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Compensação de junta fria para termopares

Introdução às técnicas de compensação de junta fria

Quando é necessário ter medições precisas do termopar, é comum usar ponto de gelo como referência na junção dos condutores de cobre com os fios do termopar, de modo que os condutores de cobre possam ser conectados ao instrumento de leitura de FEM pela junta fria. Esse procedimento evita a geração de FEMs térmicas nos terminais do instrumento de leitura. As alterações na temperatura da junta de referência influenciam o sinal de saída, e instrumentos de leitura devem ser fornecidos com um meio para cancelar essa potencial fonte de erro.

A FEM gerada depende de uma diferença de temperatura, portanto, para fazer uma medição, a referência deve ser conhecida. Isso é mostrado esquematicamente na Fig. 1 e pode ser realizado colocando-se a junção de referência em um banho de gelo a 0 °C (32 °F). Como manter banhos de gelo é algo inconveniente e nem sempre prático, vários métodos alternativos são empregados com frequência.

Técnicas para compensar a junta fria

Método de ponte elétrica

Esse método geralmente emprega um circuito de ponte elétrica de junta fria autocompensadora conforme mostrado na Figura 2. Esse sistema incorpora um elemento de resistência (RT) sensível à temperatura, que está em um trecho da rede da ponte e termicamente integrado à junta fria (T2). A ponte geralmente é energizada por uma bateria de mercúrio ou fonte de alimentação CC estável. A tensão de saída é proporcional ao desequilíbrio criado entre a temperatura de referência equivalente predefinida em (T2) e a junta quente (T1). Nesse sistema, é possível escolher a temperatura de referência de 0 °C ou 32 °F.

À medida que a temperatura ambiente ao redor da junta fria (T2) varia, uma tensão gerada termicamente aparece e produz um erro na saída. No entanto, uma tensão automática igual e oposta é introduzida em série com o erro térmico. Isso cancela o erro e mantém a temperatura da junta de referência equivalente em uma ampla faixa de temperatura ambiente com um alto grau de precisão. Ao integrar condutores de cobre com a junta fria, o próprio material do termopar não é conectado ao terminal de saída do dispositivo de medição, eliminando, assim, erros secundários.

Método de refrigeração termoelétrica

A Câmara de referência termoelétrica Omega™ TRC Ice Point™ se baseia no equilíbrio real entre gelo, água deionizada e destilada e pressão atmosférica para manter vários poços de referência a exatamente 0 °C. Os poços são estendidos em uma câmara cilíndrica vedada contendo água pura destilada e deionizada.

As paredes externas da câmara são resfriadas por elementos de resfriamento termoelétricos para fazer com que o congelamento da água na célula funcione como uma referência de junta fria. O aumento no volume produzido pelo congelamento de uma camada de gelo na parede da célula é detectado pela expansão de um fole que opera um microinterruptor, desenergizando o elemento de arrefecimento. O congelamento e descongelamento alternados da camada de gelo mantêm com precisão um ambiente de 0 °C ao redor dos poços de referência. Um diagrama de aplicação é ilustrado na Fig. 3.

A operação completamente automática elimina a necessidade de atenção frequente necessária em banhos de gelo comuns. As leituras do termopar podem ser feitas diretamente nas tabelas de referência do ponto de gelo sem fazer correções na temperatura da junção de referência.

Como usar uma câmara de referência

Sonda termopar

Câmara de referência de calibração Ice Point™ portátil

A nova câmara de referência Ice Point™ TRCIII-A é a mais nova adição à refinada linha de instrumentação de referência de calibração da OMEGA. A câmara de referência Ice Point™ TRCIII-A se baseia no equilíbrio entre gelo e água destilada e deionizada com pressão atmosférica para manter seis poços de referência a exatamente 0 °C.

Qualquer combinação de termopares pode ser usada com esse instrumento, bastando inserir as junta de referência nos poços de referência. Também é possível calibrar outros tipos de sensores de temperatura a 0 °C. Referências de forno aquecido: o tipo com forno duplo emprega dois fornos com controle de temperatura para simular as temperaturas de referência do ponto de gelo, conforme mostrado na Fig. 4. Dois fornos são usados em temperaturas diferentes para fornecer o equivalente a uma temperatura de referência baixa diferente da temperatura de um dos fornos.

Por exemplo, os condutores de uma sonda do termopar tipo K são conectados a um forno de 65 °C para produzir uma junção Chromega™-Alomega™ e uma Alomega-Chromega a 65 °C ou 150 °F (2,66 mV cada).

Diagrama de como os termopares funcionam.

A tensão entre os fios de saída do primeiro forno será duas vezes 2,66 mV ou 5,32 mV. Para compensar esse nível de tensão, os condutores de saída (Chromega e Alomega) são conectados a condutores de cobre dentro de um segundo forno mantido a 130 °C ou 265,5 °F. Essa é a temperatura precisa na qual o Chromega-Copper e o Alomega-Copper produzem uma tensão diferencial de 5,32 mV.

Assim, essa tensão cancela o diferencial de 5,32 mV do primeiro forno, deixando 0 mV nos terminais de saída de cobre. Essa é a tensão equivalente a 0 °C (32 °F).

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