Engenharia de Computação e Instrumentação Médica

[pic 1]

Engenharia de Computação e Instrumentação Médica

Calibração de um termopar de cobre constantan [pic 2]

   Data de realização: 16-12-2015

    Data de entrega: 14-01-2016

         

Marco Alves  nº1130097

Andreia Gonçalves  nº1130610

Juliana Silva  nº1140409

Turma 2DB

Índice

Sumário…………………………………………………………..pag.3

Introdução………………………………………………………..pag.3

Parte experimental……………………………………………….pag.4

        I.Material necessário……………………………………...pag.4

        II.Procedimento experimental…………………………….pag.4

Resultados e Discussão………………………………………….pag.6

Incertezas………………………………………………………..pag.8

Conclusão……………………………………………………….pag.10

Bibliografia………………………………………………………pag.10

Sumário

No trabalho realizado no dia 17 de dezembro de 2015 tinha-se como objetivos a calibração de um termopar de cobre constantan, a determinação do coeficiente de Seebeck e determinar a temperatura de neve carbónica.

Inicialmente procedeu-se à calibração do termopar e determinou-se a sua sensibilidade.

De seguida, com o termopar já calibrado, determinou-se a temperatura da neve carbónica e a temperatura de uma dada quantidade de água retirada do banho termostático.

Assim, comparando o valor da temperatura da água do banho sendo que o valor obtido pelo termómetro foi 40ᵒC e o valor obtido pelo termopar foi 0,7 mV, usando este valor nas fórmulas obteve-se o valor de 46,7533ᵒC e por consequente o erro foi de  e o erro relativo foi de .[pic 3][pic 4]

 

Introdução

Termopares são sensores de medição de temperatura que são constituídos por dois condutores metálicos e distintos, puros ou homogéneos. 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 fenómeno, 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 electrões 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 milivolts (mV).

A relação entre a força eletromotriz e a diferença de temperaturas pode ser representada por um polinómio do tipo:

                                 (1)[pic 5]

Para um termopar que trabalhe numa gama não muito extensa de temperaturas, a função quadrática será suficiente (ou seja, toma-se apenas até ao termo de segunda ordem da expressão (1)). A derivada da tensão termoeléctrica em ordem à temperatura designa-se por sensibilidade ou coeficiente de Seebeck (η) do termopar:

                                    (2)[pic 6]

Porém o termopar utilizado durante a realização desta experiência é um termopar de Cobre Constantan logo, faz-se uma aproximação ainda maior tomando a expressão da força eletromotriz termoelétrica por uma reta (ou seja considera-se só o termo de primeira ordem da expressão (1)).

Parte experimental:

1. Material Necessário:

• Multímetro digital;
• Termopar de Cobre-Constantan;
• Tina com água e gelo;
• Neve carbónica;
• Banho termostático;
• Termómetro digital.

1. Procedimento Experimental:

Realizou-se a montagem conforme a figura 1, verificando se todas as ligações estavam bem feitas.

[pic 7]

Figura 1 - Esquema de montagem

Sendo A o banho termostático, B o multímetro digital, C a junção de termopar, D o recipiente com água e gelo e E o termómetro digital.

Ligou-se o termóstato nos 90ᵒC e registou-se a variação da temperatura, sendo que   e também a tensão obtida para cada  até ao limite de 81,5ᵒC, sendo esses valores registados de 5ᵒC em 5ᵒC.[pic 8][pic 9]

Tabela 1 – Valores obtidos

[pic 10]	V (mV)
21,5	0,7
26,5	0,9
31,5	1,0
36,5	1,2
41,5	1,4
46,5	1,6
51,5	1,8
56,5	2,0
61,5	2,2
66,5	2,4
71,5	2,6
76,5	2,8
81,5	3,0

Desligou-se a cabeça termostática e esperou-se até que a temperatura diminui-se para um valor próximo de 60ºC. Removendo, entretanto, a junção do termopar da tina de gelo e água.