Termômetro

Uma das magnitudes mais medidas é a temperatura. Em muitos âmbitos, a temperatura é um fator determinante em uma infinidade de processos, como no controle de qualidade, análise ambiental, desenvolvimento ou investigação. Para medir a temperatura é necessário usar um termômetro e, dependendo do tipo de medição, deverá selecionar um modelo de termômetro ou outro diferente.

O sensor de um termômetro normalmente está posicionado na parte superior do dispositivo para que esteja bem ventilado. O tipo de construção e a localização estratégica do sensor, evita que a temperatura corporal tenha influência negativa na hora de fazer a medição, enquanto o termômetro é segurado com mão. O termômetro destinado à medição de temperatura ambiente está disponível como dispositivo portátil e como dispositivo de instalação fixa. Este último, normalmente está equipado com um registrador de dados, que permite que a temperatura seja medida e registrada por um longo período de tempo. Este tipo de termômetro, além de determinar a temperatura ambiente, normalmente também mede a umidade do ar. Graças a isso, o ponto de orvalho e outras magnitudes derivadas destes parâmetros podem ser calculados. Todas estas propriedades tornam o termômetro um dispositivo importante para realizar as verificações de temperatura todos os dias.

Um segundo grande âmbito de uso do termômetro é na determinação com precisão da temperatura de um objeto. Neste caso, o termômetro normalmente é composto de no mínimo 2 componentes: por um lado o próprio termômetro e por outro um sensor. Este campo pode ser dividido mais profundamente mesmo se diferenciarmos o tipo de termômetro pelo tipo de aplicação a que se destinam, diferenciando assim entre o tipo de construção do sensor, do qual existem diferentes sensores com diferentes pontas de penetração ou de medição em superfície, e entre o tipo de sensor em si, pois isso influenciará na precisão da medição. Um termômetro com sensores de temperatura de platina (PT100, PT500 ou PT1000) são usados principalmente para obter resultados muito precisos. Os termoelementos (tipo K, J, T, etc.) são utilizados como sensores de temperatura, especialmente quando é necessário obter um valor em um curto espaço de tempo. Ambos os tipos de termômetro têm suas vantagens e desvantagens. Um termômetro que usa sensores de resistência mede com muita precisão, mas são mais lentos na hora de estabilizar a temperatura final, enquanto um termômetro que usa termoelementos determina a temperatura mais rapidamente, mas sua precisão é um pouco menor. Mas, em ambos os casos, podemos encontrar um termômetro portátil e um de instalação fixa.

Um terceiro campo diz respeito a um tipo de termômetro que mede a temperatura opticamente e sem contato. Este tipo de termômetro é baseado na radiação infravermelha que cada objeto emite proporcionalmente a sua temperatura para determinar sua temperatura. Por meio de um fator denominado grau de emissividade, o termômetro infravermelho mede a temperatura superficial do objeto. A dificuldade deste princípio de medição é baseada no ajuste correto do grau de emissividade do termômetro. E, caso contrário, a leitura da temperatura medida será errônea. Por outro lado, é necessário levar em consideração que o reflexo que possa ter a superfície do objeto a ser medido, também influencia no resultado final da medição. Um termômetro com este tipo de princípio de funcionamento é usado como um dispositivo portátil para obter uma medição de temperatura imediata e é muito demandado no setor de construção, indústria, etc. No entanto, o termômetro infravermelho também está disponível como um dispositivo de instalação fixa. Nestes casos, o sensor é instalado por meio de acessórios de montagem ou diretamente na máquina e os valores medidos são enviados para uma unidade de leitura digital, um registrador de dados ou um PLC através de uma saída analógica ou de uma interface.

Concluindo, podemos dizer que a utilização de um determinado termômetro vai depender da aplicação específica em que se deseja medir a temperatura. Caso você tenha alguma dúvida ou deseja fazer uma consulta para encontrar o termômetro adequado, contate com o nosso departamento técnico. Nossos técnicos e engenheiros terão prazer em ajudá-lo.

A temperatura desempenha um papel importante para o bem-estar humano e no desenvolvimento de muitos processos biológicos, físicos e químicos. A fiabilidade de muitos dispositivos eletrônicos só é garantida em certas faixas de temperatura. Com um termômetro, é possível monitorar facilmente a temperatura desejada. Alguns termômetros registram e transferem os valores de medição diretamente para os dispositivos de controle e regulação. Dependendo do tipo de uso, poderá selecionar o termômetro mais adequado em termos de design, maneabilidade, princípio de funcionamento e precisão.

Critérios de seleção para um termômetro
Para encontrar o termômetro adequado na ampla gama de termômetros disponíveis, é possível reduzir sua seleção seguindo alguns critérios básicos:
- Quais temperaturas máximas e mínimas o termômetro deve detectar?
- Que precisão deve ter o termômetro em uma determinada faixa de medição?
- Deverá medir temperatura em superfícies, gases (por exemplo, a temperatura do ar), líquidos, sólidos ou em materiais a granel?
- É possível e útil uma medição sem contato?
- Deveria o termômetro medir e registrar continuamente os dados?

Termômetro com indicador analógico
A construção de um termômetro analógico pode ser muito simples. Qualquer um se lembra do termômetro de líquido para mostrar a temperatura externa, a temperatura ambiente, medir a febre e verificar a temperatura da água do banho. Um termômetro destas características funciona sem pilhas e mostra a temperatura em uma escala linear. Se o líquido se expandir a medida que a temperatura aumenta, ele subirá até a parte superior e atingirá a marca que coincide com a temperatura mais alta. Se a temperatura cair, o líquido novamente descende para a posição inferior do indicador.

Outro termômetro analógico utiliza a diferente expansão da temperatura de dois metais diferentes. A mudança no comprimento quando muda a temperatura faz com que a tira bimetálica dobre e mude a posição do ponteiro do display analógico.

Termômetro com indicador digital
Com um termômetro digital, poderá realizar a medição em um lugar e visualizar o valor de medição em outro. Muitos medidores de temperatura digitais permitem conectar diferentes sensores de temperatura ao dispositivo de visualização. No entanto, os sensores infravermelhos não são permutáveis. Contudo, um termômetro infravermelho pode integrar adicionalmente um sensor interno de temperatura do ar e uma ou mais conexões para outros sensores de temperatura. Estes sensores do termômetro podem diferir em faixa, tamanho, forma e princípio de medição. Os sensores de temperatura permutáveis mais comuns são termopares e sensores de resistência de platina, especialmente PT100 e PT1000. Ao trocar o sensor é possível medir em diferentes pontos usando o mesmo termômetro.

Um registrador de dados de temperatura é sempre um termômetro digital. Através do menu do dispositivo ou do software é possível ajustar a cota de registro, e após ser concluído o registro de dados, poderá recuperar os valores no termômetro. Alguns registradores de dados de longa duração estão equipados com entradas analógicas e podem ser configurados para que o registro de dados comece ou pare apenas quando um valor determinado for atingido. Geralmente, o software do termômetro permite visualizar os dados com diferentes representações gráficas e formatos de tabela.

Um termômetro de vários canais pode medir e registrar os dados de vários sensores simultaneamente. As conexões do dispositivo de visualização podem estar projetadas para sensores de temperatura do mesmo tipo ou para diferentes tipos de sensores. Com um termômetro de vários canais é possível medir e avaliar a temperatura simultaneamente em vários pontos de um processo.

Um termômetro é um dispositivo de verificação e medição para determinar a temperatura de vários meios. Existem diferentes tipos e modelos de termômetros adequados para uma ampla gama de aplicações. Dependendo do tipo de termômetro, cada um funciona com um princípio físico diferente. É aqui onde a precisão do termômetro é definida. O termômetro eletrônico geralmente usa o método de medição de resistência. Este tipo de termômetro utiliza um NTC (termistor), um PTC (termistor PTC), ou sensores de platina como Pt100, Pt500 ou Pt1000 para determinar a temperatura com precisão. Outro método de medição da temperatura muito útil é o termômetro com uma entrada de termopares. Este tipo de termômetro usa o efeito Seebeck de 2 condutores metálicos diferentes para medir a temperatura.

Termômetro eletrônico de resistência
Um termômetro que determina a temperatura eletronicamente através da resistência usa a sensibilidade à temperatura de materiais especiais. Esta classe de termômetro usa termistores ou condutores de calor para medir a temperatura. Agora, o que significa isso exatamente? Se você usar um termômetro com um NTC, ou seja, um termistor, pode-se dizer que a resistência do sensor de temperatura diminui a medida que a temperatura aumenta. Isso significa que de uma tensão constante produzida pelo termômetro poderá fluir uma corrente mais alta. Com um PTC, ou seja, um termistor, a resistência aumenta quase que proporcionalmente à temperatura. Portanto, flui uma corrente baixa. Portanto, a corrente que flui e a que o termômetro pode medir é a medida da temperatura. Os termômetros que usam o método de medição de resistência são geralmente muito precisos, pois a resistência da medição pode ser muito grande (Pt1000: 1000 Ohm a 0 °C) e a curva característica resulta em melhores fluxos de corrente mesuráveis. Os sensores de platina são frequentemente usados porque são muito puros e, portanto funcionam com muita precisão. Os termômetros de platina geralmente são usados em processos industriais, já que esses sensores são instalados em proteções de aço inoxidável. Estes termômetros são usados para medir a temperatura do processo de alimentos, líquidos, óleos, etc.

Termômetro com sonda termopar
O termômetro com termopar utiliza o efeito de Seebeck de dois condutores metálicos diferentes. Os mais comuns são os termopares tipo K. Estes consistem em Ni-CrNi (níquel-cromo-níquel). Os termômetros deste tipo medem a tensão que é gerada quando os dois materiais em contato são aquecidos. A tensão gerada em um termopar é muito baixa, alguns µV por °C. Mesmo em altas temperaturas, um termômetro com sonda de termopar geralmente mede tensões que são < 0,1 V. Se vários termopares estiverem conectados em série com um termômetro, o termômetro indicará uma temperatura que é varias vezes a temperatura do termopar. Um termômetro com essas características frequentemente é usado em aplicações em massa, pois a tecnologia usada é econômica e o tipo de medição é relativamente fácil de realizar.O termômetro com sonda termopar é usado em uma ampla variedade de aplicações; dependendo do modelo do sensor, pode ser usado para medir a temperatura do ar, de uma superfície ou até mesmo a temperatura do núcleo.

Termômetro com sensor semicondutor
O termômetro com sensor semicondutor utiliza a resistência elétrica de vários materiais de maneira semelhante ao termômetro de resistência. Se uma corrente mais alta flui, a temperatura medida também é mais alta. O termômetro com sensor semicondutor é frequentemente usado para medir a temperatura do ar ou em aplicações onde a precisão é de importância secundária.

Termômetros com diferentes tipos de sensores, construção e design
Os termômetros com diferentes tipos de sensores, construção e design mostram os valores medidos em um display. O valor medido normalmente é exibido no termômetro na unidade °C (graus centígrados). Na zona americana, a visualização em um termômetro é geralmente em °F (graus Fahrenheit). No âmbito científico, a unidade K (Kelvin) é frequentemente usada para medir diferenças de temperatura ou temperaturas muito baixas. De onde vêm as diferentes unidades de temperatura? A origem das unidades dos termômetros está no descobridor de cada unidade respectiva. Por exemplo, Anders Celsius (1701 - 1744) estabeleceu que a temperatura que um termômetro mede para água gelada é de 0 °C e a água fervendo tem uma temperatura de 100 °C. Por outro lado, Daniel Gabriel Fahrenheit realizou vários experimentos e quis estabelecer sua própria escala, levando em consideração, entre outras cosas, a temperatura corporal, uma mistura de gelo, água e amoníaco, e a temperatura mais baixa em Gdansk naquela época. Assim, os termômetros na escala de Fahrenheit mostram uma temperatura de 32 °F para uma mistura de água e gelo e uma temperatura de 212 °F para a água fervendo.

Termômetro digital com sensor infravermelho
Cada material irradia, dependendo de sua temperatura, energia em forma de ondas de luz na faixa infravermelha. Quanto mais alta é a temperatura mais energia é irradiada. Un termômetro digital com sensor de radiação também é chamado de pirômetro. Este termômetro determina a temperatura da superfície emissora de calor a partir da radiação. A medição deste termômetro digital é feita sem contato rapidamente. Existem termômetros digitais infravermelho que calculam um valor único do ponto de medição, mas também existem câmeras infravermelhas para a representação gráfica das temperaturas por meio da avaliação de infravermelho.

Ao fazer uma medição com um termômetro digital infravermelho tenha em consideração o seguinte:
- Aguardar um pouco para que o termômetro digital se adapte à temperatura ambiente.
- A lente do sensor não está coberta, suja ou rachada.
- A radiação infravermelha em direção ao termômetro digital não está influenciada por poeira ou vapor.
- O tamanho do ponto de medição corresponde ao ponto de medição desejado.
- O grau de emissividade corresponde ao material da superfície a ser medida.

O grau de emissividade específico do material entre 0 e 1 indica quão bem uma superfície emite radiação infravermelha. Muitos termômetros digitais permitem ajustar os graus de emissividade no menu do dispositivo. Este valor deve ser levado em consideração para determinar a temperatura. Se o seu termômetro digital tiver um ajuste fixo do grau de emissividade em 0,95 ou se você desconhecer o grau de emissividade de um determinado material, poderá tornar a superfície mensurável pintando-a ou colando um adesivo de medição infravermelha.

O tamanho do ponto de medição do termômetro digital infravermelho depende de sua construção. Descreve a área circular cuja radiação infravermelha é detectada pelo sensor durante a medição. Quanto mais distante o termômetro digital infravermelho estiver do ponto a ser medido, maior será o diâmetro do ponto de medição. A relação entre a distância e o diâmetro do ponto de medição é específica do dispositivo e é indicada como valor numérico. Por exemplo, 30:1 significa que a uma distância de 30 cm o diâmetro do ponto de medição é de 1 cm e a uma distância de 60 cm é de 2 cm. Para tornar visível o ponto de medição, muitos termômetros digitais infravermelho integram um ou vários raios laser. Um simples ponto de laser mostra apenas o centro do ponto de medição, enquanto um laser cruzado mostra o diâmetro do ponto de medição. A marcação a laser circular mostra a circunferência do ponto de medição.

Termômetro digital com termoelementos
Os termoelementos usados para o termômetro digital consistem em dois fios de metais diferentes que estão soldados em uma extremidade. Na norma DIN EN 60 584 e DIN 43 710 são definidos muitos termoelementos com a designação do tipo, as especificações do material, o código de cor, os limites de temperatura, as séries de tensão e os desvios limite permitidos.

A diferença de temperatura entre as extremidades dos fios conectados e as extremidades livres cria uma tensão. Essa tensão depende dos metais utilizados e não aumenta linearmente com a temperatura. A temperatura no ponto de medição pode ser determinada unicamente se a temperatura nas extremidades livres do termoelemento for conhecida ou se o sensor estiver conectado a um termômetro digital. Além disso, é necessário linearizar a tensão medida usando a curva característica do tipo de termoelemento utilizado. O termômetro digital com conexão para termoelementos geralmente possui as curvas características integradas ao dispositivo, ou permite a entrada dos valores característicos necessários. Os termoelementos do mesmo tipo podem ser facilmente trocados. Os termômetros digitais que usam conexões padronizadas para o tipo de termoelemento respectivo são particularmente fáceis de usar. Ao adicionar um cabo de extensão, é necessário que o termoelemento e o tipo de cabo sejam ser do mesmo tipo. Isso se aplica a todas as conexões com o termômetro digital.

Termômetro digital com sensores de resistência de platina
A condutividade dos sensores de resistência de platina usados no termômetro digital é linear à temperatura em uma ampla faixa. A norma EN 60751 define que os sensores de resistência para medição de temperatura devem ser de platina. O famoso sensor de resistência de platina PT100 tem uma resistência nominal de 100 Ω a uma temperatura de 0 ºC, o sensor PT50 uma resistência de 50 Ω, o PT500 uma de 500 Ω e o PT1000 até um 1 kΩ.

Como a resistência do cabo de conexão também é registrada pelo termômetro digital durante a medição, podem ocorrer erros de medição. O uso de cabos de conexão curtos e o uso de sensores PT1000 têm influência mínima no resultado da medição. No entanto, é possível compensar a resistência dos cabos adicionando mais fios ao sensor. O uso de sensores de 3 e 4 fios anula o efeito que a resistência da linha tem no resultado da medição.

Os sensores de resistência de platina para o termômetro digital podem ser fabricados em diferentes classes de precisão. A norma EN 60751 define 4 classes de precisão. A classe AA é idêntica a denominação 1/3 DIN B. Os sensores de resistência de platina marcados com a precisão 1/10 DIN B indicam um desvio de temperatura de apenas 1/10 da classe B.

Classe AA: t_g = 0,10 °C + 0,0017 · |t| (corresponde a 1/3 DIN B)
Classe A: t_g = 0,15 °C + 0,0020 · |t|
Classe B: t_g = 0,30 °C + 0,0050 · |t|
Classe C: t_g = 0,60 °C + 0,0100 · |t|

Termômetro digital com sensores PTC e NTC
O termômetro digital com termistores usa as propriedades especiais dos semicondutores. Os termistores são componentes semicondutores cuja resistência elétrica é influenciada pela temperatura. Os semicondutores, cuja resistência elétrica diminui com o aumento da temperatura, têm um coeficiente de temperatura negativo. Eles são chamados de termistores ou termistores NTC. Os termistores PTC, cuja resistência elétrica aumenta com a temperatura, são chamados termistores PTC devido ao seu coeficiente de temperatura positiva.

O termômetro digital com termistores NTC ou PTC oferece altíssima precisão na faixa de temperatura de aproximadamente -50°C a 150°C. Esses termômetros digitais são adequados para muitas aplicações, por exemplo, no campo da medicina, controle de alimentos, estações meteorológicas, eletrônica automotiva, tecnologia de aquecimento, ventilação e ar condicionado.

Alguns tipos de termômetro, além de fazer medição de temperatura ambiente ou de um objeto, são capazes de realizar outras funções como medição de umidade ambiente, de pressão barométrica e de velocidade do vento. Ao equipar o termômetro com outras funções, sua funcionalidade é ampliada e, portanto, pode ser usado em diversos lugares, tornando-se uma ferramenta muito prática para o usuário. Um termômetro destina-se a diferentes setores e abrange desde a indústria ou centros de aprendizagem até no âmbito privado.

O termômetro pode ser encontrado em diversos locais no nosso dia a dia, sendo utilizado para a predição do tempo, para a temperatura de alimentos ou a temperatura corporal de pessoas e animais. Estas são as áreas mais comuns de aplicação e que quase todo o mundo conhece, no entanto, um termômetro também é encontrado no setor profissional para, por exemplo, determinar a qualidade de um produto.

Como comentamos antes, existem diversos modelos de termômetros para diferentes tipos de aplicações:

Medidor de temperatura: Dentro desta categoria podemos encontrar praticamente qualquer equipamento de medição capaz de medir a temperatura superficial ou interna de um objeto, seja por contato direto ou à distância. Além disso, podem ser equipamentos portáteis ou que se encontram instalados fixamente em um lugar.

Pirômetro: Os pirômetros estão especialmente projetados para serem usados em aplicações onde não é possível utilizar sensores de temperatura convencionais, por exemplo, no caso de objetos em movimento ou em lugares onde não podemos acessar e que requerem uma medição sem contato.

Termo-higrômetro: Os equipamentos englobados sob esta denominação, caracterizam-se por serem capazes de realizar medições de temperatura, seja com sondas de contato ou com sensores infravermelho, e ao mesmo tempo, medições de umidade ambiente.

Registrador de temperatura: Geralmente são equipamentos com tamanho muito reduzido e sem display, equipados com baterias de longa duração para poder realizar medições de temperatura durante um longo período de tempo. Podem ser usados para realizar estudos meteorológicos ou na indústria, pois possuem proteção contra condições adversas.

Câmera termográfica: As câmeras termográficas são usadas, por exemplo, para inspeções de máquinas, edifícios ou quadros elétricos e oferecem simultaneamente uma imagem de vídeo e uma imagem térmica do objeto que estamos medindo, de forma que ambas as imagens se sobrepõem e graças à diferença de cor da imagem térmica, podemos conhecer a temperatura de cada parte do objeto.

Sondas de temperatura: São acessórios complementares ao termômetro. Existem diferentes modelos como sondas para medições em superfícies, sondas de penetração ou para imersão e também sondas especiais como as auto-aderentes, laminadas flexíveis, aparafusadas, etc.

Finalmente, o que significa a palavra termômetro? Termômetro ou temómetro é uma palavra composta pelas palavras gregas "thermós" e "métron" que significam calor e medida, portanto, um termômetro é uma medição do calor. Cada termômetro encontrado na PCE Instruments, utiliza o método de medição elétrico para obter a temperatura. Por exemplo, um termômetro que mede temperatura ambiente utiliza sensores de resistência ou semicondutores. Um termômetro que mede a temperatura interior de um líquido ou um corpo sólido por meio de um termoelemento, utiliza o efeito Seebeck para determiná-la. Outro método de medição de temperatura muito comum é o de resistência (Pt100, Pt500, Pt1000, NTC ou PTC), pois permite medir com alta precisão.