CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM
FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT
GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO – FT06
CURSO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA B – IEF102
PROFESSOR DR. OLEG BALEV
TURMA 2

UNIDADADE IV – CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR

AMANDA CIBELLE MAGALHÃES TAVARES – 21602240
PARCEIRO: LUCAS MARTINS DA SILVA - 21603636

MANAUS – AM
05 DE MAIO DE 2017

UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS – UFAM
FACULDADE DE TECNOLOGIA – FT
GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO – FT06
CURSO DE LABORATÓRIO DE FÍSICA B – IEF102
PROFESSOR DR. OLEG BALEV
TURMA 2

AMANDA CIBELLE MAGALHÃES TAVARES – 21602240

			
Relatório de Física Geral e Experimental B, cujo título é Calibração de um Termopar, orientado pelo professor Oleg Balev.

Manaus – AM
05 de Maio de 2017
Introdução
Termopar é um sensor de temperatura muito simples em termos construtivos. É composto por dois condutores elétricos, necessariamente de materiais (ligas ou outros compostos) com propriedades termoelétricas diferentes, ligados entre si em uma das extremidades para formar uma junção de medição, sendo que a outra extremidade é mantida aberta e é denominada junção de referência. Esse junção é conectada, direta ou indiretamente, a um dispositivo de medição da força eletromotriz que é gerada no circuito quando as junções de medição e de referência são submetidas à diferentes temperaturas.

Parte Teórica

Em 1822, o físico Thomas Seebeck descobriu (acidentalmente) que a junção de dois metais gera uma tensão eléctrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenómeno, que é conhecido como Efeito de Seebeck.
A tensão de circuito aberto através da junção de referência é a chamada tensão de Seebeck e aumenta à medida que a diferença de temperatura entre as junções aumenta. Embora o efeito de Seebeck seja muito fácil de ser medido e demonstrado, os físicos levaram um grande tempo para provar como o efeito de Seebeck funciona. Parte do problema reside no fato de que a tensão de Seebeck somente é observada em um circuito completo que envolva pelo menos dois tipos de fios. Entretanto, os físicos conseguiram demonstrar que o efeito de Seebeck ocorre para qualquer par de pontos que não estejam à mesma temperatura, em qualquer parte de um fio condutor elétrico. Isso significa que, embora uma tensão de Seebeck possa ser atribuída a um único fio metálico, na prática ela só é observada com dois fios diferentes.
A tensão de Seebeck surge de um gradiente de temperatura é uma propriedade material do fio e não depende de uma junção ou da presença de outros fios no circuito.
O termopar, que opera sob o efeito Seebeck é, portanto, diferente da maioria dos outros sensores de temperatura uma vez que sua saída não está diretamente relacionada à temperatura, mas sim ao gradiente de temperatura, ou seja, da diferença de temperatura ao longo do fio termopar.
Assim sendo, é fundamental que os fios usados para fabricação do termopar sejam homogêneos em toda sua extensão do termopar, ou seja, tenham o mesmo coeficiente de Seebeck.
A parte mais complexa do circuito é o voltímetro e para remover sua contribuição termoelétrica à medição, ele também deve ser mantido numa condição isotérmica. Como os efeitos termoelétricos são a maior fonte de erro nos voltímetros, a maioria é projetada de modo a minimizá-los. Por exemplo, são usados terminais de ligação de latão, mas deve-se tomar todo o cuidado para evitar mudanças rápidas na temperatura ambiente.
Este efeito pode ser enunciado pela seguinte expressão:
ε= α (T2 – T1)
Como as temperaturas T1 e T2 utilizadas referem-se às junções e na prática quando usamos os termopares estamos tentando medir a temperatura de um corpo em contato com a termojunção. Estas duas temperaturas não são exatamente as mesmas uma vez que a corrente atravessa a termojunção (calor é gerado ou absorvido pela junção, cuja temperatura pode ser maior ou menor que o ambiente).

Procedimento Experimental

Materiais necessários para a execução do experimento:
2 pedaços de fio de Constantan
1 pedaço de fio de cobre
1 ebulidor de imersão
1 termômetro
1 voltímetro
1 haste
2 grampos com isoladores
2 fios de conexões
1 recipiente com água

Foi realizada a montagem a seguir:

Figura 1
Foi mergulhado a junção de medida do termopar na água à temperatura ambiente. Feito isso, foi medido com o voltímetro a diferença potencial e, com o termômetro foi medido a temperatura da água (T0).
Foi medido a diferença de potencial no termopar para diversos valores de temperatura da água, obedecendo a tabela abaixo:
T0 = 27° C
	Temperatura (°C)
	Temperatura (°C)
	Ddp (mV)

	T0 °C
	27 °C
	0,2 mV

	(T0 + 5) °C
	32 °C
	0,4 mV

	(T0 + 10) °C
	37 °C
	0,6 mV

	(T0 + 15) °C
	42 °C
	0,8 mV

	(T0 + 20) °C
	47 °C
	1 mV

	(T0 + 25) °C
	52 °C
	1,2 mV

	(T0 + 30)°C
	57 °C
	1,3 mV

Tabela 1

Questões
Faça o gráfico da diferença de potencial no termopar em função da temperatura da água. Com base nesse gráfico, verifique se o coeficiente Seebeck desse termopar é constante na faixa de temperatura observada. Faça uma regressão linear e determine o valor desse coeficiente. Escreva então, a equação de calibração do termopar.

Ddp x T

Gráfico 1 : ddp = f(T)
O valor do coeficiente de Seebeck foi determinado através do coeficiente angular da reta, da seguinte forma:

Será escolhido dois pontos para que seja realizado o cálculo.
Ponto A = (32 °C, 0,4 mV)
Ponto B = (42 °C, 0,8mV)
m = tgα = = = 0,04
Portanto, o coeficiente de Seebeck(α) é 0,04 mV/°C

Utilizando os resultados do ajuste dos dados a uma reta do tipo:
 y = x + (ou seja, = T – T0), iremos encontrar a equação de calibração do termopar.
Através de y = x + temos que a equação de calibração é Y = -0.80 + 0.04*X

Conclusão
Através do experimento podemos concluir que o termopar trabalha em função somente da diferença de potencial. Também se pode concluir através da tabela 1 que a medida que a temperatura do termoresistor aumenta, a resistência também aumenta e isso é afirmado analisando o gráfico 1, pois apresenta um comportamento de maneira linear, quanto maior a diferença de potencial, maior será a diferença entre as temperaturas.

Referências
http://www.analogica.com.br/arquivos/nota-tecnica-sobre-calibracao-de-termopares.pdf
http://lilith.fisica.ufmg.br/~labexp/roteirosPDF/Calibracao_termopar_V2015b.pdf
http://www.ebah.com.br/search?q=calibra%C3%A7%C3%A3o+de+termopar