Medição de Temperatura com Termopar

[Pask]

Amigos, estou tentando usar um termopar tipo J para fazer uma medição de temperatura da seguinte forma: entro com o seu sinal num amplificador de instrumentação de precisão do tipo AD620 alimentado com +/-5V e, na saída do mesmo, ligo diretamente um multímetro digital na sua escala de 200mV para a leitura direta da temperatura no visor. Evidentemente, ajustei o ganho do AD620 para converter a tensão do termopar em um valor diretamente proporcional à temperatura em graus Celsius que eu preciso ver no display do multímetro.
Para o meu caso, esse ganho tem que ser de 196,257, pois, com este valor, a conversão é direta.
Exemplo:
Para uma temperatura de 20ºC, a tensão de saída desse tipo de termopar é de 1.019,1 uV. Com o ganho citado, na saída do AD620 eu teria uma tensão proporcional de (0,0010191 x 196,257) = 0,200006V ou, aproximadamente, 200mV a ser mostrado no multímetro. O que corresponderia exatamente à temperatura de 20ºC. Inclusive, já fiz a simulação no Proteus que confirmou meus cálculos.
Mas, o que está errado? O que está acontecendo é que, mantendo o termopar exposto à temperatura ambiente que, hoje, ficou em torno de 26ºC, a tensão de saída do AD620 fica em torno de -0,5 mV ou -500 uV.
Para o termopar tipo J, este valor de tensão, deveria corresponder a uma temperatura de -10ºC !!!
Então, vc poderia dizer? O AD620 está com defeito.
Eu respondo: não, não está. Removi o termopar e fiz um divisor de tensão com dois resistores ligados nas entradas diferenciais do AD620 e obtive em sua saída a tensão correta para o ganho com o qual estou trabalhando! Ficou provado e confirmado que o AD620 encontra-se perfeito.
Seria o termopar com defeito? Termopar dá defeito? Eu ganhei este termopar de uma indústria onde o mesmo já se encontrava fora de uso e tive até que adaptar dois conectores tipo forquilha em seus terminais, pois os terminais originais já não existiam mais. Ele me foi dado de presente já usado, pois estava encostado no depósito da fábrica.
Supondo que não seja o termopar, o que poderia ser então ???
Agradeço uma luz...

[andre_luis]

Pask,

Não sei qual é a sua aplicação, mas só sugiro utilizar termopares em temperatura realmente altas ( >>150oC ) pois eles necessitam de 2 ajustes : Ganho e offset, e isso é muito chato de realizar na prática, se não tiver um procedimento de calibração bem definido.

+++

[fabim]

voce fez a sunção de junta a frio ?

pode ser isso !!

Fabim

[Pask]

Que procedimento de "junção de junta fria" seria este? Por que ele é necessário e como fazê-lo?

[fabim]

termopar tem uma nojeira de junção de materiais.

Teoricamente seria o seguinte.

Suponha que medido correto deu 52°C na tensão de saida do AD, voce tem um outro componente que esta lhe dando a medida de temperatura ambiente no caso 26°C.
Intão temperatura resultante = 52°C medido com o trmp - 26°C simulação de junta fria. Temperatura real = 26°C.

Da uma pesquisadinha sobre termopar, os tutoriais dão muita enfase nessa junção fria!!

Fabim

[Pask]

Tudo bem. Este fato pode estar até ocorrendo. Mas, o estranho, é que eu não estou conseguindo obter valores coerentes na saída do AD620. Como eu disse antes, para uma temperatura ambiente de 24ºC, a tensão de saída deveria estar em torno de 240mV no multímetro. No entanto, a tensão fica em torno de -0,5 mV! É como se o AD620 não estivesse fazendo qualquer amplificação do sinal do termopar, entende? Mas, acontece, que o AD620 está funcionando perfeitamente bem, pois eu já comprovei isto substituindo o termopar por um divisor resistivo.
Então, mesmo que haja o problema da "junta fria", isto não justifica o comportamento estranho do sinal de saída!
Por exemplo: montando um circuitinho com dois resistores em série para simular uma tensão de 1019,1 uV ou 1,0191 mV que corresponderia a uma temperatura ambiente de 20ºC com o termopar tipo J e alimentando esse divisor de tensão com 5V, os valores de ambos os resistores poderiam ser: 100kR e 20R. Aplicando a queda de tensão sobre o resistor de 20R nas entradas diferenciais do AD620 com ganho de 196, eu terei que obter na saída do mesmo uma tensão de, aproximadamente, 200mV, que é o peso equivalente para uma temperatura de 20ºC.
Vou realizar essa simulação e volto para dizer no que deu. Obviamente, se ela funcionar, o único componente que, com certeza, estaria supostamente com problema, seria a sonda termopar!

[LeandroPIC]

Quanto maior a temperatura do anbiente nenor a tensão do termopar é ISSO?

Se for seu termopar pode estar invertido.

[Pask]

Não. Quanto maior a temperatura, maior a tensão de saída do termopar. Ele não está invertido.
Com relação à experiência de usar o divisor resistivo de tensão, deu certo. Consegui exatamente 200mV na saída do AD620 usando o circuito citado anteriormente. Está mais do que provado que o AD620 não tem nenhum problema.
Sobrou somente o termopar. Acho que ele deve está com algum defeito ou absorveu alguma impureza que afetou o junção dos dois metais na sua ponta. Vamos ver...

[Pask]

Encontrei o texto abaixo na Wikipédia, sobre termopares, e o achei muito elucidativo. Dêem uma olhada:

Existem tabelas normalizadas que indicam a tensão produzida por cada tipo de termopar para todos os valores de temperatura que suporta, por exemplo, o termopar tipo K com uma temperatura de 300 °C irá produzir 12,2 mV. Contudo, não basta ligar um voltímetro ao termopar e registar o valor da tensão produzida, uma vez que ao ligarmos o voltímetro estamos a criar uma segunda (e indesejada) junção no termopar. Para se fazerem medições exactas devemos compensar este efeito, o que é feito recorrendo a uma técnica conhecida por compensação por junção fria.

Caso se esteja a interrogar porque é que ligando um voltímetro a um termopar não se geram várias junções adicionais (ligações ao termopar, ligações ao aparelho de medida, ligações dentro do próprio aparelho, etc...), a resposta advém da lei conhecida como lei dos metais intermédios, que afirma que ao inserirmos um terceiro metal entre os dois metais de uma junção dum termopar, basta que as duas novas junções criadas com a inserção do terceiro metal estejam à mesma temperatura para que não se manifeste qualquer modificação na saída do termopar. Esta lei é também importante na própria construção das junções do termopar, uma vez que assim se garante que ao soldar os dois metais a solda não irá afectar a medição. Contudo, na prática as junções dos termopares podem ser construídas soldando os materiais ou por aperto dos mesmos.

Todas as tabelas normalizadas dão os valores da tensão de saída do termopar considerando que a segunda junção do termopar (a junção fria) é mantida a exactamente zero graus Celsius. Antigamente isto conseguia-se conservando a junção em gelo fundente (daqui o termo compensação por junção fria). Contudo a manutenção do gelo nas condições necessárias não era fácil, logo optou-se por medir a temperatura da junção fria e compensar a diferença para os zero graus Celsius.

Tipicamente a temperatura da junção fria é medida por um termístor de precisão. A leitura desta segunda temperatura, em conjunto com a leitura do valor da tensão do próprio termopar é utilizada para o cálculo da temperatura verificada na extremidade do termopar. Em aplicações menos exigentes, a compensaçao da junção fria é feita por um semicondutor sensor de temperatura, combinando o sinal do semicondutor com o do termopar.

É importante a compreensão da compensação por junção fria; qualquer erro na medição da temperatura da junção fria irá ocasionar igualmente erros na medição da temperatura da extremidade do termopar.

O que vocês acharam desse texto?

[EDSONCAN]

Tirando os erros de portugues e as gozacoes me parece a mesma coisa que o Fabim colocou.

Faz o seguinte, pega seu termopar e coloque na agua fervendo e meça o valor em mv com um multimetro mesmo, em São Paulo a agua deve ferver a uns 94C.

Meça a temperatura ambiente e obtenha o valor em mv na tabela do termopar.

Subtraia um valor do outro, entre na tabela de termopar em mv e veja a temperatura que vc obtem.

Edson

[Pask]

Eu já fiz uma coisa parecida só que no sentido inverso à sua idéia: peguei um cubo de gelo e o segurei em contato direto com os terminais de saída do termopar acoplados ao estágio amplificador. Aguardei a estabilização do valor indicado no multímetro e o mesmo chegou a ficar em torno de 184mV, correspondendo, pois, a uma temperatura ambiente aproximada de 18,4ºC. Essa experiência foi realizada hoje pela manhã quando ainda estava mais frio.
Vou repeti-la agora à tarde com a temperatura ambiente em torno de 25ºC para ver no que dá.
Infelizmente não disponho de um termômetro comercial para saber o valor correto da temperatura ambiente e obtenho esses dados por chute aproximado (método do chutômetro), o que vem a ser extremamente incorreto de minha parte! Eu tinha comigo um termômetro de mercúrio tipo vareta de laboratório de vidro que media até 400ºC mas, infelizmente, deixei ele cair um dia e ele se quebrou. Era um ótimo termômetro. Vou tentar adquirir outro idêntico ou, pelo menos, semelhante para ter uma referência de precisão à minha disposição.
Depois conto no que deu a nova experiência. Valeu.

[fabim]

chutômetro..kkkk
Esta parecendo uns clientes que me ligam dizendo que colocaram 3 astes 5/8 por 2,45mtrs, e a luz de 40 "VELAS" acendeu quase que totalmente igual ao fase e neutro .. huahuahauhauahuahuahauhua.

Cara tem uns termômetros em chip que são extremamente precisos e custa coisa de alguns reais.
Eu ja usei o LM35, em uma seleção de 20 unidades fazendo comparação com um comercial que custa 630R$. Dos 20 LM35 que custa 3,85R$ 19 passaram no teste de -10 a + 75°C, com variação máxima de 1°C.

Vai no LM35 mesmo.!!! Bão Bonito e Barato.rs

Abraços
Fabim

[RobL]

Parece estar com 2 problemas:
1- Falta da junta fria (referência) conforme Fabim.
2- Apesar de ser o AD620 pode ser necessário ajuste do offset.

Faça a seguinte prática básica: Limpe os fios na extremidade do seu termopar e torça-os formando uma outra ponta (dois termopares ligados).

Corte um dos fios no meio e coloque aí o seu AD620.
Deixe uma ponta no ambiente e a outra em gelo fundente.
Agora sim, dará o que você espera mais um erro de offset do AD620.

[Pask]

Depois que o amigo citou o LM35, eu me lembrei que tinha um por aqui. Incluí o LM35 no circuito e pude constatar a real temperatura ambiente (não mais chutômetro) e sim real. Ontém à tarde ela ficou em torno de 24ºC e hoje pela manhã, ficou em torno de 21ºC.
A experiência do gelo fundente sobre os terminais do termopar eu já realizei e funcionou relativamente bem. Realmente a compensação da junção fria é absolutamente necessária mesmo, como bem disse o Fabim!
No entanto, a referência para esta compensação não pode ser fixa e sim variável com o ambiente, senão o erro gerado na medição com o termopar pode se tornar muito grande. Por quê? Porque num dia mais frio a temperatura ambiente estará abaixo de 20ºC e num dia mais quente ela estará acima de 20ºC.
Eu já observei alguns multímetros digitais da Minipa que têm uma ou duas escalas especiais para medição de temperatura (ºC e ºF) e um borne para conexão de termopar tipo K. Quando você coloca a sua chave seletora na posição ºC, aparece 0.20 no display do instrumento mesmo sem a sonda estar conectada ao borne de entrada. Esta é a compensação interna que a Minipa faz para a medida correta da temperatura. Porém, tal compensação é fixa, ou seja, independentemente da temperatura ambiente, você sempre terá o valor 0.20 mostrado no display desses multímetros. Isto acontece porque a compensação interna no circuito do multímetro é constante e independe da medição da temperatura ambiente por um outro tipo de sensor. Então, isto gera um erro de medição tornando a medida desses modelos de multímetros imprecisa dependendo das condições ambientais em que eles estiverem trabalhando! O certo seria que tal compensação fosse variável em função da temperatura ambiente. Isto só é possível, com a medição em tempo real da temperatura ambiente utilizando-se, por exemplo, um sensor de boa precisão como o LM35! Assim sendo, a inclusão de um circuito com o LM35 nesses modelos de multímetros, tornaria suas medições de temperatura por termopar bem mais precisas.
Obrigado a todos que têm tentado colaborar com suas corretas opiniões sobre o assunto.

[Pask]

Bem amigos, comentando mais um pouquinho esse assunto, montei um circuito simples utilizando um amplificador operacional como somador não-inversor de ganho unitário. Somei o sinal do LM35 ao sinal vindo do AD620 ligado ao termopar para compensar o problema da "junta fria". O resultado desta soma na saída do AOP é, aproximadamente, a real temperatura medida pelo termopar. Ou seja, ao invés de submeter a junta fria do termopar a 0ºC, fiz uma soma deste ponto com a temperatura medida no ambiente pelo LM35. Acho que consegui um resultado bastante satisfatório.
Algumas medições que fiz foram as seguintes:

1) Segurei em minha mão fechada o termopar e vi que a temperatura máxima ficou em torno de 30ºC;
2) Mantive o termopar à temperatura ambiente e o valor ficou em torno de 23 a 25ºC;
3) Coloquei o termopar em contato direto com um ferro de solda de 30W, e a temperatura medida próxima da ponteira do ferro chegou a 210ºC;
4) Coloquei o termopar num copo com água e gelo e a temperatura medida foi algo em torno de 3ºC.

As medições citadas foram lidas diretamente por um multímetro digital e não por um microcontrolador.
Também não disponho de um termômetro comercial para conferir os resultados e não posso afirmar que essas medições estavam corretas ou perfeitas; mas, acredito que elas se aproximaram do que seria esperado para cada caso.

É isso aí amigos...