O sensor de temperatura é um dispositivo de medição que detecta a temperatura a partir de uma característica física correspondente do dispositivo, como uma resistência elétrica, o campo eletromagnético (EMF) ou radiação térmica sendo que a maneira como um sensor de temperatura funciona depende da propriedade física que constitui o mesmo. Dentre as opções de sensor incluem:
- Termopares
- Detectores de temperatura de resistência (RTDs)
- Termistores
- Interruptores bimetálicos
- Sensor de temperatura infravermelho sem contato
Figura 1 – Tipos de sensor de temperatura
1 – Tipos de Sensor de Temperatura
Existem cinco tipos comuns de sensor de temperatura. Cada um com suas devidas vantagens e desvantagens.
1.1 – Termopares
Os termopares são precisos, altamente sensíveis a pequenas mudanças de temperatura e respondem rapidamente a mudanças no ambiente. Eles consistem de um par de fios de metal com propriedades diferentes unidos em uma extremidade. O par de metal gera uma diferença de tensão termoelétrica entre suas extremidades refletindo assim a diferença de temperatura existente entre elas. Uma padronização de temperatura no termopar é feita calibrando o dispositivo com temperaturas conhecidas, colocando uma das junções de metal no gelo (ou algo que tenha uma temperatura conhecida) e a outra no objeto cuja temperatura precisa ser identificada. A tensão exibida é lida utilizando uma fórmula de calibração e a temperatura do objeto pode ser calculada.
As vantagens dos termopares incluem sua alta precisão e operação confiável em uma faixa extremamente ampla de temperaturas. Eles também são adequados para fazer medições automatizadas de baixo custo e duráveis.
As desvantagens incluem erros causados por seu uso durante um longo período de tempo, e o fato de que duas temperaturas são necessárias para fazer medições. Materiais termopar também estão sujeitos à corrosão, o que pode afetar a tensão termoelétrica.
O Sensor de temperatura termopar é dividido em vários tipos que incluem dispositivos feitos de Chromel e Constantan (tipo E), ferro e Constantan (tipo J), Chromel e Alumel (tipo K) e cobre e Constantan (tipo T). Os materiais Chromel, Alumel e Constantan são marcas registradas da Hoskin Manufacturing Company. Os termopares de metal Nobel também estão disponíveis em alguns fornecedores de sensores de temperatura. Cada tipo opera dentro de um intervalo de temperatura especificado.
1.2 – RTDs
O sensor de temperatura de resistência (RTDs) é um enrolamento de fio que exibe mudanças na resistência com mudanças de temperatura. Assim, quanto mais quentes eles se tornam, maior o valor de sua resistência elétrica. A platina é o material mais comumente usado neste tipo de sensor de temperatura porque este material é quase linear em uma ampla faixa de temperaturas e é muito preciso tendo um tempo de resposta rápido. Os RTDs também podem ser feitos de cobre ou níquel, com uma observação de que esses materiais possuem faixas restritas e problemas com a oxidação. Os elementos de RTD são geralmente fios longos, semelhantes a molas, cercados por um isolador e colocados em uma bainha de metal.
As vantagens dos RTDs incluem sua saída estável por longos períodos de tempo. Eles também são fáceis de calibrar e fornecem leituras muito precisas.
As desvantagens incluem que eles operam em uma faixa de temperatura menor, custo inicial maior e design menos robusto.
1.3 – Termistores
Os termistores são extremamente sensíveis mas em contrapartida possuem uma faixa de temperatura limitada. Um termistor é um dispositivo semicondutor com uma resistência elétrica proporcional à temperatura. Existem dois tipos de termistores: com coeficiente de temperatura negativo (NTC), onde a resistência cai de forma não linear com o aumento da temperatura; e o de coeficiente de temperatura positivo (PTC), onde a resistência aumenta à medida que a temperatura aumenta. Há várias vantagens e desvantagens em utilizar um termistor NTC.
As vantagens dos termistores incluem seu pequeno tamanho e alto grau de estabilidade. Os NTCs também são duradouros e muito precisos.
As desvantagens incluem sua não linearidade e sua inadequação para uso em temperaturas extremas.
1.4 – Interruptores Bimetálicos
Os interruptores bimetálicos utilizam uma mola bimetálica como elemento principal do sensor de temperatura. Esta mola helicoidal é feita de dois tipos diferentes de metais que são presos juntos. Estes tipos de metais podem incluir cobre, aço ou latão, desde que um tenha baixa sensibilidade ao calor, enquanto o outro metal tenha alta sensibilidade ao calor. Assim, sempre que a parte soldada for aquecida, os dois metais sofrerão mudança de comprimento com base em suas taxas individuais de expansão térmica. Uma vez que os dois metais se expandem com comprimentos diferentes, a tira bimetálica é forçada a dobrar ou ondular para o lado com um coeficiente de expansão térmico. O movimento da tira é usado para desviar um ponteiro sobre uma escala calibrada, que então indica a temperatura para o usuário.
As vantagens dos interruptores bimetálicos incluem seu baixo custo e tenacidade. eles também são fáceis de usar e instalar e precisos em uma ampla faixa de temperaturas.
As desvantagens incluem que apenas alguns tipos de indicação estão disponíveis, a não possibilidade de mudança de calibração devido ao uso ou ao ambiente, e que os interruptores bimetálicos não são tão precisos quanto os termômetros de haste de vidro.
1.5 – Sensores de temperatura por infravermelho sem contato
o Sensor de temperatura infravermelho sem contato absorve radiação infravermelha (IR) emitida por uma superfície aquecida. Ele é utilizado em uma variedade de aplicações onde a medição direta de temperatura não é possível. Com o sensor de temperatura infravermelho sem contato, a luz recebida é convertida em um sinal elétrico que corresponde a uma determinada temperatura.
As vantagens do sensor de temperatura infravermelho sem contato incluem a isolação da fonte a ser medida, a pontaria a laser e a facilidade de uso.
As desvantagens incluem maior custo e a necessidade de energia elétrica para medição.
2 – Especificações do Sensor de Temperatura
Ao adquirir um sensor de temperatura, devem ser consideradas algumas especificações do produto dentre elas:
- A faixa de medição de temperatura que inclui a temperatura mínima e máxima que pode ser medida;
- Precisão que se refere a como exatamente a temperatura do sensor térmico corresponde à temperatura do objeto ou ambiente medida.
- A estabilidade que considera os ambientes operacionais ideais do sensor, durabilidade e expectativa de vida.
- Tipo de sonda que descreve a unidade que abriga o sensor de temperatura;
- O estilo de terminação que se refere a como o usuário sabe quando a leitura é concluída. As opções incluem alarmes, leituras programadas ou um conjunto de interruptores para uma temperatura específica.
3 – Unidades Combinadas
Os fornecedores de sensor de temperatura podem oferecer kits de sensor de temperatura e unidades de combinação de sensor de nível de líquido com temperatura.
Os kits de sensores de temperatura incluem um termopar ou RTD com uma sonda de temperatura de aço inoxidável que pode ser conectada a um controlador ou indicador programável.
As unidades de combinação de temperatura e sensor de nível de líquido são projetadas para uso com chaves de nível de líquido. Esses sensores de temperatura podem incorporar tecnologia RTD ou termopar.
