Como escolher entre um sensor de temperatura termopar e um sensor de temperatura RTD?

Como escolher entre um sensor de temperatura termopar e um sensor de temperatura RTD?

No nosso dia a dia, frequentemente nos deparamos com o uso de sensores de temperatura. Embora termopares e resistências térmicas sejam utilizados como elementos sensores de temperatura, seus princípios e funções são diferentes. Por que escolher uma resistência térmica ou um termopar para medir a temperatura em um mesmo local? Mas será que estamos falando de um tecido de lã? Hoje, apresentamos uma análise completa.

1. A diferença no princípio de funcionamento

O termopar é formado pela soldagem ou torção de dois condutores ou materiais semicondutores diferentes. Ele é dividido em uma extremidade quente e uma extremidade fria. A extremidade quente é inserida no equipamento que necessita de medição de temperatura. A extremidade fria é colocada fora do dispositivo. Se as duas extremidades estiverem em temperaturas diferentes, um potencial termoelétrico será gerado no circuito do termopar. Como o potencial termoelétrico é uma função da temperatura medida, após a medição do valor da força eletromotriz, este pode ser convertido em valor de temperatura.

A resistência térmica baseia-se na propriedade de que o valor da resistência do condutor muda com a variação da temperatura, e essa mudança de resistência é convertida em um sinal elétrico para medição de temperatura.

2. Diferença estrutural

A estrutura do termopar

Existem 3 tipos de formatos de junta frontal para termopares, conforme mostrado na figura abaixo. A união pode ser feita por soldagem a gás, soldagem de topo, soldagem por resistência, soldagem a arco, soldagem com prata e outros métodos, dependendo do tipo de termopar, diâmetro do fio e temperatura de operação.

Em aplicações industriais, para facilitar a instalação e prolongar a vida útil dos termopares, geralmente utiliza-se uma capa externa. As capas são geralmente divididas em tipo tubo protetor e tipo blindado.

A estrutura da resistência térmica

Como mostrado na figura abaixo, existem três tipos de formatos de componentes para resistores térmicos, sendo o encapsulamento cerâmico o mais comum atualmente. O encapsulamento cerâmico é utilizado para resistores térmicos com tubo protetor e resistores térmicos blindados. O diâmetro do fio de platina nu nos encapsulamentos cerâmico e de vidro é de dezenas de micrômetros, enquanto o diâmetro do fio de mica é de aproximadamente 0,05 mm. O fio condutor utiliza uma liga de platina com espessura muito maior que a do fio do componente.

Em aplicações industriais, a aparência do termopar e da capa de proteção térmica é quase idêntica. Como identificá-los quando não há placa de identificação e o sinal é desconhecido?

Primeiramente, observe os fios condutores do elemento de medição de temperatura. Normalmente, um termopar possui apenas dois fios condutores. Se houver três fios condutores, trata-se de um termopar de quatro fios. Mas, para quatro fios condutores, é necessário medir o valor da resistência para determinar se é um termopar duplo ou um termopar de quatro fios. Se a resistência for infinita, trata-se de um termopar duplo; um par de fios condutores com resistência próxima de zero também é um termopar. Se a resistência dos dois pares de fios condutores estiver entre 10 e 110 Ω, trata-se de um termopar de quatro fios; e o valor da resistência mais próximo da graduação térmica é o termopar correspondente a essa graduação.

Se houver apenas dois fios condutores, você pode usar um multímetro digital para medir o valor da resistência e fazer uma avaliação. Como a resistência de um termopar é muito pequena, a resistência térmica é quase zero; se o valor da resistência for muito baixo durante a medição, pode ser um termopar.

À temperatura ambiente, o valor mínimo da resistência térmica também será superior a 10. Resistores térmicos comuns são Pt10 e Pt100 (platina) e Cu50 e Cu100 (cobre), com quatro graduações. A uma temperatura ambiente de 20 °C, o valor da resistência de Pt10 é 10,779, o de Pt100 é 107,794, o de Cu50 é 54,285 e o de Cu100 é 108,571. O valor da resistência é maior quando a temperatura ambiente é superior a 20 °C, e a maioria dos valores de resistência pode ser determinada comparando-se dois valores de resistência. Se for um resistor térmico, também é possível saber qual é a graduação do resistor.

Como avaliar no local de trabalho?

Termopar: O termopar possui polos positivo e negativo, e o fio de compensação também possui pontos positivo e negativo. Primeiramente, certifique-se de que a conexão e a configuração estejam corretas. Durante a operação, os problemas mais comuns são curto-circuito, circuito aberto, mau contato (verificado com um multímetro) e deterioração (identificada pela cor da superfície). Ao verificar, o termopar deve ser desconectado do medidor secundário. O método que utilizo na prática serve como referência: curto-circuite o fio de compensação no medidor secundário com uma ferramenta; o medidor indicará a temperatura ambiente (caso contrário, o medidor está com defeito); em seguida, curto-circuite o terminal do termopar para indicar a temperatura ambiente onde o termopar está localizado (caso contrário, o fio de compensação está com defeito); e então utilize a escala de mV do multímetro para estimar aproximadamente o potencial termoelétrico do termopar (se estiver normal, verifique o processo).

Resistência térmica: nada mais é do que curto-circuito e circuito aberto, que podem ser avaliados com um multímetro. Durante a operação, se houver suspeita de curto-circuito, basta remover a extremidade do resistor e observar o visor do multímetro. Se o valor atingir o máximo, o resistor térmico está em curto-circuito; se zerar, o fio está em curto-circuito. Quando a conexão e a configuração estão corretas, se o valor do multímetro for baixo ou instável, é importante proteger o sistema contra inundações. O valor máximo indica circuito aberto; o valor mínimo indica curto-circuito. De modo geral, um resistor térmico é usado para temperaturas abaixo de 300 graus, e um termopar é usado para temperaturas acima de 300 graus. Conforme a temperatura muda, a resistência do resistor térmico muda, e o potencial termoelétrico do termopar também muda.

Por fim, como escolher o termopar e a resistência térmica?

Escolha de acordo com a faixa de medição de temperatura: geralmente, escolha um termopar acima de 500℃ e, geralmente, escolha uma resistência térmica abaixo de 500℃;

Escolha de acordo com a precisão da medição: escolha resistência térmica para requisitos de maior precisão e escolha termopar para requisitos de menor precisão;

Selecione de acordo com a faixa de medição: a temperatura medida pelo termopar geralmente se refere à temperatura 'pontual', e a temperatura medida pela resistência térmica geralmente se refere à temperatura média no ambiente.

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