Tipos de Termopares
O termopar é a junção de dois metais diferentes entre si, que sob a ação de uma determinada temperatura, geram uma força eletro motriz em mV, dependendo do tipo de junção do elemento termométrico.
Abaixo vemos alguns modelos de termopares:
Conforme o tipo os termopares classificam-se com uma letra específica e possuem diferentes características conforme segue:
Termopar tipo T (Cobre - Constantan)
- Termoelemento positivo (TP): Cu100%
- Termoelemento negativo (TN): Cu55%Ni45%
- Faixa de utilização: -270°C a 400°C
- f.e.m. produzida: -6,258 mV a 20,872 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas inertes, oxidantes ou redutoras. Devido à grande homogeneidade com que o cobre pode ser processado, possui uma boa precisão. Em temperaturas acima de 300°C, a oxidação do cobre torna-se muito intensa, reduzindo sua vida útil e provocando desvios em sua curva de resposta original.
Termopar tipo J (Ferro - Constantan)
- Termoelemento positivo (JP): Fe99,5%
- Termoelemento negativo (JN): Cu55%Ni45%
- Faixa de utilização: -210°C a 760°C
- f.e.m. produzida: -8,096 mV a 42,919 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas neutras, oxidantes ou redutoras. Não é recomendado em atmosferas com alto teor de umidade e em baixas temperaturas (o termoelemento JP torna-se quebradiço). Acima de 540°C o ferro oxida-se rapidamente. Não é recomendado em atmosferas sulfurosas acima de 500°C.
Termopar tipo E (Cromel - Constantan)
- Termoelemento positivo (EP): Ni90%Cr10%
- Termoelemento negativo (EN): Cu55%Ni45%
- Faixa de utilização: -270°C a 1000°C
- f.e.m. produzida: -9,835 mV a 76,373 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas oxidantes, inertes ou vácuo, não devendo ser utilizado em atmosferas alternadamente oxidantes e redutoras. Dentre os termopares usualmente utilizados é o que possui maior potência termoelétrica, bastante conveniente quando se deseja detectar pequenas variações de temperatura.
Termopar tipo K (Cromel - Alumel)
- Termoelemento positivo (KP): Ni90%Cr10%
- Termoelemento negativo (KN): Ni95%Mn2%Si1%A12%
- Faixa de utilização: -270°C a 1200°C
- f.e.m. produzida: -6,458 mV a 48,838 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes. Pela sua alta resistência à oxidação é utilizado em temperaturas superiores a 600°C, e ocasionalmente em temperaturas abaixo de 0°C. Não deve ser utilizado em atmosferas redutoras e sulfurosas. Em altas temperaturas e em atmosferas pobres de oxigênio ocorre uma difusão do cromo, provocando grandes desvios da curva de resposta do termopar. Este último efeito é chamado "green - root ".
Termopar tipo N (Nicrosil - Nisil)
- Termoelemento positivo (NP): Ni84,4%Cr14,2%Si1,4%
- Termoelemento negativo (NN): Ni95,45%Si4,40%Mg0,15%
- Faixa de utilização: -270°C a 1300°C
- f.e.m. produzida: -4,345 mV a 47,513 mV
- Características: este novo tipo de termopar é um substituto do termopar tipo K, por possuir uma resistência à oxidação bem superior a este, e em muitos casos também é um substituto dos termopares a base de platina em função de sua temperatura máxima de utilização. É recomendado para atmosferas oxidantes, inertes ou pobres em oxigênio, uma vez que não sofre o efeito de "green - root". Não deve ser exposto à atmosferas sulfurosas. O gráfico abaixo mostra o desvio em temperatura sofrido pelo termopar tipo N em comparação ao tipo K numa atmosfera oxidante à temperatura de 1000°C.
Os tipos de termopares apresentados a seguir são denominados termopares nobres, por terem como elemento básico a platina.
Termopar tipo S
- Termoelemento positivo (SP): Pt90%Rh10%
- Termoelemento negativo (SN): Pt100%
- Faixa de utilização: -50°C a 1768°C
- f.e.m. produzida: -0,236 mV a 18,693 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes, apresentando uma estabilidade, ao longo do tempo em altas temperaturas, muito superior à dos termopares não constituídos de platina. Seus termoelementos não devem ficar expostos a atmosferas redutoras ou com vapores metálicos. Nunca devem ser inseridos diretamente em tubos de proteção metálicos, mas sim primeiramente em um tubo de proteção cerâmico, feito com alumina (Al2O3) de alto teor de pureza (99,7%), comercialmente denominado tipo 799 (antigo 710). Existem disponíveis no mercado tubos cerâmicos com teor de alumina de 67%, denominados tipo 610, mas sua utilização para termopares de platina não é recomendável. Para temperaturas acima de 1500°C utilizam-se tubos de proteção de platina. Não é recomendada a utilização dos termopares de platina em temperaturas abaixo de 0°C devido à instabilidade na resposta do sensor. Em temperaturas acima de 1400°C ocorre um fenômeno de crescimento dos grãos, tornando-os quebradiços.
Termopar tipo R
- Termoelemento positivo (RP): Pt87%Rh13%
- Termoelemento negativo (RN): Pt100%
- Faixa de utilização: -50°C a 1768°C
- f.e.m. produzida: -0,226 mV a 21,101 mV
- Características: possui as mesmas características do termopar tipo S, sendo em alguns casos preferível a este por ter uma potência termoelétrica 11% maior.
Termopar tipo B
- Termoelemento positivo (BP): Pt70,4%Rh29,6%
- Termoelemento negativo (BN): Pt93,9%Rh6,1%
- Faixa de utilização: 0°C a 1820°C
- f.e.m. produzida: 0,000 mV a 13,820 mV
- Características: pode ser utilizado em atmosferas oxidantes, inertes e, por um curto espaço de tempo, no vácuo. Normalmente é utilizado em temperaturas superiores a 1400°C, por apresentar menor difusão de ródio dos que os tipos S e R. Para temperaturas abaixo de 50°C a força eletromotriz termoelétrica gerada é muito pequena.
Assim como os termopares os cabos de compensação para interligar o sensor com o aparelho indicador possuem normas específicas para servirem como guia de referência de modo a facilitar no trabalho de instalação da malha de medição. À seguir apresentamos a tabela de referência de cores para os cabos de extensão e compensação conforme normas DIN, JIS, BS, IEC e ANSI:
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