Os termopares são os sensores de temperatura preferidos nas aplicações industriais, seja pela sua robustez, seja pela simplicidade de operação. Entretanto, para que as medições de temperatura com termo par sejam significativas e confiáveis, é fundamental conhecer não somente os princípios básicos de operação, como também as condições que o usuário deve proporcionar para que esses princípios sejam válidos.
A maioria dos princípios básicos da termometria de termopares já eram conhecidos por volta de 1900, mas só recentemente tornou-se clara a verdadeira fonte do potencial termoeléctrico. O termopar é um transdutor que compreende dois pedaços de fios dissimilares, unidos em uma das extremidades.
Como funciona um Termo par?
Efeito de Seebeck
O circuito de um termopar é ilustrado na Fig. 1. Tanto a junção de medição (ou junta quente) quanto a junção de referência (ou junta fria) estão em ambientes isotérmicos (de temperatura constante), cada uma numa temperatura diferente.
A tensão de circuito aberto através da junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a diferença de temperatura entre as junções aumenta. Embora o efeito de Seebeck seja muito fácil de ser medido e demonstrado, os físicos levaram um grande tempo para provar como o efeito de Seebeck funciona. Parte do problema reside no fato de que a tensão de Seebeck somente é observada em um circuito completo que envolva pelo menos dois tipos de fios. Entretanto, os físicos conseguiram demonstrar que o efeito de Seebeck ocorre para qualquer par de pontos que não estejam à mesma temperatura, em qualquer parte de um fio condutor eléctrico. Isso significa que, embora uma tensão de Seebeck possa ser atribuída a um único fio metálico, na prática ela só é observada com dois fios diferentes. A tensão de Seebeck surge de um gradiente de temperatura é uma propriedade material do fio e não depende de uma junção ou da presença de outros fios no circuito. O termopar, que opera sob o efeito Seebeck é, portanto, diferente da maioria dos outros sensores de temperatura uma vez que sua saída não está directamente relacionada à temperatura, mas sim ao gradiente de temperatura, ou seja, da diferença de temperatura ao longo do fio termopar. Assim sendo, é fundamental que os fios usados para fabricação do termopar sejam homogéneos em toda sua extensão do termopar, ou seja, tenham o mesmo coeficiente de Seebeck. E aqui é importante lembrar que o termopar é “tudo aquilo” que está entre a junção de medição e a junção de referência, incluindo os cabos de extensão ou compensação. Porções não homogéneas que porventura sejam submetidas a gradientes de temperatura, contribuirão para a tensão de Seebeck produzida e causarão erros na temperatura indicada. A palavra “homogéneo” implica que cada parte do fio tem uma condição idêntica, tanto física quanto quimicamente. As não homogeneidades produzidas pela exposição do termo par à temperatura do processo são a causa principal da deriva dos termo pares dom o uso. Um exemplo típico de zonas naturalmente não homogéneas são as emendas que se fazem entre o termo par e o cabo de extensão. As junções devem ser mantidas em ambiente isotérmico. Gradiente de temperatura zero significa tensão zero.
A parte mais complexa do circuito é o voltímetro e para remover sua contribuição termoeléctrica
à medição, ele também deve ser mantido numa condição isotérmica. Como os efeitos termoeléctricos são a maior fonte de erro nos voltímetros, a maioria é projectada de modo a minimizá-los. Por exemplo, são usados terminais de ligação de latão mas deve-se tomar todo o cuidado para evitar mudanças rápidas na temperatura ambiente.
Tipos de Termopares
Existem três categorias de tipos de termo pares: termopares padronizados de metal nobre (R, S , B), termopares padronizados de metal base (K, J, N, E, T) e termopares não definidos por letras. Na prática a distinção entre “base” e “nobre” é que metais nobres contêm platina e metais base contêm níquel.
As aplicações para os termopares são as mais variadas possíveis, tendo como principal limite a tolerância do processo que se vai medir. Para a medição de temperaturas acima de 500 °C, eles são a única escolha quando se fala em termómetros de contacto.
B - Oxidante, inerte, vácuo Evitar contacto com metal. Mais adequado para 1700 por períodos curtos alta temperatura. Possui tensão baixa à temperatura ambiente.
E - Oxidante, inerte Bom para temperatura abaixo de zero. 870. Maior tensão dos termopares comuns
J - Oxidante, inerte, redutor em vácuo parcial O ferro oxida rapidamente 760
K - Oxidante, inerte Sujeito à “green rot” em algumas atmosferas 1260
N - Oxidante, inerte Mais estável que o tipo K, em altas temperaturas 1260
R & S - Oxidante, inerte Evitar contacto com metal 1400
T - Oxidante, inerte, redutor em vácuo parcial Temperaturas abaixo de zero. Tolera unidade 370
Modelo de Medição
Existe uma variedade de meios em que o termopar pode ser incorporado como um sensor capaz de medir temperatura de um sistema físico. Alguns detalhes da sua instalação são fundamentais para garantir a correcta indicação da
temperatura:
a) É necessário garantir que a junção de medição esteja numa condição isotérmica, daí a importância de
imergir o termopar a uma profundidade adequada (grosseiramente entre 5 e 15 vezes seu diâmetro externo– incluindo as protecções).
b) Pelo fato de o transdutor responder a um gradiente de temperatura, ele deve ser conectado a dois sistemas físicos em duas temperaturas diferentes.
c) A junção de referência deve ser isotérmica para propiciar uma temperatura conhecida e para auxiliar na obtenção de uma interface do sinal, que isola o sensor da instrumentação.
fontes:wikipédia e www.ceramicaindustrial.org.br
