O que é um termopar?
Um termopar é um sensor que mede a temperatura. Consiste em dois tipos diferentes de metais, unidos em uma extremidade. Quando a junção dos dois metais é aquecida ou resfriada, é criada uma tensão que pode ser correlacionada com a temperatura. Um termopar é um sensor de temperatura simples, robusto e econômico utilizado em uma ampla gama de processos de medição de temperatura.
Os termopares são fabricados em uma variedade de estilos, como sondas de termopar, sondas de termopar com conectores, sondas de termopar de junção de transição, termopares infravermelhos, termopar de fio desencapado ou até mesmo apenas fio de termopar.
Os termopares são usados em diversas aplicações. Devido à sua ampla gama de modelos e especificações técnicas, é extremamente importante entender sua estrutura básica, funcionalidade e faixas para melhor determinar o tipo e o material correto do termopar para uma aplicação.
Princípio de funcionamento dos termopares
Quando dois fios compostos por metais diferentes são unidos em ambas as extremidades e uma das extremidades é aquecida, há uma corrente contínua que flui no circuito termoelétrico. Se este circuito for rompido no centro, a tensão de circuito aberto (a tensão de Seebeck) é uma função da temperatura da junção e da composição dos dois metais. O que significa que, quando a junção dos dois metais é aquecida ou resfriada, é produzida uma tensão que pode ser correlacionada com a temperatura.
Trabalhando com tempos de resposta
Uma constante de tempo foi definida como o tempo necessário para um sensor atingir 63,2% de uma mudança de passo na temperatura sob um conjunto especificado de condições. Cinco constantes de tempo são necessárias para que o sensor se aproxime de 100% do valor da mudança de passo. Um termopar de junção exposta oferece a resposta mais rápida. Além disso, quanto menor o diâmetro da bainha da sonda, mais rápida a resposta, mas a temperatura máxima pode ser menor. Esteja ciente, no entanto, que às vezes a bainha da sonda não pode suportar toda a faixa de temperatura do tipo de termopar. Saiba mais sobre os tempos de resposta dos termopares.
Como escolher um termopar
Como um termopar pode assumir vários formatos e formas, é importante entender como selecionar corretamente o sensor correto.
Os critérios mais comumente usados para fazer essa escolha são a faixa de temperatura, a resistência química, a resistência à abrasão e vibração e os requisitos de instalação. Os requisitos de instalação também ditam sua escolha de uma sonda de termopar.
Existem diferentes tipos de termopares e suas aplicações podem variar. Um termopar exposto funcionará melhor quando forem necessários rapidez no tempo de resposta, mas um termopar não aterrado é melhor em ambientes corrosivos. Para ajudá-lo a determinar o melhor termopar para seus propósitos, aqui estão cinco considerações:
- Determine a aplicação em que você usará o sensor de termopar
Os termopares podem ser usados em vários setores e aplicações, portanto, selecionar o correto para seus propósitos começa com saber exatamente como e onde você deseja usá-lo
- Determine as faixas de temperatura às quais a sonda será exposta
Depois de conhecer a faixa de temperatura do termopar de que você precisa, consulte nossa tabela de faixa de termopar para ajudá-lo a determinar qual termopar é melhor para as faixas de temperatura de que você precisa.
Um termopar tipo K oferece uma ampla faixa de temperatura e é um dos termopares mais usados. No entanto, se sua sonda de termopar for exposta a temperaturas extremas, um termopar tipo N é mais estável em altas temperaturas e um termopar tipo T é melhor para temperaturas extremamente baixas
- Determine a importância de um tempo de resposta rápido
Existem três tipos de junções de termopares: expostas, aterradas ou não aterradas. Uma junção exposta fornecerá os tempos de resposta mais rápidos. No entanto, se a sonda for exposta a gás corrosivo ou alta pressão, uma junção exposta não deve ser usada. Um termopar não aterrado oferece o tempo de resposta mais lento, mas ainda pode ser a melhor escolha se também for desejável ter o termopar eletronicamente isolado e protegido pela bainha.
- Considere qualquer resistência química, abrasão ou vibração
Um termopar exposto tem uso limitado a aplicações não corrosivas. Um termopar aterrado ou não aterrado pode ser usado em ambientes corrosivos ou de alta pressão, mas uma sonda não aterrada é melhor se houver a necessidade de ter o termopar eletricamente isolado e protegido pela bainha. Se tempos de resposta mais rápidos tiverem prioridade em um ambiente corrosivo, então um termopar aterrado é melhor
- Considere todos os requisitos de instalação
O termopar pode precisar ser compatível com o equipamento existente. Por exemplo, furos existentes podem determinar o diâmetro da sonda
Como selecionar um tipo de termopar
Como um termopar mede em amplas faixas de temperatura e pode ser relativamente resistente, os termopares são amplamente usados na indústria. Os seguintes pontos precisam ser respondidos antes de escolher um termopar:
- Determine a aplicação onde o termopar será usado
- Faixa de temperatura
- Resistência química do termopar ou material da bainha
- Resistência à abrasão e vibração
- Requisitos de instalação (pode ser necessário ser compatível com o equipamento existente; os orifícios existentes podem determinar o diâmetro da sonda)
Como sei qual tipo de junção escolher?
As sondas de termopar revestidas estão disponíveis com um dos três tipos de junção: aterrada, não aterrada ou exposta.
Termopares de junção aterrada
Na ponta de uma sonda de junção aterrada, os fios do termopar são fisicamente fixados na parte interna da parede da sonda. Isso resulta em uma boa transferência de calor do exterior, através da parede da sonda até a junção do termopar.
Isso significa que termopares aterrados terão tempos de resposta mais rápidos do que termopares não aterrados.
A junção aterrada é recomendada para medição de temperaturas de gases e líquidos corrosivos estáticos ou em fluxo e para aplicações de alta pressão. A junção de um termopar aterrado é soldada à bainha protetora, dando uma resposta mais rápida do que o tipo de junção não aterrada.
No entanto, termopares aterrados são altamente suscetíveis a ruídos induzidos por loops de aterramento, resultando em leituras menos precisas.
Termopares de junção não aterrada
Em uma sonda não aterrada, a junção do termopar é separada da parede da sonda. O tempo de resposta é mais lento do que o estilo aterrado.
Por outro lado, a junção é isolada eletricamente da bainha, o que evita que ruídos elétricos interfiram no sinal. Isso produz uma precisão de medição de temperatura muito maior, especialmente com sinais de nível muito baixo.
Uma junção não aterrada é recomendada para medições em ambientes corrosivos onde é desejável ter o termopar eletronicamente isolado e protegido pela bainha. O termopar de fio soldado é fisicamente isolado da bainha do termopar por pó de MgO (macio).
Termopares de junção exposta
O termopar no estilo de junção exposta se projeta para fora da ponta da bainha e fica exposto ao ambiente circundante. Este tipo oferece o melhor tempo de resposta, mas é limitado em uso para aplicações não corrosivas e não pressurizadas.
Uma junção exposta é recomendada para a medição de temperaturas de gases não corrosivos estáticos ou de fluxo, onde é necessário um tempo de resposta rápido. A junção se estende além da bainha metálica protetora para fornecer uma resposta rápida e precisa. O isolamento da bainha é selado onde a junção se estende para evitar a penetração de umidade ou gás que poderia causar erros.
Veja as ilustrações abaixo para uma discussão completa dos tipos de junção.
Neste PDF você pode encontrar mais informações sobre isolamentos de termopares.
Saiba mais
Guia Prático para Medição de Temperatura
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* Texto originalmente publicado em: link1, link2, link³ adaptado pela Equipe Embarcados
