O Termômetro de resistência (Dispositivo Térmico de Resistência ou RTD) é um instrumento que tira proveito de uma propriedade que os objetos possuem - resistência elétrica - para medir a temperatura. Este procedimento é conhecido como medição por resistência térmica.
A resistência elétrica é um parâmetro muito adequado, pois em muitos casos tende a aumentar linearmente com a temperatura. Diz-se que uma determinada propriedade X é termométrica, ou seja, pode ser usada para medir a temperatura T, quando a relação entre X e T é linear:
X = k ∙ΔT
Onde k é uma constante de proporcionalidade a ser determinada.
Uma propriedade termométrica bem conhecida é a expansão do mercúrio por aquecimento, usado em um termômetro clínico. Outros termômetros utilizam gás, chapas que se expandem com o aumento da temperatura, resistência ou aproveitam o brilho de um filamento, entre outras propriedades..
É conveniente ter essa gama de possibilidades porque a temperatura é uma das grandezas mais características de qualquer sistema, seja ele biológico ou inanimado. Por isso é a magnitude que mais se mede nos processos industriais, e para as faixas que se tratam em cada um deles, certas propriedades termométricas são preferíveis a outras..
Índice do artigo
Os termômetros de resistência têm as seguintes características:
-Eles são muito simples de operar. O elemento sensor é composto por um fio de metal, sendo os mais utilizados platina, níquel, tungstênio e cobre..
-Eles oferecem uma leitura rápida.
-Alta precisão.
-Operam em uma ampla gama de temperaturas.
Os materiais usados para fazer termômetros de resistência são condutores cujos resistividade quase sempre aumenta com a temperatura. Resistência e resistividade não são sinônimos, mas estão intimamente relacionados.
O resistividade É a relação entre o campo elétrico criado no interior do material quando a corrente circula e a densidade dessa corrente. É, portanto, uma propriedade do material.
Para certos materiais, chamados ôhmico, a relação entre o campo elétrico e a densidade da corrente é linear. À medida que a temperatura sobe, os íons do condutor aumentam suas vibrações e com isso a oposição à passagem da corrente..
Em vez disso, a resistência é uma propriedade do condutor, determinada não apenas pela resistividade do material, mas pela geometria: comprimento e área da seção transversal.
Se a seção transversal for mantida constante, a relação entre essas quantidades é:
A unidade de resistência elétrica no Sistema Internacional é o ohm (Ω), enquanto a resistividade vem em Ω ∙ m, embora seja comum encontrar Ω ∙ mm.
Em metais, a resistividade aumenta com a temperatura de forma linear:
ρ (T) = ρou (1 + α ∙ ΔT)
Onde ρ é a resistividade do material a uma dada temperatura, ρou é a resistividade na temperatura de referência, geralmente 0ºC ou 20 ºC, α é o coeficiente térmico do material e ΔT é a variação de temperatura.
Uma vez que a resistência depende da resistividade do material, se a diferença de temperatura não for muito grande, é verdade que:
R (T) = Rou (1+ α ∙ ΔT)
A resistência é fácil de medir e, como a relação com a temperatura é linear, é uma boa propriedade termométrica..
O elemento central do termômetro de resistência é um fio de metal que é enrolado em um suporte isolante, geralmente feito de mica, cerâmica ou vidro. É envolto em um tubo preenchido com pó isolante e envolto em camadas isolantes, vedadas contra umidade..
A pressão dentro do tubo é mantida baixa, para evitar a formação de óxidos que causam erro nas leituras. O conjunto é pequeno: entre 1-5 mm de diâmetro e 10-50 mm de comprimento, coberto por sua vez por um invólucro externo que serve para protegê-lo, já que o dispositivo é delicado e deve ser manuseado com cuidado.
A platina, metal precioso, é o material mais utilizado para a fabricação de resistências, pois é muito estável em uma ampla faixa de temperaturas e fornece medições extremamente precisas, a ponto de servir como padrão internacional para temperaturas na faixa de -260 ° C . - 630 ° C. No entanto, os termômetros de resistência de platina podem ser fabricados com um alcance muito maior..
Para medir mudanças na resistência do fio, ele deve ser incorporado a um circuito especial chamado Ponte de Wheatstone, usado para medir resistências ou impedâncias desconhecidas.
Isso é feito usando fios de cobre finos (dois, três ou quatro fios de cobre, quanto mais fios, mais preciso é o termômetro, os de três são os mais comuns).
Para que o dispositivo funcione, deve-se fornecer uma pequena corrente de medição, cujo valor seja próximo a 1 mA (quanto menor melhor para evitar o aquecimento excessivo) e medir a queda de tensão produzida. Conhecendo a corrente e a tensão, a resistência do sensor é determinada com a lei de Ohm e através dela a temperatura.
A linearidade da relação entre resistência e temperatura nem sempre é cumprida com total precisão em todas as faixas de temperatura, isso depende muito do material do fio.
O problema da não linearidade pode ser superado empregando um circuito adicional ou simplesmente fazendo uso do gráfico de resistência versus temperatura, denominado curva característica, como o mostrado:
Curva característica do termômetro de resistência de platina Pt-100 ou 100 Ω. Fonte: Wikimedia Commons.
Os termômetros de resistência de platina são fabricados de acordo com a resistência da bobina: Pt-25, Pt-100 e Pt-1000 são os mais utilizados.
As letras “Pt” referem-se ao símbolo químico da platina, e o número é a resistência do fio na temperatura de referência 0ºC. Quanto maior a resistência, mais sensível é o termômetro, pois oferece maior variação de resistência com a mesma mudança de temperatura. No entanto, o Pt-100 é o mais amplamente utilizado industrialmente, com resolução de um décimo de grau..
Em vez de fios ou enrolamentos de bobina, alguns fabricantes usam uma fina camada de platina depositada no topo de um substrato cerâmico isolante. Isso diminui o tamanho do dispositivo e o torna ainda mais preciso e rápido..
O termômetro de resistência é utilizado preferencialmente nas indústrias química, farmacêutica e alimentícia, bem como em áreas onde a alta precisão na medição de temperatura é necessária para garantir produtos de qualidade..
O fabricante do instrumento indica a faixa de temperaturas que ele pode medir com precisão. Fora de sua faixa, os termômetros não fornecem medições precisas e, no pior dos casos, o elemento sensor está danificado.
A medição precisa da temperatura ambiente é importante na indústria automotiva, cujos processos de montagem, soldagem e teste de motor produzem muito calor no ambiente. Nestes casos, o termômetro de resistência de cobre é geralmente preferido..
Para medir a temperatura do motor de um carro, uma resistência elétrica é usada como um elemento termométrico.
Para determinar a temperatura de fornos de fundição industriais, caldeiras, geladeiras e reatores nucleares.
Além disso, o controle preciso da temperatura é muito importante para a indústria alimentícia, pois os mantém frescos e livres de germes por mais tempo..
Termômetros de resistência de platina são usados para detectar ondas gravitacionais. O dispositivo criado para esse fim consiste em dois interferômetros, que são instrumentos ópticos para medir a interferência da luz..
Os interferômetros usam espelhos para direcionar adequadamente os feixes de laser, e sua temperatura é monitorada continuamente para garantir que eles mantenham a curvatura adequada e garantam medições precisas..
As vantagens incluem:
-Alta precisão.
-Variedade de usos.
-Ampla faixa de medição que permite que sejam usados em várias indústrias.
-Eles permanecem estáveis por muito tempo.
-Eles são lineares ou muito próximos da linearidade em uma ampla gama de temperaturas.
Embora as limitações incluam:
-Eles não são usados para temperaturas superiores a 660ºC.
-Nem abaixo de -270 ºC.
-Eles devem ser manuseados com cuidado.
-Eles são menos sensíveis do que dispositivos mais baratos, como termistores, e em algumas aplicações seu tempo de resposta é maior do que estes.
-Termômetros de platina são caros.
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