Tipos de Termopares

Na fabricação dos termopares, são escolhidos um par de diferentes condutores. Na escolha dos condutores, devem ser levados em conta os seguintes fatores:

• Resistência a corrosão na faixa de utilização;
• Potência termoelétrica;
• Homogeneidade dos fios;
• Os condutores devem desenvolver uma força eletromotriz que seja detectável aos instrumentos de medição.
• Devem possui uma relação razoavelmente linear entre temperatura e força eletromotriz.

Vídeo: Teste do Termopar com o Multímetro Digital

Os diferentes tipos de termopares são classificados em três grupos:

• Termopares Básicos
• Termopares Nobres
• Termopares especiais

A figura abaixo apresenta um Resumo dos diferentes tipos de Termopares. 

Em seguida, veja quais são as características de cada grupo. 

Termopares Básicos ou Convencionais:

Os termopares Básicos são de maior uso industrial, possuem custo baixo e maior limite de erro.

Exemplo: Termopar Tipo J

No termopar tipo J, o condutor com potencial elétrico positivo é fabricado predominantemente com ligas de Ferro, e o condutor com potencial elétrico negativo é fabricado predominantemente com uma liga metálica chamada de Constantan.

Termopares Nobres:

São feitos com ligas de platina, possuem altíssima precisão e são de custo mais elevado, apresentam menor potência termoelétrica.

Exemplo: Termopar Tipo S.

No termopar tipo S, o condutor com potencial elétrico positivo é fabricado com 90% de Platina e 10% de Rhodio, e o condutor com potencial elétrico negativo é fabricado com 100% de Platina.

Termopares Especiais:

Os termopares especiais são fabricados para suportar altas ou baixíssimas temperaturas.

Exemplo: TUNGSTÊNIO – RHÊNIO

Os termopares de TUNGSTÊNIO – RHÊNIO podem ser usados continuamente até 2300 °C e por um curto período até 2750 °C.

Para saber mais, acesse os links a seguir:

INSTRUMENTAÇÃO E CONTROLE - SENAI

Sensores de Temperatura – Termopares

Sensores de Temperatura - PT 100

Sensores de Temperatura – Termopares

Vídeo: Como funciona o Termopar?

O termopar é um sensor de temperatura de grande aplicação na indústria, devido a sua simplicidade e variedade. Mas, o que é um termopar?

Um termopar é constituído por um par de diferentes condutores que podem ser ligas metálicas homogêneas ou metais puros. Os fios são soldados em um extremo, ao qual se dá o nome de junta quente ou junta de medição”. Na figura a seguir, podemos ver um exemplo de termopar. A junta de medição está em destaque.

Figura adaptada de: https://www.ryndackcomponentes.com.br/

A “junta quente ou junta de medição” é a parte que fica em contato com o produto ou processo onde se deseja medir a temperatura. Na próxima figura, temos outro exemplo de termopar. Nessa foto o termopar está exposto, mas normalmente o termopar fica dentro de uma proteção metálica ou de cerâmica.

Figura adaptada de: https://ecil.com.br/pirometria-2/termopares/termopar-tipo-k/

Nos manuais técnicos, as vezes os termopares são identificados pela sigla TC.

TC é a sigla para a palavra “Thermocouple” do idioma inglês, que traduzimos como Termopar. Nas figuras abaixo vemos outros exemplos de termopares instalados dentro da proteção metálica na figura a esquerda, e proteção cerâmica na figura a direita.

Figura adaptada de: https://ecil.com.br/pirometria-2/termopares/termopar-tipo-k/

Como funcionam os Termopares?

Entre os dois terminais de um termopar surge uma diferença de potencial (d.d.p) que depende da temperatura. Essa diferença de potencial é muito baixa, geralmente é medida em milivolts ou em microvolts. Por meio de um instrumento eletrônico podemos medir essa tensão elétrica e determinar a temperatura correspondente.

SAIBA MAIS SOBRE O EFEITO SEEBECK

A outra extremidade dos fios é levada ao instrumento de medição de F.E.M. (força eletromotriz), fechando um circuito elétrico por onde flui a corrente. O ponto onde os fios que formam o termopar se conectam ao instrumento de medição é chamado de junta fria ou de referência. Essas ligações são representadas na figura a seguir.

Para saber mais, acesse os links a seguir:


Tipos de Termopares


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Sensores de Temperatura - PT 100

O que é o Efeito Seebeck?

Na figura a seguir, representamos dois metais diferentes, denominados de Metal "A" e Metal "B". Se ligarmos esses condutores a um voltímetro de "alta precisão", podemos constatar que há uma diferença de potencial elétrico (d.d.p.), mesmo que os condutores não estejam ligados a uma fonte de alimentação.

Da onde vem essa Diferença de Potencial Elétrico?

Essa diferença ocorre porque metais diferentes também possuem diferentes estruturas atômicas, um metal possui mais elétrons livres do que o outro. Então, um deles fica mais negativo do que o outro.

Na figura acima, supomos que o metal B possui mais elétrons livres que o metal A, portanto o metal B está com o potencial mais negativo que o metal A.

Essa diferença de potencial tem influência da temperatura. É possível determinar a temperatura por meio da medida da d.d.p. entre os condutores. Os termopares são fabricados com essa finalidade.

Na próxima figura, representamos esses dois condutores soldados nas suas extremidades formando duas junções. As duas junções estão submetidas a diferentes temperaturas: T1 e T2. Entre as duas junções foi conectado um amperímetro de alta precisão.

Mantendo as junções em temperaturas diferentes, observa-se que o amperímetro indicará uma corrente elétrica fluindo no circuito. Esse fenômeno é conhecido como Efeito Seebeck e foi descoberto em 1821 pelo cientista Thomas Johann Seebeck.

“O efeito Seebeck é a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica)”.  Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Seebeck 

No vídeo disponível no link, a seguir há uma interessante demonstração do efeito Seebeck. O professor Luiz Antônio de Oliveira Nunes, do Instituto de Física de São Carlos, monta um termopar com as duas junções em diferentes temperaturas e demonstra que há circulação de corrente capaz de desviar a agulha de uma bússola.

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Sensores de Temperatura - Termoresistências

PT 100 com dois, três ou quatro fios

PT 100 com dois, três ou quatro fios

Vídeo: PT 100 a dois, três ou quatro fios

O sensor de temperatura tipo PT 100 pode ser fornecido com dois, três ou quatro fios. Na figura a seguir, representamos um PT 100 de dois fios ligado a um indicador eletrônico de temperatura.

No PT 100 a dois fios a resistência dos fios de ligação é somada a resistência do PT 100. Nesse caso, o indicador mostrará uma temperatura maior do que o valor real. O valor do erro depende do comprimento e secção transversal dos cabos. No geral, esse tipo de ligação não é indicada. Poderia ser utilizada em processos que não necessitam de muita precisão e quando o PT 100 fica bem próximo do indicador de temperatura.

PT 100 a três fios

Na figura a seguir, representamos um PT 100 de três fios ligado a um indicador eletrônico de temperatura.

Nesse tipo de ligação há um terceiro cabo que serve para compensar o erro gerado pela resistência dos condutores. Com esse terceiro condutor, o indicador eletrônico consegue medir a queda de tensão nos condutores e compensar o erro. O PT 100 a três fios é o mais utilizado na indústria. Possui boa precisão.

PT 100 a quatro fios

Na figura a seguir, representamos um PT 100 de quatro fios ligado a um indicador eletrônico de temperatura.

Esse tipo de ligação possui maior precisão que as outras. Deve ser utilizado em processos que exigem alta precisão, por exemplo em equipamentos de laboratório.


Assista o vídeo “Termorresistência Pt-100, Princípio Ligação 2, 3 e 4 Fios, Sensor Pt100 RTD Termometria”, disponível no link a seguir:

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Sensores de Temperatura - Termoresistências

Sensores de Temperatura - PT 100

Sensores de Temperatura - PT 100

A termorresistência mais utilizada é o PT 100.

O PT 100 é constituído por um fio de platina, feito para apresentar uma resistência de 100 Ω quando submetido a uma temperatura de zero grau Célsius. Por essa razão é chamado de PT 100.

Gonçalves, Marcelo Giglio. Monitoramento e controle de processos, 2. Rio de Janeiro: Petrobras ; Brasília : SENAI/DN, 2003

Existem também as termorresistências PT 500,  PT 1000, PT 25 e outras. Há também outras termorresistências que são feitas de Cobre (Cu–10 ohms a 25 ᵒC) ou  Níquel (NI 100).

https://www.peaksensors.co.uk/what-is/pt1000-sensor/

Vídeo: Teste do PT 100 com o Multímetro Digital

O PT 100 possui:

• Alta estabilidade mecânica e térmica;
• Resistência à contaminação, 
• Baixo índice de desvio pelo envelhecimento e tempo de uso. 

Devido a estas características, esse sensor é padrão internacional para a medição de temperaturas na faixa de –270°C a 660°C em seu modelo de laboratório.

Para cada temperatura, o PT 100 apresenta um valor de resistência. Esses valores podem ser consultados nas tabelas de Correlação, que são padronizadas por Normas Internacionais. Por exemplo, conforme a tabela abaixo, na temperatura de 10 ° C o PT 100 deve apresentar uma resistência de 103,9 Ω.

Veja um exemplo de tabela de correlação completa no link a seguir:

https://ecil.com.br/pirometria-2/termorresistencias/

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PT 100 com dois, três ou quatro fios

Sensores de Temperatura - Termorresistências

Os sensores de temperatura conhecidos como "termoresistências" são fabricados com materiais que apresentam variação da resistência elétrica em função da variação da temperatura. Os materiais mais utilizados na fabricação das termoresistências são: platina, cobre e níquel.

As termoresistências também são chamadas de:

• Bulbos de Resistência;
• Termômetros de Resistência
• RTD.

Vídeo: O que são as Termorresistências tipo PT 100?

RTD é uma sigla que vem do idioma inglês e significa "Resistance Temperature Detector".

As termorresistências podem ser montadas com um fio enrolado ou um filme fino, conforme representado nas figuras abaixo:

Montagem em filme. Figura disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer

Montagem com fio enrolado. Figura disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Resistance_thermometer

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PT 100 com dois, três ou quatro fios

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Na instrumentação industrial, a medição de temperatura é realizada principalmente com o uso das Termoresistências ou dos Termopares.

Nas Termoresistências, a variação de temperatura causa mudança no valor da resistência elétrica do sensor.

Nos Termopares, a variação de temperatura causa mudança no valor da Força Eletromotriz (f.e.m) gerada pelo sensor.

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PT 100 com dois, três ou quatro fios