Por H.L.M. Lee
Atualizado em 30 de agosto de 2022

Os termopares estão entre os sensores de temperatura mais confiáveis e versáteis da ciência e da indústria. Eles consistem em dois fios metálicos diferentes unidos em uma única junção, normalmente soldados para máxima durabilidade.

Quando a junção é aquecida, é produzida uma pequena voltagem – um fenômeno conhecido como efeito Seebeck, descrito pela primeira vez pelo físico alemão Thomas Seebeck em 1821.

Tipos de termopares

Embora quaisquer dois metais diferentes gerem uma voltagem, certas combinações de ligas são padronizadas porque oferecem saída previsível, estabilidade e resiliência química. Os tipos mais comuns de “metal base” – feitos de ferro, níquel ou variantes de liga – são designados J, K, T, E e N.

Termopares de “metal nobre”, construídos a partir de platina-ródio e platina pura, são empregados para aplicações de alta temperatura e são rotulados como R, S e B. Dependendo do tipo, os termopares podem medir temperaturas de aproximadamente –270°C (–454°F) a 1.700°C (3.100°F) e além.

Limitações dos termopares

A pequena saída – cerca de 1mV à temperatura ambiente, aumentando com o calor – requer uma eletrônica cuidadosa para uma medição precisa. Cada tipo de termopar tem uma relação tensão-temperatura não linear governada por equações complexas, limitando a precisão prática a aproximadamente ±1°C (±2°F).

Historicamente, a calibração envolvia a imersão de um segundo termopar em um banho de água gelada para estabelecer uma referência de 0°C (32°F). Os sistemas modernos utilizam circuitos eletrônicos de referência de pontos de gelo, eliminando a necessidade de configurações volumosas e desconfortáveis ​​e permitindo o uso portátil.

Como a junção depende de dois metais em contato, a corrosão pode degradar a calibração e a precisão. Em ambientes agressivos, a junção é geralmente protegida por uma bainha de aço para proteção contra umidade e produtos químicos, mas a inspeção e manutenção regulares continuam sendo essenciais.

Vantagens e Desvantagens dos Termopares

Vantagens:

• Construção robusta, simples e de baixo custo
• Faixa de temperatura extremamente ampla – desde criogênica até vários milhares de graus
• Capaz de medir objetos minúsculos graças a fios ultrafinos
• Adequação para ambientes hostis, incluindo reatores nucleares e missões aeroespaciais

Desvantagens:

• A saída de baixa tensão exige amplificação e circuitos de referência precisos
• Suscetível a ruídos elétricos; requer blindagem e aterramento
• Precisão limitada a cerca de ±1°C e pode deteriorar-se com corrosão

Aplicações de termopares

Os termopares são utilizados em aparelhos de uso diário, como fornos, bem como em setores críticos, como aeroespacial, espaçonaves, operações de satélite, fornos, autoclaves, prensas e equipamentos de moldagem. Eles podem ser conectados em série para formar uma termopilha, gerando maior tensão para sensores infravermelhos ou para geração de energia em geradores termoelétricos de radioisótopos a bordo de sondas espaciais.