Tipo de produto
O termopar mede a temperatura gerando a própria tensão. Dois metais distintos unidos em um ponto produzem uma pequena diferença de potencial quando esse ponto está a uma temperatura diferente da outra extremidade dos fios, e o valor dessa tensão segue uma curva publicada para o par de metais usado. Nada precisa ser fornecido ao sensor para que ele funcione, e é essa propriedade que decide onde os termopares são usados: no topo da faixa de temperatura, nos menores pontos de medição e em máquinas onde um elemento de resistência não sobreviveria.
O termopar mede a temperatura gerando a própria tensão. Dois metais distintos unidos em um ponto produzem uma pequena diferença de potencial quando esse ponto está a uma temperatura diferente da outra extremidade dos fios, e o valor dessa tensão segue uma curva publicada para o par de metais usado. Nada precisa ser fornecido ao sensor para que ele funcione, e é essa propriedade que decide onde os termopares são usados: no topo da faixa de temperatura, nos menores pontos de medição e em máquinas onde um elemento de resistência não sobreviveria.
Os tipos indicados por letras são o atalho para esses pares de metais. O tipo K é o coringa de uso geral na faixa intermediária e alta, o tipo J atende equipamentos mais antigos, o tipo T cobre baixas temperaturas e refrigeração, o tipo E oferece a maior sensibilidade entre os pares de metais base, o tipo N foi desenvolvido para oferecer melhor estabilidade em temperatura elevada, e os tipos R, S e B usam platina e ródio para as faixas mais altas e os serviços mais exigentes. A escolha entre eles é uma escolha de faixa, sensibilidade, atmosfera e custo, e ela define em qual tipo o instrumento receptor precisa ser ajustado.
O comprador recorre a um termopar em duas situações que parecem diferentes e são o mesmo problema. A primeira é uma temperatura acima do que um elemento de resistência suporta, tipicamente acima de 500 °C e certamente acima de 850 °C. A segunda é um ponto de medição pequeno, veloz ou de acesso difícil para uma sonda inserida: o cilindro de uma injetora, uma cinta aquecedora, a carcaça de um rolamento, um duto de exaustão, uma superfície de vidro ou cerâmica. Nos dois casos, o fator decisivo costuma ser mecânico, e não o elemento.
O que separa uma montagem de termopar de outra raramente é a letra. São a forma da junção, o material e o diâmetro da bainha, como a sonda é mantida contra o processo e como a junção fria na extremidade oposta é tratada. Essas quatro decisões definem o tempo de resposta, a vida útil e o erro real de medição, e são elas que vale definir antes de cotar.
O efeito leva o nome de Seebeck. Onde dois metais distintos se encontram, uma diferença de temperatura entre esse ponto e as outras extremidades dos fios produz uma pequena corrente, e a tensão resultante é aproximadamente proporcional à diferença de temperatura em um trecho limitado. Ela não é proporcional em toda a faixa, e é por isso que cada tipo tem seu próprio polinômio e que o instrumento precisa ser avisado de qual tipo está lendo. O sinal do termopar também é pequeno: dezenas de microvolts por grau nos tipos comuns de metais base, e apenas poucos microvolts por grau nos tipos de platina.
Como a tensão é gerada entre a junção de medição e os terminais onde os fios chegam, a temperatura nesses terminais faz parte da medição. O remédio é a compensação da junção fria: o instrumento mede a temperatura dos próprios terminais e soma de volta a tensão correspondente, de modo que a leitura reflita apenas a junção de medição. A compensação não é opcional e não é um refinamento. Sem ela, um termopar informa a diferença entre duas temperaturas, e apenas uma delas é a que se quer.
O mesmo princípio restringe a fiação. Todo ponto em que o fio de termopar encontra o cobre é, ele próprio, uma junção de termopar, de modo que o circuito precisa ser montado com o fio de termopar correspondente e, onde houver prolongamento, com cabo de compensação ou de extensão do mesmo tipo e com conectores das mesmas ligas. Um bloco de terminais de cobre entre a sonda e o instrumento interrompe menos a medição do que insere duas outras junções cujas temperaturas são desconhecidas, e o erro que elas introduzem é fixo e fácil de confundir com deriva do sensor.
Duas consequências se seguem para a própria junção. A junção aterrada solda o ponto de medição à bainha, o que dá resposta rápida, porque calor e corrente passam com facilidade, mas também liga o circuito de medição a tudo o que a bainha tocar; em metal aterrado, esse caminho pode ser fonte de ruído ou de corrente de circulação. A junção não aterrada isola o ponto de medição dentro da bainha, o que isola o circuito ao custo do tempo de resposta. A junção exposta é ainda mais rápida e é usada quando o meio não é corrosivo e não precisa ficar fora dele.
Grande parte da especificação é definida por essas decisões, e não pela classe de exatidão. Cada uma restringe a seguinte, e por isso elas são resolvidas em ordem.
| Decisão | Opções a definir | O que isso decide de fato |
|---|---|---|
| Tipo de calibração | K, J, T, E, N, R, S ou B, e o cabo de extensão correspondente | A faixa utilizável, a sensibilidade em microvolts por grau, a atmosfera que o par suporta e em qual tipo o instrumento receptor precisa ser ajustado. É a única decisão que invalida a leitura por completo quando está errada. |
| Forma da junção | Aterrada, não aterrada ou exposta; a junção pode ser soldada ou fazer parte de um contato com mola | O tempo de resposta, o isolamento elétrico entre o circuito de medição e a máquina e o quanto a junção fica protegida do meio. |
| Bainha e diâmetro | Aço inoxidável, Inconel, cerâmica ou cabo mineral isolado com trança, em diâmetros de menos de um milímetro a vários milímetros | Com que rapidez o conjunto responde e o que ele suporta. Uma bainha pesada em liga resistente à corrosão dura, e responde como a bainha, e não como a junção que está dentro dela. |
| Como a sonda é mantida | Grampo com mola, cabeça roscada, conexão de compressão, base soldada ou ponta nua contra uma superfície | A pressão de contato e a profundidade de imersão, que juntas decidem se a junção vê a temperatura do processo ou a temperatura do suporte que a mantém. |
| Tratamento da junção fria | Cabeça de terminais na sonda, transmissor montado na sonda ou cabo de compensação que retorna até o instrumento | Onde a compensação acontece e o que o percurso custa. Transmitir na sonda converte a pequena tensão em sinal de malha antes que ela capte interferência. |
| Número de pontos de medição | Uma sonda por canal ou um cartão de entrada multiplexado | Se cada ponto precisa do próprio canal de instrumento e da própria compensação, o que em uma máquina multiponto costuma ser a maior parte do custo. |
| Fator | Como definir isso | Por que isso decide a resposta |
|---|---|---|
| O topo da faixa de temperatura | Parta da temperatura normal de trabalho e acrescente o sobressalto que o processo realmente produz, e não o que a malha de controle deveria produzir. | O tipo de letra e o material da bainha decorrem disso. Um par de metais base escolhido por economia deixa de ser a resposta certa bem abaixo da faixa impressa para ele, uma vez considerada a atmosfera. |
| A atmosfera | Declare em que a sonda está: ar, gás de chaminé, metal fundido, vácuo, ambiente redutor ou oxidante, ou uma superfície quente em ar parado. | O tipo K tende à deriva em atmosfera redutora e ao efeito de ordenamento de curto alcance em torno de 250 a 550 °C; o tipo N foi desenvolvido em parte para responder a isso. Os tipos de platina são a resposta em alta temperatura, mas não são imunes à contaminação. |
| Tempo de resposta necessário | Decida se a leitura precisa acompanhar um processo em variação ou se é apenas um valor em regime permanente. | Uma bainha fina, uma junção aterrada ou exposta e pequena massa na ponta todos encurtam a resposta, e cada um troca proteção ou isolamento por rapidez. Um conjunto lento lendo um processo cíclico informa uma média que ninguém pediu. |
| Ambiente elétrico | Diga se a sonda está fixada em metal aterrado e se há inversores de frequência ou aquecedores por perto. | O sinal de microvolts capta interferência que uma malha 4-20 mA ignora. Cabo com blindagem ou trança e junção não aterrada são as respostas usuais, e transmitir na sonda é a mais completa. |
| Distância até o instrumento | Meça o percurso e decida onde a junção fria deve ficar. | O cabo de compensação é mais caro que o de cobre e tem sua própria tolerância, de modo que um percurso longo costuma ser melhor atendido por um transmissor na sonda do que por uma longa linha de compensação de volta à sala de controle. |
| Se a leitura precisa ser verificável | Pergunte se o valor será impresso, auditado ou usado para liberar um lote. | Um termopar nu não traz calibração rastreável, a menos que ela seja fornecida junto. Onde o número precisa ser defendido, o conjunto exige tolerância documentada e um caminho para nova verificação. |
Estes são os tipos em que uma consulta sobre um termopar normalmente se resolve, e o ponto em que a escolha realmente se decide.
| Alternativa mais próxima | Diferença em relação a um termopar |
|---|---|
| Termopares tipo K | Um único tipo de letra, e não a família. Vale escolher quando o par de uso geral cobre a faixa e a atmosfera, e vale evitar quando o processo está na faixa do efeito de ordenamento ou opera em atmosfera redutora. |
| Sensores de temperatura RTD | Mede resistência, em vez de gerar tensão, por isso precisa de corrente de excitação e dá um sinal mais lento, maior e mais consistente. Quando a temperatura está dentro da faixa de um elemento de platina e a leitura precisa concordar entre instrumentos, o RTD é o instrumento melhor, e o termopar não é um equivalente. |
| Detectores de temperatura por resistência | O elemento de resistência nu ou o componente sensor, fornecido como peça com condutores, e não como conjunto montado com conexão de processo. É a escolha quando a carcaça e a conexão são do próprio comprador. |
| Transmissores de temperatura | Não mede nada sozinho. Lê o termopar e converte a pequena tensão em sinal de malha antes que ele viaje, e é assim que um termopar normalmente é conectado quando o instrumento está a mais de alguns metros. |
| Termômetros de infravermelho | Lê uma superfície sem contato, de modo que pode medir um alvo em movimento ou inacessível que nenhuma sonda tocaria. Mede uma superfície, e não o volume, e a emissividade precisa ser conhecida, portanto complementa um termopar em vez de substituí-lo. |
| Controladores de temperatura | Recebe o sinal do termopar e comanda um aquecedor ou resfriador em direção a um valor de ajuste. É o instrumento ao qual a sonda se conecta na máquina, e é a parte que precisa estar ajustada na mesma letra de tipo. |
O tipo de letra é o que um pedido de orçamento cita primeiro e o que menos decide. A forma da junção, a bainha e como a sonda é mantida decidem se a medição funciona.
A primeira resposta pode ser um orçamento, e não um conjunto de perguntas, se a consulta trouxer esses dados. Quando um valor não for conhecido, envie a descrição da função e confirmaremos o que ela implica.
Produtos disponíveis
Termopares
Termopar de fixação externa com mola, cabeça roscada M12×1,5 em aço inoxidável e cabo malhado blindado, para moldes, extrusoras e cintas de aquecimento.
Também em Medição de temperatura
Todos os tipos que orçamos em Medição de temperatura. Um tipo sem link ainda é orçado - ele é descrito na Medição de temperatura visão geral, e ganha uma página própria assim que um modelo é publicado para ela.
Perguntas frequentes
O tipo K cobre o maior intervalo útil e tem a melhor disponibilidade, sendo a escolha padrão sensata até cerca de 1100 °C em condições oxidantes limpas. Afaste-se dele por um motivo, e não por preferência: tipo T para temperaturas baixas e negativas, tipo J onde o equipamento existente já está cabeado para ele, tipo N onde a estabilidade na faixa intermediária importa, tipo E onde um sinal mais forte ajuda, e um tipo de platina quando a temperatura ou o ambiente descartam um par de metais base.
Porque a caixa de junção faz parte do circuito. Onde o fio de termopar encontra o cobre, cria-se outra junção de termopar, e, se essa junção está a uma temperatura diferente da dos terminais do instrumento, a compensação passa a não corresponder ao circuito real. As causas usuais são um bloco de terminais de cobre no percurso, o cabo de extensão errado ou terminais de latão em vez da liga correspondente.
Somente quando o prolongamento é tratado como parte da medição. O cabo de cobre leva a junção fria para a extremidade oposta do cobre, e o instrumento passa a compensar o ponto errado. A resposta correta é cabo de extensão ou de compensação do tipo correspondente, e conectores das mesmas ligas. Em um percurso longo, um transmissor na sonda costuma custar menos que o cabo de compensação e elimina o problema por completo.
Ela é declarada como classe de tolerância do próprio fio e se aplica a uma temperatura de referência, e não em toda a faixa, de modo que um único número de exatidão para um conjunto de termopar é enganoso. Somam-se a isso o erro da compensação da junção fria no instrumento, a deriva do fio em serviço e, quando a sonda não está imersa, a diferença entre a ponta e o meio. Onde a leitura precisa ser defensável, é o conjunto todo que precisa ter tolerância documentada e verificação.
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