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.

sonda de termopar

Descubra a sonda termopar

a sonda termopar

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.

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.

Princípio de funcionamento do sensor de termopar

princípio de funcionamento do sensor 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 :

Os diferentes tipos de sonda termopar

sonda de termopar tipo k para aplicações industriais gerais

Sonda de termopar tipo K (cromel-alumel)

  • Gama de temperaturas: -200 a 1260°C
  • Vantagens: Ampla gama de medição, durabilidade
  • Aplicações: Gerais, industriais
sonda de termopar tipo j para aplicações na indústria de processamento

Sonda de termopar tipo J (ferro-constantan)

  • Gama de temperaturas: -210 a 760°C
  • Vantagens: Adequado para temperaturas mais baixas
  • Aplicações: Indústrias de processo, dispositivos de baixa temperatura
sonda termopar tipo t para aplicações na indústria criogénica

Sonda de termopar tipo T (cobre-constantan)

  • Gama de temperaturas: -200 a 370°C
  • Vantagens: Excelente precisão a baixas temperaturas
  • Aplicações: Criogenia, laboratórios
sonda de termopar tipo e para aplicações criogénicas ambientais

Sonda de termopar tipo E (Chromel-Constantan)

  • Gama de temperaturas: -200 a 900°C
  • Vantagens: Maior sensibilidade
  • Aplicações : Aplicações criogénicas e ambientais
sonda de termopar tipo n para aplicações de tratamento térmico

Sonda de termopar tipo N (Nicrosil-Nisil)

  • Gama de temperaturas: -200 a 1300°C
  • Vantagens: Alta estabilidade, resistência à oxidação
  • Aplicações: Indústria de tratamento térmico, altas temperaturas
sonda termopar tipo s para aplicações metalúrgicas

Sonda de termopar tipo S (Platina-Ródio 10%)

  • Gama de temperaturas: 0 a 1600°C
  • Vantagens: Precisão e estabilidade a altas temperaturas
  • Aplicações: Metalurgia, fornos, referência como ponto de fusão do ouro (1064,43°C).
sonda de termopar tipo r para aplicações na indústria vidreira

Sonda de termopar tipo R (13% platina-ródio)

  • Gama de temperaturas: 0 a 1600°C
  • Vantagens: Semelhante ao tipo S com um desempenho ligeiramente superior
  • Aplicações: Indústrias do vidro e da cerâmica
sonda de termopar tipo b para aplicações de medição extremas

Sonda de termopar tipo B (Platina-Ródio 30% / Platina-Ródio 6%)

  • Gama de temperaturas: 0 a 1700°C
  • Vantagens: Temperatura de funcionamento muito elevada
  • Aplicações: Medições extremas a alta temperatura, investigação científica

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.

vantagens dos termopares

As principais vantagens dos termopares incluem :

  • Baixo custo: Os termopares são económicos em comparação com outros sensores de temperatura.
  • Durabilidade e estabilidade a altas temperaturas: Podem medir temperaturas muito elevadas com grande estabilidade.
  • Manuseamento: Os termopares são fáceis de manusear e instalar.
  • Dimensões extremamente pequenas e uma vasta gama de diâmetros possíveis: Estão disponíveis em vários tamanhos, permitindo uma grande flexibilidade de utilização.
  • Posicionamento do ponto quente: O design permite que o ponto quente seja posicionado na extremidade, garantindo uma medição exacta da temperatura.
  • Tempo de resposta muito curto: os termopares reagem rapidamente às mudanças de temperatura.
  • Boa resistência às vibrações: resistem bem a ambientes sujeitos a vibrações.

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:

instalação e cablagem do sensor de termopar
  • Posicionamento da junção de medição :
    Assegurar que a junção de medição está corretamente posicionada no ponto exato onde a temperatura deve ser medida.
    Proteger a junção de medição contra interferências eléctricas e condições ambientais extremas.
  • Seleção e utilização de fios :
    Utilizar fios de extensão ou de compensação compatíveis com o tipo de termopar utilizado.
    Evitar erros de medição devido a materiais incompatíveis.
  • Ligações e polaridade :
    Ligar os fios aos terminais correspondentes do instrumento de medição, respeitando a polaridade correta:
    Fio positivo ao terminal positivo
  • Fio negativo ao terminal negativo :
    Certifique-se de que as ligações estão apertadas e isentas de corrosão.
  • Minimizar a interferência eléctrica :
    Utilize cabos blindados para minimizar as interferências eléctricas.
    Encaminhe os cabos para longe de fontes de ruído elétrico.
  • Ligação à terra :
    Prestar especial atenção à ligação à terra dos sistemas para evitar os circuitos de terra.
    Verificar se o sistema de ligação à terra está corretamente instalado e funcional.

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 da sonda de termopar

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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