Termopar de fixação externa

Um termopar de fixação externa mede a temperatura de uma superfície de máquina ou de um ponto furado mantendo uma sonda com mola pressionada contra ela. A junção de medição fica dentro de uma pequena ponta de aço inoxidável, e o corpo que a sustenta é uma braçadeira rotativa com mola comprida, de modo que a profundidade de inserção pode ser definida no ponto de medição, e não pelo comprimento da sonda. Em injetoras, extrusoras, moldes e cintas de aquecimento essa é normalmente a diferença prática: a sonda precisa ser pressionada dentro de um bocal, de um cilindro ou de uma cinta, em um lugar sem espaço para uma montagem roscada e sem acesso para chave.

A construção desta página é tipo K como padrão, com tipo E e um elemento de resistência PT100 oferecidos no mesmo corpo. O tipo K cobre 0 a 800 °C, o tipo E 0 a 400 °C e o PT100, -200 a 450 °C. A cabeça roscada é de aço inoxidável M12×1,5 e é removível, deixando uma sonda de fixação externa simples onde não há rosca para usar. O cabo é uma malha de aço inoxidável sobre um cabo blindado de alta temperatura, em comprimentos de 1 a 5 m, e o material da ponta é ferro.

A junção é soldada, e não torcida. O material fornecido faz questão disso: os dois condutores são unidos dentro da ponta por solda a arco com argônio e isolados por um tubo cerâmico de alta frequência, o que é uma construção diferente da prática comum de torcer os condutores entre si, e é essa diferença que aparece como estabilidade no topo da faixa.

Como um termopar funciona

O termopar produz uma tensão, e não uma resistência. Dois metais diferentes unidos em um ponto geram uma pequena diferença de potencial quando essa junção está a uma temperatura diferente da outra extremidade dos fios, e a tensão é de poucas dezenas de microvolts por grau. Nada precisa ser fornecido ao sensor para que ele funcione, e é por isso que o termopar serve ao topo da faixa de temperatura, onde um elemento de resistência derivaria, e por que ele pode ser feito muito pequeno.

Esse mesmo princípio define as restrições. 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 instrumento precisa conhecer a temperatura dos terminais e compensá-la. Isso também significa que o circuito precisa ser montado com o condutor de termopar correspondente em todo o seu comprimento. Todo ponto onde o condutor de termopar encontra um condutor de cobre é ele próprio uma junção de termopar, e uma junção que não está à temperatura dos terminais contribui com um erro, e não com uma conexão.

As duas formas de junção do material fornecido decorrem de como a ponta é construída. Em uma junção aterrada, a solda também está em contato elétrico com a bainha, de modo que o calor chega depressa e a resposta é rápida, mas o circuito de medição fica ligado àquilo que a bainha tocar. Em uma junção não aterrada, a solda fica isolada dentro da ponta, o que isola o circuito ao custo de uma resposta mais lenta. O material oferece as duas e não declara tempo de resposta para nenhuma, de modo que a escolha se faz pelos motivos da instalação, e não por um valor publicado.

Duas propriedades práticas vêm da construção. A malha sobre o cabo é ao mesmo tempo protetor mecânico e blindagem, o que importa em uma máquina com acionamentos e aquecedores, onde um sinal de milivolts sem blindagem capta interferência. E a malha é de aço inoxidável enquanto a ponta é de ferro, de modo que a sonda tolera o contato com a máquina sem que o cabo fique rígido e quebradiço como ficaria um cabo de polímero comum perto de uma cinta quente.

Como escolher o termopar de fixação externa

Comece pela temperatura e pelo instrumento. O tipo de calibração segue a faixa: tipo K até 800 °C, tipo E até 400 °C, ou a variante PT100 quando um elemento de resistência combina mais com o instrumento. Daí em diante a decisão é obrigatória, porque o sensor precisa corresponder ao tipo de entrada do instrumento de temperatura a que ele é ligado. Um PT100 em uma entrada tipo K dá uma indicação plausível e errada, e o material fornecido aponta exatamente isso.

Depois vem a montagem. Onde a máquina tem um resalto roscado no ponto de medição, a cabeça de aço inoxidável M12×1,5 é rosqueada nele e a mola define a pressão de contato. Onde não tem, a cabeça é retirada e a sonda é fixada diretamente. O assento de fixação tem 11,5 mm interno e 13 mm externo com 18 mm de altura, e versões de 12 mm e 14 mm são oferecidas sob encomenda, de modo que o assento precisa corresponder ao resalto ou ao furo em que ele se apoia.

Vem então a forma da junção, aterrada ou não aterrada, pelos motivos acima: velocidade contra isolamento.

Depois o cabo. A faixa padrão é de 1 a 5 m, com 1 m, 5 m e 7 m dados como comprimentos usuais, e outros comprimentos sob encomenda. Uma linha mais longa que a faixa padrão exige uma extensão, e uma extensão precisa ser feita com o mesmo condutor de termopar, com conectores correspondentes; o material fornecido não os especifica. Onde o cabo passa perto de uma superfície quente ou ao longo de um eixo em movimento, é a malha que o protege, e o raio mínimo de curvatura para isso não é declarado.

Por fim o terminal. Terminais em forqueta são o padrão, com vermelho ao positivo e azul ao negativo. Onde o terminal do instrumento não aceita uma forqueta, terminais em pino podem ser feitos sob encomenda.

Limites de medição e pontos a confirmar

O sensor não é, sozinho, um instrumento de medição com rastreabilidade. O material fornecido não dá classe de exatidão nem tolerância para o termopar, e não dá tempo de resposta, de modo que esta página declara as faixas, mas não uma incerteza de medição. Onde a leitura precisa ser defendida, o termopar deve ser acompanhado de um transmissor ou de um instrumento cuja exatidão seja conhecida e, idealmente, verificada contra um padrão de referência.

O cabo é um limite fácil de esquecer. Uma sonda com faixa até 800 °C na ponta não significa que o cabo resista a 800 °C, e o material fornecido não declara a classe de temperatura do cabo nem a do isolamento. O ponto de medição e o caminho percorrido pelo cabo precisam, portanto, ser considerados separadamente.

Várias propriedades citadas no material não são quantificadas. A sonda é descrita como capaz de se curvar e de suportar alta pressão, mas nenhum raio mínimo de curvatura e nenhum valor de pressão são dados, de modo que nenhum dos dois é publicado aqui. O material também dá uma faixa padrão de cabo de 1 a 5 m e depois inclui 7 m entre os comprimentos usuais, o que está acima dessa faixa como declarada.

Por fim, a identificação está em aberto. O material fornecido dá o tipo de calibração no campo de modelo em vez de um número de peça, e um tipo de calibração é comum a todo fornecedor desse termopar, de modo que ele não é usado aqui como identificador. Um pedido deve declarar o tipo de calibração, a forma da junção, o comprimento do cabo, o terminal e as dimensões do assento de fixação.