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Calibração de Termopar
Stephan Hennings Och¹; Cesar Augusto Oleinik Luzia²; Marco Aurélio Covre
Grevetti³
¹ Orientador do Laboratório ²,^ ³ Alunos da graduação, 5° período.
Transferência de Calor / Laboratório de Ciências Térmicas / Engenharia Mecânica Pontifícia Universidade Católica do Paraná
Resumo – Este artigo descreve o experimento realizado no Laboratório de Sistemas Térmicos, que consiste na calibração de um sensor termopar tipo T, utilizando como sensor padrão um termoresistor.
(Palavras-chave: Termoresistor, termopar tipo T, calibração de sensores)
Introdução
Termopares são muito empregados em indústrias onde a medição de temperatura faz parte dos processos que ela executa como fundição, por exemplo. A vantagem dos termopares são o custo e facilidade de medição frente a outros métodos de medição.
Porém os termopares precisam ser calibrados periodicamente. Para isso necessita-se de um instrumento que possua maior precisão de medição do que o termopar. Um deles é termoresistor, que transduz a resistência gerada em temperatura, diferentemente do termopar onde uma diferença de potencial é utilizada.
Para este laboratório foi utilizado um termopar do tipo T, composto pelas ligas de cobre e constantan (Cu55%Ni45%). Ele é indicado para medição entre temperaturas de -270°C a 400°C e a força eletromotriz gerada varia de -6,258 mV a 20,872 mV[1].
Este laboratório foi realizado em duas partes. Na primeira foram obtidos os parâmetros necessários para a obtenção do polinômio característico da variação da diferença de potencial no termopar em função da temperatura. Na segunda parte, a partir de uma variação na diferença de potencial e de uma temperatura de referência T (^) 1, foi
determinado T 2. Para isto utilizou-se o polinômio encontrado na primeira parte do experimento.
Figura 1 – Equipamento utilizado para calibração do termopar.
Método
Os materiais utilizados foram:
1. Um termoresistor,
2. Termopar tipo T,
3. Aparelho para calibração, Ômega CL
740, conectado a um adquiridor, de dados modelo Agilent,
4. Cuba com gelo.
Na primeira parte o experimento foi realizado variando a temperatura no aparelho de 5°C a 45°C em um incremento de 10°C. Em cada variação era obtida as resistências no termoresistor dada pelos canais 110 (Ω) e 111 (mΩ). Além da resistência anotou-se a diferença de potencial obtida por uma junta fria onde a temperatura de referência era a do gelo em mudança de fase, como mostrado na figura 1. A diferença de potencial foi medida pelo canal 112 em (μV).
Figura 2 – Esquema do termopar tipo T.
Utilizou-se essa temperatura de 0°C como referência, pois qualquer variação de potencial resulta na temperatura real, sem necessidade de conversão.
Para obter as temperaturas reais fez-se uma medição a três fios, usando um termoresistor Pt100, o qual corresponde a Platina com 100 Ohms em 0ºC. A medição a três fios serve para a correção do valor encontrado da resistência com o uso do termoresistor, que dá como resposta um valor de resistência acima do valor verdadeiro, por isso o uso da medição a três fios.
Figura 3 – Esquema da medição a três fios.
Após a obtenção das resistências dadas pelos canais 110 e 111, foram encontrados os valores de R (^) s, que é dado pela seguintes equações: R=R (1) R (2) R (3)
Correção para encontrar o valor real da resistência do fio:
R (4)
Agora com o R (^) s calculado, tabela 1, foi substituído na equação (5) para assim chegar ao valor da temperatura calculada. Os valores de A e B da equação (5) são da calibração do termoresistor. . =1+ AT +BT^2 (5),
onde a temperatura é dada em [ºC], R 0 = 100,0101 Ohm,
A= 0, 00391382, B= -5, 563.10 -7.
As temperaturas calculadas através da equação 5 estão dadas na tabela 1.
Na segunda parte do experimento através dos valores de temperatura obtidos na primeira parte e dos valores lidos em micro-volts no canal 112, mostrados na tabela 2, foi plotada a curva de como varia a diferença de potencial no termopar em função da temperatura como mostrado no gráfico da figura 4.
Em busca da melhor função que descreve a curva do gráfico na figura 4, foi gerado um
polinômio de quarta ordem utilizando o software Excel.
A partir do canal 113 foi lida a temperatura T 1 = 18,194°C, e pelo canal 114 foi lida a tensão de 258,4970 μV, que representa a variação da diferença de potencial entre T 1 e T 2.
Sendo assim, substituindo o valor de T 1 , na equação polinomial do gráfico obtido foi encontrado o valor de V 1 = 720,5643 μV. O valor da tensão V 2 é dado pela expressão abaixo, lembrando que ΔV é igual 258, μV.
V 2 = V 1 + ΔV (6)
A partir disso, chegou-se o valor de V 2 = 979,0317μV.
Para a obtenção de T 2 , isolamos o valor de T da equação. Com o auxílio do software EES obteve-se um valor para T 2 de 25,35°C.
Resultados
Como resultado da primeira parte do experimento foi montada a tabela 1 com os valores dos canais utilizados para a leitura da resistência. Estas resistências foram utilizadas para o cálculo do RS como mostrado a seguir.
Tabela1 – Valores obtidos na medição Temp. no aparelho [ºC]
Canal 110 R1 Ohm
Canal 111 R2 Ohm
Rs Ohm Temp. calculada [ºc]
5 102,2717 272,0250 101,9997 5,
15 105,9833 274,3370 105,7060 14, 25 109,7692 275,2720 109,4939 24, 35 113,5015 275,9540 113,2255 33,
45 117,5150 276,6220 117,2384 44,
A tabela 2 mostra as temperaturas calculadas através da equação (5) e os valores da tensão lido no canal 112, com isso foi plotado a curva mostrada no gráfico (figura 3).
Tabela 2 – Valores da temperatura e tensão lidos no canal 112. Temperatura corrigida [°C]
Tensão V [μV]
