Quais são os tipos comumente usados ​​de sensores de temperatura

Os sensores de temperatura são ferramentas importantes na engenharia moderna, na pesquisa científica e na vida cotidiana. Eles permitem que você fique de olho e controle as condições térmicas em uma ampla variedade de configurações. Termopares, detectores de temperatura de resistência (RTDs), termistores (versões NTC e PTC) e sensores de temperatura de circuito integrado (IC) são os tipos mais populares. Termopares e RTDs são os tipos mais comuns de sensores usados ​​em fábricas porque são confiáveis, flexíveis e podem funcionar em ambientes difíceis. Cada tipo de sensor funciona com princípios diferentes, o que significa que apresentam benefícios diferentes em termos de faixa de temperatura, precisão, tempo de resposta, custo e adaptabilidade a diferentes ambientes. Isso permite que os engenheiros escolham a melhor solução para uma determinada situação, como controle de processos, sistemas HVAC, equipamentos médicos, aplicações automotivas e dispositivos IoT.




Termopares



Os termopares funcionam por causa do efeito Seebeck (efeito termoelétrico), que ocorre quando dois condutores metálicos diferentes são conectados em uma extremidade para formar uma junção de medição. Uma força eletromotriz menor (tensão) é criada quando há um diferencial de temperatura entre a junção quente (de medição) e a junção fria (de referência). Esta tensão está diretamente relacionada à diferença. É possível encontrar a temperatura exata medindo esta tensão e fazendo os ajustes corretos para a temperatura da junção de referência.



Os termopares podem medir uma ampla faixa de temperaturas, desde -200 graus até bem mais de 2.000 graus, dependendo dos materiais empregados. Isso os torna perfeitos para locais muito quentes ou muito frios. Eles têm um design simples e forte que os torna muito duráveis ​​e capazes de resistir a choques, vibrações e situações adversas. Os termopares também são baratos, não precisam de fonte de energia externa para funcionar e têm tempos de resposta térmica rápidos, o que é importante em processos que mudam rapidamente. Mas seu sinal de saída é bastante pequeno (geralmente na faixa de microvolts), então eles precisam de circuitos de amplificação e de ajuste de junção fria para permanecerem precisos. Algumas categorias comuns são:



Tipo K (níquel-cromo/níquel-silício): o tipo mais comum, funciona bem de -200 graus a +1260 graus e tem um preço razoável e é resistente à oxidação.



Tipo J (ferro/cobre-níquel): Funciona bem em temperaturas mais baixas, até cerca de 750 graus, e é amplamente empregado na redução de atmosferas.



Tipo S (platina-ródio/platina): este é um tipo de metal nobre usado em aplicações de alta-precisão e alta-temperatura que vão até 1.600 graus ou mais. É usado em fornos e aeronaves.



Os termopares são muito importantes em indústrias que trabalham com altas temperaturas, como metalurgia (fundição de aço), processamento químico, geração de energia (caldeiras e turbinas) e fabricação de vidro.







II. Detectores de temperatura de resistência (RTDs)



Os RTDs dependem do fato de que a resistência elétrica de metais puros, como a platina, muda de maneira previsível quando a temperatura muda. A resistência aumenta em linha reta à medida que a temperatura aumenta, seguindo regras como a equação de Callendar-Van Dusen. O sensor Pt100 (100 ohms a 0 grau) e o Pt1000 são os dois tipos mais comuns.



Os RTDs são ótimos porque são muito precisos (geralmente ±0,1 grau ou melhor), estáveis ​​ao longo do tempo e têm uma resposta linear em uma ampla faixa de temperaturas (geralmente de -200 graus a +660 graus, mas alguns projetos podem ir muito mais alto). Por isso, são melhores para tarefas que exigem muita precisão, como calibrar laboratórios, processar alimentos, fabricar medicamentos e controlar sistemas HVAC. Seus principais problemas são que demoram mais para responder porque têm mais massa térmica, custam mais que os termopares e precisam de uma corrente de excitação externa (fonte de corrente constante) para medir a resistência sem cometer erros de auto-aquecimento. Usar configurações de três ou quatro fios é uma grande vantagem porque compensam a resistência do fio condutor e melhoram muito a precisão geral do sistema, especialmente em longas distâncias.







III. Termistores



Termistores são sensores feitos de semicondutores que mudam muito sua resistência conforme a temperatura muda. Eles são divididos em NTC (coeficiente de temperatura negativo, o que significa que a resistência diminui à medida que a temperatura aumenta) e PTC (coeficiente de temperatura positivo, o que significa que a resistência aumenta rapidamente acima de um determinado ponto).



Os termistores NTC são extremamente sensíveis (muito mais que os RTDs ou termopares), respondem rapidamente, são pequenos e baratos. Eles funcionam bem na faixa de -50 a +150 graus Celsius (com algumas versões expandidas). Eles são muito usados ​​em sistemas de gerenciamento de baterias, controle climático de automóveis, eletrodomésticos (como geladeiras e fornos) e eletrônicos de consumo. O principal problema é que a curva de resistência-de temperatura é bastante não-linear, o que significa que você precisa usar matemática ou tabelas de pesquisa para obter leituras precisas. Além disso, eles têm problemas de intercambialidade se não estiverem calibrados. Os termistores PTC, por outro lado, são usados ​​principalmente para prevenção de super-temperatura, restrição de corrente de partida e elementos de aquecimento autorreguláveis, em vez de medição contínua exata.







4. Sensores de temperatura para circuitos integrados (ICs) Os sensores IC combinam o elemento sensor, o condicionamento de sinal e, às vezes, a conversão analógica-para{2}}digital em um chip de silício. Eles podem enviar tensão analógica (como 10 mV/grau) ou sinais digitais por meio de protocolos como I²C, SPI ou 1-Wire. Algumas marcas conhecidas são os dispositivos das séries LM35, DS18B20 e TMP.



Eles têm uma baixa taxa de erro (±0,5 grau normal), respondem rapidamente, precisam de poucas peças externas e são fáceis de conectar a microcontroladores. Isso os torna perfeitos para sistemas embarcados, eletrônicos de consumo, nós IoT, PCs e dispositivos portáteis. A faixa de temperatura de -55 a +150 graus Celsius limita seu uso em locais muito quentes ou muito frios, mas sua facilidade de uso e capacidade de trabalhar com outros dispositivos compensam isso em muitas aplicações atuais.







V. Outros tipos de suplementos Além dos principais sensores de contato, há diversas opções de especialidades que atendem a finalidades específicas.



Sensores de temperatura infravermelhos (sem{0}}contato) podem medir a temperatura sem tocar no objeto, pois podem ver a radiação de calor proveniente dele. Eles são ótimos para monitorar altas temperaturas (como metais fundidos), alvos móveis ou locais perigosos. Você pode encontrá-los em termômetros de ouvido médicos, pirômetros industriais e verificações de segurança alimentar.



Os termômetros bimetálicos usam a expansão térmica diferente de dois metais ligados para mover um ponteiro. Isso proporciona uma leitura simples e confiável sem a necessidade de energia. Eles funcionam bem com termostatos domésticos simples, fornos e medidores industriais que não são muito precisos.



Os sensores de temperatura de fibra óptica são imunes à interferência eletromagnética, resistentes à corrosão e capazes de detectar grandes distâncias porque usam recursos ópticos como decaimento de fluorescência ou interferometria. Eles são muito importantes em locais como subestações de alta-tensão, transformadores, máquinas de ressonância magnética e locais onde há presença de explosivos ou materiais nucleares.



Resumindo, ao escolher um sensor de temperatura, você precisa pensar em coisas como quão preciso ele precisa ser, quão ampla é a faixa de temperatura, quão rápido ele precisa responder, quanto custa, quão resistente ele precisa ser no ambiente e quão fácil é de instalar. Os termopares são a melhor escolha para operações industriais com temperaturas-muito altas, os RTDs são os mais precisos em ambientes controlados, os termistores são a melhor escolha para faixas intermediárias com baixo custo e os sensores IC facilitam a conexão digital de eletrônicos. Infravermelho e fibra óptica são dois exemplos de outros tipos que permitem cobrir todos os setores, mesmo aqueles que não podem ser alcançados por toque direto ou EMI.