Vantagens e desvantagens de diferentes sensores de temperatura

Em muitos processos tecnológicos, uma das grandezas físicas mais importantes é a temperatura. Na indústria, sensores de temperatura são usados ​​para medição. Esses sensores convertem as informações de temperatura em um sinal elétrico, que é processado e interpretado pela eletrônica e pela automação. Como resultado, o valor da temperatura é simplesmente exibido no visor ou serve como base para alterar automaticamente o modo de operação de um ou outro equipamento.

De uma forma ou de outra, os sensores de temperatura são indispensáveis ​​hoje, especialmente na indústria. E é importante escolher o sensor certo para o seu propósito, entendendo claramente as características distintivas dos diferentes tipos de sensores de temperatura. Falaremos sobre isso mais tarde.

Sensores diferentes para finalidades diferentes

Tecnologicamente, os sensores de temperatura são divididos em dois grandes grupos: com contato e sem contato. Sensores sem contato usam o princípio de medição em seu trabalho parâmetros infravermelhosvindo de uma superfície distante.

Os sensores de contato, por outro lado, no mercado mais amplamente, diferem porque seu elemento sensor no processo de medição de temperatura está em contato direto com a superfície ou meio cuja temperatura deve ser medida. Assim, será mais conveniente examinar os sensores de contato em detalhes, comparar seus tipos, características, avaliar as vantagens e desvantagens de diferentes tipos de sensores de temperatura.

Ao escolher um sensor de temperatura, a primeira coisa a fazer é determinar como será necessário medir a temperatura. O sensor infravermelho poderá medir a temperatura à distância da superfície, portanto é de fundamental importância que entre o sensor e a superfície para a qual será direcionado, a atmosfera seja a mais transparente e limpa possível, caso contrário a temperatura os dados serão distorcidos ( veja - Medição de temperatura sem contato durante a operação do equipamento).

O sensor de contato permitirá medir diretamente a temperatura da superfície ou do ambiente com o qual está em contato, portanto, a limpeza do ambiente circundante geralmente não é importante. Aqui, o contato direto e de alta qualidade entre o sensor e o material de teste é crucial.

Uma sonda de contato pode ser fabricada usando uma das várias tecnologias: termistor, termômetro de resistência ou termopar. Cada tecnologia tem suas vantagens e desvantagens.

O termistor é muito sensível, seu preço está no meio entre termopares e termômetros de resistência, mas não difere em precisão e linearidade.

O termopar é mais caro, reage mais rápido às mudanças de temperatura, as medições serão mais lineares que o termistor, mas a precisão e a sensibilidade não são altas.

O termômetro de resistência é o mais preciso dos três, é linear, mas menos sensível, embora seja mais barato que o termopar no preço.

Além disso, ao escolher um sensor, deve-se atentar para a faixa de temperatura medida, para termopares e termômetros de resistência depende do material do elemento sensível utilizado. Então você tem que encontrar algum compromisso.

Par termoelétrico

Sensores de temperatura par termoelétrico trabalho graças a efeito Seebekov… Dois fios de metais diferentes são soldados em uma extremidade - esta é a chamada junção quente de um termopar, que é exposta à temperatura medida. No lado oposto dos fios, a temperatura de suas pontas não muda, um voltímetro sensível é conectado neste local.

A tensão medida por um voltímetro depende da diferença de temperatura entre a junção quente e os fios conectados ao voltímetro. Os termopares diferem nos metais que formam suas junções quentes, o que determina a faixa de temperaturas medidas para um determinado sensor de termopar.

Abaixo está uma tabela dos diferentes tipos de sensores desta variedade. O tipo de sensor é selecionado dependendo da faixa de temperatura necessária e da natureza do ambiente.

Os sensores do tipo E são adequados para uso em ambientes oxidantes ou inertes. Tipo J — para operação em vácuo, ambientes inertes ou redutores. Tipo K — adequado para ambientes oxidantes ou neutros. Tipo N — tem uma vida útil mais longa em comparação com o tipo K.

Os sensores do tipo T são resistentes à corrosão, portanto, podem ser usados ​​em ambientes úmidos oxidantes, redutores e inertes, bem como no vácuo. R (industrial) e S (laboratório) — tipos — são sensores de alta temperatura que devem ser protegidos por isoladores cerâmicos especiais ou tubos não metálicos. O tipo B tem temperatura ainda mais alta que os tipos R e S.

As vantagens dos sensores termopares são a estabilidade de seus parâmetros operacionais em altas temperaturas e a velocidade relativa de resposta a mudanças na temperatura da junção quente. Sensores deste tipo são apresentados em uma ampla gama de diâmetros disponíveis. Eles têm um preço baixo.

Quanto às desvantagens, os termopares são caracterizados por baixa precisão, possuem uma tensão medida extremamente baixa e, além disso, esses sensores sempre requerem circuitos de compensação.

termômetros de resistência

Termômetro de resistência ou sensor de temperatura do reostato é abreviado como RTD. Ele funciona com base no princípio de alterar a resistência do metal, dependendo da mudança em sua temperatura. Metais utilizados: platina (de -200 ° C a +600 ° C), níquel (de -60 ° C a +180 ° C), cobre (de -190 ° C a +150 ° C), tungstênio (de -100 ° C a +1400 ° C) — dependendo da faixa de temperatura medida necessária.

Mais frequentemente do que outros metais, a platina é usada em termômetros de resistência, o que fornece uma faixa de temperatura bastante ampla e permite escolher sensores com diferentes sensibilidades. Então, o sensor Pt100 tem resistência de 100 Ohm a 0°C, e o sensor Pt1000 tem 1kOhm na mesma temperatura, ou seja, é mais sensível e permite medir a temperatura com mais precisão.

Comparado com o termopar, o termômetro de resistência tem maior precisão, seus parâmetros são mais estáveis ​​e a faixa de temperatura medida é mais ampla. No entanto, a sensibilidade é menor e o tempo de resposta é maior que o dos termopares.

Termistores

Outro tipo de sensores de temperatura de contato - termistores… Eles usam óxidos de metal que podem alterar significativamente sua resistência dependendo da temperatura. Os termistores são de dois tipos: PTC — PTC e NTC — NTC.

No primeiro, a resistência aumenta com o aumento da temperatura em uma determinada faixa de operação, no segundo, com o aumento da temperatura, a resistência diminui. Os termistores são caracterizados por uma resposta mais rápida às mudanças de temperatura e baixo custo, mas são bastante frágeis e possuem uma faixa de temperatura de operação estreita do que os mesmos termômetros de resistência e termopares.

Sensores infravermelhos

Conforme mencionado no início do artigo, os sensores infravermelhos interpretam a radiação infravermelha emitida por uma superfície distante - um alvo. Sua vantagem é que a medição da temperatura é realizada sem contato, ou seja, não há necessidade de pressionar o sensor fortemente contra o objeto ou mergulhá-lo no ambiente.

Eles reagem muito rapidamente às mudanças de temperatura, por isso são aplicáveis ​​para examinar as superfícies de objetos em movimento, por exemplo, em um transportador. Somente com a ajuda de sensores infravermelhos é possível medir a temperatura de amostras localizadas, por exemplo, diretamente em um forno ou em qualquer zona agressiva.

As desvantagens dos sensores infravermelhos incluem sua sensibilidade às condições da superfície emissora de calor, bem como à limpeza de sua própria ótica e da atmosfera no caminho entre o sensor e o alvo. Poeira e fumaça interferem muito nas medições precisas.