Quais são os principais fatores que afetam o erro de medição de temperatura com termopares?

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1. Erros causados pela instabilidade das propriedades termoelétricas dos termopares. Após um certo período de uso, os termômetros a base de termopares sofrem influências do ambiente em que são utilizados, o que faz com que suas propriedades termoelétricas mudem. Como consequência, a temperatura medida por esses termômetros acaba se desviando da temperatura real. Os principais fatores que afetam a estabilidade do termopar são: (1) a contaminação e a corrosão dos eletrodos do termopar pelo material a ser medido ； (2) Tensões de deformação causadas pela deformação do eletrodo térmico devido à ação de forças externas ； (3) A estrutura microscópica dos grãos do eletrodo sensível à temperatura muda em altas temperaturas ； (4) Os eletrodos térmicos sofrem oxidação ao serem expostos ao ar. 2. Influência da não uniformidade dos termopares A uniformidade de um termopar refere-se ao grau de uniformidade do material dos elétrodos térmicos do termopar. Se os dois eletrodos termoelétricos de um termopar forem de material uniforme, então a potencialidade termoelétrica gerada pelo circuito do termopar está diretamente relacionada à diferença de temperatura entre as duas extremidades, independentemente do gradiente de temperatura ao longo do comprimento dos eletrodos. 3. Escolha do ponto de medição da temperatura A escolha do ponto adequado para a medição da temperatura é um fator muito importante ao instalar termopares. Selecionar um ponto de medição representativo é de grande importância para todo o ambiente de produção. Se a escolha da localização for inadequada, o controle e a medição não terão qualquer sentido. No ponto de medição, a profundidade em que o termopar é inserido também afeta a medição da temperatura. Quando existe diferença de temperatura entre o ambiente externo e a temperatura do objeto a ser medido, a temperatura medida pelo termopar sofre alterações devido à troca térmica com o ambiente externo, o que acaba causando erros de medição. Devido às constantes variações da temperatura do ambiente, esse erro de temperatura é imprevisível. Além dos erros causados pela condução de calor devido à profundidade de inserção, o material do tubo de proteção externo do termopar também pode introduzir erros de medição. Por exemplo, os tubos de proteção feitos de metal possuem boa capacidade de condução térmica; portanto, durante a medição, é necessário inseri-los mais profundamente para evitar perdas de calor. No caso dos tubos de proteção feitos de cerâmica, é necessário inseri-los a uma profundidade menor. 4. Influência do tempo de resposta: Somente quando a temperatura do objeto a ser medido é igual à temperatura do elemento de medição, é que esta última consegue se estabilizar. Nesse momento, ambos atingem um equilíbrio térmico. Este é o princípio básico da medição de temperatura por contato. É necessário algum tempo para que a temperatura do objeto a ser medido se torne igual à temperatura do elemento de medição. A duração desse tempo é determinada, principalmente, pela capacidade de resposta térmica do elemento de medição, ou seja, pelo tempo de resposta térmica. O tempo de resposta térmica é influenciado pela estrutura do sensor e pelas condições de medição; por meio de experimentos, observa-se que o tempo de resposta varia significativamente em diferentes condições. Em um meio gasoso em estado estático, é necessário que haja contato contínuo entre os dois por mais de 30 minutos para que se alcance o equilíbrio térmico. Já em um líquido em estado estático, o tempo necessário para atingir o equilíbrio térmico é reduzido para 5 minutos. Em aplicações de engenharia práticas, a temperatura do objeto a ser medido costuma estar em constante mudança, com mudanças instantâneas que ocorrem em intervalos muito curtos. Por isso, são exigidas características elevadas dos sensores; geralmente, espera-se que sua capacidade de resposta seja na ordem de milissegundos. Se a capacidade de resposta for insuficiente, ocorre um atraso na medição. Portanto, ao escolher um sensor, é preciso optar por um com velocidade de resposta rápida. O diâmetro da extremidade de medição é um fator importante que afeta a velocidade de resposta. Se os fios finos forem mais finos, o tempo de resposta será menor. 5. Efeito da radiação térmica Quando se utiliza um termopar para medir a temperatura dentro do forno, a radiação térmica emitida pelos objetos quentes presentes no forno faz com que a temperatura do termopar aumente. Se o gás dentro do forno for considerado transparente, e houver uma grande diferença de temperatura entre o termopar e as paredes do forno, então a troca de energia também causará erros na medição da temperatura. Aumentar a condução térmica pode reduzir efetivamente esse erro, fazendo com que a temperatura da parede do forno se aproxime da temperatura do termopar. 6. Efeito do aumento da impedância térmica Quando o termopar está em um ambiente de alta temperatura, o meio gasoso a ser medido faz com que a poeira presente na superfície do tubo de proteção derreta, causando um aumento na impedância térmica desse tubo. Se o meio for um metal fundido, então, durante a operação, ocorrerá a precipitação de escória. Essa escória aumenta o tempo de resposta do termopar, fazendo com que a temperatura indicada fique mais baixa. Portanto, realizar verificações periódicas ou amostragens aleatórias do estado de funcionamento dos termopares permite detectar prontamente quaisquer anomalias neles, reduzindo assim os erros de medição. 7. Erros causados pela heterogeneidade do fio do termopar. De acordo com o princípio de medição mencionado acima, quando o fio do termopar é homogêneo,, de acordo com a regra do circuito homogêneo, o comprimento não afeta o resultado da medição. Na realidade, ao produzir os fios especiais, as fábricas costumam enfrentar problemas devido a fatores como a temperatura, o que faz com que a espessura dos fios seja irregular, ficando em formato de “anéis”, ou até mesmo ocorrendo um enrolamento grave nos fios. Além disso, outros problemas podem surgir durante o processamento posterior. O processamento repetido dos termopares faz com que eles se deformem, perdendo assim sua homogeneidade. Durante as medições de temperatura, muitos fios do termopar ficam em regiões de alta temperatura. Se não houver uniformidade, e se a temperatura do ambiente mudar, então o termopar gerará uma tensão eletrotermica parasita localmente, o que acaba causando erros nas medições. Por meio de uma análise aprofundada dos princípios básicos de funcionamento dos termopares, dos métodos específicos de uso e dos problemas que surgem no processo de fabricação, foram identificados os principais fatores responsáveis pelos erros na medição de temperatura por meio de termopares. Na fabricação e utilização dos termopares, fatores como a profundidade de inserção do sensor, o tempo de resposta do termopar à temperatura, a radiação térmica do ambiente, as mudanças na impedância térmica e a heterogeneidade dos fios do termopar são os principais responsáveis pelos erros de medição. Portanto, para aumentar a precisão da medição de temperatura, é necessário reduzir ou evitar esses fatores. Analisar as causas de erro na medição de temperatura com termopares tem uma certa relevância como orientação para aplicações práticas em engenharia.