Estudo do comportamento de sensores de temperatura

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Relatório Estudo do Comportamento de Sensores de Temperatura: Termopares e Termístores

Materiais Eléctricos e Termodinâmica
Ano lectivo 2012/2013 Turma TP5

1

Objectivos
Esta experiência tem como objectivo analisar o comportamento de um termopar e de um termístor quando sujeitos a variações de temperatura, determinando os parâmetros das curvas de resposta destes sensores e os errosassociados quando ligados a uma base de aquecimento, e posterior arrefecimento. Dependendo da temperatura o comportamento dos termopares e termístores altera-se, ocorrendo mudanças na tensão e na resistência. No final deste trabalho prático será possível calcular os coeficientes de Seebeck.

Métodos
Os termopares são dispositivos eléctricos com uma vasta aplicação para medição de temperatura.Podem medir uma vasta gama de temperaturas e serem substituídos sem introduzir erros relevantes. Têm alguma limitação pois é difícil obter erros inferiores a 1°C. O princípio de funcionamento de termopares assenta no Efeito de Seebeck: se dois condutores metálicos A e B (metais puros ou ligas metálicas) formam um circuito fechado e portanto duas junções A B, surge então uma força electromotriztermoeléctrica e se cada uma das junções estiver a temperaturas T1 e T2 distintas uma corrente percorre o circuito. A este conjunto, chama-se termopar. Nota: T1 representa a temperatura da junção quente, T2 representa a temperatura da junção fria, a e b são constantes que dependem dos materiais usados. A força electromotriz é uma força do tipo . Esta força é proporcional à diferença de temperaturas(T1-T2) . O desempenho de um termopar depende da escolha dos materiais em contacto. Os termístores são sensores fabricados com materiais semi-condutores utilizados em aplicações sujeitas a grande sensibilidade às variações de Figura 1 – Termopar. temperatura. São termicamente sensíveis, provocando grandes mudanças na resistência com uma pequena alteração na temperatura do corpo, devido à alteração naconcentração dos portadores de carga. A resistência eléctrica dos termístores está sujeita a uma variação proporcional ou inversa ao aumento de temperatura ao qual o sensor for exposto. Assim, a mudança da resistência com a temperatura pode resultar num coeficiente negativo, onde a resistência diminui com o aumento da temperatura (NTC: negative temperature coeficient), essencialmente usado comosensor de temperatura, ou, por sua vez, no aumento da resistência com o aumento da temperatura (PTC: positive temperature coeficient), essencialmente usado no controlo da corrente eléctrica. A relação de dependência entre a resistência e a temperatura dos termístores pode ser especificada através do coeficiente de variação relativa:

R20 → valor nominal da resistência medido à temperatura de 20°C.Por sua vez, a resistência a uma determinada temperatura T (em °C) pode ser expressa [ ] da seguinte forma:

2

Execução experimental
      Fixar na extremidade da base de aquecimento o termómetro de referência para realizar as medições de temperatura. Ligar o termístor colocado na barra da base de aquecimento a um multímetro (usado como ohmímetro) e o termopar a um voltímetro.Registar o valor inicial da temperatura, da tensão no termopar e o valor de resistência do termístor. Estimar o erro nas leituras de temperatura, tensão e resistência. Ligar a base de aquecimento e registar os valores da resistência, da tensão e da temperatura inicial até a temperatura de 90ºC em intervalos de 5ºC. Desligar a base de aquecimento e registar os valores da tensão, da resistência e datemperatura até a um valor próximo da temperatura inicial em intervalos de 5ºC.
Erros associados às medidas: R = ±0,05
T

T±0,5

VTP =± 0,005

Resultados
Temperatura (°C) Resistência (KΩ)

16

21

26

31

36

41

46

51

56

61

66

71

76

81

86

90

92,0 83,0 71,2 58,5 50,3 43,5 36,4 33,2 27,3 23,4 21,2 19,3 16,6 13,8 12,3 11,9

Tabela I –...
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