é normalmente feita com base nas condições de aplicação. Ligas metálicas relativamente baratas (com base em Fe, Ni, Cr, etc.) podem ser usadas a temperaturas moderadas (até cerca de 1000°C), mas para temperaturas muito superiores (1500-1700°C) são necessários termopares à base de ligas ricas em platina.
Os termopares são dispositivos electrónicos com larga aplicação para medição de temperatura. São baratos, podem medir uma vasta gama de temperaturas e podem ser substituídos sem introduzir erros relevantes. A sua maior limitação é a exactidão, uma vez que erros inferiores a 1 ºC são difíceis de obter. Uma termopilha é o nome que se dá a um conjunto de termopares ligados em série. Um exemplo da aplicação de termopares e termopilhas pode ser a medição de temperaturas em linhas de gás.
Como surgiram?
Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão eléctrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenómeno, que é conhecido como “Efeito Seebeck”. Embora praticamente se possa construir um termopar com qualquer combinação de dois metais, utilizam-se apenas algumas combinações normalizadas, isto porque possuem tensões de saída previsíveis e suportam grandes gamas de temperaturas.
Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta, por exemplo, o termopar tipo K com uma temperatura de 300 ºC irá produzir 12,2 mV. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazerem medições exactas devemos compensar este efeito, o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria.
Caso se esteja a interrogar porque é que ligando um voltímetro a um termopar não se geram várias junções adicionais (ligações ao termopar, ligações ao aparelho de medida, ligações dentro do próprio aparelho, etc...), a resposta advém da lei conhecida como lei dos metais intermédios, que afirma que ao inserirmos um terceiro metal entre os dois metais de uma junção dum termopar, basta que as duas novas junções criadas com a inserção do terceiro metal estejam à mesma temperatura para que não se manifeste qualquer modificação na saída do termopar. Esta lei é também importante na própria construção das junções do termopar, uma vez que assim se garante que ao soldar os dois metais a união não irá afectar a medição. Contudo, na prática as junções dos termopares podem ser construídas soldando os materiais ou por aperto dos mesmos.
Todas as tabelas normalizadas dão os valores da tensão de saída do termopar considerando que a segunda junção do termopar (a junção fria) é mantida a exactamente zero graus Celsius. Antigamente isto conseguia-se conservando a junção em gelo fundente (daqui o termo compensação por junção fria). Contudo a manutenção do gelo nas condições necessárias não era fácil, logo optou-se por medir a temperatura da junção fria e compensar a diferença para os zero graus Celsius.
Tipicamente a temperatura da junção fria é medida por um termístor de precisão. A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensação da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.
Termopares existentes no mercado
Os termopares disponíveis no mercado têm os mais diversos formatos, desde os modelos com a junção a descoberto que têm baixo custo e proporcionam tempos de resposta rápidos, até aos modelos que estão incorporados em sondas. Está disponível uma grande variedade de sondas, adequadas para diferentes aplicações (industriais, científicas, investigação médica).
Quando se procede à escolha de um termopar deve-se ponderar qual o mais adequado para a aplicação desejada, segundo as características de cada tipo de termopar, tais como a gama de temperaturas suportada, a exactidão e a confiabilidade das leituras, entre outras.
Tipos de termopares
- Tipo K ;
- Tipo E;
- Tipo J ;
- Tipo N;
- Tipo B;
- Tipo R;
- Tipo S,
- Tipo T.
Fonte:
http://www2.ii.ua.pt/uimc/divulga/dicionario/termopar.html
http://pt.wikipedia.org/wiki/Termopar
http://www.peaksensors.co.uk/thermocouples.html
