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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
DO PARANÁ
UNIDADE SUDOESTE – CAMPUS PATO BRANCO
TECNOLOGIA EM MANUTENÇÃO INDUSTRIAL
CONTROLE E AUTOMAÇÃO
TERMISTORES
TERMOPARES
PATO BRANCO
Termistores
Os termistores são resistores termicamente sensíveis, cujas características exibem grandes mudanças na resistência com uma pequena mudança da temperatura do corpo, devido à alteração na concentração de portadores de carga. Esta mudança da resistência com a temperatura pode resultar em um coeficiente negativo da resistência, onde a resistência diminui com um aumento na temperatura (termistor NTC ). Quando a resistência aumenta com um aumento na temperatura, o resultado é um coeficiente positivo da
temperatura (termistor PTC). A maioria dos metais têm um coeficiente positivo de temperatura. Os termistores são fabricados depositando-se uma pequena quantidade de pasta semicondutora sobre fios de liga de platina. Posteriormente, as unidades são revestidas com um epoxi para a proteção e a estabilização. A natureza do material do termistor possibilita que mudanças mínimas na temperatura do corpo, gerem uma grande mudança na resistência medida, esta relação é exponencial. Obs.: A distinção entre termo-resistência e termistor (ou termistência) prende-se com o tipo de material utilizado na sua construção. A diferença é que as termo-resistências, que em língua inglesa são designados resistance temperature detectors , RTD , utilizam materiais condutores como a platina, o cobre ou o níquel; e os termistores (ingl. thermal resistors ) utilizam misturas semicondutoras, como o manganésio, o níquel, o cobalto, o cobre, o ferro, o titânio, etc.
Para que eles servem?
Para medições, controle e compensação de variações de temperaturas nas faixas mais baixas. Em geral, são utilizados em uma faixa de – 100 até 300 o^ C. São amplamente utilizados como sondas de
temperatura em aplicações industriais, em aparelhagem médica, em eletrodomésticos, em instrumentação para investigação científica, no setor automobilístico, em telecomunicações, em aplicações militares, etc. Em algumas aplicações destinam-se a medir valores absolutos de temperatura razoáveis, como é o caso das aplicações médicas, ao passo que em outras, como as aplicações industriais, podem destinar- se a medir temperaturas de vários milhares de kelvin. Outra distinção importante consiste na precisão da medida de temperatura a efetuar.
Em alguns casos uma precisão de 1 ºC na medição da temperatura é suficiente, ao passo que em outras se exige uma precisão da ordem do décimo ou, até mesmo, do centésimo de grau.
NTC, na mesma faixa. Seu uso é mais freqüente como sensor de sobretemperatura, em sistemas de proteção, por exemplo, de motores.
Termopares
O termopar gera uma tensão elétrica que tem relação com a diferença de temperaturas entre junções de metais diferentes. A figura ao lado dá o esquema básico do funcionamento.
A junção da extremidade é a junção de medição e fica fisicamente no local do qual se deseja medir a temperatura. As duas junções de conexão dos fios para o dispositivo de medição são as junções de referência ou junções frias. Embora sejam duas, na realidade podem ser consideradas únicas, pois o metal em ambos os condutores é o mesmo (cobre normalmente).
Além da tensão provocada pela diferença de temperaturas entre junções, há a parcela gerada pelo gradiente de temperatura ao longo dos fios. Ao contrário da primeira, ela tem uma relação
quadrática com a temperatura e é responsável pela relação não linear do dispositivo.
Notar que junções na mesma temperatura não afetam a saída. Assim, elas podem ser soldadas (as junções produzidas pelo metal da solda estão na mesma temperatura).
Vantagens e desvantagens
Termopares geram sua própria tensão, não requerem corrente de excitação (isso significa que não há erros por auto-aquecimento, que podem ocorrer com os anteriores). São simples, robustos, imunes a vibrações, fáceis de construir, operam em ampla faixa de valores. Por essas características, são amplamente usados em equipamentos industriais.
Certamente as principais desvantagens são o baixo nível da saída (valores típicos estão na faixa de 50 mV), a não linearidade e a necessidade de compensação da temperatura da junção de referência. Com níveis tão baixos de tensão, cuidados devem ser tomados para evitar ação de interferências (blindagens, fios trançados, etc).
Há diversos arranjos físicos de termopares. A figura abaixo dá dois exemplos. Em A, o elemento é colocado no interior de um tubo (aço inox com peças internas de cerâmica para evitar contato elétrico ou cerâmica para temperaturas mais altas).
Essa construção dá alguma proteção contra ação do meio.
Em B, o elemento é envolvido por uma barra cerâmica, deixando
Termopares também podem ser ligados em série, formando uma termopilha. Com isso, a tensão de saída é aumentada, amenizando o problema da baixa tensão individual.
No diagrama da figura ao lado, a tensão V é proporcional à diferença de temperaturas Ta
- Tb. Termopilhas com dezenas ou centenas de termopares são usadas em instrumentos como medidores de fluxo de calor, radiômetros e outros. Podem ser construídas com fios ou outras técnicas, como eletrodeposição por exemplo. O efeito termoelétrico também pode ser usado para gerar energia. Geradores termoelétricos foram usados em algumas sondas espaciais. Com termopilhas e ligas especiais para maximizar a corrente. A fonte de calor é um material radioativo como o plutônio e o resfriamento é dado pela dissipação no espaço. Geradores deste tipo podem fornecer algumas dezenas de watts por alguns anos. Entretanto, os perigos da radioatividade impedem o emprego em outras áreas. O termopar pode operar de forma inversa, isto é, se uma corrente é aplicada no mesmo, uma junção aquece e a outra esfria. Isso é chamado efeito Peltier e é usado em pequenos dispositivos de refrigeração.
Referências Bibliográficas
- http://geocities.yahoo.com.br/casrodper/ materiaissemicondutores/termistor.html
- http://myspace.eng.br/eng/proc/tpr1.asp
