TRANSDUTORES DE TEMPERATURA - TERMOPARndice31.Objectivos

32.Material utilizado

33.Introduo

54.Procedimento experimental

75.Questes

146.CONCLUSES

1. Objectivos Estudo das caractersticas de um Termopar tipo K

2. Material utilizado

Mdulo controlador de temperatura e condicionador de sinal G10A

Estufa com duas termorresistncias do tipo PT-100 e um termopar do tipo K

Fonte de alimentao simtrica estabilizada

Trs multmetros digitais com, pelo menos, 3 dgitos

3. IntroduoO Termopar um sensor de temperatura que opera por base no efeito termoelctrico. Este sensor tambm designado por par termoelctrico. A f.e.m. gerada devido ao gradiente de temperatura ao longo dos condutores do termopar, e devido s junes de medio (quente) e de referncia (fria), corresponde f.e.m. de Thomson, e de Peltier. Num circuito fechado o valor total de tenso designa-se por f.e.m. de Seebeck.

ET - f.e.m. de Thomson EP - f.e.m. de Peltier ES - f.e.m. de Seebeck Tc e Tr - Temperaturas das junes de medio e de referncia. M1 e M2 - Metais presentes no termopar. No presente caso tem-se uma termopar do tipo K, sendo constitudo pela unio de duas ligas, Cn-An1, o qual possui uma sensibilidade S39 V C-1 (-150..1370 C).Na figura 1 apresenta-se o circuito controlador de temperatura da estufa na qual esto colocados dois RTDs (Resistance Temperature Detector, detector de temperatura por variao de resistncia), - mdulo G10A. Neste circuito encontra-se tambm o circuito adaptador (ou condicionador) de um RTD.

4. Procedimento experimental

No procedimento experimental executado na aula de laboratrio foi utilizado um circuito controlador de temperatura da estufa, mdulo G10A, na qual esto colocados dois RTDs (Detector de temperatura por variao de resistncia), neste circuito encontra-se tambm o circuito condicionador (ou Adaptador) de sinal de um RTD. O termopar foi ligado em ensaio aos terminais de um Voltmetro e o RTD auxiliar aos terminais 3, 2 e 1 do controlador de temperatura, mdulo G10A.

O RTD padro foi ligado aos terminais de um ohmmetro.

O mdulo G10A foi alimentado com tenses simtricas de 12 V.

Foi colocado um voltmetro digital no terminal 9 (sada de IC4), no qual se obteve a temperatura da estufa atravs do RTD auxiliar. Colocamos outro voltmetro digital no terminal 13 (sada de IC7) de modo a medir a temperatura de referncia. Em ambos os terminais, o ganho de tenso de 20 mV C-1.

Realizamos as medies de tenso com incrementos de temperatura de 50C, de acordo com a tabela 1. De modo a controlar a temperatura ajustamos o valor de referncia atravs do potencimetro P1 (tem set-point), tendo o cuidado de retirar as medidas somente quando se atingiu um aquecimento uniforme na estufa. Notamos que o tempo necessrio para a estabilizao do valor de temperatura da estufa foi relativamente elevado. Para fazer o controlo de temperatura fizemos uma ligao entre os terminais 14 e 15. Seleccionamos um controlador do tipo proporcional integral (PI) posicionando o interruptor S1A (Function Mode) na posio B e ajustando o ganho proporcional a 25 com o potencimetro P2 (Gain).

Resultados Experimentais:Mdulo G10ARTD PadroTermopar em ensaio

T (C)U (V)U' (V)URTD aux' (V)RRTD'TRTD' (C)E' (mV)E'compensada (mV)T' (C)

00,000--100,000000

Tambiente---108,5021,820,060,8721,82

501,0001,0001,120121,9056,511,572,3858,82

1002,0002,0002,092139,60102,923,64,41107,57

1503,0003,0003,056157,40150,225,576,38151,32

2004,0004,0004,026175,00197,727,518,32204,82

2505,0005,0005,012192,80246,479,4710,28253,07

3006,0006,0006,007210,40295,4311,4912,30302,21

3507,0007,0006,989227,60344,0613,5114,32350,78

4008,0007,9817,966244,50392,5715,5716,38399,59

Tabela 1 Resultados Experimentais

Legenda:U tenso de referncia do controlador de temperatura (20 mV C-1);

URTD aux tenso obtida pelo condicionador de sinal da RTD auxiliar (20 mV C-1);

RRTD resistncia do RTD padro;

TRTD temperatura da estufa determinada com base na resistncia RRTD atravs da tabela anexa;

E f.e.m. gerada pelo termopar em ensaio;

E'compensada - f.e.m. gerada pelo termopar em ensaio com compensao;T temperatura da estufa aps realizada a compensao da juno fria, determinada com dase na f.e.m. E atravs da tabela anexa.

Nota: Os resultados obtidos nas colunas, TRTD (C) da RTD padro e a T (C) do termopar em ensaio, no foram medidos, foram calculados realizando uma interpolao, utilizando as tabelas do guia e a seguinte expresso:

5. Questes5.1. Compensao da juno fria recorrendo ao valor de temperatura ambiente obtido atravs do RTD padro.

(mV) (com offset)

(mV) (sem offset)Nota:

= 0,87 mV ( Atravs da interpolao obtida pelo valor da temperatura ambiente, visto do RTD, 108,5 ).5.2) Grfico da evoluo da tenso gerada pelo termopar, aps realizada a compensao, ETc0(M1/2), em funo da temperatura, T. Em virtude dos valores medidos no coincidirem exactamente com os valores da tabela anexa, realiza-se uma interpolao usando a seguinte expresso.

,

onde y o valor desejado da varivel dependente para um determinado valor x da varivel independente. Os limites superiores e inferiores destas variveis so, respectivamente, yS e yI, e ainda xS e xI.

Para se obter TRTD' (C) e T' (C) fez-se uma interpolao atravs da tabela de valores em funo da temperatura do RTD do tipo Pt100. E'compensada (mV) foi calculada, (sem a tenso de offset, originada pelo aparelho de medida), com base na tabela de valores de f.e.m. gerada em funo da temperatura do Termopar do tipo K.

Grfico 1 Tenso Gerada pelo Termopar Aps Compensao5.3) Regresso linear a partir de valores tenso-temperatura.Atravs da folha de clculo obtivemos a seguinte recta que melhor se ajusta aos valores experimentais:

Grfico 2 Regresso Linear

Grfico 3 Regresso Linear em pormenor5.4) Sensibilidade e Linearidade do termopar sabendo que os parmetros so definidos por:

Do grfico tiramos que o declive m corresponde Sensibilidade, ento:

Para a linearidade:Foi feito uma nova tabela para obter o y2, y1 e ymax com base na equao da recta, y = mx + b:

Y'Y'- Y (E')Y' + DmaxY' + Dmin

0,0100,0100,062-0,189

0,9000,0270,9530,701

2,4100,0272,4622,211

4,399-0,0144,4514,200

6,184-0,1996,2365,985

8,3670,0448,4198,168

10,3350,05210,38810,136

12,3400,03712,39212,141

14,322-0,00114,37414,123

16,313-0,07016,36616,114

Tabela 2 y2, y1 e ymaxY - E f.e.m. gerada pelo termopar em ensaio na equao da melhor recta (mV);

Y (E) f.e.m. gerada pelo termopar em ensaio (mV);

Dmax - Desvio Mximo Positivo = 0,052 (mV);

Dmin Desvio Mximo Negativo = -0,199 (mV);

y2 = 16,366 (mV);

y1 = 16,114 (mV);

ymax = 16,313 (mV)A linearidade ento:

5.5) Sensibilidade do termopar para o intervalo de medio de temperatura considerado segundo a equao,

(V C-1),Termopar em ensaioCompensaoS (Tc)

E'compensada (mV)T'(C)

0,8721,820,0400

2,3858,820,0408

4,41107,570,0416

6,38151,320,0450

8,32204,820,0363

10,28253,070,0406

12,30302,210,0411

14,32350,780,0416

16,38399,590,0422

Tabela 3 Sensibilidade, S (Tc) [V/C]Podemos assim constatar que a Sensibilidade varia entre [36,3 e 45] (V/C), significando portanto que a sensibilidade obtida pelo declive da recta da regresso linear, est enquadrada nesta gama de valores calculados. De notar que existe portanto uma diferena devido ao facto de calcularmos a partir dos valores reais e a partir do declive da regresso linear. Assim sendo, para determinar um valor de temperatura expedido o valor mais adequado ser S= 40,8 V/C, pois muito mais prtico de calcular e a diferena para o valor real mnima.

Grfico 4 Sensibilidade5.6) Refez-se os pontos 5.3) e 5.4) considerando a evoluo da temperatura do Termopar em funo da temperatura RTD padro. Para isso utilizou-se os dados das Tabelas 1 e 2, TRTD e T, respectivamente. A melhor recta que traduz os valores obtidos a seguinte:

Grfico 5 Temperatura do Termopar em funo da Temperatura RTD padro Do grfico tiramos que o declive m corresponde Sensibilidade, ento:

Para a linearidade foi calculada uma nova tabela para determinar os valores de y2, y1 e ymax :Y'Y'- Y (T')Y' + DmaxY' + Dmin

0,780,783,33-1,76

23,021,2025,5720,48

58,38-0,4560,9255,84

105,67-1,90108,22103,13

153,872,55156,42151,33

202,28-2,54204,83199,74

251,96-1,11254,51249,42

301,85-0,36304,40299,32

351,410,63353,96348,87

400,851,26403,40398,31

Tabela 4 y2, y1 e ymaxY - Temperatura gerada pelo termopar em ensaio na equao da melhor recta (C);

Y (T) Temperatura Compensada do termopar em ensaio (C);

Dmax - Desvio Mximo Positivo = 2,55 (C);

Dmin Desvio Mximo Negativo = -2,54 (C);

y2 = 403,40 (C);

y1 = 398,31 (C);

ymax = 400,85 (C)

A linearidade ento:

TRTD' (C)T' (C)T (C)T

21,8221,820,000%

56,5158,822,314%

102,92107,574,655%

150,22151,321,101%

197,72204,827,104%

246,47253,076,603%

295,43302,216,782%

344,06350,786,732%

392,57399,597,022%

Tabela 5 Erros Absolutos e RelativosCom base na tabela anterior podemos concluir que existe uma exactido de (5%), pois o maior intervalo de erro obtido. 6. CONCLUSES

Verificamos que com os resultados obtidos e calculados pela aproximao dos valores reais atravs das rectas de regresso linear obtidas, as caractersticas do termopar tipo K, mostram-se capazes de traduzir a grandeza temperatura com uma exactido e sensibilidades quase constantes para o intervalo de temperaturas considerados nesta experincia.Conclumos que no sentido prtico, podemos obter a sensibilidade pelo declive da recta de regresso linear, pois a diferena no significativa face aos valores reais, e o erro inerente no muito significativo.

Os Alunos:Rui Neves _________________________________Rui Dias _________________________________Elmano Santos _________________________________

Ref.: TP 2 Data: Abril/2008Grupo 4:

Rui Neves

21517Rui Dias28240Elmano Santos24064

_1271857408.unknown

_1271857443.unknown

_1272114542.unknown

_1272115157.unknown

_1272116345.unknown

_1272112577.unknown

_1272011741.unknown

_1271857427.unknown

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_1271857338.unknown

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_1227043496.unknown