EMEI08 - Pratica 1 - 2 Semestre de 2017 - ensaio 1 - coleta de dados

EMEI08 - Pratica 1 - 2 Semestre de 2017 - ensaio 1 - coleta de dados

1ª Prática – Medição de Temperatura e Calibração Exercício D – Escalas de temperatura e equações de referência

Objetivo

Estudar as escalas de temperatura comumente usadas e definir a diferença entre as escalas de temperatura relativa e absoluta. Usar as equações corretas para a medida de temperatura.

Método

Utilização do ponto de gelo e do ponto de vapor da água como temperaturas de referência na equação de referência de um termômetro de resistência de platina. Cálculo das temperaturas absolutas equivalentes para um conjunto de medições efetuadas na escala Celsius.

Teoria

Sugerimos aos alunos a leitura de Introdução a escalas de temperaturas, além dessa seção de teoria. O experimento também requer Ponto de ebulição da água e Relações de resistência do termômetro de resistência de platina.

Na medição da temperatura, os pontos de referência dependem comumente das propriedades de elementos ou compostos específicos e sua variação com a temperatura. Por exemplo, onde uma substância tem pontos de fusão e ebulição claramente definidos e consistentes em uma determinada pressão, essas duas condições podem ser utilizadas para definir dois pontos em uma escala de temperatura. Um dispositivo de detecção de temperatura poderá então ser calibrado para fornecer a leitura requerida nesses pontos. Quaisquer pontos podem ser escolhidos desde que seja possível reproduzi-los de modo preciso e confiável

Uma vez calibrado um termômetro para fornecer a leitura necessária em um par de pontos fixos, é preciso interpolar entre os pontos para obter as leituras intermediárias. Um método para fazer isso é supor uma relação linear simples. Um segundo método utiliza funções de referência para definir a saída de sensor necessária em cada ponto fixo e os valores intermediários requeridos.

Funções de referência: Para as temperaturas na faixa coberta pelo aparelho TH1, a Escala Internacional de Temperaturas

Elemento de aquecimento

Tubo de exaustão com fendas

Sensores de temperatura

Agitador e motor

Medidor de nível Frasco de gelo

Termômetro de pressão de vapor

Manual de Instruções Armfield informa temperaturas de pontos fixos fornecidas pelas propriedades termométricas de elementos específicos para a resistência de um termômetro de resistência de platina padrão do tipo ITS-90. Ela define uma função de referência e um conjunto de coeficientes, com o valor de cada coeficiente variando com os pontos fixos usados (isto é, a porção da faixa total coberta). Essa função de referência pode ser utilizada para igualar a relação de resistência de referência do termômetro com a temperatura em cada ponto fixo.

A relação da resistência de referência é a relação entre a resistência do termômetro no ponto fixo e sua resistência no ponto triplo da água. A utilização de uma relação elimina quaisquer erros de zero na calibração do sensor.

Para um termômetro de resistência de platina, na faixa de 0°C a 961,8°C, a equação de referência é:

onde

Wref é a relação de resistência de referência Rref (T)/R (0,01°C), Tref é a temperatura de referência fixa, C0 = Ci em i = 0, e Ci e i são fornecidos na tabela abaixo:

A Escala Internacional de Temperaturas define pontos fixos para uso como temperaturas de referência. Os exemplos incluem:

0,01°C Ponto triplo da água Wref = 1.0 0 0 29,7646°C Ponto de fusão do gálio Wref = 1.118 138 89 156,5985°C Ponto de fusão do irídio Wref = 1.609 801 85

O ponto de vapor da água não é um ponto de referência reconhecido, pois a temperatura de vapor da água varia com a pressão. Porém ele é um ponto de referência conveniente para calibração simples. O ponto de vapor em algumas pressões pode ser encontrado em Ponto de ebulição da água Relações de resistência do Termômetro de Resistência de Platina fornece os valores de Wref nessa faixa.

Equação de desvio: Uma vez determinados os pontos fixos, é necessário extrapolar os valores das temperaturas

Exercício E intermediárias entre eles. A Escala Internacional de Temperaturas define uma função de desvio (ou correção) para o PRT, com um conjunto de coeficientes para cada porção da faixa total.

A equação de correção para um termômetro de resistência de platina padrão na faixa de 0°C a 961,8°C é:

W - Wref = a[W -1] + b[W - 1]² + c[W - 1]³ + d[W - W (660.323°C)]² onde W é a relação de resistência do termômetro R(T)/R(0,01°C) e T é a temperatura a ser medida. Na faixa 0°C a 156,5985°C, b = c = d = 0, e a equação se reduz a W – Wref = a (W – 1) O coeficiente 'a' é determinado pelo experimento.

Wref é normalmente fornecido pelo ponto triplo da água. Porém, nesse experimento, os valores foram fornecidos para o ponto de gelo. Também para esse experimento, W é calculado para o ponto de gelo (W = R(T)/R(0,00°C), em vez de W = R(T)/R(0,01°C)).

Para calcular as temperaturas dos valores medidos de resistência do sensor, encontre primeiro Wref da equação de desvio, utilizando o valor de 'a' obtido experimentalmente. T pode ser então obtido pela iteração a partir da equação de referência ou de sua inversa aproximada:

Manual de Instruções Armfield

Preparação dos equipamentos Verifique se o agitador e o aquecedor estão desligados e se o hipsômetro está frio.

Remova o tubo de exaustão com fendas no respiro de vapor e encha o hipsômetro até que o nível fique entre as duas marcas inferiores no visor de vidro localizado na parte frontal. Recoloque o tubo de exaustão com fendas.

Esse experimento irá utilizar o termômetro de referência PT100 e o sensor industrial PT100. Verifique se todos os sensores estão fixados firmemente no suporte de sensores. As porcas de prensa-cabo na parte superior deverão ser apertadas com os dedos. Tome muito cuidado para não danificar os sensores ou as capas.

Verifique se os sensores estão conectados no console com os plugues nos soquetes corretos. O sensor PT100 IND deverá estar conectado ao soquete marcado como 'LOW' na parte frontal do console.

Ligue o aquecedor e o agitador e coloque o controle de potência do aquecedor no máximo.

Encha o frasco isolado com gelo finamente picado, preparado com água pura. Coloque o suporte de sensores no suporte de metal adjacente.

Procedimento

A. Determine a pressão barométrica da sala. Consulte Ponto de ebulição da água para obter o ponto de vapor da água nessa pressão.

B. Consulte Relações de resistência do Termômetro de Resistência de Platina (Pag. 37) para encontrar o valor Wref no ponto de vapor da água recém obtido.

C. Coloque o suporte dos sensores no frasco isolado azul para gelo. Gire o botão seletor na parte frontal do console até 'IND PT100 (LO)' e faça uma leitura da resistência. Ela fornece a resistência do sensor no ponto de gelo, R (0,00°C).

D. Aguarde até que a água no hipsômetro alcance o ponto de ebulição. Será preciso observar o nível da água no hipsômetro e completá-lo se cair abaixo da marcação mais baixa no visor de vidro.

Transfira o suporte dos sensores para o hipsômetro. Aguarde a estabilização da leitura do sensor e, a seguir, anote a saída da resistência do PRT industrial. Ela fornece uma segunda saída de sensor, R (T). A relação de resistência do termômetro, W, pode ser encontrada como:

W = R(T)/R(0.00°C). Use esse valor de W e o valor de Wref obtido anteriormente para calcular o valor do coeficiente 'a': W – Wref = a (W – 1), que pode ser rearranjada para se obter:

Desligue o aquecedor.

Exercício E

Mova o suporte dos sensores para o cavalete de metal.

E. Aguarde vários minutos para o esfriamento do hipsômetro até que não haja mais nenhum escape de vapor no respiro. Fique ciente de que as superfícies podem ainda estar suficientemente quentes para provocar ferimentos.

NOTA: Durante os procedimentos a seguir, tome muito cuidado para evitar ferimentos decorrentes de qualquer escape de vapor. Luvas isolantes deverão ser utilizadas, se disponíveis.

Remova com MUITO CUIDADO o respiro de vapor. Se ele ainda estiver muito quente para manuseio sem desconforto, AGUARDE até que o hipsômetro esfrie mais um pouco.

Encha o hipsômetro com água pura fria. Fique ciente de que pode ocorrer escape de vapor do furo de enchimento à medida que a água é derramada. Se houver escape de vapor em quantidades significativas, AGUARDE até que o hipsômetro esfrie mais um pouco. Encha o recipiente até que o nível de água esteja entre as duas marcas superiores no visor de vidro, criando um banho de água.

Transfira o suporte do sensor para a parte superior do recipiente.

F. Use o botão seletor giratório na parte frontal do console para alternar a exibição entre as saídas do termômetro de referência PT100 ref (temperatura [°C]) e do sensor industrial

PT100 ind (resistência [Ω]).

G. Aguarde até que s saídas dos sensores tenham estabilizado. A seguir, faça leituras dos dois sensores.

H. Ligue e o aquecedor e o agitador e ajuste a potência do aquecedor no MÁXIMO. Uma vez a cada cinco minutos, reduza a potência do aquecedor ao MÍNIMO e aguarde até que a saída do sensor esteja aproximadamente estabilizada (ela provavelmente não alcançará um valor estável real). Faça leituras dos dois sensores e, a seguir, aumente a potência do aquecedor ao máximo mais uma vez.

I. Faça leituras até que o banho de água alcance o ponto de ebulição, respeitando o procedimento H). A seguir, desligue o aquecedor e o agitador.

Manual de Instruções Armfield

Resultados Efetue a tabulação de seus resultados sob os títulos abaixo: Pressão barométrica: …… Ponto de vapor da água: ……°C Wref: ……

Tempo decorrido

Ref °C

PT100 Ind (= R (T))

(PT100 Ind) °C

Faça um gráfico das leituras das temperaturas indicadas pelo termômetro de referência PT100 e as temperaturas calculadas com base na saída do PT100 industrial.

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