Introdução aos sensores de temperatura: termistores, termopares, RTDs e CIs de termômetro

Aprenda sobre os vários tipos de sensores de temperatura e cada uma de suas vantagens e desvantagens.

Os sensores de temperatura estão entre os sensores mais comumente usados. Todos os tipos de equipamentos utilizam sensores de temperatura, incluindo computadores, carros, utensílios de cozinha, condicionadores de ar e (é claro) termostatos domésticos. Os cinco tipos mais comuns de sensores de temperatura incluem:

Este artigo fornecerá uma introdução sucinta a cada um dos tipos de sensores listados.

Como o nome indica, o termistor (ou seja,termopara nadaistor) é um dispositivo sensor de temperatura cuja resistência é função de sua temperatura.

Os termistores estão disponíveis em dois tipos: PTC (coeficiente de temperatura positivo) e NTC (coeficiente de temperatura negativo). A resistência de um termistor PTC aumenta à medida que a temperatura aumenta. Em contraste, a resistência de um termistor NTC diminui à medida que a temperatura aumenta, e este tipo parece ser o termistor mais comumente usado. Veja a Figura 1 abaixo.

É importante perceber que a relação entre a resistência de um termistor e sua temperatura é muito não linear, como pode ser visto na Figura 2.

A equação padrão para a resistência de um termistor NTC em função da temperatura é dada por:

$$R_T=R_{25C}\cdot e^{\left\{\beta\left[\left(1/\left(T+273\right)\right)-\left(1/298\right)\ direita]\direita\}}$$

Onde:

R25C é a resistência nominal do termistor à temperatura ambiente (25 °C). Este valor normalmente é fornecido na folha de dados.

β (beta) é a constante do material do termistor em Kelvin. Este valor normalmente é fornecido na folha de dados.

T é a temperatura real do termistor em Celsius.

No entanto, existem duas técnicas fáceis usadas para linearizar o comportamento de um termistor, a saber, modo resistivo e modo tensão.

A linearização do modo resistivo coloca um resistor normal em paralelo com o termistor. Se o valor do resistor for igual ao do termistor à temperatura ambiente, a região de linearização será simétrica em torno da temperatura ambiente. Veja a Figura 3 abaixo.

A linearização do modo de tensão, por outro lado, coloca o termistor em série com um resistor normal formando um circuito divisor de tensão – o circuito divisor de tensão deve ser conectado a uma referência de tensão conhecida, fixa e estável, VREF.

Esta configuração tem o efeito de produzir uma tensão de saída que é um tanto linear em relação à temperatura. Assim como a linearização no modo resistivo, se o valor do resistor for igual à resistência do termistor à temperatura ambiente, a região de linearização será simétrica em torno da temperatura ambiente (Figura 4).

Termopares são comumente usados ​​para medir temperaturas mais altas e faixas de temperatura maiores.

Para resumir como funcionam os termopares, qualquer condutor sujeito a um gradiente térmico gerará uma pequena tensão. Este fenômeno é conhecido como efeito Seebeck. A magnitude da tensão gerada depende do tipo de metal. As aplicações práticas do efeito Seebeck envolvem dois metais diferentes que são unidos em uma extremidade e separados na outra. A temperatura da junção pode ser determinada através da tensão entre os fios na extremidade sem junção.

Existem vários tipos de termopares. Certas combinações de ligas tornaram-se populares, e a combinação desejada é determinada por variáveis ​​que incluem custo, disponibilidade, propriedades químicas e estabilidade. Diferentes tipos são mais adequados para diferentes aplicações e geralmente são escolhidos com base na faixa de temperatura e sensibilidade exigidas.

A Figura 5 mostra um gráfico das características do termopar.

Os detectores de temperatura resistivos, também conhecidos como termômetros de resistência, são talvez o sensor de temperatura mais simples de entender. Os RTDs são semelhantes aos termistores porque sua resistência muda com a temperatura. No entanto, em vez de usar um material especial que seja sensível a mudanças de temperatura – como acontece com um termistor – os RTDs usam uma bobina de fio enrolada em um núcleo feito de cerâmica ou vidro.