Transdutores de Temperatura: O que são? (Tipos e Exemplos)
O que é um Transdutor de Temperatura?
Um Transdutor de Temperatura é um dispositivo que converte a quantidade térmica em qualquer quantidade física, como energia mecânica, pressão e sinais elétricos, etc. Por exemplo, em um termopar, a diferença de potencial elétrico é produzida devido à diferença de temperatura entre seus terminais. Portanto, o termopar é um transdutor de temperatura.
Principais Características dos Transdutores de Temperatura
A entrada para eles são sempre as quantidades térmicas
Eles geralmente convertem a quantidade térmica em quantidade elétrica
São geralmente usados para a medição da temperatura e do fluxo de calor
Esquema Básico dos Transdutores de Temperatura
O esquema básico dos transdutores de temperatura é dado abaixo nos seguintes passos
Elemento Sensor.
O elemento sensor nos transdutores de temperatura é o elemento cujas propriedades mudam com a mudança de temperatura. Conforme a temperatura muda, ocorre uma mudança correspondente em certa propriedade do elemento.
Exemplo – Em um Detector de Temperatura por Resistência (RTD), o elemento sensor é o metal platina.
Condições Desejáveis para Escolher o Elemento Sensor são as seguintes
A mudança por unidade de resistência do material por unidade de mudança na temperatura deve ser grande
O material deve ter alta resistividade para que o volume mínimo de material seja usado em sua construção
O material deve ter uma relação contínua e estável com a temperatura
Elemento de Transdução
É o elemento que transforma a saída do elemento sensor em quantidade elétrica. A mudança na propriedade do elemento sensor atua como a saída para ele. Mede a mudança na propriedade do elemento sensor. A saída do elemento de transdução é então calibrada para fornecer uma saída que representa a mudança na quantidade térmica.
Exemplo - No termopar, a diferença de potencial produzida entre os dois terminais é medida por um voltímetro e a magnitude da tensão produzida após a calibração dá uma ideia da mudança na temperatura.
Tipos de Transdutores de Temperatura
Tipos de Sensores de Temperatura de Contato
Nestes, o elemento sensor está em contato direto com a fonte térmica. Eles usam a condução para a transferência de energia térmica.
Tipos de Sensores de Temperatura sem Contato
Em um sensor de temperatura sem contato, o elemento não está em contato direto com a fonte térmica (análogo a um teste de tensão sem contato ou caneta de tensão). Os sensores de temperatura sem contato usam o princípio da convecção para o fluxo de calor. Vários transdutores de temperatura geralmente usados são descritos abaixo:
Termistor
A palavra termistor pode ser definida como Resistor Térmico. Como o nome indica, é um dispositivo cuja resistência muda com a mudança de temperatura. Devido à sua alta sensibilidade, eles são amplamente utilizados para a medição de temperatura. Geralmente são chamados de transdutores de temperatura ideais. Os termistores são geralmente compostos por uma mistura de óxidos metálicos.
Propriedades dos Termistores
Possuem Coeficiente Térmico Negativo, ou seja, a resistência do termistor diminui com o aumento da temperatura
São feitos de materiais semicondutores
São mais sensíveis que RTDs (Detectores de Temperatura por Resistência) e Termopares
Sua resistência varia entre 0,5Ω a 0,75 MΩ
São geralmente usados em aplicações onde a faixa de medição de temperatura é de -60°C a 15°C.
Termômetros de Resistência
Outro tipo de transdutor de temperatura é o Detector de Temperatura por Resistência (RTD). Os RTDs são sensores de temperatura de precisão feitos de metais condutores de alta pureza, como platina, cobre ou níquel, enrolados em uma bobina, cuja resistência elétrica muda conforme a mudança de temperatura, similar ao termistor.
Sua resistência muda com a seguinte relação:
R = Resistência do elemento em determinada temperatura
α = Coeficiente térmico do elemento
Ro = Resistência do elemento a 0°C
Principais Características dos RTDs
São altamente sensíveis e muito baratos em comparação com termistores e termopares
Podem medir a temperatura de -182,96°C a 630,74°C
Termopares
Os termopares são transdutores de temperatura que basicamente consistem em duas junções de metais dissimilares, como cobre e constantan, que são soldadas. Uma junção é mantida a uma temperatura constante, chamada de junção de referência (fria), enquanto a outra é a junção de medição (quente). Quando as duas junções estão em temperaturas diferentes, uma tensão é desenvolvida entre as junções, que é usada para medir a temperatura.
Princípio do Termopar
Quando as junções de dois metais, como cobre e constantan, são conectadas, a diferença de potencial é gerada entre elas. Este fenômeno é chamado de efeito Seebeck, pois um gradiente de temperatura é gerado ao longo dos fios condutores, produzindo um EMF. Então, a tensão de saída de um termopar é uma função das mudanças de temperatura.
Principais Características dos Termopares
