UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULESCOLA DE ENGENHARIA

RELATÓRIO DA AULA PRÁTICA SOBRE CONSTRUÇÃO DE UM SENSOR DE TEMPERATURA - TERMOPAR

ALUNOS:Cinthia Gabriely Zimmmer

Daniel Rigon OrellanaJefferson Haag

Jonas Trento Buzatti

1 – INTRODUÇÃO

2.1 Teoria Termoelétrica

O fenômeno da termoeletricidade foi descoberto em 1821 por T. J. Seebeck, quando ele notou que em um circuito fechado formado por dois condutores metálicos e distintos A e B, quando submetidos a um diferencial entre as suas junções, ocorre uma circulação de corrente elétrica ( i ).

Figura 1 – Circuito fechado formado por dois condutores metálicos distintos.

A existência de uma força eletro-motriz (F.E.M.) EAB no circuito é conhecida como Efeito Seebeck, e este se produz pelo fato de que a densidade de elétrons livres num metal, difere de um condutor para outro e depende da temperatura. Quando este circuito é interrompido, a tensão do circuito aberto (Tensão de Seebeck) torna-se uma função das temperaturas das junções e da composição dos dois metais.

Figura 2 – Efeito Seebeck.

Denominamos a junção na qual está submetida à temperatura a ser medida de Junção de Medição (ou junta quente) e a outra extremidade que vai se ligar no instrumento medidor de junção de referência (ou junta fria). Quando a temperatura da junção de referência (Tr) é mantida constante, verifica-se que a F.E.M. térmica (EAB) é uma função da temperatura da junção de medição (T1). Isto permite utilizar este circuito como um medidor de temperatura, pois conhecendo-se a Tr e a F.E.M. gerada, determina-se a T1, conforme podemos ver na equação abaixo.

A figura 3 mostra a curva característica para os diferentes tipos de termopares.

Figura 3 – Curva de correlação F.E.M x temperatura dos termopares.

2.2 Definição de Termopar

O aquecimento de dois metais diferentes com temperaturas diferentes em suas extremidades gera o aparecimento de uma F.E.M. (da ordem de mV). Este princípio conhecido como efeito Seebeck propiciou a utilização de termopares para medição de temperatura. Um termopar ou par termométrico consiste de dois condutores metálicos de natureza distinta, na forma de metais puros ou ligas homogêneas. Os fios são soldados em um extremo ao qual se dá o nome de junção de medição; a outra extremidade, junção de referência é levada ao instrumento medidor por onde flui a corrente gerada.Convencionou-se dizer que o metal A é positivo e B é negativo, pois a tensão e corrente geradas são na forma contínua (cc), conforme podemos ver na figura 4.

Figura 4 – Figura esquemática de um termopar.

2 – METODOLOGIA

2.1- Montagem de um termoparO termopar foi montado da seguinte forma:Foi unido as extremidades dos fios de ferro (aço) e cobre e então conectado um voltímetro aos dois terminais, determinando a polaridade adequada de acordo com os materiais. Após isso, verificamos a tensão para diferentes temperaturas.

2.2 - Calibração do termopar tipo SRealizamos a aferição da calibração do termopar tipo S utilizando um padrão de Au.

3 – RESULTADOS

3.1 - Com as tensões medidas no experimento é possível traçar um gráfico e descobrir a equação de sua reta. Através desta equação da reta podemos calcular a temperatura do corpo humano e a temperatura da chama da vela.

y = 0,0092x - 0,124

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

-300 -200 -100 0 100 200

Temperatura (ºC)

Tens

ão (m

V)

Curva do experimentoLinha de tendência

Figura 5 – Gráfico Temperatura x Tensão para o experimento.

Temperatura do corpo humanoPela equação da reta :y = 0,0092x - 0,1240,2=0,0092x-0,124x=35,2ºC

Temperatura da chama da velaPela equação da reta :y = 0,0092x - 0,1241,6=0,0092x-0,124x=187,4ºC

3.2 - O resultado da aferição é expresso em um gráfico comparativo para, assim, verificarmos se o termopar encontra-se de acordo com o tabelado.

Exp: y = 0,0105x - 1,2062

Tab: y = 0,0103x - 0,7396

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500

Temperatura (ºC)

V (m

V)

ExperimentalTabelaLinear (Experimental)Linear (Tabela)

Figura 6 – Gráfico Temperatura x Tensão, comparativo entre curva experimental e tabelada.

Comparando os resultados do experimento com a da tabela, comprovamos que o termopar está calibrado.

4 – QUESTÕES1) Na montagem do termopar Fe-Cu, por que o Fe é o elemento eletropositivo?

A extremidade mais quente faz com que os elétrons dessa região tenham maior energia cinética e se acumulem no lado mais frio. Isto gera uma diferença de potencial elétrico entre as extremidades do condutor. O Fe é a extremidade mais quente do termopar, então ele perde elétrons, sendo assim o elemento “eletropositivo”.

2) Por que razão o termopar é classificado como sensor ativo?

Sensor ativo é aquele que requer uma fonte elétrica (AC ou DC) externapara alimentar o sensor.Sensor passivo é aquele que provê sua própria energia, ou a deriva do próprio fenômenoque está sendo medido.

O termopar é classificado como sensor passivo, já que ele não depende de uma fonte de tensão contínua ou alternada para medir a temperatura. A união dos dois metais é que gera uma tensão e essa tensão caracteriza a temperatura medida.