Princípio de funcionamento do sensor de temperatura

Princípio de funcionamento dos sensores de temperatura:

Um sensor de temperatura é um dispositivo que detecta a temperatura e a converte em um sinal mensurável. O princípio de operação é baseado em uma variedade de efeitos físicos, incluindo efeitos termoelétricos, resistivos, termistores, termopares, expansão térmica, semicondutores e absorção infravermelha. A seguir está uma explicação detalhada desses princípios:

1. Efeito termoelétrico

O efeito termoelétrico é a base dos sensores de temperatura termopar. Termopar por dois materiais diferentes do condutor composto por um circuito fechado, quando as duas extremidades do gradiente de temperatura existirem, haverá uma corrente através do circuito, neste momento entre as duas extremidades da existência de potencial elétrico - força eletromotriz térmica.Este fenômeno de potencial elétrico devido a uma diferença de temperatura é conhecido como efeito Seebeck. Medindo esta força eletromotriz, uma medição de temperatura pode ser alcançada. Os termopares têm as vantagens de ampla faixa de medição e alta precisão e são amplamente utilizados em diversas situações de medição de temperatura.

- Um termopar é um sensor formado pela soldagem de dois condutores metálicos diferentes.

- Quando as juntas de solda do sensor estão em temperaturas diferentes, forma-se uma diferença de temperatura, que gera um pequeno potencial elétrico (sinal de tensão).

- A magnitude desta força eletromotriz está relacionada à diferença de temperatura, e a temperatura pode ser medida por uma curva tensão-temperatura calibrada.

2.Efeitos resistivos e termistores

O efeito de resistência e o efeito termistor são os princípios de funcionamento dos sensores de temperatura termistor. Termistor é um elemento cujo valor de resistência muda com a temperatura. De acordo com a lei da mudança do valor da resistência com a temperatura, o termistor pode ser dividido em dois tipos: coeficiente de temperatura positivo (PTC) e coeficiente de temperatura negativo (NTC). O valor da resistência dos materiais com coeficiente de temperatura positivo aumenta com o aumento da temperatura, e o valor da resistência dos materiais com coeficiente de temperatura negativo diminui com o aumento da temperatura. A medição da temperatura pode ser obtida medindo o valor da resistência do termistor. Sensores termistores podem atingir alta precisão em uma faixa limitada de temperatura (por exemplo, -90°C a 130°C).

2.1 Efeito Termistor:

- Termistores são resistores cuja resistência muda com a temperatura. Geralmente são divididos em dois tipos: coeficiente de temperatura negativo (NTC) e coeficiente de temperatura positivo (PTC).

- O valor da resistência dos termistores NTC diminui com o aumento da temperatura, enquanto os PTC aumentam com o aumento da temperatura.

- Ao medir a a lte ração no valor da resistência, a a lte ração na temperatura pode ser deduzida. Geralmente existe uma relação não linear específica entre o valor da resistência e a temperatura que requer calibração e circuitos específicos para converter em um valor de temperatura.

2.2 Efeito de Resistência:

- Um RTD é um sensor que usa um fio ou filme de metal puro (geralmente platina) como elemento sensor.

- Quando a temperatura muda, o valor da resistência do resistor metálico muda, e essa mudança está linearmente relacionada à temperatura.

- Medindo a mudança no valor da resistência, o valor da temperatura pode ser calculado.

3. Efeito de absorção infravermelha

Os sensores infravermelhos de temperatura baseiam-se no princípio de que o movimento térmico interno de um objeto irradia ondas eletromagnéticas (que contêm raios infravermelhos com comprimento de onda de 0,75 a 100 μm) em todas as direções. Esses sensoresdonão necessitam de contato direto com o objeto a ser medido, e medem indiretamente a temperatura medindo a energia infravermelha irradiada pelo objeto.Portanto, é particularmente adequado para medir a temperatura da superfície de objetos em movimento, alvos pequenos e objetos com pequena capacidade térmica ou mudanças rápidas de temperatura (transientes).

- Sensores infravermelhos medem a temperatura da superfície de um objeto recebendo a radiação infravermelha que ele emite.

- A radiação térmica de um objeto é proporcional à temperatura de sua superfície, e o sensor pode determinar a temperatura do objeto medindo a intensidade da radiação recebida.

4. Efeito de expansão térmica:

Sensor de expansão térmica é o uso de certos materiais com mudanças de temperatura e características de expansão de volume para medir a temperatura. Quando a temperatura muda, o comprimento do material no sensor muda e as informações de temperatura podem ser obtidas medindo a mudança no comprimento.

5. Efeito semicondutor:

Os materiais semicondutores têm uma taxa de variação de resistência com a temperatura mais alta do que os metais, portanto podem ser transformados em sensores de temperatura. Quando a temperatura aumenta, a resistência do semicondutor diminui rapidamente e a temperatura pode ser medida com precisão usando esta característica.

Em aplicações práticas, o sensor de temperatura apropriado deve ser selecionado de acordo com a faixa de medição específica, requisitos de precisão, condições ambientais e outros fatores.

1. Termopares: Os termopares geralmente têm uma alta faixa de medição e precisão decente, mas sua linearidade e estabilidade podem ser afetadas pela temperatura e pelo tipo de material. Em temperaturas extremas, o desempenho dos termopares pode degradar, afetando assim a precisão.

2.Coeficiente de Sensores de Expansão Térmica (Medidores de Expansão): Os medidores de expansão são menos precisos e normalmente são usados ​​para medições de temperatura relativamente brutas. Eles são adequados para medir mudanças de temperatura em vez de valores precisos de temperatura.

3. Detectores de temperatura de resistência (RTDs): Os RTDs oferecem boa precisão e estabilidade, especialmente em temperaturas constantes. Eles têm uma ampla faixa de medição, mas têm um tempo de resposta lento e não são adequados para monitoramento de mudanças rápidas de temperatura.

4. Termistores (sensores de temperatura semicondutores): Os termistores são altamente sensíveis e podem responder muito rapidamente às mudanças de temperatura. No entanto, a sua estabilidade a longo prazo pode não ser tão boa como a dos RTD e a degradação do desempenho pode ocorrer a temperaturas extremas.

Para resumir

Os sensores de temperatura funcionam com base em vários princípios, baseados em diferentes efeitos físicos para obter a medição de temperatura. Os sensores termopares utilizam o efeito termoelétrico; sensores termistor utilizam os efeitos resistivos e termistor; e sensores infravermelhos utilizam o efeito de absorção infravermelha. Esses sensores têm suas próprias vantagens e desvantagens e são adequados para diferentes ocasiões e necessidades de medição. Por exemplo, nos requisitos de ocasiões de maior precisão, termopares ou RTDs comumente usados; nos requisitos de ocasiões de tempo de resposta rápido, sensores de efeito termoelétrico ou de efeito semicondutor comumente usados; nos requisitos de ocasiões de baixo custo, sensores comumente usados ​​de efeito de expansão térmica.

No geral, nenhum sensor de temperatura é o mais preciso em todas as condições. A escolha do sensor depende dos requisitos específicos da aplicação, incluindo a faixa de medição desejada, precisão, tempo de resposta, custo e condições ambientais. Ao selecionar um sensor de temperatura, geralmente há compensações a serem feitas com base nesses fatores.