I sensori a termocoppia fanno parte delle sonde di temperatura utilizzate in moltissimi settori professionali. Si tratta di una tecnologia facile da usare ed economica. Offre inoltre un breve tempo di risposta alle variazioni termiche. I diversi tipi di termocoppie coprono campi di temperatura più o meno estesi con precisione variabile. La scelta della loro giunzione e del loro sistema di compensazione della giunzione fredda li rende utilizzabili in diversi ambienti.
Per identificare la termocoppia più adatto al tuo campo di applicazione e al tuo budget, è fondamentale capirne il funzionamento e distinguerne le tipologie.
Cos'è una termocoppia?
La termocoppia è uno dei due tipi principali di sensori di temperatura più comuni.
- La termocoppia permette di misurare la temperatura calcolando una differenza di tensione tra due punti. Si tratta di un sistema basato su un principio termoelettrico.
- La seconda categoria, l sensore di temperatura del termistore, sfrutta un principio termoresistivo. È qui variazione della resistenza dei materiali che viene utilizzato per calcolare la differenza di temperatura. I materiali in questione sono ossidi metallici, pressati ed incapsulati.
Come funziona la termocoppia
Una termocoppia, o coppia termoelettrica, è composta da due fili metallici conduttori diverso. I fili sono collegati da due tipi di saldatura, il punto caldo e il punto freddo. Chiamato anche giunto di riferimento. INnon viene creata alcuna tensione elettrica, quando la giunzione calda subisce una variazione di temperatura. Misureremo quindi la differenza di potenziale elettrico tra il giunto caldo e il giunto freddo per misurare la temperatura. Questo è ciò che chiamiamo effetto termoelettrico Seebeck, dal nome del fisico tedesco Thomas Johann Seebeck che teorizzò questo fenomeno nel 1821.
Un voltmetro permette di misurare lala tensione generata nei fili metallici conduttori in funzione della variazione di temperatura. Calcoliamo il differenza di potenziale (forza elettromotrice) tra il giunto caldo e il giunto freddo. Dopo, un trasmettitore di temperatura convertito questi dati in gradi Celsius. La conversione della tensione in temperatura viene eseguita utilizzando una tabella di riferimento e dipende dalle tipologie di metalli che compongono la termocoppia. In effetti, la sensibilità termoelettrica di ciascun metallo è diversa. UN coefficiente di Seebeck è stato assegnato a ciascun materiale in base a questa sensibilità.
Mantenimento della temperatura della giunzione di riferimento
Affinché la sonda termocoppia possa fornire informazioni ad alta precisione, la giunzione fredda deve trovarsi a una temperatura stabile o misurabile. Dovresti sapere che questa giunzione di riferimento è in realtà generalmente composta da due saldature diverse. Esiste diversi metodi per compensare la giunzione fredda, utilizzato in particolare quando la temperatura ambiente può variare. Il bagno in acqua ghiacciata è un metodo semplice che permette di mantenere la saldatura a 0°C. In pratica, è ampiamente utile in laboratorio ma può essere complesso da implementare in un ambiente industriale. È anche possibile utilizzare un secondo strumento di misura che effettua un controllo della temperatura del punto di riferimento. Poiché le tabelle di misurazione vengono generalmente stabilite a partire da una temperatura del giunto freddo di 0°C, è necessario effettuare un calcolo tenendo conto della temperatura misurata.
Quando la distanza tra il punto di misurazione e il dispositivo la misura è grande, potrebbe essere necessario aggiungere un'estensione. Il materiale di questo cavo deve essere di calibrazione identica al tipo di termocoppia per evitare misurazioni errate. Una soluzione è utilizzare direttamente lo stesso materiale, il che può essere costoso, quindi è a prolunga. È anche possibile utilizzare a cavo di compensazione, realizzato con metalli diversi rispetto alla termocoppia.
Tipi di termocoppie standardizzate
Il design dei sensori a termocoppia è realizzato con tutti i tipi di metalli. Ma vengono utilizzati principalmente 8 tipi di termocoppie. Questi sono i tipi di termocoppie coperti da la norma europea IEC 60584.1. Questa norma elenca le termocoppie designandole con una lettera e un nome in cui l'elemento positivo è il primo.
I tipi di termocoppie più utilizzati
- Tipo K (Chromel (lega di nichel-cromo) / Alumel (lega di nichel-alluminio)) è la termocoppia più utilizzata nell'industria. Copre un ampio intervallo di misurazione della temperatura, da -200 a 1200°C. Il suo prezzo è economico e la sua sensibilità è di circa 41uV/°C.
- La termocoppia tipo J (Ferro / Costantana (lega Rame-Nichel)) è utile in un ambiente riducente. Misura la temperatura in un intervallo compreso tra -40 e 750°C. Non deve essere utilizzato a temperature superiori a 760°C, poiché ciò potrebbe causare una trasformazione magnetica che porta ad una calibrazione permanente. La presenza di ferro lo rende sensibile all'ossidazione, spesso viene proposto con guaina in acciaio inox.
- IL tipo T (Rame / Costantana (lega rame-nichel)) viene utilizzato principalmente in laboratorio in un intervallo compreso tra -185 e 300°C. È molto stabile nelle misurazioni a bassa temperatura e nella criogenia.
- Tipo E (Cromo (lega di nichel-cromo) / Costantana (lega di rame-nichel)) è adatto per misurazioni di temperatura tra -40 e 800°C. Se ne consiglia l'uso in ambienti sotto vuoto, gas inerte, moderatamente ossidanti o riducenti.
Tipi di termocoppie riservate alle alte temperature
- IL tipo N (Nicrosil (lega di nichel-cromo-silicio) / Nisil (lega di nichel-silicio)) beneficia di elevata stabilità e resistenza all'ossidazione. Viene utilizzato per misurare temperature elevate, fino a oltre 1280°C per brevi periodi. Ha il vantaggio di essere disponibile ad un prezzo più economico rispetto ad altri tipi di termocoppie per alte temperature, B, R o S, che contengono platino.
- IL tipi S (Platino Rodiato 10% / Platino) e R (Platino Rodiato 13% / Platino) hanno caratteristiche simili. Sono utilizzati per misurare temperature elevate, cioè sopra i 1000°C e fino a 1600°C. Grazie alla sua elevata stabilità, il tipo S viene utilizzato come standard per il punto di fusione dell'oro (1064,43°C).
- La termocoppia tipo B (Platino rodiato 30% / Platino rodiato 6%) è progettato per la misurazione della temperatura fino a 1.600 °C in continuo e 1.800 °C di picco.
La scelta dell'a termometro non si limita alla tipologia di termocoppia, anche gli altri elementi che la costituiscono devono rispondere al meglio alle vostre esigenze. I consulenti di Thermometer.fr sono a vostra disposizione per consigliarvi sul tipo di sonda di cui avete bisogno. Inoltre, progettano insieme a te la sonda su misura che meglio si adatta alla tua applicazione.
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