Termopares (TCs) trabalham em conexão com dois metais diferentes ou ligas. Devido a diferenças de condutividade térmica e movimento de elétrons, uma pequena tensão é produzida em relação à diferença de temperatura entre a junção de medição e a junção de referência, conhecida como efeito termoelétrico ou Seebeck. A medição ou junção quente é onde os metais são soldados e a junção ou junção fria é onde a tensão é medida. Como a medição é diferenciada, a temperatura da junção fria deve ser conhecida para determinar a temperatura real.
A tensão produzida pelos termopares é muito pequena, exigindo componentes eletrônicos precisos no transmissor de temperatura. Pares padronizados de termopares incluem o tipo K (chromel e alumel), que é popular e produz um sinal de 45 mV a uma diferença de 1000°C (1832°F). Para temperaturas mais altas, termopares nobres como o tipo S (platina e platinum-ródio) são usados, produzindo um sinal de 15 mV a 1500°C (2732°F).
Pesquisas mostram que os termopares podem desviar 3 a 6% por ano. Este desvio ocorre porque a tensão Seebeck, gerada pela diferença entre duas ligas, diminui com o tempo como mistura de material. Isso pode acontecer com a fase gasosa ou a difusão, afetando a precisão da medição. A única solução para a manutenção da precisão de medição de temperatura é substituir regularmente os sensores TC em aplicações críticas.
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Para medição de alta temperatura, recomendamos os termopares! Alta temperatura significa acima de 600 graus Celsius. Eles são muito fáceis, você vê aqui neste instrumento de medição antigo, não há bateria, não há nada. Somente o termopar. Veremos dois metais soldados e, se eu aquecer, você verá o instrumento analógico subindo e veremos altas temperaturas. Se eu fizer isso por muito tempo, veremos os termopares brilhando em vermelho. Não faça isso em casa ou no escritório! Eu posso fazer isso, mas não faça. Portanto, termopares. Como eles funcionam? Você só conecta dois metais diferentes. Isso é mais ou menos a parte complicada. Dois metais ou duas ligas. Devido às alterações na condutividade térmica e no calor da possibilidade, os elétrons podem mover-se através da estrutura interna de um metal.
Existe uma pequena tensão que se refere à temperatura. Este é um efeito termoelétrico também conhecido como efeito Seeback, que foi quem descobriu isso. É realmente fácil de fazer. Você só solda dois metais, isso é uma junção quente. Do outro lado, na junção fria, você mede os milivolts ou microvolts que são produzidos. Design muito robusto, mas você vê que não é uma medição de temperatura diretamente. É uma medição da temperatura diferencial, pois a junção quente e a junção fria, e o que você mede é a diferença entre ambas. Para medir a temperatura real precisamos saber a temperatura da junção fria. Temos que saber a curva característica do material, e então podemos calcular qual é a temperatura na junção quente. Este é um princípio geral de uma medição de termopar. A tensão do termopar é muito pequena, microvolts ou milivolts, e isso exige componentes eletrônicos precisos no transmissor de temperatura.
Existem vários pares de termopares padronizados, duas ligas diferentes ou metais. Vamos focar em alguns! O mais popular é o tipo K, que é feito de níquel cromo níquel. Você vê aqui que, a uma diferença de temperatura de 1000 graus, teremos um sinal de 45 milivolts. Isso parece bem linear. Para temperaturas mais altas, o níquel cromo já não é mais adequado, sendo necessário trocar para termopares nobres que normalmente são de platina. Platina com ródio. O mais popular aqui é o tipo S. O tipo S, é de platina de um lado e platina-ródio do outro lado, e, por exemplo, a 1500 graus Celsius de diferença, temos apenas 15 milivolts de sinal. Aqui você vê uma curva clara. Não é linear, então há um comportamento bastante complicado no meio disso. Especialmente se você for para temperaturas negativas, fica claro que há um comportamento curvado desses termopares.
Obviamente, a platina é muito cara. Você só utiliza isso se o tipo K não for mais adequado, especialmente em temperaturas mais altas. Você deve esperar um desvio, e a literatura diz que isso pode ser de três a seis por cento da leitura em um ano. Viva com isso! Como isso pode acontecer? Como isso funciona na vida real? A teoria por trás disso é que um termopar consiste na diferença entre dois fios novos, duas novas ligas metálicas. Neste exemplo, se for um novo termopar, um fio é vermelho, o outro é azul, porque suas ligas são diferentes. Essa diferença produz a voltagem de Seebeck, o efeito termelétrico. Após um ano em ambiente de incandescência vermelho, coisas estranhas podem ocorrer. Porque estas duas ligas trocam material. Então, após meio ano, após um ano, não é mais vermelho e azul. São 50 tons de violeta, porque, por exemplo, o cromo "anda" de um lado para o outro.
No final, as ligas se aproximam e, assim, produzem menos tensão termoelétrica. Como resultado, a tensão produzida é muito pequena e, portanto, temos um desvio negativo do sensor. Isso pode acontecer através da fase gasosa, pode ocorrer através da difusão entre essas duas ligas, através dos cabos de isolamento mineral. Em fábricas de vidro, há efeitos realmente estranhos e aprendi isso com o meu cliente nas fábricas de vidro. O que você pode fazer contra isso? Realmente, nada... essa difusão é disparada pela temperatura e a única maneira de ter certeza de que sua medição da temperatura é precisa, como você viu no padrão no episódio anterior, é que o padrão só é válido para fios novos. Você tem que trocar termopares com muito regularidade se você estiver operando com eles em uma aplicação crítica de segurança. Essa é a única coisa que você pode fazer, troque!
