O efeito termelétrico foi descoberto em 1821, pelo físico Thomas Seebeck, que notou na junção de dois metais diferentes (ou de um metal com uma liga, ou de duas ligas) a presença de uma queda de potencial elétrico mensurável. A essa junção metálica se atribui o nome termopar. Seebeck descobriu igualmente que essa queda de tensão varia com a temperatura a que é submetida a referida junção. O fenômeno se mostrou repetitivo, não apenas em temperaturas, mas em exemplares de
termopares, ao ponto de, quase 200 anos depois, o processo continuar adequado, para transdução de temperaturas em sinais elétricos equivalentes, e controle de processos.
Variedade de Termopares
Com a adoção empírica de diversos termopares, algumas combinações acabaram se notabilizando, pelo desempenho adequado a faixas térmicas específicas. Conhecidas inicialmente pelos metais constituintes, acabaram recebendo identificação por uma letra do alfabeto, única. Assim, quem tem trânsito costumeiro em ambiente de instrumentação, sabe que termopar tipo J é composto por junção de Ferro com uma liga denominada Constantan, e é adequada para faixas térmicas de -210 a 1200°C; sabe onde fazer a aquisição, e obter a tabela de tensões correspondentes a cada uma das temperaturas de operação.
Dependendo da faixa operacional e da variação diferencial de resposta, os
modelos de termopar se enquadram nas categorias J, K, S, B, T, R, N ou E, cujos extremos térmicos e valores tabelados podem ser atualmente obtidos na web, sem dificuldades. Diferentes fabricantes podem oferecer diferentes alternativas para montagem mecânica e interface com o processo.
Linearidade e Linearização
Quem se der ao trabalho de montar um gráfico de tensões x temperaturas de um termopar logo notará uma perceptível não-linearidade na correlação entre as duas grandezas, mas durante muitos anos isso pôde ser negligenciado, na medida que circuitos de controle eram aferidos nas temperaturas das extremidades da faixa que interessava para o processo comandado ou controlado. Isso começou a mudar (de fato melhorar) com o advento dos circuitos digitais: tornou-se cada vez menor o custo de se “memorizar” (por exemplo, em componente EEPROMs ou Flash) tabelas de equivalência inteiras, de valores correlacionados de tensão x temperatura, limitando a região de não-linearidade ao intervalo entre pontos gravados e, à semelhança da teoria dos diferenciais na matemática superior, quanto mais pontos memorizados, menor importância os erros (devidos às não-linearidades) assumem.
Compensação da Temperatura Ambiente
Apesar da alta repetibilidade do efeito termelétrico, esta só é verificada caso a medição (ou o processo) esteja sempre numa mesma temperatura ambiente. Como isto quase nunca acontece, pois a temperatura ambiente varia ao longo de um período de trabalho e com as estações do ano, a tendência é de se manifestarem erros de leitura que a maioria dos processos industriais não pode absorver ou negligenciar.
De fato, a correção para este problema é conhecida desde que o fenômeno foi aproveitado, e reside no próprio efeito termelétrico: monta-se duas junções termopares iguais, porém numa das extremidades (de cada uma) conectadas entre si (importante: em sentidos inversos!); enquanto as duas junções se mantiverem numa mesma temperatura, o resultado medido entre as extremidades livres (as desconectadas!) será rigorosamente zero (Volts). Com isto, passa a se ler tensão (e temperatura) diferencial (em lugar da absoluta). Em termos práticos: uma das junções (denominada junta fria) deve então permanecer constantemente imersa na atmosfera ambiente, e a outra junção deve ser exposta ao processo. A leitura diferencial assim monitorada deixa de ser afetada pelo ambiente, e o resultado da medição passa a ser idêntico, esteja o circuito de medição operando próximo ao equador, ou no polo sul (no auge do inverno), etc..
