Termopar: Um Sensor de Temperatura Simples e Versátil
O que é um Termopar?
Um termopar é um dispositivo que converte diferenças de temperatura em uma tensão elétrica, com base no princípio do efeito termoelétrico. É um tipo de sensor que pode medir a temperatura em um ponto específico ou local. Os termopares são amplamente utilizados em diversos campos, como indústria, doméstico, comercial e aplicações científicas, devido à sua simplicidade, durabilidade, baixo custo e amplo intervalo de temperatura.
O que é o Efeito Termoelétrico?
O efeito termoelétrico é o fenômeno de geração de uma tensão elétrica devido a uma diferença de temperatura entre dois metais diferentes ou ligas metálicas. Este efeito foi descoberto pelo físico alemão Thomas Seebeck em 1821, que observou que um campo magnético era criado ao redor de um circuito fechado de dois metais dissimilares quando uma junção era aquecida e a outra era resfriada.
O efeito termoelétrico pode ser explicado pelo movimento de elétrons livres nos metais. Quando uma junção é aquecida, os elétrons ganham energia cinética e se movem mais rapidamente em direção à junção mais fria. Isso cria uma diferença de potencial entre as duas junções, que pode ser medida por um voltímetro ou um amperímetro. A magnitude da tensão depende dos tipos de metais usados e da diferença de temperatura entre as junções.
Como Funciona um Termopar?
Um termopar consiste em dois fios feitos de metais diferentes ou ligas metálicas, unidos nas duas extremidades para formar duas junções. Uma junção, chamada de junção quente ou de medição, é colocada no local onde a temperatura deve ser medida. A outra junção, chamada de junção fria ou de referência, é mantida em uma temperatura constante e conhecida, geralmente na temperatura ambiente ou em um banho de gelo.
Quando há uma diferença de temperatura entre as duas junções, uma tensão elétrica é gerada no circuito do termopar devido ao efeito termoelétrico. Esta tensão pode ser medida por um voltímetro ou amperímetro conectado ao circuito. Usando uma tabela de calibração ou uma fórmula que relaciona a tensão à temperatura para um determinado tipo de termopar, a temperatura da junção quente pode ser calculada.
O diagrama a seguir mostra o princípio básico de funcionamento de um termopar:
O vídeo a seguir explica como funciona um termopar em mais detalhes:
Quais são os Tipos de Termopares?
Existem muitos tipos de termopares disponíveis, cada um com características e aplicações diferentes. O tipo de termopar é determinado pela combinação de metais ou ligas metálicas usadas para os fios. Os tipos mais comuns de termopares são designados por letras (como K, J, T, E, etc.) de acordo com padrões internacionais.
A tabela a seguir resume alguns dos principais tipos de termopares e suas propriedades:
| Tipo | Fio Positivo | Fio Negativo | Código de Cor | Intervalo de Temperatura | Sensibilidade | Precisão | Aplicações |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| K | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Níquel-alumínio (95% Ni, 2% Al, 2% Mn, 1% Si) | Amarelo (+), Vermelho (-), Amarelo (geral) | -200°C a +1260°C (-328°F a +2300°F) | 41 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Propósito geral, amplo intervalo, baixo custo |
| J | Ferro (99,5% Fe) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Branco (+), Vermelho (-), Preto (geral) | -210°C a +750°C (-346°F a +1400°F) | 50 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Atmosferas oxidantes, intervalo limitado |
| T | Cobre (99,9% Cu) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Azul (+), Vermelho (-), Marrom (geral) | -200°C a +350°C (-328°F a +662°F) | 43 µV/°C | ±1°C (0,75%) | Baixas temperaturas, atmosferas oxidantes |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Roxo (+), Vermelho (-), Roxo |
| E | Níquel-cromo (90% Ni, 10% Cr) | Constantan (55% Cu, 45% Ni) | Roxo (+), Vermelho (-), Roxo (geral) | -200°C a +870°C (-328°F a +1598°F) | 68 µV/°C | ±1,7°C (0,5%) | Alta precisão, intervalo moderado, baixo custo | | N | Nicrosil (84,1% Ni, 14,4% Cr, 1,4% Si, 0,1% Mg) | Nisil (95,5% Ni, 4,4% Si, 0,1% Mg) | Laranja (+), Vermelho (-), Laranja (geral) | -200°C a +1300°C (-328°F a +2372°F) | 39 µV/°C | ±2,2°C (0,75%) | Propósito geral, amplo intervalo, estável | | S | Platina-ródio (90% Pt, 10% Rh) | Platina (100% Pt) | Preto (+), Vermelho (-), Verde (geral) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Alta temperatura, alta precisão, caro | | R | Platina-ródio (87% Pt, 13% Rh) | Platina (100% Pt) | Preto (+), Vermelho (-), Verde (geral) | 0°C a +1600°C (+32°F a +2912°F) | 10 µV/°C | ±1,5°C (0,25%) | Alta temperatura, alta precisão, caro | | B | Platina-ródio (70% Pt, 30% Rh) | Platina-ródio (94% Pt, 6% Rh) | Cinza (+), Vermelho (-), Cinza (geral) | +600°C a +1700°C (+1112°F a +3092°F) | 9 µV/°C | ±0,5% da leitura acima de +600°C (+1112°F) | Muito alta temperatura, baixa sensibilidade |
Quais são as Vantagens e Desvantagens dos Termopares?
Os termopares têm muitas vantagens e desvantagens em comparação com outros sensores de temperatura, como RTDs (Detectores de Temperatura por Resistência), termistores, ou sensores infravermelhos.
