Conhecimento sobre sensores: sensor de temperatura de resistência térmica

Conhecimento sobre sensores: sensor de temperatura de resistência térmica

A temperatura é uma grandeza física intimamente ligada à vida e ao trabalho humanos. Para melhor desempenharmos nossas funções, precisamos monitorá-la por meio de equipamentos. Assim, surgiram os sensores de temperatura. Um sensor de temperatura converte a temperatura (não elétrica) em um sinal elétrico. Existem muitos tipos de sensores. Os mais comuns são os de resistência térmica, termopares, sensores de temperatura integrados, entre outros. Hoje, vamos explicar o funcionamento do sensor de resistência térmica.

resistência térmica

O sensor de temperatura por resistência térmica é um tipo de termômetro sensor que utiliza o princípio da variação da resistência de um condutor ou semicondutor com a temperatura para medi-la. A resistência térmica também pode ser conectada a um transmissor de temperatura. A temperatura é convertida em um sinal de corrente padrão para permitir o monitoramento em tempo real da temperatura ambiente. Os sensores de temperatura por resistência térmica são divididos em duas categorias: termistores metálicos e termistores semicondutores.

1. Resistência térmica do metal

O sensor de resistência térmica metálica utiliza o princípio de que o valor da resistência de um condutor metálico varia com a temperatura para medir a temperatura. Os resistores térmicos metálicos são geralmente feitos de materiais metálicos puros. Atualmente, os principais materiais utilizados são platina e cobre. Os resistores térmicos também podem ser feitos de materiais como manganês, ródio e carbono.

(1)Resistência térmica da platina

A resistência térmica de platina caracteriza-se pela alta precisão na medição de temperaturas e boa estabilidade. É um excelente material para a fabricação de resistores térmicos. O princípio de funcionamento do resistor de platina baseia-se na variação da resistência do fio de platina em função da temperatura. Pode ser utilizado para medir temperaturas na faixa de -200 a 800 °C. Suas vantagens incluem: desempenho elétrico estável, relação quase linear entre temperatura e resistência e alta precisão.

(2) Resistência térmica do cobre

Devido ao alto custo dos materiais à base de platina, o cobre é frequentemente utilizado como material de resistência térmica em levantamentos de engenharia em geral. A maior vantagem do cobre é o seu baixo preço, facilidade de purificação e boa linearidade das características de temperatura na faixa de -50 a 150 °C. A desvantagem é que a resistividade do cobre é apenas uma fração da da platina. Portanto, o material utilizado em resistências térmicas de cobre é fino e longo, com baixa resistência mecânica e grande inércia térmica. Pode ser utilizado em temperaturas superiores a 100 °C ou em meios agressivos. Quando em uso, oxida-se facilmente e apresenta baixa estabilidade. Consequentemente, a resistência térmica de cobre só pode ser utilizada em meios com baixa precisão de medição, baixa temperatura (abaixo de 100 °C) e não corrosivos.

2. Termistor semicondutor

O termistor semicondutor, abreviado como termistor, é um novo tipo de elemento semicondutor para medição de temperatura. É fabricado com algum óxido metálico ou monocristal de germânio, silício, etc., sendo o elemento sensor de temperatura produzido de acordo com um processo específico. Os termistores podem ser divididos em três tipos: termistores com coeficiente de temperatura positivo (PTC), termistores com coeficiente de temperatura negativo (NTC) e resistores de temperatura crítica (CTR), cuja resistência varia em uma determinada temperatura. O termistor mais comumente usado atualmente é o do tipo NTC. A relação entre o termistor e a resistência térmica de um metal se diferencia nos seguintes pontos.

①O coeficiente de temperatura do termistor é muito maior do que o da resistência térmica do metal, portanto a sensibilidade do termômetro semicondutor é muito alta.

② À mesma temperatura, a resistência do termistor é muito maior do que a resistência térmica do metal. Portanto, a resistência do fio de conexão tem pouca influência no erro de medição, sendo adequada para medições a longa distância.

③A não linearidade da curva de temperatura do termistor é bastante acentuada, portanto, sua faixa de temperatura de medição é muito menor do que a da resistência térmica metálica, geralmente de 50 a 300 °C.

④ O desempenho do termistor semicondutor não é suficientemente estável, a intercambiabilidade é baixa e a precisão é reduzida, sendo essas suas principais desvantagens.

Como um sensor de temperatura de uso comum, o sensor de temperatura por resistência térmica é amplamente utilizado na produção industrial para medição de temperatura na faixa de -200 °C a +500 °C devido ao seu desempenho estável, uso flexível e alta confiabilidade. Nesse caso, a temperatura mínima pode ser medida até 1 K (-272 °C) e a máxima até 1000 °C, o que atende basicamente às necessidades da produção industrial.

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