Termopar

TERMOPAR

Termopares são sensores de temperatura simples, robustos e de baixo custo, sendo amplamente utilizados nos mais variados processos de medição de temperatura. Um termopar é constituído de dois metais distintos que unidos por sua extremidade formam um circuito fechado. O termopar desta maneira gera uma Força Eletromotriz (FEM), que quando conectada a um Instrumento de Leitura consegue ler a temperatura do processo destes Termopares. Diferentes tipos de Termopares possuem diferentes tipos de Curva FEM x Temperatura.

FUNCIONAMENTO

Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão eléctrica em função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, que é conhecido como Efeito de Seebeck. Embora praticamente se possa construir um termopar com qualquer combinação de dois metais, utiliza-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 °C irá produzir 12,2 mV. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registrar 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 exatas devemos compensar este efeito, o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria (0 °C).

Caso esteja se perguntando 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 de um termopar, bastam 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 solda não irá afetar 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 exatamente 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.

É importante a compreensão da compensação por junção fria; qualquer erro na medição da temperatura da junção fria irá ocasionar igualmente erros na medição da temperatura da extremidade do termopar.

Em resumo: Termopares são sensores de temperatura simples, robustos e da baixo custo, sendo amplamente utilizados nos mais variados processos de medição de temperatura. Um termopar é constituído de dois metais distintos que unidos por sua extremidade formam um circuito fechado. O termopar desta maneira gera uma Força Eletro-Motriz (FEM), que quando conectada a um Instrumento de Leitura consegue ler a temperatura do processo destes Termopares. Diferentes tipos de Termopares possuem diferentes tipos de Curva FEM x Temperatura.

CLASSIFICAÇÃO

Os termopares disponíveis no mercado têm os mais diversos formatos, desde os modelos com a junção a descoberto que têm baixo custo e proporcionam tempo de resposta rápido, até os modelos que estão incorporados em sondas. Estão disponíveis uma grande variedade de sondas, adequadas para diferentes aplicações (industriais, científicas, investigação médica, etc...).

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 exatidão e a confiabilidade das leituras, entre outras.

Também deve-se levar em consideração, além da especificação do tipo de liga, a construção física do termopar. Para cada processo é necessário uma construção física específica, já que alguns processos agridem o material utilizado. Desta forma, é imprescindível que na especificação do termopar, além da liga, seja levada em consideração sua construção física externa.

Os termopares são classificados quanto ao tipo de liga metálica o qual é constituído.

São eles:

- Termopares Básicos

- Termopares Nobres

Termopares Básicos

São assim chamados por serem maior de idade uso industrial, em que os fios são de custo relativamente baixo e sua aplicação admite um limite de erro maior.

Tipos:

Termopar Tipo T – CuCo - (Copper Constantan)

Liga: + Cobre - (99,9%)

-Constantan (São as ligas de Cu-Ni compreendidos no intervalo entre Cu50 e Cu65 Ni35).

A composição mais utilizada para este tipo de temopar é de Cu58 Ni42.

Possui excelente resistência à corrosão, sendo utilizado em temperaturas negativas (- 184 a 370ºC). A FEM produzida varia de: -5,333 a 19,027 mV.

Sua potência termoelétrica média é de: 5,14 mV / 100ºC (para temperaturas positivas),

Pode ser utilizado em atmosferas a vácuo, inertes, oxidantes ou redutoras, apresenta uma boa precisão na faixa de utilização, devido à grande homogeneidade do cobre, em temperaturas acima de 310ºC o cobre começa a se oxidar e próximo