Quais são os sensores de temperatura e umidade mais comuns?

Quais são os sensores de temperatura e umidade mais comuns?

No passado, os sensores de temperatura e umidade eram relativamente simples, mas com a maturidade e o progresso da tecnologia, o desenvolvimento desses sensores tem se aprimorado cada vez mais. Como a temperatura e a umidade estão intimamente relacionadas tanto a grandezas físicas quanto à vida cotidiana das pessoas, sensores que integram essas duas características são essenciais para o desenvolvimento de sensores. Um sensor de temperatura e umidade é um dispositivo capaz de converter temperatura e umidade em sinais elétricos que podem ser facilmente medidos e processados. Os sensores de temperatura e umidade disponíveis no mercado geralmente medem a temperatura e a umidade relativa.

Considerando os diversos tipos de sensores disponíveis no mercado, incluindo sensores de temperatura e umidade, existem inúmeras categorias de sensores de umidade. Naturalmente, suas áreas de aplicação também são bastante variadas. Vamos analisar mais detalhadamente os tipos de sensores de umidade existentes.

De acordo com o método de monitoramento, os sensores de temperatura e umidade são divididos em sensores de contato e sensores sem contato.

Tipo de contato: A parte de detecção do sensor de temperatura de contato e a parte a ser medida. O objeto em contato, também chamado de termômetro, atinge o equilíbrio térmico por condução ou convecção, de modo que o valor da leitura possa indicar diretamente a temperatura do objeto medido. Geralmente, a precisão da medição é alta. Dentro de uma determinada faixa de medição de temperatura, o termômetro também pode medir a distribuição de temperatura dentro do objeto. No entanto, para objetos em movimento, alvos pequenos ou objetos com baixa capacidade térmica, ocorrerão erros de medição maiores. Os termômetros mais comuns incluem termômetros bimetálicos, termômetros de vidro para líquidos, termômetros de pressão, termômetros de resistência, termistores e termopares.

Tipo sem contato: Seus componentes sensíveis e o objeto medido não se tocam, também conhecido como instrumento de medição de temperatura sem contato. Este tipo de instrumento pode ser usado para medir a temperatura da superfície de objetos em movimento, alvos pequenos e objetos com baixa capacidade térmica ou mudanças rápidas de temperatura (transitórias), e também pode ser usado para medir a distribuição de temperatura em um campo térmico.

O instrumento de medição de temperatura sem contato mais comum é baseado no princípio da radiação de corpo negro e é chamado de termometria por radiação. A termometria por radiação inclui o método de luminância (ver pirômetro óptico), o método de radiação (ver pirômetro de radiação) e o método colorimétrico (ver termômetro colorimétrico). Todos os métodos de medição de temperatura por radiação só podem medir a temperatura de luminância, a temperatura de radiação ou a temperatura colorimétrica correspondente.

O sensor de temperatura e umidade também se divide em dois tipos: tipo dividido e tipo integrado. O tipo integrado foi apresentado acima, e o tipo dividido será apresentado abaixo.

O modelo dividido é composto por um sensor de temperatura e um sensor de umidade.

Os sensores de temperatura podem ser classificados em três categorias: sensores de temperatura de termistor de platina, sensores de temperatura de termopar e sensores de temperatura de termistor.

1: Sensor de temperatura de resistência térmica de platina

A resistência térmica de platina é projetada e fabricada utilizando o princípio básico de que o valor da resistência do fio de platina muda com a variação da temperatura. De acordo com o valor da resistência R(℃), ela é dividida em 10 ohms (número de graduação Pt10) e 100 ohms (número de graduação Pt100), etc., e a faixa de medição de temperatura é de -200 a 850℃.

Os modelos que utilizam o resistor térmico de platina PT100 como elemento sensor de temperatura incluem os tipos blindado, de montagem, de encaixe e de resistência térmica de superfície. São utilizados principalmente em indústrias que exigem baixos erros de temperatura ou instrumentos de precisão.

2: Sensor de temperatura termopar

O termopar é o sensor de temperatura mais comumente usado em medições de temperatura. Suas principais vantagens são a ampla faixa de temperatura e a adaptabilidade a diversos ambientes atmosféricos, além de ser robusto, de baixo custo, não necessitar de fonte de alimentação externa e ser o mais barato. Um termopar é composto por dois fios metálicos diferentes (metal A e metal B) conectados em uma extremidade. Quando uma extremidade do termopar é aquecida, ocorre uma diferença de potencial no circuito do termopar. A variação de temperatura correspondente é obtida através da mudança do potencial elétrico. Os termopares são os sensores de temperatura mais simples e versáteis, porém não são adequados para medições e aplicações de alta precisão.

3: Termistor

É composto de cerâmica de óxido metálico e é um sensor de temperatura de baixo custo e extremamente sensível.

Os termistores são feitos de materiais semicondutores, geralmente com coeficiente de temperatura negativo, ou seja, a resistência diminui com o aumento da temperatura. Variações de temperatura causam grandes variações na resistência, tornando-os os sensores de temperatura mais sensíveis. No entanto, a linearidade do termistor é extremamente baixa e depende muito do processo de fabricação. O termistor mede a temperatura absoluta em duas linhas, com maior precisão, mas é mais caro que um termopar e a faixa de temperatura mensurável também é menor. Um termistor comumente usado tem uma resistência de 5 kΩ a 25 °C, e uma variação de temperatura de 1 °C causa uma variação de resistência de 200 Ω. Observe que a resistência dos terminais de 10 Ω causa um erro insignificante de apenas 0,05 °C. É muito adequado para aplicações de controle de corrente que exigem medição de temperatura rápida e sensível. O tamanho reduzido é vantajoso para aplicações com restrições de espaço, mas deve-se ter cuidado para evitar erros de autoaquecimento.

O sensor de umidade é dividido em dois tipos: tipo resistivo e tipo capacitivo.

A característica do resistor sensível à umidade é a de possuir uma película de material sensível à umidade depositada sobre o substrato. Quando o vapor de água presente no ar é adsorvido por essa película, a resistividade e o valor da resistência do elemento se alteram. Essa característica é utilizada para medir a umidade.

Os capacitores sensíveis à umidade são geralmente feitos de capacitores de filme polimérico. Os materiais poliméricos mais comuns incluem poliestireno, poliimida, acetato de butirato, etc. Quando a umidade do ambiente muda, a constante dielétrica do capacitor sensível à umidade muda, e sua capacitância também muda. A variação da capacitância é proporcional à umidade relativa.

Os métodos comuns de medição de umidade são: método dinâmico (método de dupla pressão, método de dupla temperatura, método de fluxo dividido), método estático (método do sal saturado, método do ácido sulfúrico), método do ponto de orvalho, método do bulbo seco e úmido e vários sensores eletrônicos.

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