calibração de um termopar

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





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





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





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





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





2) Seria possiacutevel que o termopar fosse constituiacutedo somente por cobreJustifique





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









η

θ θ

= cong =dV

da

V


Legenda


6 MODO DE PROCEDER


B

D

C

A983088983084983088983088983088983089983149983158

E








Tabela-exemplo

∆θ =Tbanho-Tgelo

(ordmC)



235

285

335

385







θBM
















Questotildees















η

θ θ

= cong =dV

da

V


Legenda


6 MODO DE PROCEDER


B

D

C

A983088983084983088983088983088983089983149983158

E








Tabela-exemplo

∆θ =Tbanho-Tgelo

(ordmC)



235

285

335

385







θBM
















Questotildees














Tabela-exemplo

∆θ =Tbanho-Tgelo

(ordmC)



235

285

335

385







θBM
















Questotildees





















Questotildees







calibração de um termopar

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