Nota Técnica
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NT-005
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00
Data
05/2013
Paginação
1 de 9
Fundamentos e Recomendações para Calibração de Termopares
Analógica Instrumentação e Controle
Campo Aplicação
Analógica, clientes e outras partes interessadas
Este documento foi elaborado para atender as necessidades de estudantes, profissionais liberais,
empresas e laboratórios metrológicos quanto ao aprendizado do processo de calibração de
termopares, baseado em normas internacionais. É aplicado, principalmente, para os termopares
padronizados de acordo com as tabelas de força eletromotriz térmica versus temperatura, conforme a
Monografia NIST 175, EN 60584-1 e ABNT NBR 12771. Abrange a ampla faixa de temperaturas -200
°C a 1600 °C e é coerente com a Escala Internacional de Temperatura 1990 (ITS-90).
Para ordenar e sequenciar o texto, o conteúdo foi organizado por tópicos, conforme itens abaixo,
embora a interdependência entre os assuntos não permita uma clara separação muito nítida em os
tópicos.
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
k.
l.
m.
n.
Inspeção inicial.
Efeitos decorrentes da utilização de fios e cabos de extensão e compensação.
Junção de referência - (junção fria).
Fontes de calor - (Meios térmicos).
Profundidade de imersão.
Heterogeneidade físico-químicas dos termoelementos.
Tratamento térmico do termopar.
Procedimento de medição.
Medidas Elétricas;
Características dos termopares.
Recalibração.
Relatórios de resultados.
Incerteza de medição.
Bibliografia.
Esse documento, a princípio, pode ser aplicados para qualquer tipo de termopar. Porém, para casos
muito particulares, como os dos termopares semicondutores, cerâmicos e similares, é aconselhável
observar as particularidades pertinentes.
1. Introdução
1.1. Termopar é um sensor de temperatura muito simples em termos construtivos. É composto por
dois condutores elétricos, necessariamente de materiais (ligas ou outros compostos) com
propriedades termoelétricas diferentes, ligados entre si em uma das extremidades para formar
uma junção de medição, sendo que a outra extremidade é mantida aberta e é denominada
junção de referência. Esse junção é conectada, direta ou indiretamente, a um dispositivo de
medição da força eletromotriz que é gerada no circuito quando as junções de medição e de
referência são submetidas à diferentes temperaturas.
1.2. A força eletromotriz térmica (FEMt) gerada por um termopar é uma função que depende da
diferença de temperatura entre a junção de medição e a junção de referência. Ou seja, o
termopar não mede temperatura, e sim, diferenças de temperaturas que existam ao longo do
comprimento dos condutores. Medidas eficazes e calibrações são possíveis apenas se as
junções são mantidas em regiões isotérmicas e a uma profundidade suficiente para superar as
perdas de calor (ou ganho), garantindo assim que cada junção, na verdade alcança o
temperatura do meio ambiente em que está imersa.
1.3. A magnitude da FEMt gerada no circuito de um termopar depende, predominantemente, das
propriedades termoelétricas dos materiais (ligas) dos condutores utilizados para sua construção.
Em muito menor grau, a FEMt também é influenciada pelas condições metalúrgicas dos
condutores, tais como alterações ou heterogeneidades causadas por contaminação ou
evaporação de componentes de liga, tensão mecânica, choque térmico e tamanho de grau,
dentre outros. No entanto, essas alterações só têm influência e são detectáveis se situadas em
região de gradiente térmico, por exemplo, se um comprimento degradado do condutor está
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localizado em uma região de transição térmica. Nenhuma influência será notada se esse mesmo
comprimento alterado estiver no interior da região isotérmica de um banho de calibração.
1.4. Com o tempo e as exigências da utilização, uma paulatina degradação do termopar é esperada
e a perda da calibração é inevitável. Por isso é recomendável que seja realizadas frequentes
verificações de seu estado de calibração, e, quando necessário, um adequado sistema de
controle defina as condições de sua substituição. Principalmente para os termopares
denominados de base de base metálica, como os dos tipos K, J, N, T e E, notadamente quando
utilizados em temperaturas elevadas, pode ser que uma substituição, antes da calibração, seja a
prática mais adequada.
2. Variáveis de Influência no Processo de Calibração
Diversas variáveis de interferência atuam sobre o processo de calibração e influenciam os resultados.
Procedimentos adequados devem ser seguidos para assegurar-se que os efeitos dessas fontes de
influência, como as listadas abaixo, sejam minimizados e levados em conta no cálculo da incerteza
de medição que é expressa no certificado de calibração. Sem se ater a outras fontes de influência
minoritária, abaixo são destacadas algumas fontes potenciais, discutidas em tópicos desse
documento, com destaque para as seguintes:
a. Mau contato térmico ou condução de calor ao longo da haste do termopar (profundidade de
imersão insuficiente).
b. Heterogeneidade e instabilidade térmicas das fontes de calor (meios térmicos).
c. A variação da temperatura na junção de referência (junção fria).
d. Forças termoelétricas parasitas provenientes de conectores, chaves seletoras e comutadoras,
equipamentos de varredura e condutores heterogêneos.
e. Forças eletromotrizes parasitas provenientes de efeitos galvânicos.
f. Efeitos decorrentes doo uso de fios e cabos de extensão ou compensação.
g. Interferências eletromagnéticas.
h. Tensões mecânicas ou deformações.
i. Heterogeneidades nos termoelementos.
j. Oxidação e contaminação química.
k. Mudanças na composição da liga, condição física ou estrutura de cristal
l. Falha de resistência de isolamento elétrico.
3. Inspeção Inicial
3.1. Exceto nos casos com definição em contrário, todo termopar a ser calibrado deve ser
inicialmente inspecionado para identificação e conhecimento prévio de seus atributos de
fabricação, conservação e aplicação.
3.2. Termopares estão disponíveis com diversificadas formas de isolamento e proteção, inclusive
sem isolamento e proteção, na condição conhecida como fios nus. A inspeção inicial, por
conseguinte, depende da forma construtiva, e, se disponíveis, de informações sobre a aplicação.
Em geral, deve-se avaliar os aparentes de defeitos, tantos os construtivos quanto os decorrentes
do uso, tais como falhas de isolamento, de proteção, oxidação, contaminação e danos em partes
ou componentes. Os dados da inspeção devem ser registrados, e, caso sejam avaliados como
impactantes na calibração e incerteza, devem ser informados ao cliente.
3.3. Um aspecto importante a ver inspecionado, investigado e avaliado é a perda (abaixamento) da
isolação devido a presença de umidade no termopar. Além da própria perda de isolação e
geração de fugas de corrente, a umidade pode acarretar a geração de forças eletromotrizes
espúrias devido a fenômenos eletrolíticos. A medição da resistência de isolamento na inspeção
inicial é uma prática recomendável para identificar valores elevados de umidade nas estruturas
de isolamento, principalmente para o caso dos termopares com isolação mineral.
4. Efeitos decorrentes da utilização de fios e cabos de extensão e compensação
4.1. Se, por motivos operacionais no processo de calibração for necessário aumentar o comprimento
de um termopar, isso deve ser feito, preferencialmente, por meio de fios/cabos de extensão, que
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consistem em condutores produzidos com os mesmos materiais dos do termopar, ou,
alternativamente, através de fios ou cabos de compensação, que são produzidos com materiais
diferentes dos do termopar, mas que possuem propriedades termoelétricas similares às do
termopar em processo de calibração. Vale salientar que os tanto os fios e cabos de extensão
quanto os de compensação, são fabricados para gerar uma FEMt correspondente às do
termopar, numa faixa mais restrita de temperatura, entre -40°C a 200°C. As tolerâncias de
fabricação desses fios e cabos são especificadas na Norma EN IEC 60584-3.
4.2. Estes fios ou cabos de extensão ou compensação devem, preferencialmente, serem
permanentemente ligados ao termopar. Opcionalmente, as ligações podem ser feitas por meio
de conectores especiais, feitos com as mesmas ou similares ligas dos termopares, para tornar o
circuito o mais homogêneo em termos termoelétricos. É muito importante assegurar que essas
junções secundárias não fiquem localizados em regiões sujeitas a gradientes de temperatura, e,
ainda, que sejam protegidas ou isolados contra correntes de ar e radiações térmicas que possam
provocar rápidas mudanças temperatura no local.
4.3. As incertezas de medição associadas ao uso de fios e cabos de extensão/compensação e de
conetores compensados são maiores que as esperadas quando se utiliza um termopar contínuo.
Isso decorre das diferenças de materiais, que não podem ser evitadas. Entretanto, com a
aplicação de bons materiais e cuidados especiais na calibração, a incerteza de medição em
circuitos que utilizam fios e cabos de extensão/compensação e conectores compensados pode
ser semelhante à do uso de um termopar contínuo. Neste caso, os fios ou cabos de
extensão/compensação passam a ser parte do termopar e nunca deve ser trocados por outros,
mesmo do mesmo tipo ou lote. A fim de estimar estas contribuições de incerteza, é necessário
testar a efeito das alterações da temperatura nos conectores compensados.
5. Junção de Referência – (Junção Fria)
5.1. As de forças eletromotrizes térmicas versus temperatura para termopares são comumente
referenciadas à temperatura do ponto do gelo (0˚C). O ponto do gelo é um ponto fixo tradicional,
de fácil reprodução, e, por isso preferido quando o desejo é a realização de medições confiáveis.
Pode ser facilmente preparado com gelo picado ou em flocos, com os interstícios preenchidos
com água. Água destilada e deionizada é recomendada, todavia, em muitos países, água de
torneira assegura ponto de gelo entre -0,01°C e 0°C.
5.2. Na junção de referência, também chamada de junção "fria", cada termoelemento do termopar é
conectado a um fio de cobre por torsão, soldagem ou como uso de qualquer dispositivo de
ligação que assegure bom contato elétrico. Falhas elétricas nessas conexões, intermitentes ou
permanentes, podem ser causadas por película de óxido formada na superfície dos
termoelementos ou nos fios de cobre. Para minimizar esse problema, os fios devem ser limpos
com papel abrasivo (lixa fina) nos pontos de ligação/conexão. Cada junção deve ser isolada e os
fios inseridos em um tubo de proteção de parede antes da imersão no banho de gelo-água. Os
fios de cobre a serem utilizados nessa aplicação devem ser retirados de um mesmo lote de
fabricação, cuidado que tende a eliminar diferenças de composição química e de propriedades
mecânicas.
5.3. Dispositivos eletrônicos, normalmente automáticos, também podem ser utilizados como meios
térmicos para referenciar termopares a uma temperatura conhecida, notadamente a 0˚C por ser
o valor de referências das tabelas FEMt x temperatura para termopares. Esses dispositivos são
particularmente indicados quando o objetivo é referenciar um grande número de termopares, por
períodos muito longos. Quando utilizados, o desempenho desses dispositivos deve ser
cuidadosamente monitorado, e, especificamente, devem ser observadas a adequada
profundidade de imersão e o efeito da carga térmica (carregamento)suportada pelo dispositivo.
Esses monitoramentos podem ser feitos pela verificação operacional de um ou mais termopares
referenciados no dispositivo, nas condições de “sem a carga” e “carga plena” de termopares. A
temperatura da desse dispositivos devem ser periodicamente verificadas.
5.4. As mesmas observações feitas para os dispositivos eletrônicos (Item 4.3) devem ser avaliadas e
aplicadas quando se utiliza referenciamento em “caixas de junção”, artefato tipicamente
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configurado como uma caixa termicamente isolada, com temperatura interna temperatura é
controlada. A eficácia do termômetro aplicado na medição da temperatura da caixa, bem como o
desempenho do dispositivo controlador deve ser verificados periodicamente.
5.5. Compensações eletrônicas de junta fria também são amplamente utilizadas em controladores,
indicadores, transmissores de temperatura e termômetros que operam com sensor termopar,
seja em circuitos internos
dos próprios equipamentos, ou em módulos eletrônicos
independentes. É importante que essas junções sejam calibradas e utilizadas em ambientes
onde a temperatura não muda rapidamente, e, ainda, que os efeitos de diferentes temperaturas
ambientais sejam verificados.
5.6. Se uma temperatura de referência diferente de 0°C for utilizada para um termopar que foi
calibrado com referencia a 0°C, a FEMt correspondente à essa nova temperatura de referência
deve ser adicionada à FEMt de saída do termopar. Não é possível usar a diferença entre as
temperaturas referência como correção.
6. Fontes de Calor (Meios Térmicos).
6.1. Tradicionalmente termopares são calibrados por um, ou pela combinação, dos seguintes
métodos:
a. Medições realizadas nas temperaturas definidas para um ou uma série de pontos fixos de
transformação de fase de materiais. Exemplos: pontos de fusão, de solidificação, de
sublimação ou pontos tríplices.
b. Medições realizadas por comparação com um sensor ou termômetro de referência, utilizando
meios térmicos (banhos ou fornos) apropriados, nos quais nos quais possam obtidas
adequada estabilização térmica e profundidade de imersão.
c. Medições realizada numa combinação das duas técnicas, ou seja, medições em pontos fixos
e medições por comparações.
Nota: Tanto os pontos fixos quanto os sensor/termômetros de referência devem ser rastreados a padrões nacionais ou
internacionais. Geralmente as calibrações em pontos fixos somente são indicadas para termopares de metais nobres e
que serão utilizados como padrões.
6.2. Meios térmicos (banhos e fornos) apropriados para uso em atividades de calibração são aqueles
que, além de permitir boa regulagem e boa estabilização da temperatura nos valores desejados,
também disponibilizem uma zona de medição com características adequadas em termos de
dimensão, uniformidade e estabilidade térmicas.
6.3. A determinação do perfil térmico da zona de medição (uniformidade e estabilidade) e a avaliação
de outras características relevantes, com inclusão dessas informações no certificado de
calibração, podem ajudar a resolver problemas de imersão, mesmo considerando que o perfil do
meio térmico também depende da dimensão do termopar.
6.4. Gradientes de temperatura nas zonas de medição podem ser minimizados com o uso de um
bloco equalizador, normalmente feito de metal ou liga de alta condutividade térmica, dotado com
perfuração dimensionada para acomodar, com folgas reduzidas, as bainhas dos termopares em
calibração e do sensor utilizado como padrão. Esse dispositivo pode não ser importante, ou
mesmo dispensado, quando o meio térmico for um forno multizonas, com controle independente
por zona, e, principalmente, quando a calibração é realizada em altas temperaturas, situação em
que a transferência de calor ocorre majoritariamente por radiação.
6.5. Para calibrações realizadas em banhos, os termopares devem ser carregados com separação
mínima em torno de 10mm, e também não deverão tocar as paredes laterais ou o fundo do
recipiente de contenção do líquidos, pois esses pontos podem estar em temperaturas levemente
diferentes da do líquido.
6.6. Para calibrações em fornos, para evitar contaminações, o sensor padrão e o termopares em
calibração devem estar protegidos, por exemplo, por tubos de alumina recristalizadas de paredes
finas, com as extremidades fechadas. Nessas condições, a profundidade de imersão precisa ser
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avaliada e possivelmente aumentada - ver item 7 - para compensar as perdas térmicas e o
atraso no tempo de resposta decorrentes da proteção adicional.
7. Profundidade de Imersão.
7.1. Sempre que possível, termopares devem ser calibrados numa profundidade de imersão
equivalente àquela em que é utilizado. Entretanto, em todos os casos a profundidade de imersão
deve ser suficiente para assegurar que as perdas ou ganhos de calor sejam minimizadas a ponto
de não interferirem no valor da temperatura de estabilização. Essas perdas ou ganhos são
maiores para os termopares confeccionados com termoelementos grossos, quando são
utilizados tubos de proteção espessos e com grandes diâmetros, e, ainda, quando os materiais
utilizados possuem elevada condutividade térmica. Uma adequada profundidade de imersão é
atingida quando pequenas variações no comprimento da imersão não provoca nenhuma
alteração mensurável na FEMt medida. Em casos extremos, pode ser necessário remover as
bainhas e outras formas de proteção, substituindo-as por proteções mais leves e adequadas
para assegurar corretas condições de imersão.
7.2. Estas considerações são aplicadas, tanto para as comparações realizadas em pontos fixos,
quanto por comparação com um sensor padrão. Valores estáveis na medição da FEMt não
significa, necessariamente, que a correta profundidade de imersão tenha sido atingida. A
imersão correta somente é demostrada quando variações em torno de 1 a 2cm no comprimento
imerso não altera a FEMt a ponto de interferir na incerteza de medição esperada na calibração.
8. Heterogeneidade Físico-Química dos Termoelementos.
8.1. Em muitos casos a heterogeneidade dos termoelementos ao longo do comprimento de um
termopar é uma componente importante e limitante para a incerteza de medição. Por isso, em
calibrações mais acuradas, é necessário levantar e considerar essa componente de incerteza no
processo de calibração. Sem se a isso limitar, dois métodos de avaliação da heterogeneidade
dos termoelementos são aqui descritos, com escolha em função do que for mais prático:
a. Método 1: Mantendo as junções de medição e de referência do termopar em temperaturas
constantes, de preferência mantendo a referência em banho de gelo, monitore a FEMt
gerada. Selecione uma região estreita ao longo do comprimento do termopar e a aqueça ou
resfrie, utilizando uma fonte externa de calor. Mova, continua e lentamente, essa estreita
região aquecida ou resfriada ao longo do termopar, mantendo permanente monitoramento do
valor da FEMt gerada. Se houver regiões heterogêneas, alterações na FEMt serão
detectadas quando a região aquecida ou resfriada passa por elas. Dessa forma os locais
heterogêneos serão identificados e os valores das alterações poderão ser quantificados e
considerados no cômputo da incerteza de medição.
b. Método 2: Mantendo a junção de referência do termopar em temperatura constante, de
preferência em banho de gelo, monitore a FEMt gerada. Introduza ou retire, paulatinamente, a
junção de medição em um meio térmico com distribuição homogênea de temperatura (banho
de líquido agitado, forno ou célula de ponto fixo). Se houver regiões heterogenias, estas, ao
passarem pela interface com brusco gradiente térmico (superfície banho, boca do forno ou
borda da célula de ponto fixo), provocarão alterações na FEMt, permitindo a identificação das
regiões heterogenias e a quantificação dos valores para cômputo da incerteza de medição.
8.2. No cômputo da incerteza de medição, e recomendável considerar a componente decorrente da
heterogeneidade como uma contribuição retangular, com módulo equivalente à maior diferença
encontrada nas medições. Se a medição tiver sido feita em apenas uma parte pequena ao longo
do comprimento do termopar, a maior diferença encontrada a FEMt deve ser tomada como a
metade da largura para uma distribuição retangular. Nos casos em que for impossível determinar
metrologicamente a contribuição da heterogeneidade para a estimação da incerteza de medição,
recomenda-se adotar o valor de 20% da tolerância estabelecida para a Classe 2 do termopar,
conforme Norma EN IEC 60584-2, como contribuição (k = 1) para a incerteza.
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8.3. Para estimar a componente na incerteza de medição decorrente dos efeitos da heterogeneidade
em temperaturas nas quais esses efeitos não foram mensurados, recomenda-se assumir que
essa componente pode ser tomada como uma percentagem do total da FEMt.
9. Tratamento Térmico do Termopar.
9.1. A princípio, somente termopares homogêneos devem ser calibrados. Termopares heterogêneos,
se utilizados em condições diferentes das que foram calibrados, especialmente diferentes
gradientes de temperatura, produz medidas incorretas, com desvios da ordem de vários graus
Celsius.
9.2. O tratamento térmico, ou recozimento, de um termopar é uma atividade que busca uniformizar as
propriedades mecânicas dos seus termoelementos, ao longo do comprimento aquecido. A
princípio, não é uma prática de rotina no processo de calibração, até por que, pode resultar em
alteração de resultados nas medições realizadas com o termopar. A prática pode ser
considerada um ajuste, como previsto no Item 5.10.4.3 da Norma ABNT NBR
ISO/IEC17025:2005. Assim considerado, a realização do tratamento térmico como etapa do
processo de recalibração, somente pode ser executada quando formalmente autorizada pelo
cliente, que deve ser informado sobre suas consequências no termopar e para o processo no
qual o termopar é aplicado.
9.3. Caso seja decidido tratar termicamente o termopar, melhores resultados são obtidos com seu
recozimento no máximo comprimento imersão, e, na mais alta temperatura utilização, por um
período de várias horas. Vale destacar que os termopares do tipo K estão sujeitos a alterações
em suas FEMt quando ciclados em temperaturas em torno de 500°C e acima. Por isso, devem
ser calibrados ciclo ascendente de temperatura, como o primeiro ponto de medição repetido no
final da calibração. Essas mesmas considerações se aplicam, mas com menor relevância, para
os outros termopares de base metal.
10. Procedimento de Medição.
10.1. Em calibrações realizadas em pontos fixos, é prudente monitorar a temperatura dos patamares
de fusão ou de solidificação, a cada ensaio, utilizando um termopar de referência de uso
dedicado para esse fim. Um patamar errado ou falso pode ser desencadeado com a utilização
de controladores de temperatura do tipo PID que consiga manter a temperatura do forno muito
próxima, mas não exatamente, na temperatura do ponto fixo. É importante, por conseguinte,
registrar o acompanhamento da curva de fusão/solidificação, bem como a temperatura de
“super-resfriamento” que, em certas condições, antecede o alcance da temperatura do patamar
de solidificação.
10.2. Em calibrações realizadas por métodos comparativos, é recomendável a utilização de dois
padrões, para que se possa cruzar as medições de ambos com as com sistema de calibração.
Para reduzir os efeitos de deriva do meio térmico, a seguinte sequência de medição deve ser
seguida:
10.3. S1, X1, X2.... Xn, , S2, S2, Xn.... X2, X1, S1, em que S1 e S2 são as medidas feitas com os
dois padrões de referência, e X1, X2.... Xn são as medidas feitas com os termopares em
processo de calibração.
10.4. Esta sequência pode ser repetida por quatro ou mais ciclos de medição. As médias são
calculadas, e, todas as correções, por exemplo, devido a voltímetro calibração, devem ser
aplicadas. O valor da temperatura deve se tomado como sendo a média dos resultados de S1e
S2.
11. Medidas Elétricas
11.1. Medidas elétricas são normalmente feitas com o uso de voltímetros digitais, ou por leitura direta
utilizando indicadores de temperatura. Atualmente os antigos potenciômetros manuais são
raramente utilizados, mas por serem equipamentos com histórico de estabilidade por longos
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prazos, podem ser aplicados em referências cruzadas para aumentar a confiança nos
resultados.
11.2. Todos os equipamentos e dispositivos utilizados nas medições elétricas, que tenham impacto
sobre a incerteza de medição, devem estar calibrados nas grandezas e faixas utilizadas, as
calibrações devem ter sido realizadas por laboratórios confiáveis, preferencialmente
acreditados, e os resultados devem ser rastreáveis à padrões nacionais e internacionais.
11.3. Caso sejam utilizados instrumentos que exijam manobras mecânicas manuais, tais como as
chaves seletoras e inversoras e alguns tipos de potenciômetros com ajustes manuais, as
manobras desses instrumentos devem ser exercitadas diariamente, por exemplo por 20 vezes,
para que seus contatos sejam mantidos isentos de camadas de óxidos que possam elevar as
resistências nos contatos.
11.4. Quando as calibrações exigirem medições muito precisas, recomenda-se realizar medidas com
polaridade direta e reversa, utilizando chaves reversoras, para o valor da média elimine os
efeitos indesejáveis causados por forças termoelétricas e galvânicas espúrias geradas no
circuito de medição.
11.5. Nota: Forças eletromotrizes térmicas parasitas (espúrias) são geradas em conexões ou em
condutores heterogêneos dos circuitos de medição, situados em regiões submetidas a
gradientes térmicos. Forças eletromotrizes espúrias, de origem galvânica, são geradas devido
a umidade excessiva.
11.6. O uso de aterramento adequado, cabos blindados quanto a interferências eletromagnéticas e o
controle da temperatura e da umidade no ambiente de calibração são cuidados que devem ser
observados durante as medições elétricas.
11.7. Voltímetros digitais (multímetros) podem produzir medidas diferentes quando há inversão de
polaridade. Por isso, esses equipamentos devem ser calibrados nos modos positivo e negativo,
para assegurar valores calibrados para ambas as polaridades. Também é boa prática,
adicionalmente, verificar e corrigir valores de off-set, curto-circuitando a entrada do voltímetro.
12. Características dos Termopares.
12.1. Termopares são dispositivos que medem diferenças entre temperaturas, numa faixa
especificada. O laboratório de calibração, por conseguinte, em muitos casos, devem fornecer
ao cliente as características de resposta do termopar, isto é, uma fórmula de interpolação para
a relação FEMt = f (t).
12.2. Os termopares mundialmente utilizados, são padronizadas. A função de transferência para os
tipos mais comuns são fornecidas em tabelas de fabricantes e em normas nacionais e
internacionais, como por exemplo na EN IEC 60584-1 - Thermocouples, Part 1, “Reference
Tables” e ABNT NBR 12771 – Termopares, “Tabelas de Referência”.
12.3. Sendo a função característica de um dado termopar é normalmente próxima à função de
referência, recomenda-se determinar a função desvio g(t) da função de referência para o
termopar em calibração, como g(t) = (V - Vref).
12.4. A função desvio g(t) é geralmente descrita como um polinômio de baixa ordem. Em muitos
casos, uma função polinomial de segunda ordem (quadrática) é uma boa escolha, mas
dependendo da faixa de temperatura, do tipo de termopar e da incerteza de medição, uma
função linear pode ser adequada, ou, ainda uma função de terceira ordem (cúbica) pode ser
preferida.
12.5. Os coeficientes da função de desvio deve ser determinada utilizando o método de mínimos
quadrados. O número de pontos de medição utilizados no ajuste deve ser pelo menos 2 vezes
maior que o número de coeficientes a ser determinado.
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12.6. A característica para o termopar sob calibração pode ser dada pela adição da função desvio de
função para a função de referência. Neste caso, os primeiros coeficientes da função de
referência são modificados, enquanto que os coeficientes dos termos de ordem superior
permanecem inalteradas.
12.7. Se a temperatura de 0°C estiver dentro da faixa de medição, esse ponto deve incluído como
um ponto de calibração, e deve ser realizado da mesma forma que os demais pontos.
13. Recalibração
13.1. Não há uma periodicidade formalmente estabelecida para a recalibração de termopares.
Intrinsicamente, a estabilidade das propriedades termoelétricas do termopar depende do tipo,
da temperatura e da intensidade do uso, de fatores construtivos e do ambiente da aplicação.
Extrinsecamente, fatores técnicos e gerenciais, como a tolerância do processo, criticidade da
aplicação, logística e custos operacionais impactam e governam a frequências das
recalibrações. Não obstantes às questões anteriores, que o sistema de gestão da qualidade
desenvolva e aplique um programa coerente de verificação intermediária e de recalibração dos
termopares, com base em boas práticas operacionais, no atendimento aos requisitos técnicos e
na experiência adquirida ou obtida de terceiros.
13.2. Em instalações onde os termopares são utilizados em regime permanente e são mantidos em
posições fixas, recomenda-se que as verificações intermediárias e as recalibração sejam feitas
in situ, por meio da inserção de um padrão junto ao termopar a ser calibrado. Alternativamente,
o termopar a ser calibrado pode ser temporariamente substituído por um termopar padrão e
suas FEMt comparadas. Para termopares de base metal, motivado pelo baixo custo e maior
tendência a degradação com o uso, pode ser preferível proceder uma substituição programada
do termopar, por outro já calibrado.
13.3. Alterações decorrentes do uso de um termopar, tanto na FEMt quanto no estado de calibração,
ou mesmo a atual situação de calibração, podem ser determinadas e quantificadas com a
imersão do termopar num meio térmico estabilizado numa dada temperatura. As medições
devem ser feitas pelo monitoramento da FEMt para uma série de imersões em comprimentos
que abranjam a profundidade de emersão normal de trabalho do termopar.
13.4. Se o termopar for imerso além das suas condições de uso, ou seja, for posicionado com uma
profundidade de imersão superior à de trabalho, os valores da FEMt devem ser próximas às
registradas no certificado de calibração anterior na mesma temperatura, e isso corroborar para
validar ambos os processos de calibração. No entanto, caso o termopar tenha se tornado
heterogêneo, este efeito deverá ser considerado na estimativa da incerteza de medição.
13.5. Quando se tratar de termopares de base metal, tais como os tipos K, T, J, E, N, a substituição
do termopar usado por um outro novo e calibrado, é muitas vezes a melhor solução.
13.6. Verificações ou calibrações realizadas "in situ" são sempre aconselhados.
13.7. Tratamento térmico cuidadoso às vezes pode melhorar a homogeneidade e permitir a
reutilização de um termopar.
14. Relatórios de Resultados
14.1. Os resultados de calibrações devem ser relatados com exatidão, clareza, objetividade, sem
ambiguidade e de acordo com as instruções especificadas nos procedimentos de calibração,
de modo a evitar uso indevido ou mal-entendido por parte do cliente. Os relatados são
normalmente feitos num certificado de calibração e devem incluir toda a informação solicitada
pelo cliente e as necessárias para a interpretação dos resultados.
14.2. O certificado deve atender aos requisitos de EA publicação EA-4/01 e Item 5.10 da ABNT NBR
ISO/IEC17025. O conteúdo técnico deve, no mínimo, incluir:
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a. Uma identificação clara dos itens sujeitos a medição, incluindo o termopar (s), quaisquer
compensadores ou cabos de extensão, especialmente quando estes são itens separados e
quaisquer outros instrumentos (por exemplo, indicadores digitais), que fazem parte do todo o
sistema de medida.
b. O intervalo de temperatura cobertos por calibração.
c. A indicação do tratamento térmico realizado antes da calibração.
d. A profundidade de imersão do sensor, juntamente com uma declaração sobre a
heterogeneidade do termopar; o procedimento de medição utilizado (por exemplo, pontos
"fixos", a comparação com o padrão sensor (es)), aumentando ou diminuindo a temperatura
de calibração.
e. As condições ambientais relevantes.
f. Qualquer norma ou outra especificação relevante com o processo utilizado (por exemplo, IEC
tabelas de referência).
g. Uma avaliação da incerteza de medição associada com os resultados.
15. Incerteza de Calibração
As incertezas de medição deve ser calculado de acordo com a EA "Expressão da incerteza de
medição na calibração 'publicação EA-4/02 [11]. Um exemplo de calibração mostrando fontes
prováveis de incerteza é dado na apêndice.
16. Bibliografia
1. EURAMET-CG-08.01 Calibration of Thermocouples.
2. American Society for Testing and Materials: Manual on the use of thermocouples in temperature
measurement. ASTM Special Technical Publication 470A.
3. Quinn, T. J.: Temperature. Academic Press: London, 1990
4. Nicholas, J. V. and White, D. R.: Traceable Temperatures. John Wiley & Sons Ltd.: Chichester,
England, 2001.
5. BIPM: Techniques for Approximating the International Temperature Scale of 1990. 1990.
6. Burns, G. W., Scroger M.G., Strouse G. F., Croarkin M. C. and Guthrie W. F.: TemperatureElectromotive Force Reference Functions and Tables for the Letter designated Thermocouple
Types Based on the ITS-90, NIST Monograph 175.
7. EN IEC 60584-1 - Thermocouples, Part 1, Reference tables
8. EN IEC 60584-2 - Thermocouples, Part 2, Tolerances
9. EN IEC 60584-3 - Thermocouples, Part 3, Extension and Compensating Cables - Tolerances and
Identification System.
10. Jahan, F. and Ballico, M.: A Study of the Temperature Dependence of Inhomogeneity in PlatinumBased Thermocouples, in “Temperature: Its Measurement and Control in Science and Industry,
Vol. 7 (2003) p. 469 – 473.
11. EA-4/01 - Requirements Concerning Certificates Issued by Accredited Laboratories.
12. EA-4/02 11- Expressão da incerteza de medição em calibração.
13. Escala Internacional de Temperatura de 1990, Metrologia, vol. 27, 1990
14. EURAMET-CG-11.01 Guidelines on the Calibration of Temperature Indicators and Simulators by
Electrical Simulation and Measurement.
15. EURAMET-CG-13.01_Calibration of Temperature Block Calibrators.
16. NBR 12550: - Termometria - Terminologia aplicada.
17. NBR 12771 - Termopares - Tabelas de referência.
18. NBR 12812 - Fio nu para termopar.
19. NBR 13522 - Termopar - Calibração por comparação com termopar de referência
20. NBR 13770 -Termopar - Calibração por comparação com termoresistência de referência.
21. NBR 13771 - Cabo e fio de compensação ou extensão para termopar - Calibração por
comparação com instrumento padrão.
22. NBR 13774 - Cabos e fios de compensação e/ou extensão para termopar – Tolerâncias e
identificação.
23. NBR 13863 - Preparação e uso de junção de referência para calibração de termopar
24. NBR 14670 - Indicador de temperatura para termopar - Calibração por comparação utilizando
gerador de sinal.