Termopares industriais 2.ÂŞ Parte
1. LEIS DE COMPORTAMENTO DOS TERMOPARES O funcionamento dos termopares baseia-se nas seguintes leis, ilustradas na ďŹ gura 1. , HďƒĄ$ %ďƒą 7
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Rui Vilela DionĂsio Departamento de Sistemas e InformĂĄtica Escola Superior de Tecnologia de SetĂşbal do Instituto PolitĂŠcnico de SetĂşbal
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2. CONSIDERAÇÕES SOBRE AS LEIS ANTERIORES • A justiďŹ cação da primeira lei foi dada na 1ÂŞ parte deste artigo, no ponto 2. Funcionamento dos termopares, em particular atravĂŠs da equação (de acordo com a ďŹ gura 1 (a))
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uo=e¢A,B²(T1)−e¢A,B²(T2)
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Figura 1. Representação esquemåtica das leis de funcionamento dos
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termopares: lei dos dois metais e duas junçþes (a); lei da independência da temperatura do percurso (b); lei dos metais intermÊdios I (c); lei dos metais intermÊdios II (d); lei das temperaturas sucessivas (e); lei dos metais sucessivos (f).
robĂłtica
(2)
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Lei dos metais sucessivos – Se um termopar constituĂdo pelos materiais A e C, com as junçþes expostas Ă s temperaturas T1 e T2, gera uma tensĂŁo u¢A,C² (ďŹ gura 1 (f )) e um circuito semelhante, construĂdo com os materiais C e B, gera Ă s mesmas temperaturas uma tensĂŁo u¢C,B², entĂŁo, um terceiro termopar, semelhante na conďŹ guração e fabricado com os materiais A e B, gerarĂĄ Ă s mesmas temperaturas
Lei dos dois metais e duas junçþes – Um circuito utilizando termopares, deve conter pelo menos dois materiais distintos e pelo menos duas junçþes (ďŹ gura 1 (a)). Lei da independĂŞncia da temperatura do percurso – A tensĂŁo de saĂda do termopar, uo, depende apenas das temperaturas das junçþes, T1 e T2, sendo independente da forma como a temperatura se distribui pelos condutores, desde que nestes nĂŁo haja corrente elĂŠtrica (ďŹ gura 1 (b)) e os terminais do voltĂmetro estejam Ă mesma temperatura. Lei dos metais intermĂŠdios I – Se um terceiro material homogĂŠneo C for inserido no material A ou no material B de um circuito com termopares (ďŹ gura 1 (c)), a tensĂŁo de saĂda uo permanece inalterada, desde que as novas junçþes estejam Ă mesma temperatura (Ti=Tj). Lei dos metais intermĂŠdios II – A instalação de um material intermĂŠdio C numa junção ¢A,B² (ďŹ gura 1 (d)) nĂŁo afeta a tensĂŁo de saĂda uo, desde que as novas junçþes, assim criadas, sejam mantidas Ă temperatura T3. Lei das temperaturas sucessivas – Um circuito de termopares com temperaturas T1 e T2 (ďŹ gura 1 (e)) origina uma tensĂŁo de saĂda uT1,2=f(T1,T2). O mesmo circuito, exposto Ă s temperaturas T2 e T3, produz uma tensĂŁo uT2,3=f(T2,T3). Se o circuito for exposto Ă s temperaturas T1 e T3, a tensĂŁo de saĂda serĂĄ uT1,3=f(T1,T3)=uT1,2+uT2,3
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A segunda lei resulta do facto de nĂŁo haver produção de f.e.m. termoelĂŠtricas, se nĂŁo houver heterogeneidades no material (pelo efeito de Seebeck), e de nĂŁo haver modiďŹ caçþes nas temperaturas, se a corrente for nula (efeitos de Thomson e de Peltier). Esta lei ĂŠ de grande importância prĂĄtica, pois ĂŠ devido a ela que ĂŠ possĂvel instalar, despreocupadamente, o caminho dos cabos dos termopares, ou das suas extensĂľes (a serem apresentadas na 3ÂŞ e Ăşltima parte deste artigo), sem ter de atender Ă s temperaturas ao longo do percurso. A demonstração da terceira lei faz-se, efetuando a circulação ao longo de um caminho que inclua o termopar e o material inserido no circuito e constatando que hĂĄ cancelamento das tensĂľes, nas junçþes com o novo metal, desde que estas se encontrem Ă mesma temperatura. Esta lei permite a utilização de um cabo normal (e.g. cobre) para efetuar emendas nos condutores de um termopar, sem que daĂ resulte nenhum erro na determinação da temperatura. Tem que se veriďŹ car, no entanto, para este efeito, nas novas junçþes i e j, a condição Ti=Tj. É conveniente que a corrente elĂŠtrica no circuito seja nula (I=0 A), para que as temperaturas das junçþes nĂŁo se alterem devido ao efeito de Peltier, o que, na prĂĄtica, poderia conduzir a que Ti se tornasse diferente de Tj. A demonstração da quarta lei faz-se recorrendo Ă lei de Volta1:
Num circuito fechado, constituĂdo por diferentes materiais, todos Ă mesma temperatura, a soma das f.e.m. de Seebeck ĂŠ nula.
(1) 1
Texto escrito de acordo com a antiga ortograďŹ a.
(3)
Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, fĂsico e quĂmico italiano, inventor da pilha elĂŠtrica, 1745–1827.