Termotecnia Práctica 1/ 1

CALIBRADO DE UN TERMOPAR

OBJETIVOS

• Observación de los puntos fijos del agua

• Medidas de temperatura

• Utili zación de termómetro de platino

• Calibración de termopares y su utili zación como termómetros

MATERIAL

- Termopar cobre-constantán - Potenciómetro (fem del termopar)- Termómetro de mercurio 0-100°C (±1°C) - Polímetro.- Termómetro de resistencia de platino - Cables de conexión- Mechero Bunsen con trípode. - Galvanómetro- Calorímetro (vaso Dewar) - Caja de conexiones- Recipiente metálico para calentar agua - Fuente de alimentación

FUNDAMENTO

Un termopar es un termómetro que consiste en dos metales (cobre y constantán eneste caso, termopar tipo T) unidos en la forma especificada en la figura 1. Estetermómetro tiene dos soldaduras “sensoras” y su ecuación termométrica es, en unintervalo pequeño de temperaturas, ε = a +b ∆t, donde ε es la fuerza electromotriz(fem) del circuito y ∆t es la diferencia de temperaturas de las soldaduras. (El origen deesta f.e.m. es el efecto Seebeck). Normalmente, la constante a es cero y uno de lassoldaduras se coloca en el punto de hielo del agua (t = 0 °C), por lo que la relacióntermométrica queda ε = b t, con t la temperatura de la soldadura de medida. Así, elcalibrado de un termopar requiere un punto fijo como referencia (en este caso, el dehielo) y otro, al menos, para determinar la constante b.

Constantan

cobre cobre

E G

(+) (-)

t

0 ºC

Figura 1.- Esquema de la conexión del termopar

REALIZACIÓN

Es recomendable comenzar la práctica poniendo a calentar agua del grifo en el

recipiente metálico, casi ll eno.

Termotecnia Práctica 1/ 2

Medida de la f.e.m. del termopar con el potenciómetro

1.- Realícese el montaje indicado en la figura 2. Para ello:

a) La pila de 1.5V se coloca entre A y B

b) El potenciómetro Helipot Beckman de 1000Ω de resistencia total, montado encaja aparte, se conecta entre C y D.

c) El galvanómetro, G, se conecta entre el punto C y el terminal negativo deltermopar (correspondiente a la soldadura fria que se coloca en hielo fundente)

d) El terminal positivo del termopar se conecta en el punto E.

B (-)

_ +G

D

A (+)

(0 100 k•)100 k•

CE

I' T

R R'

I

1000 •

Figura 2.- Circuito potenciométrico

2.- Ajústese la sensibili dad del galvanómetro a un valor bajo para que no se salga deescala y resulte dañado.

3.- Apriétese el interruptor del galvanómetro y gírese el dial del potenciómetro hasta quela aguja del galvanómetro marque cero.

4.- Auméntese progresivamente la sensibili dad del galvanómetro y repítase la operaciónanterior (de ajuste a cero).

5.- Mídase la diferencia de potencial entre E y C contando las divisiones del contadorteniendo en cuenta lo dicho anteriormente: 1 vuelta = 1 mV y 1 división = 10 µV.

Medida de temperaturas con el termómetro de resistencia de platino

Para realizar la medida de la temperatura se procede de la siguiente manera:

1.- Se introduce el sensor de platino en hielo fundente (t = 0ºC).

2.- Mediante el polímetro preparado para medir en la escala más sensible, se lee elvalor de R0.

3.- Se introduce el sensor de platino en agua hirviendo (t = 100ºC) y se mide el valor deR100.

Termotecnia Práctica 1/ 3

4.- Se determina el valor de B teniendo en cuenta que el valor de A es 3.91 × 10-3 °C-1

y que el termómetro de resistencia de platino que es el que se emplea en la EscalaInternacional de Temperaturas cumple una relación termométrica de la forma

R = R0 (1 + A t + B t2) (1)

El termopar como termómetro

1.- Colóquense las dos soldaduras del termopar en hielo fundente y compruébese que laddp indicada es de 0 V. En ese caso el valor de a de la ecuación (ε = a + b ∆t) serácero. En caso contrario tómese a valor observado para la ddp en ese caso.

2.- Colóquese, sujetándolo con una pinza, un tubo de ensayo con un poco de agua,dentro del recipiente metálico que contiene agua hirviendo (Fig. 3).

3.- Colóquese dentro del tubo de ensayo

a) La soldadura caliente del termopar

b) El sensor del termómetro de platino

c) Termómetro de mercurio (servirá como referencia).

termopartermómetro de platinotubo de vidrio

agua

baño de agua

mechero

Figura 3.- Baño maría. Dispositivo experimental.

4.- Mídanse y anótense las medidas que indican los tres sensores (f.e.m. del termopar,resistencia del termómetro de platino y temperatura del termómetro de mercurio).

5.- El valor obtenido para la f.e.m. del termopar es, en principio, suficiente paradeterminar el valor de la constante b del mismo. Sin embargo, vamos a hacer másmedidas utili zando los valores que se producen en el proceso de enfriamiento.Desconéctese el mechero Bunsen para comenzar dicho proceso de enfriamiento.

Termotecnia Práctica 1/ 4

6.- Tómense los valores de los tres sensores cada 10 ºC aproximadamente (controladospor medio del termómetro de mercurio) y hasta una temperatura de unos 10 ºC(empléese hielo si es preciso para forzar el enfriamiento).

7.- Determínese el valor de la constante b a partir de la ecuación del termopar (lineal),ajustada por mínimos cuadrados. Significado físico de dicha constante.

8.- Mídase, empleando dicha ecuación, la temperatura del agua del grifo y compárese elresultado obtenido (y el correspondiente error) con los indicados por los otros dostermómetros.

RESULTADOS

a) Valores de R0 y R100 de la resistencia de platino y cálculo de las temperaturasintermedias empleando este termómetro, con sus errores.

b) Gráfica calibrado termopar, ε= f(t), con los valores obtenidos en los puntos fijosde fusión y ebulli ción, más otros puntos intermedios. La temperatura de lospuntos intermedios es la medida con el termómetro de resistencia de platino.

c) Valor y significado físico de la constante de la ecuación del termopar.

d) Medida de la temperatura del agua del grifo (con su error) con el termopar,utili zando su recta de calibrado, con el termómetro de resistencia de platino ycon el termómetro de mercurio. Comparación de resultados.