Breve Histórico do Sensor de Temperatura

RELATÓRIO OFICIAL
Breve Histórico do 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
Ao final, incluímos uma nota sobre a origem e o desenvolvimento
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.
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.
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
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.
Robert Hooke
Ole Roemer
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
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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.
A platina também foi usada no sensor de temperatura de
resistência inventado em 1932 por C. H. Meyers. Esse sensor
mede a resistência elétrica de determinada extensão de fio
de platina e, em geral, é considerado o tipo de sensor mais
exato que existe.
William Herschel
Samuel Langley
Na sequência, em 1878, surgiu o bolômetro. Inventado pelo
astrônomo estadunidense Samuel Langley, o dispositivo usava
duas tiras de platina, uma das quais era revestida de fuligem,
formando uma ponte de Wheatstone. O aquecimento com
radiação infravermelha provocava uma mudança mensurável
na resistência.
Bolômetros são sensíveis à luz infravermelha por toda uma
ampla faixa de comprimento de ondas. Em contraste, os
dispositivos fotodetectores, desenvolvidos desde a década
de 1940, tendem a reagir apenas à luz infravermelha em uma
limitada faixa de banda. Detectores de sulfeto de chumbo são
sensíveis a comprimentos de onda de até três mícrons, ao
passo que a descoberta da liga ternária HgCdTe, em 1959,
abriu as portas para a fabricação de detectores customizados
para atender determinados comprimentos de onda.
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Atualmente, pirômetros de luz infravermelha são usados em
larga escala e câmaras térmicas, cujo custo continua caindo,
estão sendo cada vez mais aplicadas.
Escalas de Temperatura
Assim que começou a fabricar termômetros, Fahrenheit
percebeu que era preciso ter uma escala de temperatura. Ele
definiu que o ponto de congelamento de água salgada seria
30 graus, ao passo que o ponto de ebulição se daria a 180
graus. Subsequentemente, ele decidiu que usaria água pura
que congela a uma temperatura ligeiramente mais alta, a 32
°F, com um ponto de ebulição a 212°F.
Um quarto de século depois, Anders Celsius propôs a
escala de 0 a 100 que, até hoje, leva seu nome. Mais tarde,
ao perceber a vantagem de um ponto fixo no final da escala,
William Thomson e, posteriormente, Lord Kelvin, propuseram
o uso do zero absoluto como ponto de partida do sistema
Celsius. Isso levou à criação da escala Kelvin que, até os
dias de hoje, tem sido usada no campo científico.
Fonte
Overview
http://www.capgo.com/Resources/InterestStories/TempHistory/
TempHistory.html
Temperature Measurement By L. Michalski
https://books.google.it/books?hl=en&lr=&id=pP28yxRZ7i8C&oi=fnd&pg=
PR13&dq=history+of+temperature+measurement&ots=pK-8PGMB_A&si
g=o81P8KvzoBFVOCdwgkVe0Kh2P7U#v=onepage&q=history%20of%20
temperature%20measurement&f=false
http://web.mst.edu/~cottrell/ME240/Resources/Temperature/Temperature.
pdf (Missouri University of Science and Technology)
http://www.britannica.com/technology/thermometer
A Brief History of Thermometers
http://www.theguardian.com/science/2003/aug/06/weather.environment
Santorio Santorii
https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/
Other%20Methods/IRT/IR_History.php
http://galileo.rice.edu/sci/instruments/thermometer.html
History of the Thermocouple
www.technology.matthey.com/pdf/pmr-v8-i1-023-028.pdf
RTD
http://www.omega.com/temperature/z/pdf/z033-035.pdf also http://www.
omega.com/temperature/z/thertd.html
Comparison of Thermistors, Thermocouples and RTDs
http://www.enercorp.com/temp/Thermistors_comparision.html
Contribution of Lord Kelvin: Principles and Methods of Temperature
Measurement by Thomas Donald McGee, John Wiley & Sons, May 19, 1988
https://books.google.it/books?id=qfmS7g4JzjwC&pg=PA
238&lpg=PA238&dq=becquerel+thermocouple&source=b
l&ots=3tOgew8XHa&sig=M0Xw2CScfxHfNoyD25FcQ5o
0u_s&hl=en&sa=X&ved=0CC0Q6AEwAWoVChMI5tqs6XxxwIVAc8UCh2gqwkD#v=onepage&q=becquerel%20
thermocouple&f=false
Bolometer Invention
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Langley/langley_2.php
Anders Celsius
Lord Kelvin
Atualmente, as escalas para a medição de temperatura são
definidas em um documento intitulado Escala Internacional
de Temperatura de 1990. Se você deseja verificar melhorar
seu entendimento sobre essas unidades de medida, consiga
uma cópia do artigo.
History of IR
http://antonirogalski.com/wp-content/uploads/2012/12/History-of-infrareddetectors.pdf
http://www.metrisinst.com/faqs-and-tutorials and http://www.advancedenergy.com/upload/File/White_Papers/ENG-THERMOMETRY-270-01.pdf
Kelvin Absolute Zero
http://www.chemheritage.org/Downloads/Classroom-Activities/StudentGuide--Gay-Lussac.pdf
ITS 90
http://www.capgo.com/Resources/Temperature/TempHome/ITS90/
TheITS90.html
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