Termopares

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TERMOPARES
Dispositivos utilizados para medir temperatura
Gustavo Monteiro da Silva Professor Adjunto – Área Científica de Instrumentação e Medida
ESTSetúbal/IPS – Escola Superior de Tecnologia de Setúbal R. do Vale de Chaves, Estefanilha, 2914-508 SETÚBAL, PORTUGAL Tel: 265 790 000, Fax: 265 721 869, E-mail: gsilva@est.ips.pt

TERMOPAR – EFEITO DE SEEBECK
Termopar – elemento primário demedida de temperatura constituído por dois materiais diferentes ligados um ao outro.
Material A T Junção eAB Material B
(OMEGA ENGINEERING INC.)

u

Junção – ligação dos materiais por aperto ou por soldadura Termopares industriais – dois materiais metálicos, soldados um ao outro

eT = f (matA, matB, T ) (f. biunívoca) AB
T

Efeito termoeléctrico de Seebeck

Obtenção da temperatura:mede-se u (= eAB ) e pela relação anterior calcula-se T por tabela (pág.10) ou por fórmula. O termopar é um sensor activo.
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OUTROS EFEITOS TERMOELÉCTRICOS
Efeito de Peltier: Libertação (absorção) de calor numa junção percorrida por uma corrente eléctrica QP ⇑ mat A junção I mat B mat A QP ⇓ junção I mat B

QP = π AB I

π AB - coeficiente de Peltier

Efeito de Thomson: Libertação(absorção) de calor num condutor onde existe gradiente de temperatura I T1

⇑ QT

I T2 T1



QT

T2

QT = σ I (T1 − T2 )

σ

- coeficiente de Thomson
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INTERDEPENDÊNCIA DOS EFEITOS TERMOELÉCTRICOS
material A Junção 1

I
eAB(T2) Junção 2

T1

eAB(T1) material B

T2

1. Junção 1 a T1 2. Junção 2 a T2 3. eAB(T1) e eAB(T2)

eAB(T1) (Seebeck) eAB(T2) (Seebeck) I (Ohm) T1 e T2mudam (Peltier) T1 e T2 também mudam

4. I nas junções origina libertação/absorção de calor 5. I nos condutores origina libertação/absorção de calor (Thomson)

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FORÇA ELECTROMOTRIZ DE SEEBECK
EAB(T) /mV 0 EAB(T) é:

0

T /K

nula ao zero absoluto crescente com T, quase uma recta:

E AB = α AB T , αAB quase constante

EAB max ≈ 10 a 80 mV → Para cada termopar (par A,B) conhecidoEAB sabe-se T: EAB(T) ← T

Tmax ≈ 500 a 2500 ºC, consoante os metais do termopar

dE AB Sensibilidade da junção: S = = α AB (da ordem de μV/ºC) dT
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MEDIÇÃO DA F.E.M. DE SEEBECK
Primeira sugestão – utilização de um voltímetro de CC:
Mat. A Junção eAB(T) Mat. B

T2
eAC Mat. C eBC u Mat. C

T

V

T2

Junção de medida: (A,B), à temperatura T Junções introduzidas com os cabos dovoltímetro: (A,C) e (B,C) F.e.m. de Seebeck: eAB(T), eAC(T2), eBC(T2) Tensão lida pelo voltímetro: u = – eAC(T2) + eAB(T) + eBC(T2) eAC(T2) ≠ eBC(T2) ⇒ u ≠ eAB(T) eBC(T2) ≠ eAC(T2) vai corresponder a um erro na medida
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ELIMINAÇÃO DAS F.E.M. INDESEJÁVEIS
Solução utilizada – Introdução de uma junção de referência
A junção de medida eAB(T) eAB(TR) junção de referência B

T

T2
B eBC C CeBC

TR
u

V

Tensão lida pelo voltímetro: u(T) = – eBC(T2) – eAB(TR) + eAB(T) + eBC(T2) = eAB(T) – eAB(TR) Está definido (ANSI(1), ISA(2), DIN, CEI) que TR = 0 ºC Resultado obtido – u(T) não depende dos cabos de ligação ao voltímetro T < 0 ºC u < 0, T = 0 ºC u = 0, T > 0 ºC u > 0,
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ANSI - American National Standards Institute Instrumentation Systems and Automation Society. 7 TERMOPARES NORMALIZADOS
Nomes de termopares normalizados (tipos de termopares)
nome B C E G J K N R S T Constituição Platina / 30% Ródio-Platina Tung-5% Rénio/Tung-26% Rénio Cromel / Constantan Tungsténio/ Tung-26% Rénio Ferro / Constantan Cromel / Alumel Nicrosil /Nisil Platina / 13%Ródio-Platina Platina / 10%Ródio-Platina Cobre / Constantan Gama de Temperatura 0–1800 ºC 0–2320 ºC -270–1000 ºC0–2300 ºC -210–750 ºC -270–1370 ºC -270–1300 ºC -50–1750 ºC -50–1750 ºC -270–400 ºC Cromel = Níquel-Crómio Nicrosil = Ni-Cr-Si /mV

Tensões de saída, usando uma junção de referência a 0 ºC
90 80 70 60
50

Tipo E

Tensão

Tipo K Tipo J Tipo R Tipo T S Tipo B

40 30 20 10 0 -10 -250 -20 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

Constantan = Cobre-Níquel Alumel = Níquel-Alumínio

Nisil =...
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