Calibração de um termopar

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Universidade Federal do Amazonas
Faculdade de Ciências Agrárias
Agronomia
CALIBRAÇÃO DE UM TERMOPAR
Manaus – AM
2019
Universidade Federal do Amazonas
Faculdade de Ciências Agrárias
Agronomia
Relatório de experimentos de Física B – Calibração de um termopar
Alunos: Victor Neves – 21456009
 Mylena Rêgo Panza - 21551152
 Tiago Way - 21950008
Manaus, 29 de Abril de 2019
1. INTRODUÇÃO
	Termopares são os sensores de temperaturas mais utilizados nas aplicações industriais. Este relatório contém as análises relativas à calibração do termopar tipo T a partir da utilização de um voltímetro, termômetro e fios de cobre. Em todas as instalações industriais, a medição da temperatura é de extrema importância, permite a medição de níveis de energia térmica, conhecer a eficiência dos equipamentos térmicos e assim poder corrigir as suas condições de funcionamento, bem como conhecer a eficiência de ciclos termodinâmicos. Tendo em vista a importância e necessidade de se possuir um total controle sobre processos térmicos, consta neste documento um dos modos de se obter este controle, que é através de um termopar e de um circuito eletrônico na qual o sinal é otimizado a fim de poder utilizá-lo na instrumentação industrial.
	O objetivo deste relatório é entender o funcionamento e calibrar um termopar. A seguir serão apresentados todos os aspectos referentes à atividade experimental realizada em laboratório.
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
	
	Definimos termopares como sensores de medição de temperatura que são constituídos por dois condutores metálicos e distintos, puros ou homogêneos. São baratos, podem medir uma vasta gama de temperaturas e podem ser substituídos sem introduzir erros relevantes. A sua maior limitação é a exatidão, uma vez que erros inferiores a 1 °C são difíceis de obter. A junção de dois metais gera uma tensão elétrica que é função da temperatura. O funcionamento dos termopares é baseado neste fenômeno, conhecido como Efeito de Seebeck. Este se define como a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas junções de condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando elas estão a diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica). O princípio termoelétrico dos termopares deriva de uma propriedade física dos condutores metálicos submetidos a um gradiente térmico em suas extremidades: a extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio, gerando uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor na ordem de alguns millivolts (mV). 
 	Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registrar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazer medições exatas, devemos compensar este efeito (o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria). A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensação da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.
	
3. PARTE EXPERIMENTAL
Material utilizado:
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
Procedimento experimental:
Montou-se da forma representada na figura 4.2. 
Mergulhou-se a junção de medida do termopar na água a temperatura ambiente. Feito isso, mediu-se, com o voltímetro, a diferença de potencial e, com um termômetro de mercúrio, a temperatura da água.
Mediu-se a diferença de potencial no termopar para diversos valores de temperatura da água (+5°C, +10°C, +15°C, +20°C, +25°C, +30°C)
4. RESULTADOS
Partindo da temperatura inicial (T0) de 26°C, e registrando a tensão a cada 5°C, a Tabela 1 apresenta o resultado das medições referentes ao procedimento 3:
	Temperatura (°C)
	Tensão (V)
	31°C
	0,0004
	36°C
	0,0007
	41°C
	0,0009
	46°C
	0,0011
	51°C
	0,0014
	56°C
	0,0016
 Tabela 1: Tensão em relação a variação de temperatura
Gráfico 1: Temperatura x Tensão
Temos:
 Eq. 1
	A Equação 1 é a função que descreve o comportamento do gráfico, sendo assim, o valor encontrado para o coeficiente de Seebeck foi de 0,00004742 V/°C (= 0,4742 mV/°C). A equação de calibração do termopar é demonstrada a seguir:
 Eq. 2
	Tomando (T2 – T1) como sendo a diferença de 5°C, pode se calcular o valor de
 
5. CONCLUSÃO
Ao início o experimento, em cada 5°C de variação, foi registrada a diferença de potencial, que por sua vez se manteve, como o esperado, constante ao longo do experimento, através dos dados obtidos foi possível determinar qual seria o coeficiente de Seebeck para a situação em questão, o valor encontrado foi de 0,00004742V/°C, e ao aplicar na fórmula da força eletromotriz, tendo ∆T = 5ºC, a mesma tendeu a 0,000237V. Portanto, os resultados do presente relatório foram satisfatórios, tendo em vista que seu objetivo principal era calibragem de um termopar.