La termocoppia è un sensore di temperatura con molte applicazioni utilizzato per la misurazione della temperatura a contatto. È uno degli elementi costitutivi dell' sonda di temperatura a termocoppia, un dispositivo di misurazione i cui elementi principali sono il sensore e un dispositivo di lettura dei dati. Di solito ha uno schermo a cristalli liquidi. Spesso indicato come termostato, La termocoppia è uno dei sensori più utilizzati. Accanto il sensore a infrarossi e il termistore, la cui resistenza dipende dalla temperatura. I vantaggi della termocoppia sono la sua robustezza, il suo prezzo accessibile, la sua velocità di reazione. Ma anche la sua capacità di misurare in ampi intervalli di temperature.
Come funziona un sensore a termocoppia?
Come funziona la termocoppia si basa su un fenomeno chiamato effetto termoelettrico Seebeck. Questo fenomeno si manifesta con la comparsa di una tensione elettrica all'interno di un circuito aperto. Spesso è composto da due materiali conduttivi di diversa natura durante una variazione di temperatura. La conversione della tensione in temperatura avviene utilizzando il coefficiente di Seebeck a seconda del tipo di termocoppia. Gli accorgimenti da adottare per un funzionamento ottimale delle termocoppie sono la scelta della tipologia adeguata in base all'applicazione e al tipo di giunzione. È importante anche tenere conto dei disturbi elettromagnetici.
Misurazione della temperatura tramite termocoppia
Il sensore termocoppia contiene due fili di metalli conduttivi diversi collegati tra loro da una giunzione chiamata hot spot. Il punto freddo, collegato al dispositivo è l'altra estremità. Quando il punto caldo è esposto al caldo o al freddo, la densità elettronica di ciascun filo metallico viene modificata. La corrente elettrica che attraversa il sensore si manifesta grazie alla differenza di temperatura che esiste tra il punto caldo e il punto freddo. Per misurare la temperatura con una termocoppia precisamente bisogna o mantenere il punto freddo a 0°C. Oppure implementare quella che chiamiamo compensazione della giunzione fredda.
La termocoppia è disponibile in diversi tipi
Esistono diversi tipi di termocoppie che offrono diversi intervalli di misurazione della temperatura e si adattano a diversi tipi di applicazioni. La selezione di tipo di sonda termocoppia appropriato dipende dall'ambiente e dal budget assegnato all'acquisto. IL Principalmente utilizzati 8 tipi di sensori termocoppia sono coperti dalla norma europea IEC 60584.1. Alcuni tipi contengono metalli di base e sono quindi poco costosi. I tipi B, R e S sono realizzati con metalli preziosi come il platino, il che ne fa aumentare il prezzo.
Cosa influenza il tempo di risposta della termocoppia?
IL tempo di risposta della termocoppia varia in base al design piuttosto che al tipo. Le caratteristiche che influenzano la velocità di reazione di questi sensori sono molteplici. C'è la protezione della sonda, il metodo di giunzione o anche il cavo di collegamento. Quanto più diretto è il contatto con l'ambiente di cui si vuole misurare la temperatura, tanto più rapida sarà la risposta fornita dalle sonde di misura. Una termocoppia senza custodia metallica o guaina protettiva fornisce quindi una risposta rapida. I fili scoperti possono essere soggetti a corrosione a seconda del materiale e dell'ambiente, quindi ogni caratteristica deve essere scelta con attenzione.
Tabelle di conversione
Un tavolo o tabella di conversione termocoppia è uno strumento per convertire una forza elettromotrice (fem) in una temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit. Permette inoltre la calibrazione della sonda termica confrontando la tensione ottenuta con la temperatura prevista. Leggere tabelle di conversione delle termocoppie, è necessario conoscere il tipo di termocoppia utilizzata, ogni tipo ha il proprio coefficiente di Seebeck. Per leggere la tabella, abbiniamo la differenza di potenziale rilevata alla temperatura in gradi Celsius o Fahrenheit.
Curve di termocoppia
Un'alternativa alla presentazione del rapporto tensione/temperatura sotto forma di tabella è il grafico. Sull'ascissa è la temperatura e sull'ordinata la tensione. Il collegamento tra i due non è lineare, forma una curva. Ogni tipo di termocoppia ha una curva distinta che permette di apprezzare visivamente le variazioni tra i due dati. Curve di termocoppia, come le tabelle, sono basati sulla tensione misurata sul sensore quando il punto freddo è a 0°C. È quindi necessario mantenere questa saldatura in un bagno di acqua ghiacciata agitata o effettuare una compensazione. Questa tecnica prevede di lasciare il punto freddo a temperatura ambiente. Quindi misuriamo questa temperatura e la convertiamo in tensione per aggiungere un coefficiente correttivo al calcolo finale.
Intervalli di misurazione
Se la termocoppia è il tipo di sensore più comune nel settore, è in gran parte perché consente di misurare un’ampia gamma di temperature. A seconda del modello può misurare temperature da -200°C a 1800°C. Le termocoppie in grado di misurare temperature molto basse sono i tipi K, J, T e N. Per temperature elevate vengono utilizzati i tipi N, S, R e B. Per scegliere una termocoppia adatta ad un'applicazione specifica, il campo di temperatura da misurare e il campo di misura del tipo di termocoppia devono coincidere.
Calibrazione della termocoppia
Ciò che chiamiamo calibrazione o calibrazione della termocoppia è una procedura composta da verificare che la tensione indicata sul voltmetro della sonda termica corrisponda alla temperatura corretta riportata nella tabella di conversione. A tal fine il punto di misurazione deve trovarsi ad una temperatura nota con certezza. I test effettuati permettono di verificare la precisione della sonda in diversi punti del suo campo di misura. Se i risultati indicano una mancata corrispondenza tra la tensione e la temperatura corrispondente nella tabella di conversione, è necessario aggiungere un coefficiente correttivo quando si utilizza il sensore. Valori errati possono significare danni a un elemento della sonda, come il sensore stesso, il connettore o il registratore.
Come eseguire i test su una termocoppia?
Il test è uno dei passaggi essenziali della calibrazione. È raccomandato testare una termocoppia quando la sonda subisce un cambio di incarico, regolarmente a seconda dell'intensità del suo utilizzo o in caso di sospetto errore. Di seguito sono riportate le procedure generalmente applicate per testare una termocoppia Raccomandazioni ASTM (American Society for Testing and Materials) per la calibrazione delle termocoppie. Sono possibili due opzioni, calibrazione per confronto o punto fisso. In confronto, effettuiamo una misurazione della temperatura con la sonda da testare e con un sensore di riferimento, che sappiamo essere affidabile. Nei punti fissi il sensore è esposto alla temperatura del punto triplo dell'acqua.
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Vai oltre sulle termocoppie
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- Categoria sonda termocoppia
- Quali sono i diversi tipi di termocoppie
- Calibrazione di una termocoppia
- Come viene misurata la temperatura dalla termocoppia?
- Tempi di risposta della termocoppia per tipo
- Curve termocoppie per tipologia
- Come testare una termocoppia?
- Campo di misura della termocoppia
- Tabella di conversione termocoppia
- Come funziona una termocoppia?
