Metrologia – Medição de Temperaturas / Termopares (Parte 4/5)
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Ligação com Fio de Cobre
Valor da tensão na junta de referência: UK(ref) = (1000 – 100) ºC = 37,325 mV
Temperatura ambiente (indicador): UK(50) = 2,022 mV
Leitura do indicador: 37,325 mV + 2,022 mV = 39,347 mV = 950 ºC
Erro: 1000 ºC – 950 ºC = 50 ºC
O erro é igual à diferença de temperatura entre a junta de referência e a temperatura ambiente.
Ligação com Fio de Extensão ou Fio de Compensação
Se no exemplo anterior o fio de cobre for substituído pelo fio do termopar tipo K, então a junta de referência será “deslocada” até ao instrumento indicador, não gerando, portanto, erro de medição.
Se o fio do termopar tipo K for trocado por outro fio com o mesmo comportamento, então, por analogia, também não teremos erro na medição.
Estes tipos de fios são: fios de extensão (mesma liga do termopar) ou fios de compensação (mesmo comportamento termoeléctrico do termopar).
Inversões
Inversão Simples
A inversão simples entre os cabos de ligação da junta de referência e o instrumento indicador nota-se facilmente pois o instrumento dará indicações de sentido contrário às esperadas.
Inversão Dupla
Neste caso, a tensão gerada pelo cabo de extensão entra no indicador com polaridade invertida:
Tensão gerada pelo termopar: UK = (1000 – 100) ºC = 37,325 mV
Tensão gerada pelo cabo de extensão: UK = (100 – 50) ºC = 2,022 mV
Indicação do instrumento indicador:
U = 37,325 mV – 2,022 mV + 2,022 mV = 37,325 mV = 900 ºC
E então o erro introduzido será duas vezes a diferença de temperatura entre a junta de referência e a temperatura ambiente.
Termómetros de Resistência
São baseados na variação de resistência eléctrica de um condutor metálico em função da temperatura.
O metal mais utilizado é a platina, material que apresenta uma boa linearidade, resistência à oxidação e ampla faixa de utilização (-248 ºC a 962 ºC).
Termómetro de Resistência de Platina
A faixa de utilização vai até aos 850 ºC
O erro pode ser de +/- 0,1 % até +/- 0,5% da faixa de medição, conforme os modelos.
Ligações
A Dois Fios
Nesta configuração, o instrumento indicador vai indicar o valor da termoresistência e o valor da resistência dos fios de ligação. Por isso, deve ser evitada para instalações de longa distância.
Três Fios
Neste caso, o instrumento indicador deve ter uma saída própria de corrente e uma entrada de medição “sense”. Como o fio ligado à entrada de medição não transporta corrente, a sua resistência não influencia o resultado final.
Quatro Fios
Aqui, o efeito dos cabos de ligação é eliminado completamente.
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Outubro 12, 2010 2 Comentários
Metrologia – Medição de Temperaturas / Termopares (Parte 3/5)
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Tabela de coeficientes a
Associação de Termopares iguais
Termopares em Série sem Oposição
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Outubro 5, 2010 Não há comentários
Metrologia – Medição de Temperaturas / Termopares (Parte 2/5)
[… continuação]
Conceitos Básicos Sobre Termopares
Se um condutor metálico qualquer for submetido a uma diferença de temperatura entre as suas extremidades, será observada uma redistribuição de electrões, a qual gera uma tensão eléctrica, cujo valor depende do material condutor usado.
Em 1821, T. J. Seebeck notou que juntando uma extremidade dos dois condutores a tensão eléctrica gerada era a diferença das medidas individuais.
De seguida podemos ver duas animações que explicam o princípio de funcionamento do termopar: o efeito de Seebeck – Efeito Termoeléctrico
Posteriormente foram estabelecidas as leis da Termoelectricidade
Lei do Circuito Homogéneo
A Tensão gerada por um termopar depende apenas da composição química dos metais e das temperaturas entre as junções
Corolário: A tensão gerada não depende do comprimento dos termopares, nem do diâmetro dos fios, nem da temperatura ao longo dos fios
Lei dos Metais Intermédios
A tensão gerada por um termopar não se altera ao inserir no circuito um condutor genérico diferente dos que compõem a junção, desde que as novas junções sejam mantidas à mesma temperatura.
Corolário:
É permitido o uso de contactos de qualquer material condutor nos blocos de ligação do termopar aos respectivos cabos
O material da solda da junta não influi na tensão gerada
Lei das Temperaturas Intermédias
A tensão gerada num circuito termoeléctrico correspondente a uma diferença de temperaturas ΔT é a soma algébrica das tensões geradas por circuitos termoeléctricos intermédios.
Corolário:
Utilização de cabos compensados mais baratos e com as mesmas características eléctricas do termopar, sem causar erros no sinal gerado
Compensação da temperatura ambiente quando uma das junções está a uma temperatura de referência conhecida, por exemplo, gelo fundente a 0 ºC
Respostas de Termopares
A equação genérica que descreve a curva de um termopar é um polinómio de grau n
T = a0 + a1X + a2X^2 + … + anX^n
Onde:
T – temperatura da junta de medição (junta de referência a 0 ºC)
an – coeficiente que depende do tipo do termopar
X – tensão gerada
n – ordem do polinómio
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Setembro 28, 2010 Não há comentários
