Um termômetro é um dispositivo que mede a temperatura ou gradiente de temperatura, usando uma variedade de princípios diferentes. Um termômetro tem dois elementos importantes – o sensor de temperatura no qual alguma mudança física ocorre com a temperatura física, por exemplo, o bulbo em um termômetro de mercúrio e a mola ou algum outro meio de converter essa mudança física em um valor, por exemplo, a escala em um termômetro de mercúrio.
Existem diferentes tipos de termômetros.
O termômetro de líquido em vidro utiliza a variação do volume de um líquido em temperatura. Eles usam o fato de que a maioria dos fluidos se expande com o aquecimento. O fluido está contido em um bulbo de vidro selado e sua expansão é medida usando uma escala gravada na haste do termômetro. Como sabemos que o termômetro não se expande então como propriedade física ele utiliza a variação do comprimento do líquido com a temperatura.
Os líquidos comumente usados nos termômetros de líquido em vidro são Mercúrio e Álcool. Com base no líquido utilizado, eles são de dois tipos: termômetros de mercúrio em vidro e termômetros de álcool em vidro.
O termômetro de líquido em vidro consiste em duas partes básicas:
Vantagens:
Desvantagens:
Estes foram inventados por um físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit.
Este termômetro consiste em mercúrio em um tubo de vidro. As marcas calibradas no tubo permitem que a temperatura seja lida pelo comprimento do mercúrio dentro do tubo. O comprimento do mercúrio dentro do tubo varia de acordo com a temperatura. Para aumentar a sensibilidade, geralmente há um bulbo de mercúrio na extremidade do termômetro que contém a maior parte do mercúrio; expansão e contração deste volume de mercúrio são amplificados no orifício muito mais estreito do tubo. O espaço acima do mercúrio pode ser preenchido com nitrogênio ou pode ser um vácuo.
O termômetro de mercúrio em vidro cobre uma ampla faixa de temperatura de -38 °C a 356 °C, embora a introdução de um gás no instrumento possa aumentar a faixa para 600 °C ou mais.
Vantagens de um termômetro de mercúrio em vidro
Desvantagens de um termômetro de mercúrio em vidro
Como líquido, utiliza álcool etílico, tolueno e pentano técnico, que podem ser utilizados até -200 °C. Sua faixa é de -200°C a 80°C, embora a variação tenda a ser altamente dependente do tipo de álcool usado.
Vantagem: Sua maior vantagem é que pode medir temperaturas muito baixas.
Desvantagem: Como o álcool é transparente, requer um corante para torná-lo visível. Os corantes tendem a adicionar impurezas que podem não ter a mesma faixa de temperatura do álcool. Isso dificulta a leitura principalmente nos limites de cada líquido. Além disso, o álcool molha o vidro.
O termômetro de resistência ou detector de temperatura de resistência (RTD) usa a resistência de um condutor elétrico para medir a temperatura. A resistência do condutor varia com o tempo. Esta propriedade do condutor é usada para medir a temperatura. A principal função do RTD é dar uma mudança positiva na resistência com a temperatura.
O metal tem um coeficiente de alta temperatura, o que significa que sua temperatura aumenta com o aumento da temperatura. O carbono e o germânio têm coeficiente de baixa temperatura que mostra que sua resistência é inversamente proporcional à temperatura.
O termômetro de resistência usa um elemento sensível feito de metais extremamente puros como platina, cobre ou níquel. A resistência do metal é diretamente proporcional à temperatura. Principalmente, a platina é usada em um termômetro de resistência. A platina tem alta estabilidade e pode suportar altas temperaturas.
Ouro e prata não são usados para RTD porque têm baixa resistividade. O tungstênio tem alta resistividade, mas é extremamente frágil. O cobre é usado para fazer o elemento RTD porque tem baixa resistividade e também é mais barato. A única desvantagem do cobre é que ele tem baixa linearidade. A temperatura máxima do cobre é de cerca de 120oC.
O material RTD é feito de platina, níquel ou ligas de níquel. Os fios de níquel são usados para uma faixa de temperatura limitada, mas são bastante não lineares.
A seguir estão os requisitos do condutor usado nos RTDs
A resistividade do material é alta para que o volume mínimo do condutor seja usado para construção
A mudança na resistência do material em relação à temperatura deve ser a mais alta possível.
A resistência do material depende da temperatura
O termômetro de resistência é colocado dentro do tubo de proteção para fornecer proteção contra danos. O elemento resistivo é formado pela colocação do fio de platina na bobina cerâmica. Este elemento de resistência é colocado dentro do tubo que é feito de aço inoxidável ou aço de cobre.
O fio condutor é usado para conectar o elemento de resistência com o condutor externo. O fio condutor é coberto pelo tubo isolado que o protege de curto-circuito. O material cerâmico é usado como isolante para material de alta temperatura e para fibra ou vidro de baixa temperatura é usado.
Termômetros de resistência estão substituindo lentamente os termopares em aplicações industriais de temperatura muito mais baixa (abaixo de 600 °C). Os termômetros de resistência vêm em várias formas de construção e oferecem maior estabilidade, precisão e repetibilidade. A resistência tende a ser quase linear com a temperatura.
Vantagens
Desvantagens:
Os termopares são sensores compostos por dois metais que geram forças eletromotrizes (CEMs) ou tensões quando há diferenças de temperatura entre eles. A quantidade de tensão produzida depende dessas diferenças. Os termopares operam com base no princípio do efeito Seebeck.
O efeito Seeback foi descoberto pelo médico alemão que virou físico Thomas Johann Seebeck. Ele descobriu que quando produzia uma série de circuitos formando uma junção de dois metais diferentes, com um metal a uma temperatura mais alta que o outro, era capaz de gerar uma voltagem. Quanto maior a diferença, maior a voltagem, e ele descobriu que os resultados eram independentes da forma do metal.
Um termopar é composto por uma junção formada por duas ligas metálicas. Uma parte da junção é colocada em uma fonte cuja temperatura deve ser medida, enquanto a outra extremidade é mantida a uma temperatura de referência constante de acordo com a lei zero da termodinâmica. Os termopares mais antigos usam banhos de gelo como fonte de temperatura, mas os modernos usam um sensor de temperatura de estado sólido.
Os termopares são valiosos em ciência e engenharia devido à sua precisão, tempo de reação rápido, tamanho pequeno e capacidade de medir temperaturas extremas. A última habilidade é baseada nas combinações de metais utilizadas; uma combinação de níquel-níquel pode medir -50°C a 1410°C, enquanto uma combinação de rênio-rênio pode medir 0°C a 2315°C. As combinações mais comuns são ferro-constantan, cobre-constantan e cromo-alumel. As desvantagens dos termopares são que os sinais produzidos podem não ser não lineares e, portanto, precisam ser calibrados com cuidado.
Um termômetro de gás mede a temperatura pela variação de volume ou pressão de um gás. Termômetros a gás funcionam melhor em temperaturas muito baixas.
Existem dois tipos principais de termômetro de gás – um operando a volume constante e outro a pressão constante.
Um pirômetro é um tipo de termômetro usado para medir altas temperaturas. É usado para medir a temperatura sem qualquer contato físico. É usado para medir a temperatura do corpo medindo sua radiação eletromagnética.
Seu princípio depende da relação entre a temperatura de um corpo quente e a radiação eletromagnética emitida pelo corpo. Quando um corpo é aquecido, ele emite energia térmica conhecida como radiação de calor. É uma técnica para determinar a temperatura corporal medindo sua radiação eletromagnética.
Pirômetro óptico - O pirômetro óptico é um dispositivo de medição de temperatura do tipo sem contato. Ele funciona com o princípio de combinar o brilho de um objeto com o brilho do filamento que é colocado dentro do pirômetro. O pirômetro óptico é usado para medir a temperatura dos fornos, metais fundidos e outros materiais ou líquidos superaquecidos. Não é possível medir a temperatura do corpo altamente aquecido com a ajuda do instrumento do tipo contato. Portanto, o pirômetro sem contato é usado para medir sua temperatura.
Vantagens de um pirômetro óptico
Desvantagens de um pirômetro óptico
Termômetro clínico | Termômetro de laboratório |
O termômetro clínico é dimensionado de 35°C a 42°C ou de 94°F a 108°F. | O termômetro de laboratório é geralmente dimensionado de -10°C a 110°C. |
O nível de mercúrio não cai sozinho, pois há uma torção perto da lâmpada para evitar a queda do nível de mercúrio. | O nível de mercúrio cai sozinho, pois não há torção. |
A temperatura pode ser lida após a remoção do termômetro da axila ou da boca. | A temperatura é lida mantendo o termômetro na fonte de temperatura, por exemplo, um líquido ou qualquer outra coisa. |
Para baixar o nível de mercúrio, são dados empurrões. | Não há necessidade de dar um empurrão para diminuir o nível de mercúrio. |
É usado para medir a temperatura corporal. | É usado para medir a temperatura no laboratório. |
