Sensor de temperatura

A sensação de quente e frio é essencial para a experiência humana, porém, saber como medir a temperatura tem sido um desafio para grandes mentes. Ainda há dúvidas se os gregos ou os chineses da antiguidade sabiam como medir a temperatura. Até onde sabemos, a história dos sensores de temperatura começou durante a Renascença.

Este Artigo Técnico da Omega Engineering sintetiza a história sobre a medição de temperatura. Depois de abordar brevemente os desafios envolvidos, este artigo trata do desenvolvimento dos dispositivos que têm como base:

• Observação de expansão

• O efeito da temperatura em condutividade e resistência elétrica

• A detecção de energia térmica irradiada

Aofinal, incluímosumanotasobreaorigemeodesenvolvimento de várias escalas de temperatura.

O DESAfIO DA MEDIçãO

O calor é uma medida da energia em determinado corpo ou material – quanto mais energia, mais quente. Porém, diferentemente das propriedades físicas de massa e comprimento, é difícil medir o calor. A maioria dos métodos utilizam uma abordagem indireta, baseada na observação do efeito do calor sobre algo para, então, calcular a temperatura.

Além disso, tem sido um verdadeiro desafio criar uma escala de medição. Em 1664, Robert Hooke propôs que o ponto de congelamento da água fosse usado como ponto zero, a partir do qual as temperaturas seriam medidas. Por volta dessa mesma época, Ole Roemer sentiu a necessidade de haver dois pontos fixos, a fim de permitir a interpolação

robert Hooke Ole roemer

entre os mesmos. Os pontos que ele definiu foram o ponto de congelamento, conforme proposto por Hooke, e o ponto de ebulição da água. É evidente que isso deixa em aberto a questão de até que ponto as coisas podem ficar quentes ou frias.

Essa pergunta foi respondida por Gay-Lussac e outros cientistas que elaboraram as leis sobre gases. Durante o século XIX, enquanto investigava o efeito da temperatura nos gases sob pressão constante, eles observaram que o volume aumentava à fração de 1/267 por grau Celsius (o que, mais tarde, foi alterado para 1/273.15). Isso levou ao conceito de zero absoluto como sendo menos 273.15 C.

OBSErvAnDO A ExpAnSãO: LíquIDOS E BIMETAIS

Segundo consta, por volta de 1592, Galileu construiu um dispositivo que indicava as mudanças de temperatura. Pelo que tudo indica, foi utilizada a contração do ar em um vaso para fazer subir uma coluna d’água, cuja altura indicava a extensão do resfriamento. No entanto, essa experiência era fortemente influenciada pela pressão do ar e, portanto, não passou de uma curiosidade.

Galileo Galilei Santorio Santorii

O termômetro, como é conhecido hoje, foi inventado por Santorio Santorii, em 1612, numa localidade que hoje é ocupada pela Itália. Ele vedou um líquido dentro de um tubo de ensaio e observou que, à medida que se expandia, o líquido se movia para cima do tubo. Com uma escala colocada sobre o tubo, ficou mais fácil visualizar as mudanças, porém, o sistema ainda carecia de unidades exatas.

Daniel Gabriel Fahrenheit trabalhava junto com Roemer. Ele começou a fabricar termômetros, utilizando álcool e mercúrio como meio líquido. O ideal é usar mercúrio, uma vez que apresenta uma reação bem linear à mudança de temperatura

ao longo de uma faixa extensa, porém, por tratar-se de um produto tóxico, seu uso foi reduzido. Outros líquidos foram desenvolvidos para substituir o mercúrio. Termômetros de bulbo úmido ainda são amplamente usados, mas continua sendo importante até onde, em termos de profundidade, o bulbo deve ser imerso. Usar um termopoço como exemplo ajudar a garantir a transferência de calor.

As termorresistências (RTDs) que utilizam filamento são, naturalmente, frágeis e inadequadas para aplicações industriais. Em anos recentes, testemunhamos o desenvolvimento de RTDs feitos com película, que são menos exatos, mas mais robustos.

Durante o século XX, surgiram invenções de dispositivos à base de semicondutores para a medição de temperatura, que reagiam de forma satisfatória a mudanças de temperatura, porém, até recentemente, ainda não apresentavam linearidade.

rADIAçãO TérMIcA

Metais muito quentes e fundidos brilham e liberam tanto calor quanto luz visível, além de irradiarem calor a baixas temperaturas, porém, com comprimentos de onda maiores. O astrônomo inglês William Herschel foi o primeiro a reconhecer, por volta de 1800, que essa luz “escura” ou infravermelha provoca calor. Juntamente com seu compatriota, Melloni, Nobili descobriu uma forma de identificar essa energia irradiada, conectando termopares em série para construir uma termopilha.

placa no Túmulo de Daniel Gabriel fahrenheit

O sensor de temperatura bimetálico foi inventado no final do século XIX. Esse tipo de sensor aproveita a expansão diferencial de duas tiras de metal grudadas uma na outra. As mudanças de temperatura geram uma curvatura que pode ser usada para ativar um termostato ou um manômetro similar aos que são usados em grelhas a gás. O nível de exatidão é baixo – talvez mais ou menos 2 graus –, mas esses sensores não custam caro e, portanto, têm inúmeras aplicações.

EfEITOS TErMOELéTrIcOS

No início do século XIX, a eletricidade era uma área empolgante de investigação científica e logo os cientistas descobriram que os metais variavam em termos de resistência e condutividade. Em 1821, Thomas Johann Seebeck descobriu que tensão elétrica é criada quando as extremidades de diferentes metais são unidas e colocadas sob diferentes temperaturas. Peltier descobriu que esse efeito termopar é reversível e pode ser usado para resfriamento.

Naquele mesmo ano, Humphrey Davey demonstrou como a resistividade elétrica de determinado metal está relacionada a temperatura. Cinco anos mais tarde, Becquerel propôs a utilização de um termopar platina-platina para a medição de temperatura, porém, não foi senão em 1829 que Leopoldi Nobili conseguiu, finalmente, criar esse dispositivo.

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