( 0,5 pontos) Entre os principais sensores de temperatura, destacam-se os termopares e as termorresistências. Sobre eles, é correto afirmar que:
(a) As termorresistências proporcionam grande estabilidade e precisão de medida. Independente do material, sua variação ôhmica é linear em toda a faixa de temperatura.
(b) O Pt-100 é feito de platina e apresenta tensão de 100 mV a
.
(c) As termorresistências não necessitam de fonte de alimentação e são mais baratas que os termopares.
(d) Os termopares são constituídos da junção de dois metais ou ligas metálicas diferentes, que geram uma corrente elétrica que varia com a variação da temperatura.
(e) Os termopares são sensores ativos que geram uma tensão elétrica sem necessitar de fonte de alimentação. São mais baratos que os sensores Pt-100, porém menos precisos.
(a) As termorresistências proporcionam grande estabilidade e precisão de medida. Independente do material, sua variação ôhmica é linear em toda a faixa de temperatura.
(b) O Pt-100 é feito de platina e apresenta tensão de 100 mV a
(c) As termorresistências não necessitam de fonte de alimentação e são mais baratas que os termopares.
(d) Os termopares são constituídos da junção de dois metais ou ligas metálicas diferentes, que geram uma corrente elétrica que varia com a variação da temperatura.
(e) Os termopares são sensores ativos que geram uma tensão elétrica sem necessitar de fonte de alimentação. São mais baratos que os sensores Pt-100, porém menos precisos.
Passo 1
O enunciado pede para identificar qual das alternativas (a)–(e) é correta sobre termorresistências e termopares. As alternativas são:
(a) As termorresistências proporcionam grande estabilidade e precisão de medida. Independente do material, sua variação ôhmica é linear em toda a faixa de temperatura.
(b) O
é feito de platina e apresenta tensão de
a
.
(c) As termorresistências não necessitam de fonte de alimentação e são mais baratas que os termopares.
(d) Os termopares são constituídos da junção de dois metais ou ligas metálicas diferentes, que geram uma corrente elétrica que varia com a variação da temperatura.
(e) Os termopares são sensores ativos que geram uma tensão elétrica sem necessitar de fonte de alimentação. São mais baratos que os sensores
, porém menos precisos.
Vou agora analisar cada afirmação com calma e explicar os conceitos que você precisa para entender por que cada uma é verdadeira ou falsa.
Passo 2
Entendendo as termorresistências (RTDs) e o
.
-
O que é uma termorresistência? É um sensor cuja propriedade medida é a resistência elétrica do elemento sensível, que varia com a temperatura. Para medir temperatura usa-se uma medição de resistência.
-
Medição prática da resistência: normalmente aplica-se uma pequena corrente de excitação
e mede-se a tensão no sensor; daí calcula-se a resistência por
Portanto, na prática, uma termorresistência exige uma fonte de excitação (corrente ou tensão conhecida) ou um circuito que a excite (por exemplo uma ponte de Wheatstone). Isso já responde parte da assertiva (c): dizer que “não necessitam de fonte de alimentação” é falso — precisa-se de uma fonte para medir resistência.
- Comportamento resistência × temperatura: para muitos RTDs (especialmente de platina) usa-se uma aproximação linear local
onde
é a resistência a
e
é o coeficiente de temperatura (por exemplo
para padrões
IEC). Porém essa linearidade é apenas uma aproximação válida em intervalos limitados. A relação exata para platina é dada com mais precisão pela equação de Callendar–Van Dusen:
com coeficientes
empíricos. Logo, a afirmação de (a) dizendo que “independente do material, sua variação ôhmica é linear em toda a faixa de temperatura” é falsa: a linearidade não é universal nem válida em toda a faixa — depende do material e do intervalo.
- Sobre o
: o nome indica uma termorresistência de platina cuja resistência é a . Não tem nada a ver com . Portanto a alternativa (b) está claramente errada.
Passo 3
Comparação de custos e necessidade de excitação (continuação do raciocínio sobre (c)).
-
Necessidade de fonte: já expliquei que RTDs precisam de corrente de excitação conhecida para medir resistência. Logo, dizer que “não necessitam de fonte de alimentação” é falso. Além disso, equipamentos de condicionamento para RTD (amplificadores, compensação de cabo, circuitos de corrente constante) tornam o sistema mais caro em geral que um circuito simples de termopar.
-
Custo relativo: em geral os termopares costumam ser mais baratos que sensores
de boa qualidade. Portanto a parte de (c) que afirma “são mais baratas que os termopares” é também falsa na prática comum.
Passo 4
Entendendo os termopares e avaliando (d) e (e).
- Princípio físico dos termopares: quando duas ligas/metais diferentes são unidos formando uma junção, surge uma força eletromotriz (fem) que depende da diferença de temperatura entre a junção quente e a junção de referência — isso é o efeito Seebeck. A grandeza gerada é uma tensão eletromotriz
(normalmente pequena, da ordem de microvolts a milivolts por grau) que, para pequenas variações, pode ser aproximada por
onde
é o coeficiente de Seebeck efetivo da combinação e
é a diferença de temperatura entre junções. Assim, o sensor gera uma tensão (voltagem) proporcional à temperatura diferencial.
-
Tensão vs corrente: o termo correto é que o termopar gera uma tensão elétrica (fem). Se você fechar o circuito, essa tensão pode provocar uma corrente, mas a grande medida útil típica é a tensão de circuito aberto. A alternativa (d) afirma que eles “geram uma corrente elétrica que varia com a variação da temperatura” — isso é impreciso e pode induzir ao erro: o que se caracteriza é a tensão gerada. Logo (d) está incorreta por esse detalhe terminológico.
-
Termopares como sensores ativos: eles são chamados ativos porque produzem sinal elétrico sem precisar de alimentação externa (exceto para acondicionamento/medição). Isso confirma parcialmente (e): “são sensores ativos que geram uma tensão elétrica sem necessitar de fonte de alimentação” — correto. Também, “são mais baratos que os sensores
, porém menos precisos” — isso é verdade em termos práticos: termopares têm menor precisão e estabilidade a longo prazo que RTDs de platina, mas costumam ter custo menor e maior faixa de temperatura.
Passo 5
Conclusão sobre cada alternativa (resumo direto e claro):
-
(a) Falsa — RTDs fornecem boa estabilidade/precisão, mas a variação ôhmica não é linear para todo material e toda faixa; a linearidade é só aproximação local.
-
(b) Falsa —
é de platina e tem resistência a , não tensão de . -
(c) Falsa — termorresistências precisam de fonte/excitação para medir resistência e, em geral, não são mais baratas que termopares.
-
(d) Falsa — termopares são junção de dois metais que geram uma tensão (fem) dependente da temperatura; falar que geram corrente é impreciso.
-
(e) Verdadeira — termopares são sensores ativos que geram tensão sem fonte de excitação, costumam ser mais baratos que
e, em geral, menos precisos.
Você mandou bem pedindo a explicação passo a passo — essa comparação é exatamente o que cai em prova: lembrar que RTDs medem resistência (precisam de excitação),
=
a
, e termopares geram tensão pelo efeito Seebeck e são sensores ativos.
Resposta
(e)