calibração de um termopar
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7182019 calibraccedilatildeo de um termopar
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CALIBRACcedilAtildeO DE UM TERMOPAR
Departamento de Fiacutesica do ISEP 1
CALIBRACcedilAtildeO DE UM TERMOPAR DE COBRE CONSTANTAN
1 OBJECTIVOS
Calibraccedilatildeo de um termopar de cobre constantan com o traccedilado da curva
θ(V) na gama de temperaturas (0ordmC a 90ordmC)
Determinaccedilatildeo do coeficiente de Seebeck η θ
= dV
d pelo meacutetodo graacutefico
Introduzindo a sonda de referecircncia em neve carboacutenica obter a suatemperatura (tomando como referecircncia a fonte quente)
Comparar os valores obtidos com os valores esperados
2 MATERIAL NECESSAacuteRIO
Multiacutemetro digital Termopar de Cobre-Constantan Tina com gelo Nevecarboacutenica Banho-Maria com cabeccedila termostaacutetica
3 BIBLIOGRAFIA
Calibraccedilatildeo de um Termopar - Fiacutesica (Ed Calouste Gulbenkian)
Estudo da Funccedilatildeo ∆θ (V) - Laboratoacuterio de Fiacutesica (1981)
Laboratoacuterio de Termodinacircmica - Faculdade de Ciecircncias da UniversidadePorto
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CALIBRACcedilAtildeO DE UM TERMOPAR
Departamento de Fiacutesica do ISEP 2
4 INTRODUCcedilAtildeO
41 DEFINICcedilAtildeO DE TERMOPAR
O termopar eacute usado geralmente para mediccedilatildeo de temperatura (isto eacutetem a funccedilatildeo de um termoacutemetro) Basicamente corresponde agrave junccedilatildeo de doismetais diferentes ndash estes quando entram em contacto geram a passagemde electrotildees de um metal para outro (sempre do metal com menor trabalhode extracccedilatildeo para o outro)
Se construirmos um termopar como indica a figura 1 com os metais Ae B detectamos o aparecimento de uma forccedila electromotriz entre os pontos3 e 4 que depende da diferenccedila de temperaturas entre as junccedilotildees 1 e 2(este efeito eacute designado por efeito Seebeck)
42 CONCEITOS BAacuteSICOS
A relaccedilatildeo entre a forccedila electromotriz e a diferenccedila de temperaturasθθθθ - θθθθ0 V = V ( θθθθ - θθθθ0) pode ser representada por um polinoacutemio do tipo
( ) ( ) ( ) 32
3
0
2
00 +minus+minus+minussdot= θ θ θ θ θ θ
cbaV
Para um termopar que trabalhe numa gama natildeo muito extensa detemperaturas a funccedilatildeo quadraacutetica seraacute suficiente (ieacute toma-se apenas ateacute aotermo de segunda ordem)
A derivada da tensatildeo termoeleacutectrica em ordem agrave temperatura designa-
se por sensibilidade ou coeficiente de Seebeck (ηηηη) do termopar
( )0
θ θ θ
η minus+== bad
dV
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CALIBRACcedilAtildeO DE UM TERMOPAR
Departamento de Fiacutesica do ISEP 3
Esta relaccedilatildeo que caracteriza as propriedades do termopar verifica-seem muitos casos com bastante rigor ateacute cerca dos 300ordmC
43 MEacuteTODO UTILIZADO
O termopar utilizado neste trabalho eacute um termopar de Cobre-Constantan e a gama de temperaturas usadas eacute 800 le∆le θ Neste casovamos fazer uma aproximaccedilatildeo ainda maior tomando a expressatildeo da forccedilatermoeleacutectrica por uma recta (isto eacute toma-se apenas o termo de primeiraordem)
( )V a= sdot minusθ θ 0
η
θ θ
= cong =dV
da
V
5 ESQUEMA DE MONTAGEM INICIAL
Legenda
A ndash Banho-maria com cabeccedila termostaacuteticaB ndash Multiacutemetro digitalC ndash Junccedilatildeo de TermoparD ndash Recipiente com aacutegua e geloE ndash Termoacutemetro digital
6 MODO DE PROCEDER
A primeira parte do trabalho consiste na calibraccedilatildeo do termopar(determinaccedilatildeo da sensibilidade ηηηη)
B
D
C
A983088983084983088983088983088983089983149983158
E
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61 Realizar a montagem de acordo com o esquema verificando que umadas junccedilotildees do termopar estaacute dentro do banho-maria e mergulhar a outranuma tina cheia de gelo picado e aacutegua (verificar que a junccedilatildeo ficacompletamente imersa na mistura gelo-aacutegua e cobrir o recipiente)
62 Colocar o termoacutemetro digital de modo que esteja em contacto com a junccedilatildeo do termopar dentro do banho-maria usando a garra disponiacutevel para oefeito
63 Ler e registar a temperatura do banho cerca de 5 minutos apoacutescolocado o termoacutemetro Criar uma tabela de registo de duas entradas numadelas indicar as temperaturas crescentes do banho-maria em incrementosde 5ordmC usando o valor da temperatura inicial registada na outra registar osvalores da tensatildeo eleacutectrica lidos no multiacutemetro para cada temperatura
Tabela-exemplo
∆θ =Tbanho-Tgelo
(ordmC)
V (Tensatildeo) (mV)
1ordf leitura 185 Valor ldquozerordquo
235
285
335
385
uacuteltima leitura 885
64 Na cabeccedila termostaacutetica rodar o botatildeo de aquecimento para os 90ordmCLigar a cabeccedila termostaacutetica pressionando o botatildeo para o efeito
65 Proceder ao registo dos valores de tensatildeo eleacutectrica para cadatemperatura considerada ateacute ao limite de 80 ordmC
66 Desligar a cabeccedila termostaacutetica no botatildeo respectivo Esperar ateacute que atemperatura diminua para um valor proacuteximo de 60 ordmC Remover entretanto a junccedilatildeo do termopar da tina de gelo e aacutegua
67 Rodar o botatildeo de aquecimento da cabeccedila termostaacutetica para o valor
θBM=60ordmC e voltar a ligar a cabeccedila termostaacutetica Esperar ateacute que atemperatura lida no termoacutemetro esteja estabilizada num valor proacuteximo de
θBM
68 Usar os valores de tensatildeo eleacutectrica e temperatura lidos anteriormentepara traccedilar o graacutefico indicado abaixo usando para isso o MSExcel (ou
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semelhante) obtenha por regressatildeo linear a recta que melhor se ajusta aoconjunto de valores experimentais obtido e determine a partir da sua
equaccedilatildeo a sensibilidade do termopar η
A segunda parte do trabalho consiste em usar o termopar jaacute calibradopara determinar a temperatura da neve carboacutenica
69 Mergulhar na neve carboacutenica a junccedilatildeo do termopar que estava namistura gelo-aacutegua
610 Aguardar que a tensatildeo eleacutectrica estabilize Registar o seu valor
611 Repetir o procedimento anterior 4 vezes
612 Calcular os erros associados a cada uma das grandezas determinadasdirectamente
Utilize as relaccedilotildees abaixo indicadas para calcular a temperatura da neve
carboacutenica θ NC
( )2θ θ η minussdot= BM V sendo b NC += 2θ θ
Questotildees
1) Fez a calibraccedilatildeo do termopar para temperaturas positivas Seraacutecorrecto utilizar a recta obtida nessas condiccedilotildees para fazer adeterminaccedilatildeo da temperatura da neve carboacutenica que eacute negativaJustifique
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2) Seria possiacutevel que o termopar fosse constituiacutedo somente por cobreJustifique
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41 DEFINICcedilAtildeO DE TERMOPAR
O termopar eacute usado geralmente para mediccedilatildeo de temperatura (isto eacutetem a funccedilatildeo de um termoacutemetro) Basicamente corresponde agrave junccedilatildeo de doismetais diferentes ndash estes quando entram em contacto geram a passagemde electrotildees de um metal para outro (sempre do metal com menor trabalhode extracccedilatildeo para o outro)
Se construirmos um termopar como indica a figura 1 com os metais Ae B detectamos o aparecimento de uma forccedila electromotriz entre os pontos3 e 4 que depende da diferenccedila de temperaturas entre as junccedilotildees 1 e 2(este efeito eacute designado por efeito Seebeck)
42 CONCEITOS BAacuteSICOS
A relaccedilatildeo entre a forccedila electromotriz e a diferenccedila de temperaturasθθθθ - θθθθ0 V = V ( θθθθ - θθθθ0) pode ser representada por um polinoacutemio do tipo
( ) ( ) ( ) 32
3
0
2
00 +minus+minus+minussdot= θ θ θ θ θ θ
cbaV
Para um termopar que trabalhe numa gama natildeo muito extensa detemperaturas a funccedilatildeo quadraacutetica seraacute suficiente (ieacute toma-se apenas ateacute aotermo de segunda ordem)
A derivada da tensatildeo termoeleacutectrica em ordem agrave temperatura designa-
se por sensibilidade ou coeficiente de Seebeck (ηηηη) do termopar
( )0
θ θ θ
η minus+== bad
dV
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Esta relaccedilatildeo que caracteriza as propriedades do termopar verifica-seem muitos casos com bastante rigor ateacute cerca dos 300ordmC
43 MEacuteTODO UTILIZADO
O termopar utilizado neste trabalho eacute um termopar de Cobre-Constantan e a gama de temperaturas usadas eacute 800 le∆le θ Neste casovamos fazer uma aproximaccedilatildeo ainda maior tomando a expressatildeo da forccedilatermoeleacutectrica por uma recta (isto eacute toma-se apenas o termo de primeiraordem)
( )V a= sdot minusθ θ 0
η
θ θ
= cong =dV
da
V
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Legenda
A ndash Banho-maria com cabeccedila termostaacuteticaB ndash Multiacutemetro digitalC ndash Junccedilatildeo de TermoparD ndash Recipiente com aacutegua e geloE ndash Termoacutemetro digital
6 MODO DE PROCEDER
A primeira parte do trabalho consiste na calibraccedilatildeo do termopar(determinaccedilatildeo da sensibilidade ηηηη)
B
D
C
A983088983084983088983088983088983089983149983158
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62 Colocar o termoacutemetro digital de modo que esteja em contacto com a junccedilatildeo do termopar dentro do banho-maria usando a garra disponiacutevel para oefeito
63 Ler e registar a temperatura do banho cerca de 5 minutos apoacutescolocado o termoacutemetro Criar uma tabela de registo de duas entradas numadelas indicar as temperaturas crescentes do banho-maria em incrementosde 5ordmC usando o valor da temperatura inicial registada na outra registar osvalores da tensatildeo eleacutectrica lidos no multiacutemetro para cada temperatura
Tabela-exemplo
∆θ =Tbanho-Tgelo
(ordmC)
V (Tensatildeo) (mV)
1ordf leitura 185 Valor ldquozerordquo
235
285
335
385
uacuteltima leitura 885
64 Na cabeccedila termostaacutetica rodar o botatildeo de aquecimento para os 90ordmCLigar a cabeccedila termostaacutetica pressionando o botatildeo para o efeito
65 Proceder ao registo dos valores de tensatildeo eleacutectrica para cadatemperatura considerada ateacute ao limite de 80 ordmC
66 Desligar a cabeccedila termostaacutetica no botatildeo respectivo Esperar ateacute que atemperatura diminua para um valor proacuteximo de 60 ordmC Remover entretanto a junccedilatildeo do termopar da tina de gelo e aacutegua
67 Rodar o botatildeo de aquecimento da cabeccedila termostaacutetica para o valor
θBM=60ordmC e voltar a ligar a cabeccedila termostaacutetica Esperar ateacute que atemperatura lida no termoacutemetro esteja estabilizada num valor proacuteximo de
θBM
68 Usar os valores de tensatildeo eleacutectrica e temperatura lidos anteriormentepara traccedilar o graacutefico indicado abaixo usando para isso o MSExcel (ou
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equaccedilatildeo a sensibilidade do termopar η
A segunda parte do trabalho consiste em usar o termopar jaacute calibradopara determinar a temperatura da neve carboacutenica
69 Mergulhar na neve carboacutenica a junccedilatildeo do termopar que estava namistura gelo-aacutegua
610 Aguardar que a tensatildeo eleacutectrica estabilize Registar o seu valor
611 Repetir o procedimento anterior 4 vezes
612 Calcular os erros associados a cada uma das grandezas determinadasdirectamente
Utilize as relaccedilotildees abaixo indicadas para calcular a temperatura da neve
carboacutenica θ NC
( )2θ θ η minussdot= BM V sendo b NC += 2θ θ
Questotildees
1) Fez a calibraccedilatildeo do termopar para temperaturas positivas Seraacutecorrecto utilizar a recta obtida nessas condiccedilotildees para fazer adeterminaccedilatildeo da temperatura da neve carboacutenica que eacute negativaJustifique
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( )V a= sdot minusθ θ 0
η
θ θ
= cong =dV
da
V
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A ndash Banho-maria com cabeccedila termostaacuteticaB ndash Multiacutemetro digitalC ndash Junccedilatildeo de TermoparD ndash Recipiente com aacutegua e geloE ndash Termoacutemetro digital
6 MODO DE PROCEDER
A primeira parte do trabalho consiste na calibraccedilatildeo do termopar(determinaccedilatildeo da sensibilidade ηηηη)
B
D
C
A983088983084983088983088983088983089983149983158
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62 Colocar o termoacutemetro digital de modo que esteja em contacto com a junccedilatildeo do termopar dentro do banho-maria usando a garra disponiacutevel para oefeito
63 Ler e registar a temperatura do banho cerca de 5 minutos apoacutescolocado o termoacutemetro Criar uma tabela de registo de duas entradas numadelas indicar as temperaturas crescentes do banho-maria em incrementosde 5ordmC usando o valor da temperatura inicial registada na outra registar osvalores da tensatildeo eleacutectrica lidos no multiacutemetro para cada temperatura
Tabela-exemplo
∆θ =Tbanho-Tgelo
(ordmC)
V (Tensatildeo) (mV)
1ordf leitura 185 Valor ldquozerordquo
235
285
335
385
uacuteltima leitura 885
64 Na cabeccedila termostaacutetica rodar o botatildeo de aquecimento para os 90ordmCLigar a cabeccedila termostaacutetica pressionando o botatildeo para o efeito
65 Proceder ao registo dos valores de tensatildeo eleacutectrica para cadatemperatura considerada ateacute ao limite de 80 ordmC
66 Desligar a cabeccedila termostaacutetica no botatildeo respectivo Esperar ateacute que atemperatura diminua para um valor proacuteximo de 60 ordmC Remover entretanto a junccedilatildeo do termopar da tina de gelo e aacutegua
67 Rodar o botatildeo de aquecimento da cabeccedila termostaacutetica para o valor
θBM=60ordmC e voltar a ligar a cabeccedila termostaacutetica Esperar ateacute que atemperatura lida no termoacutemetro esteja estabilizada num valor proacuteximo de
θBM
68 Usar os valores de tensatildeo eleacutectrica e temperatura lidos anteriormentepara traccedilar o graacutefico indicado abaixo usando para isso o MSExcel (ou
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semelhante) obtenha por regressatildeo linear a recta que melhor se ajusta aoconjunto de valores experimentais obtido e determine a partir da sua
equaccedilatildeo a sensibilidade do termopar η
A segunda parte do trabalho consiste em usar o termopar jaacute calibradopara determinar a temperatura da neve carboacutenica
69 Mergulhar na neve carboacutenica a junccedilatildeo do termopar que estava namistura gelo-aacutegua
610 Aguardar que a tensatildeo eleacutectrica estabilize Registar o seu valor
611 Repetir o procedimento anterior 4 vezes
612 Calcular os erros associados a cada uma das grandezas determinadasdirectamente
Utilize as relaccedilotildees abaixo indicadas para calcular a temperatura da neve
carboacutenica θ NC
( )2θ θ η minussdot= BM V sendo b NC += 2θ θ
Questotildees
1) Fez a calibraccedilatildeo do termopar para temperaturas positivas Seraacutecorrecto utilizar a recta obtida nessas condiccedilotildees para fazer adeterminaccedilatildeo da temperatura da neve carboacutenica que eacute negativaJustifique
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62 Colocar o termoacutemetro digital de modo que esteja em contacto com a junccedilatildeo do termopar dentro do banho-maria usando a garra disponiacutevel para oefeito
63 Ler e registar a temperatura do banho cerca de 5 minutos apoacutescolocado o termoacutemetro Criar uma tabela de registo de duas entradas numadelas indicar as temperaturas crescentes do banho-maria em incrementosde 5ordmC usando o valor da temperatura inicial registada na outra registar osvalores da tensatildeo eleacutectrica lidos no multiacutemetro para cada temperatura
Tabela-exemplo
∆θ =Tbanho-Tgelo
(ordmC)
V (Tensatildeo) (mV)
1ordf leitura 185 Valor ldquozerordquo
235
285
335
385
uacuteltima leitura 885
64 Na cabeccedila termostaacutetica rodar o botatildeo de aquecimento para os 90ordmCLigar a cabeccedila termostaacutetica pressionando o botatildeo para o efeito
65 Proceder ao registo dos valores de tensatildeo eleacutectrica para cadatemperatura considerada ateacute ao limite de 80 ordmC
66 Desligar a cabeccedila termostaacutetica no botatildeo respectivo Esperar ateacute que atemperatura diminua para um valor proacuteximo de 60 ordmC Remover entretanto a junccedilatildeo do termopar da tina de gelo e aacutegua
67 Rodar o botatildeo de aquecimento da cabeccedila termostaacutetica para o valor
θBM=60ordmC e voltar a ligar a cabeccedila termostaacutetica Esperar ateacute que atemperatura lida no termoacutemetro esteja estabilizada num valor proacuteximo de
θBM
68 Usar os valores de tensatildeo eleacutectrica e temperatura lidos anteriormentepara traccedilar o graacutefico indicado abaixo usando para isso o MSExcel (ou
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semelhante) obtenha por regressatildeo linear a recta que melhor se ajusta aoconjunto de valores experimentais obtido e determine a partir da sua
equaccedilatildeo a sensibilidade do termopar η
A segunda parte do trabalho consiste em usar o termopar jaacute calibradopara determinar a temperatura da neve carboacutenica
69 Mergulhar na neve carboacutenica a junccedilatildeo do termopar que estava namistura gelo-aacutegua
610 Aguardar que a tensatildeo eleacutectrica estabilize Registar o seu valor
611 Repetir o procedimento anterior 4 vezes
612 Calcular os erros associados a cada uma das grandezas determinadasdirectamente
Utilize as relaccedilotildees abaixo indicadas para calcular a temperatura da neve
carboacutenica θ NC
( )2θ θ η minussdot= BM V sendo b NC += 2θ θ
Questotildees
1) Fez a calibraccedilatildeo do termopar para temperaturas positivas Seraacutecorrecto utilizar a recta obtida nessas condiccedilotildees para fazer adeterminaccedilatildeo da temperatura da neve carboacutenica que eacute negativaJustifique
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equaccedilatildeo a sensibilidade do termopar η
A segunda parte do trabalho consiste em usar o termopar jaacute calibradopara determinar a temperatura da neve carboacutenica
69 Mergulhar na neve carboacutenica a junccedilatildeo do termopar que estava namistura gelo-aacutegua
610 Aguardar que a tensatildeo eleacutectrica estabilize Registar o seu valor
611 Repetir o procedimento anterior 4 vezes
612 Calcular os erros associados a cada uma das grandezas determinadasdirectamente
Utilize as relaccedilotildees abaixo indicadas para calcular a temperatura da neve
carboacutenica θ NC
( )2θ θ η minussdot= BM V sendo b NC += 2θ θ
Questotildees
1) Fez a calibraccedilatildeo do termopar para temperaturas positivas Seraacutecorrecto utilizar a recta obtida nessas condiccedilotildees para fazer adeterminaccedilatildeo da temperatura da neve carboacutenica que eacute negativaJustifique
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