Sonda de termopar

Uma sonda de termopar é um sensor para medir a temperatura. Os termopares são sensores de temperatura versáteis e são normalmente utilizados numa vasta gama de aplicações, desde termopares industriais a termopares normais utilizados em aparelhos e equipamentos domésticos.

A sonda termopar

A sonda termopar é um instrumento de medição de temperatura indispensável em muitas aplicações industriais e científicas. Graças à sua robustez, precisão e ampla gama de medição, é amplamente utilizada em domínios tão variados como a metalurgia, a produção de energia, a indústria química e a investigação científica.

O 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 então 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 numa variedade de aplicações.

Princípio de funcionamento do sensor de termopar

princípio de funcionamento do sensor de temperatura de termopar

A sonda termopar funciona através da combinação de dois metais diferentes, ligados numa extremidade denominada "junção quente". Quando ocorre uma diferença de temperatura nesta junção, é criada uma corrente eléctrica no circuito, gerando uma força eletromotriz (EMF). O valor desta EMF depende das propriedades dos metais utilizados e da diferença de temperatura entre a junção quente e uma junção de referência, frequentemente designada por "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 :

  • Compreender a estrutura básica dos termopares: É essencial conhecer os materiais e a sua configuração.
  • Saber como funcionam: como a diferença de temperatura entre as junções gera uma tensão eléctrica.
  • Controlo de gamas de temperatura: Certifique-se de que o termopar pode funcionar dentro da gama de temperaturas necessária para a sua aplicação.
  • Familiarizar-se com os diferentes tipos de termopar: Tipos K, J, T, E, N, S, R e B, cada um com gamas de temperatura e aplicações específicas.
  • Compreender a montagem e a cablagem da sonda de termopar: seguir boas práticas de instalação e ligação para garantir medições precisas e fiáveis.
  • Ter em conta a resistência de isolamento de uma sonda de termopar: Uma resistência de isolamento adequada entre os fios e o protetor é essencial para reduzir as interferências e garantir medições precisas, particularmente em ambientes sujeitos a interferências eléctricas e electromagnéticas.

Os diferentes tipos de sonda termopar

Cada tipo de sonda de termopar tem características de saída (tensão) específicas e requer calibração e equipamento de medição adequados para garantir leituras precisas e fiáveis.

Vantagens e desvantagens dos termopares

Os termopares oferecem uma série de vantagens que os tornam indispensáveis em muitas aplicações industriais e científicas.

As principais vantagens dos termopares incluem :

No entanto, os termopares também têm uma série de desvantagens:

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.

Instalação e cablagem do sensor de termopar

A montagem e a ligação de uma sonda de termopar são passos cruciais para garantir medições de temperatura precisas e fiáveis. Eis os principais passos e considerações:

Seguindo estas recomendações, a montagem e a cablagem de uma sonda de termopar podem ser realizadas de forma eficiente, garantindo um desempenho ótimo da instrumentação.

Isolamento de uma sonda de termopar

isolamento

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 os instrumentos de medição com separação galvânica entre a entrada e a saída ou entre a entrada e a saída e a fonte de alimentação devem ser sempre preferidos.

FAQ sobre sondas de termopar

O que é um termopar?

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.

Quais são os diferentes tipos de termopar?

Os principais tipos de termopares são :

    • Sensor tipo K (Níquel-Crómio/Níquel-Alumínio): Gama de temperaturas de -200°C a 1260 graus Celsius.

    • Sensor tipo J (Ferro/Constantan): Gama de temperaturas de -210°C a 760 graus Celsius.

    • Sensor tipo T (Cobre/Constantan): Gama de temperaturas de -200°C a 370 graus Celsius.

    • Sensor tipo E (Níquel-Crómio/Constantan): Gama de temperaturas de -200°C a 900 graus Celsius.

    • Sensor do tipo N (Nicrosil/Nisil): Gama de temperaturas de -200°C a 1300 graus Celsius.

    • Sensor tipo S (Platina-Ródio 10%): Gama de temperaturas 0°C a 1600 graus Celsius

    • Sensor tipo R (Platina-Ródio 13%): Gama de temperaturas de 0°C a 1600 graus Celsius

    • Sensor tipo B (Platina-Ródio 30% / Platina-Ródio 6%): Gama de temperaturas de 0°C a 1700 graus Celsius

Como é que um termopar funciona?

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.

O que é a junção fria e a compensação da junção fria?

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.

Quais são as vantagens e desvantagens dos diferentes tipos de termopar?

    • Tipo K: Ampla gama de medição, baixo custo, boa durabilidade.

    • Tipo J: pouco dispendioso, adequado para baixas temperaturas.

    • Tipo T: Excelente precisão a baixas temperaturas.

    • Tipo E: Alta sensibilidade.

    • Tipo N: Alta estabilidade, resistência à oxidação.

    • Tipo S, R, B: exato e estável a altas temperaturas, mas mais caro.

Como é que escolho o tipo correto de termopar para a minha aplicação?

A escolha do termopar depende de uma série de factores:

    • Gama de temperaturas: Certifique-se de que o termopar pode medir dentro da gama requerida para a sua aplicação.

    • Durabilidade e resistência às condições ambientais: Alguns termopares são mais resistentes à corrosão, vibração ou ambientes químicos.

    • Tempo de resposta: Alguns tipos de termopar têm um tempo de resposta mais rápido.

    • Custo: O custo pode variar consoante os materiais e as características do termopar.

Que materiais são utilizados nos termopares?

Os termopares são fabricados a partir de várias combinações de metais e ligas, tais como :

    • Níquel-crómio e níquel-alumínio (tipo K)

    • Ferro e Constantan (Tipo J)

    • Cobre e Constantan (Tipo T)

    • Nicrosil e Nisil (Tipo N)

    • Platina-Ródio e Platina (tipos S, R, B)

O que é o efeito Seebeck?

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.

Como se calibra um termopar?

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.

Quais são as aplicações mais comuns dos termopares?

Os termopares são utilizados em muitos sectores e aplicações, incluindo :

    • Indústria: Controlo de processos de fabrico, fornos, motores, caldeiras, reactores, turbinas, incineradores, transformadores, bombas, compressores, radiadores.

    • Laboratórios: experiências científicas, criogenia, biologia, química, física, materiais.

    • Eletrónica: monitorização térmica de componentes como processadores, circuitos, baterias, sensores, gestão térmica.

    • Medicina: controlo da temperatura em termoterapia, incubadoras, criogenia, monitorização, esterilização.
    • Plásticos: controlo de temperatura para injeção, extrusão, moldagem, moldagem por sopro e calandragem.

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