Os termopares utilizados comumente pela indústria geram uma força eletromotriz cujos gráficos se baseiam na junta de referência na temperatura de
. Nas aplicações práticas, essa temperatura é normalmente diferente desse valor e varia ao longo do tempo. A afirmação correta que associa a esse fenômeno nos termopares é:
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.
Passo 1
O enunciado diz que termopares geram uma força eletromotriz com base na junta de referência em
, mas na prática a temperatura da junta de referência é diferente e varia no tempo. Pede-se identificar a afirmação correta que descreve esse fenômeno; foi dada a opção:
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.
As informações relevantes do enunciado são:
(b) ser comum a utilização de uma junta de referência para correção automática, com a medição da temperatura nos terminais do instrumento por meio de circuito eletrônico, que adiciona uma tensão de correção à tensão obtida na medição.
As informações relevantes do enunciado são:
- Termopares medem diferenças de temperatura gerando uma tensão (força eletromotriz).
- Os gráficos/curvas dos termopares são baseados na referência
. - Na prática, a temperatura da junta de referência normalmente não é
e varia no tempo.
A tarefa é decidir se a opção (b) descreve corretamente como esse desvio é tratado na prática.
Passo 2
Entendendo a física básica (de leve, sem pânico): a tensão de um termopar vem do efeito Seebeck. Em termos práticos, a tensão medida entre os dois fios do termopar corresponde integralmente à diferença de temperatura entre a junção de medição (junção quente) e a junção de referência (junção fria). Formalmente escrevemos:
onde:
-
é a tensão (força eletromotriz) gerada pelo termopar; -
é a temperatura da junção de medição (onde queremos saber a temperatura); -
é a temperatura da junção de referência (normalmente assumida nos gráficos como ); -
é a diferença das coeficientes de Seebeck dos dois metais que formam o termopar (pode variar com ).
Explicando em palavras: o termopar “mede” a integral do coeficiente Seebeck entre as duas temperaturas — ou seja, mede a diferença de temperatura, não uma temperatura absoluta.
Passo 3
Consequência prática importante (conectar com o enunciado): os fabricantes e tabelas de termopar normalmente tabulam ou parametrizam a função
que dá a tensão que um termopar produziria se a junção de referência estivesse exatamente em
e a junção de medição estivesse em
. Se na prática a junção de referência estiver em
, a tensão medida será
Para usar as tabelas (que assumem referência em
), precisamos obter
Logo, precisamos compensar a diferença entre
e
.
Passo 4
Como fazer a compensação? Álgebra simples mostra a ideia do circuito de correção (essa é a peça chave que liga teoria à prática):
Identificando termos:
-
é a tensão “equivalente” entre e . -
é a tensão que o termopar realmente fornece no arranjo real.
Somando-os:
Portanto, se conhecermos
e calcularmos (ou gerarmos eletronicamente) a tensão
, podemos somá-la à tensão medida
para obter a tensão equivalente à condição de referência em
. Isso é exatamente a ideia da correção automática.
Passo 5
Como isso é implementado na prática (explicação didática e sem mistério): os instrumentos que leem termopares geralmente fazem cold-junction compensation (CJC) assim:
- medem a temperatura da área onde os fios do termopar se ligam ao instrumento (essa é a junção de referência real) usando um sensor separado: termistor, RTD, diode/IC de temperatura, etc.;
- a partir dessa temperatura
o instrumento calcula (por tabela, por polinômio, ou por circuito analógico) a tensão equivalente ; - adiciona eletronicamente essa tensão de correção à tensão do termopar (ou aplica a correção em software depois da digitalização), resultando em uma leitura que corresponde à referência em
.
Em linguagem simples: o circuito “imita” eletricamente o que seria uma junção agerando a tensão necessária e somando à medida — exatamente o que diz a opção (b).
Passo 6
Exemplo numérico simples (para fixar): suponha que, para o tipo de termopar, a média do coeficiente Seebeck na faixa relevante seja
. Se a junção de referência estiver a
, então a tensão de correção aproximada é
O instrumento, portanto, adiciona cerca de
à tensão do termopar medida. Essa adição faz com que a leitura final corresponda ao que a tabela daria se a referência fosse
.
Passo 7
Comentário prático e conclusão motivadora: por causa da variação da temperatura ambiente e da dificuldade de manter uma junta sempre a
(banho de gelo é inconveniente), a compensaçã o automática medindo a junção de referência e adicionando uma tensão de correção é uma solução muito comum em instrumentos industriais. É robusta e permite leituras corretas sem recorrer a métodos manuais complicados. Portanto a opção (b) descreve corretamente o fenômeno e o procedimento usado.
Resposta
(b)