Termopares. Revisões. Termopares. Termopares. Termopares. Termopares

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Maria das Dores Sales Ferrão
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1 eisões Lei de ariação da f.e.m de Seebeck? Efeitos de Petier e Thomson num circuito aberto ou fechado? Come se maimiza a sensibiidade? eação entre a e b nos dois metais? Lei dos condutores intermédios? Dados a SbPb e a FePb qua o aor de a SbFe? Dados b SbPb e b FePb qua o aor de b SbFe? Se num termopar a f.e.m de Seebeck, com as junções às temperaturas T e T for E e com as junções às temperaturas T e T for E qua o aor às temperaturas T e T.Qua a ei dos termopares? Como se mantém constante a temperatura da junção? Compensação da temperatura da junção fria de um termopar com o D59,5 V B D D 59 µ K T B T D VT V,5, 5,5 D VT V, 5 VT Termopar ferro constantan com a compensação da junção fria reaizada com o circuito D59 que utiiza um termotransístor: erro inferior a,5% para ariação T entre 5 e 5 ºC. Eiste um termopar prasita (ferro cobre) / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap- LT5: Compensação da temperatura da junção fria de um termopar E,, K,, S e T V LT αt β ( T 5) 5 LT5: ariação não inear para compensar a não inearidade do termpar LT5 à temperatura da junção fria LTK - ampificador bipoar: V os < 5 µv V os /T <,5 µv ºC- B < n Característica E B (T) de um termopar aproimadamente inear em pequenas faias de temperatura E B Linearização da característica de um termopar E B ( T T ) a( T ) T ( T T ) a( T T ) b( T T ) c( T T )... / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap- Linearização: ampificação com adição de offset (LT9) Linearização: ampificação com ganhos diferentes para ários troços E s V o O T 5 O 6 / Heena Sarmento Cap-5 / Heena Sarmento Cap-6 V O

Qua a ei dos termopares? Como se mantém constante a temperatura da junção?

2 D on ou D on o B D V - CC D -V CC > D on e D off o / Heena Sarmento Cap- o > o > Quando o aumenta a corrente anua-se o D V - CC -V CC B B D D on ou D on o o / Heena Sarmento Cap-8 < D off D on B o B B o B B V o V 5 6 o B... o 6 o B6 / Heena Sarmento Cap-9 6 B B6 O ( ) 5 6 Os termos em anuam-se À medida que o aumenta as correntes,, 5 e 6 ão-se anuando, de modo a diminuir o ganho O Para aém da inearização: / Heena Sarmento Cap- Para aém da inearização: pode também inearizar-se a resposta do termopar de: Para aém da inearização: pode também inearizar-se a resposta do termopar de:! forma contínua (D58: mutipicação, eponenciação e diisão anaógicas) / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap-

.. o 6 o B6 / Heena Sarmento Cap-9 6 B B6 O ( ) 5 6 Os termos em anuam-se À medida que o aumenta as correntes,, 5 e 6 ão-se anuando, de modo a diminuir o ganho O Para aém da

3 Para aém da inearização: pode também inearizar-se a resposta do termopar de:! forma contínua (D58: mutipicação, eponenciação e diisão anaógicas)! técnicas digitais (microprocessador) Para obter uma tensão maior podem usar-se ários termopares em série: termopiha T T T C T B T V T T / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap- Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que / Heena Sarmento Cap-5 / Heena Sarmento Cap-6 Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que mpificação: V os, B, toerâncias das resistências Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que mpificação: V os, B, toerâncias das resistências parasitas (e: cobre-soda µ/ºc) / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap-8

compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que / Heena Sarmento Cap-5 / Heena Sarmento Cap-6 Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que mpificação: V

4 Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que mpificação: V os, B, toerâncias das resistências parasitas (e: cobre-soda µ/ºc) Gradientes de temperatura (fontes de caor e entiadores). Dee-se caibrar depois de estabiizado o funcionamento. / Heena Sarmento Cap-9 Má compensação da junção fria (podem utiizar-se circuitos que mpificação: V os, B, toerâncias das resistências parasitas (e: cobre-soda µ/ºc) Gradientes de temperatura (fontes de caor e entiadores). Dee-se caibrar depois de estabiizado o funcionamento. Mau posicionamento do termopar (assegurar bom contacto térmico) / Heena Sarmento Cap- Deformação ceeração Pressão igidez Desocamento Veocidade Força Os sensores mecânicos são utiizados para medir grandezas, tais como: Desocamento, eocidade, aceeração, pressão, tensão, aongamento, massa, etc. O princípio de funcionamento: esistio, capacitio, indutio, piezoresistio, piezoeéctrico. Massa Forma Viscosidade custica / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap- Os sensores mecânicos são utiizados para medir grandezas, tais como: Desocamento, eocidade, aceeração, pressão, tensão, aongamento, massa, etc. Sensores de deformação Uma força apicada a um corpo prooca uma deformação (ateração das suas dimensões). O princípio de funcionamento: esistio, capacitio, indutio, piezoresistio, piezoeéctrico. s grandezas que originam forças sobre os corpos (eocidade, aceeração, etc) podem ser medidas atraés de sensores de deformação. / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap-

Mau posicionamento do termopar (assegurar bom contacto térmico) / Heena Sarmento Cap- Deformação ceeração Pressão igidez Desocamento Veocidade Força Os sensores mecânicos são utiizados para medir

5 Lei de Hooke: Para pequenas tensões apicadas aos materiais (microdeformações), o aongamento reatio na direcção da força é proporciona à força σ E F σ δ Tensão (stress): força por unidade de área ongamento reatio (strain E móduo (de easticidade) de Young O móduo de Young caracteriza a capacidade de um materia se deformar mais ou menos sob a acção de uma força. σ σ (N/mm - ) E σ domínio eástico imite eástico imite de rotura E > imite eástico o corpo não recupera as dimensões iniciais / Heena Sarmento Cap-5 / Heena Sarmento Cap-6 O aongamento numa direcção prooca a contracção nas duas dimensões ortogonais: ν y z ν - coeficiente de Poisson (aria entre, e,) pesar da diminuição da área, o oume aumenta V ( y y)( z z) yz y z y z z y dv d d yz yν zν yzν zyν dv yzν yzν zy dv yz ( ν ) ν, a, dv > o oume aumenta / Heena Sarmento Cap- Variação da resistência de um fio condutor dada a ariação das dimensões: ρ ρ: constante F σ E E δ δ δ δ δ ( δ π r ) π r δ δ δ δ ( ν ) Variação de e : efeito resistio δ d δ ν d / Heena Sarmento Cap-8 Efeito piezoresistio: ariação da resistiidade com a força ariação de oume atera a energia da banda proibida, ariando o número de portadores de carga. resistiidade aria com o oume. ρ δ ρ δv C B ρ V π d δ δv δ δd δ C B CB CB ( ν ) V π d d (C B constante de Brigdman): baia no meta (efeito resistio) e eeado nos semicondutores (efeito piezoresistio) / Heena Sarmento Cap-9 Variação da resistência de um fio condutor deido ao efeito de uma força: gaga de fio, gaga etensométrica ou etensómetro resistio (strain gauge). δ δ ρ δ δ ρ { ρ Variação de ρ: efeito piezoresistio δ δ ρ δ δ δ δ ( ν CB ( ν )) Ge ρ G e Equação do etensómetro resistio Variação de e : efeito resistio força não é geramente apicada directamente ao etensómetro, mas a um eemento igado ao etensómetro. / Heena Sarmento Cap- 5

σ σ (N/mm - ) E σ domínio eástico imite eástico imite de rotura E > imite eástico o corpo não recupera as dimensões iniciais / Heena Sarmento Cap-5 / Heena Sarmento Cap-6 O aongamento numa direcção

6 G e F E Ge E Ge F Variação da resistência proporciona à força ariação da resistência, nos etensómetros é da ordem de grandeza da toerância das resistências: circuitos de medida com ponte de Wheatstone. out - k k resistências iguais em repouso sensibiidade dos etensómetros G e é muito maior nos semicondutores (Si tipo n de a, Si tipo p a ) que nos metais (,6 a ) ( ) V V out ( )( ) Vout V k ( k )( k ) / Heena Sarmento Cap- / Heena Sarmento Cap- out - ( ) ariações muito pequenas S k et ( k )( k ) S et é máima para k S et não é inear Etensómetro em constantan em que Ω S et 5µm/m:, / Heena Sarmento Cap- : etensómetro idêntico mas ainhado com a direcção transersa para compensação das ariações com a temperatura out - ( ) Vout V ( )( t) Vout V ( )( t) ( t) V out / Heena Sarmento Cap- Com dois e quatro etensómetros aumenta-se a sensibiidade Set S et out - Set S et sujeita a esforço de tracção: sujeita a esforço de tracção, ou ou sujeitas a esforço de compressão sujeita a esforço de tracção: sujeita a esforço de tracção e e sujeitas a esforço de compressão / Heena Sarmento Cap-5 Ponte de Wheatstone actia Sensibiidade dupa da ponte de Wheatstone passia - - out - V V V V V V V out V out / Heena Sarmento Cap-6 6

out - k k resistências iguais em repouso sensibiidade dos etensómetros G e é muito maior nos semicondutores (Si tipo n de a, Si tipo p a ) que nos metais (,6 a ) ( ) V V out ( )( ) Vout V k ( k )( k

7 Nos circuitos apresentados a tensão de saída é dependente da fonte V, mas a utiização de conersores anaógicos digitais resoe este probema, pois o ganho do conersor depende da tensão de erência k kv D α out () - /D kv out b b...b n k V k D α α V / Heena Sarmento Cap-

probema, pois o ganho do conersor depende da tensão de erência k

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