Calibração de um Termopar

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

Calibração de um Termopar

Manaus - AM

2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS

CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

LUZIMAR BATISTA

NANCY PESSOA SAMPAIO

PRISCILA LIMA MARQUES

Calibração de um Termopar

Relatório requisitado para obtenção de nota parcial na disciplina de Laboratório de Física Geral III, ministrada pelo Prof. Henrique Duarte da Fonseca Filho.

Manaus - AM

2016

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO        

2. PARTE TEÓRICA        

3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS        

3.1. Material Utilizado        

3.2. Procedimento Adotado        

4-RESULTADOS        

4.1. Tratamento dos Dados        

5 - CONCLUSÃO        

6 – BIBLIOGRAFIA        

1. INTRODUÇÃO

O termopar é um tipo de sensor de temperatura muito simples que gera eletricidade a partir da diferença de temperatura. Dois fios condutores de eletricidade, por exemplo, o cobre e o fio de constantan quando unidos nas suas extremidades, geram uma tensão elétrica que pode ser medida na outra extremidade, se existir diferença de temperatura entre elas. Considerando que a diferença de potencial é proporcional à diferença de temperatura, então se tem o que é denominado de efeito Seebeck.

Como o circuito formado pelos fios está aberto, a corrente elétrica nele é nula, então surge uma força eletromotriz (ε) nas extremidades livres, que depende do material dos fios e da variação de temperatura entre as junções.

Sendo assim, o presente trabalho consiste em um estudo experimental, cujo objetivo é encontrar a equação de calibração de um termopar, a partir dos resultados obtidos experimentalmente.

2. PARTE TEÓRICA

Um termopar é um sensor utilizado para a medição da temperatura. Ele é constituído de dois metais distintos, unidos por suas extremidades e ligados a um termômetro termopar ou outro dispositivo com capacidade termopar, na outra extremidade. Quando configurado corretamente, termopares podem fornecer medições de temperatura em uma ampla faixa de temperatura.

Um termopar é também conhecido por sua versatilidade como sensor de temperatura, portanto, normalmente são utilizados em uma ampla gama de aplicações - desde um termopar de uso industrial a um termopar regularmente encontrado em utilitários e aparelhos regulares, como aparelhos condicionadores de ar e aquecedores.

Devido à sua vasta gama de modelos e especificações técnicas, é extremamente importante entender a sua estrutura básica, como um termopar funciona, suas escalas para melhor determinar qual é o tipo certo e material do termopar para sua aplicação.

Sua constituição básica pode ser representada pela figura abaixo:

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Figura 1: Esquema Básico de um Termopar

Nesse tipo de circuito, a fonte da tensão (força eletromotriz), é medida quando se abre o circuito em um ponto qualquer, mantendo-se uma junção a uma temperatura T1 e a outra junção a uma temperatura T2, gerando uma diferença de potencial entre as duas extremidades.

E, quando dois fios compostos por metais diferentes são unidos em ambas as extremidades e uma das extremidades é aquecida, há uma corrente contínua que flui no circuito termoelétrico. Se este circuito é interrompido no centro, observa-se a existência de uma tensão de circuito aberto líquido (a tensão Seebeck), que está em função da temperatura de junção e da composição dos dois metais. O que significa que, quando a junção dos dois metais é aquecida ou arrefecida uma tensão que é produzida pode ser correlacionada de volta para a temperatura.

Os termopares disponíveis no mercado têm os mais diversos formatos, desde os modelos com a junção a descoberto que têm baixo custo e proporcionam tempos de resposta rápidos, até aos modelos que estão incorporados em sondas. Está disponível uma grande variedade de sondas, adequadas para diferentes aplicações (industriais, científicas, investigação médica, etc...).

O termopar é por essência um conversor de energia termelétrica, contudo, o uso dos termopares metálicos é limitado à medição de temperatura e não como fontes de energia elétrica devido ao baixo rendimento que oferecem. Certas junções feitas com materiais semicondutores como arsenieto de gálio e antimonieto de índio é que são usados para este fim.

Quando se procede à escolha de um termopar deve-se ponderar qual o mais adequado para a aplicação desejada, segundo as características de cada tipo de termopar, tais como a gama de temperaturas suportada, a exatidão e a confiabilidade das leituras, entre outras. Em seguida fornece-se o nosso guia (com o seu quê de subjetivo) para os diferentes tipos de termopares.

3. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

3.1. Material Utilizado

Para este experimento, utilizou-se:

2 pedaços de fios 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

3.2. Procedimento Adotado

Com o experimento já montado, deixou-se a junção de referência à temperatura ambiente e mergulhou-se a junção de medida do termopar na água à temperatura ambiente, com isso, usou-se o voltímetro para medir a diferença potencial, enquanto que com o termômetro, mediu-se a temperatura da água.

Após esta primeira etapa, continuou-se a medição de diferenças de potenciais para cada acréscimo de 5°C à temperatura inicial.

4-RESULTADOS

4.1. Tratamento dos Dados

Após a medição das diferenças de potencial em função do aumento da temperatura da água, obtiveram-se os seguintes resultados: