Eletrônica – Sensores Termopar

Boa noite!

Vou falar sobre sensores de temperatura termopar, como disse são sensores de medição de temperatura muito utilizados na indústria hoje para a medição de temperaturas em uma faixa de -270C° até 2000C°, como tudo na eletrônica os sensores termopar possuem boas e más caracteriscas, por exemplo, você pode trocar um sensor termopar por outro sensor termopar do mesmo tipo do sensor a ser substituído, não sendo necessário fazer ajuste de calibragem algum no circuito de medição, pois os sensores praticamente possuem a mesma característica. Outra boa característica é o preço de um sensor deste tipo, pois possui uma ampla faixa de medição, podendo ser aplicado em diversas aplicações em diversos ambientes adversos, e ter a certeza de que o sensor vai funcionar perfeitamente, diferentemente de outros sensores como os termistores, ou os sensores de temperatura digitais, que dependendo de sua característica não vão funcionar corretamente em locais com condições adversas.

Um sensor termopar basicamente são dois condutores (fios) de diferentes ligas metálicas, que uma vez unidos, no ponto desta união o condutores vão apresentar uma diferença de potencial(tensão ou voltagem como preferir) em suas extremidades, sendo que esta diferença de potencial vai variar para mais ou para menos conforme a temperatura a que a junta dos dois condutores for exposta.

Esta tensão gerada pela junta do sensor, é uma tensão que gira na ordem do micro volts até algums mili volts quando exposto a uma temperatura alta, segue uma breve descrição de dois tipos de termopares mais utilizados atualmente e que no caso eu já tive contato com os dois tipos:

•   Tipo T (Cobre / Constantan)

o   É dos termopares mais indicados para medições na gama dos -270 °C a 400 °C, porém não é aconselhado a sua utilização em temperaturas altas, acima de 150 200 °C, pois o cobre comessa a deteriorar nesta temperatura, influenciando na precisão do sensor.

o   Termo elemento positivo (TP): Cu100%

o   Termo elemento negativo (TN): Cu55%Ni45% (Constantan)

o   Faixa de utilização: -270 °C a 400 °C

o   Tensão produzida: -6,258 mV a 20,872 mV

• Tipo K (Cromel / Alumel)

o   O termopar tipo K é um termopar de uso genérico. Tem um baixo custo e, devido à sua popularidade estão disponíveis nas mais variadas sondas. Cobrem temperaturas entre os -200 e os 1200 °C, tendo uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C.

o   Termo elemento positivo (KP): Ni90%Cr10% (Cromel)

o   Termo elemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%Al2% (Alumel)

o   Faixa de utilização: -270 °C a 1200 °C

o   f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV

Dentre as más características dos termopares se destaca a chamada junta fria, para entender melhor vamos analisar a figura abaixo que vai representar um circuito com um sensor termopar Tipo T:

Circuito simples de um Sensor Termopar (fonte)

Vamos definir o seguinte para entender melhor :

A – Condutor de Constantam;

B – Condutores de Cobre;

T1, T2 – Juntas de união entre o condutor de Cobre e o condutor de Constantam;

V – Voltímetro;

Em uma extremidade do Constantam eu possuo uma junta entre o constantam e o cobre formando o T1(junta de medição de temperatura), sendo que este, por exemplo, é o sensor que eu vou utilizar para medir a temperatura de uma caldeira digamos assim, porém a segunda extremidade do constantam vai estar ligada ao equipamento de medição por exemplo e no contato onde o condutor de constantam estiver conectado no aparelho de medição será formado um novo sensor de temperatura(T2), este segundo sensor involuntário se assim podemos chama-lo, vai ser formado porque ali naquele contato será formada querendo ou não uma nova junta entre dois condutores diferentes no caso constantam e outro metal, normalmente cobre.

Com isso teremos dois sensores cada um produzindo uma determinada quantia de tensão equivalemte a temperatura que cada um deles está esposto, com isso a temperatura medida no medidor vai ser errônea porque T2(junta fria) vai influenciar na medida de temperatura que realmente me interessa.

Por exemplo:

T1 (sensor da caldeira) = 120°C

T2(junta fria, que normalmente se encontra a uma temperatura ambiente, ou na temperatura igual a temperatura do aparelho de medição) = 25°C

Logo a temperatura que será medida pelo aparelho de medição em questão será igual a 95°C (T1 – T2).

Isso é o que chamamos de junta fria, uma espécie de sensor parasita que se forma (sempre se forma), em um circuito de medição de temperatura que utiliza um sensor termopar.

Logo para resolver este problema normalmente é utilizado um terceiro sensor de precisão que normalmente é localizado junto do contato que faz ligação com o constantam, medindo a temperatura na qual se encontra a junta fria e adicionando esta temperatura a medição final ajustando tais valores para o valor exato da temperatura da caldeira em questão.

Neste artigo fiz uma introdução do que se trata um sensor termopar, no próximo capitulo vou mostrar um pequeno, porém muito eficiente circuito eletrônico para fazer a medida da temperatura de um sensor termopar com a devida compensação de junta fria.