Una termocoppia è uno strumento di misurazione della temperatura che si collega a un dispositivo di interpretazione dei dati per formare una sonda ad alta precisione. Deve il suo successo all'elevata velocità di reazione rispetto ad altri modelli di sensori. Tuttavia, tutto sonde di temperatura a termocoppia non offrono un tempo di risposta identico. Le termocoppie sono classificate in tipologie (K, J, T, E, R, S, B) a seconda dei materiali utilizzati per progettarle. Il tempo di risposta delle termocoppie varia a seconda del tipo? Dovremmo considerare anche le altre caratteristiche delle termocoppie? Se vuoi dotarti della sonda di temperatura più reattiva possibile, ecco le chiavi per comprendere cosa determina il tempo di risposta di una termocoppia.
Quali sono le diverse caratteristiche delle termocoppie?
Se la gamme di termocoppie proposte sono ampie, questo perché la loro progettazione comprende moltissimi parametri. Queste caratteristiche influenzano sulla precisione della misurazione della temperatura e sul tempo di risposta della termocoppia.
Materiali dei fili conduttori
I due fili che costituiscono il cuore del sistema termocoppia contengono diversi metalli o leghe metalliche conduttrici. È la natura di questi fili metallici che ne definisce la tipologia termocoppie secondo una norma europea che le classifica.
I tipi K, J, T ed E sono i più comuni. R, S e B contengono metalli preziosi, il che rende il loro prezzo più alto. La grande differenza tra queste due categorie è l'intervallo di temperatura coperto in gradi Celsius. I tipi K, J, T ed E possono misurare la temperatura dallo zero assoluto alle alte temperature (fino a 1200°C). Per R, S e B la misurazione termica può arrivare fino a temperature molto elevate (fino a 1.800°C). I metalli preziosi sono anche meno soggetti alla corrosione, che può verificarsi in determinati ambienti. Ciascuno di questi tipi offre un campo di misura ottimale. Garantendo che l'intervallo di temperatura della termocoppia corrisponda alle temperature da misurare, si creano le migliori condizioni per un controllo preciso della temperatura.
Protezione termocoppia
Il più economico è la termocoppia a filo scoperto che viene fornito senza guaina protettiva. Contiene due fili metallici saldati insieme ad un'estremità. Questo tipo di sensore di temperatura è durevole nel tempo. D'altra parte, l'assenza di protezione lo rende sensibile a determinati fattori esterni come gli ambienti ossidanti o riducenti. Possono essere presenti anche termocoppie isolamento minerale in guaina metallica, è quindi una sonda incamiciata. I materiali più utilizzati per progettare gli isolamenti minerali sono l'allumina, il magnesio, il biossido di torio e il biossido di zirconio. Il criterio principale per la scelta di questi materiali è la resistenza alla temperatura. Per la guaina metallica la scelta dei materiali è vasta. È necessario tenere ancora una volta in considerazione la temperatura scelta, nonché l'ambiente in cui si troverà il sensore. Il rivestimento rende la sonda robusta ed isolata elettricamente.
Il metodo di unione
Altra caratteristica della sonda termocoppia è il suo metodo di unione, ovvero la come sono collegati i due fili nel punto di rilevamento della temperatura da misurare. Nella giunzione saldata, i fili conduttori sono saldati alla guaina. Quando la giunzione è isolata, i fili e la loro giunzione si trovano all'interno della guaina. Vengono quindi isolati dalla guaina. La giunzione esposta è all'esterno della guaina. La guaina è sigillata attorno al punto di uscita dei fili metallici per garantire la migliore tenuta possibile.
Il cavo di collegamento
L'altra estremità dei fili conduttivi è collegata ad un dispositivo che trascrive la differenza di potenziale (o forza elettromotrice) generata nel sensore in volt o temperatura leggibili sul display. Quando è necessario per aggiungere distanza tra la sonda e il dispositivo di misurazione, utilizziamo cavi di collegamento. Sono quindi disponibili due soluzioni, il cavo per termocoppia o il cavo di compensazione. Il cavo della termocoppia è pronto degli stessi materiali della termocoppia, che può essere troppo costoso quando quest'ultimo è costituito da metalli preziosi. Il cavo di compensazione è costituito da fili conduttori con proprietà termoelettriche corrispondenti a quelle dei fili conduttori della termocoppia.
Quali caratteristiche influenzano il tempo di risposta di una termocoppia?
Il tipo di termocoppia determina l'accuratezza della misurazione della temperatura e la sua durata. D’altro canto, non avrà un ruolo significativo nella velocità di risposta. Altri elementi costitutivi della sonda di misura che abbiamo visto in precedenza influenzano invece il tempo di reazione.
Quanto più diretto è il contatto con l'ambiente di cui si vuole misurare la temperatura (temperatura ambiente, gas, liquido), tanto maggiore è l'emissività. Che significa il trasferimento di calore avviene rapidamente. Le termocoppie a filo nudo, con giunzione esterna, offrono quindi una risposta rapida. Questo vale anche per le sonde con giunzione saldata. Poiché i fili sono direttamente a contatto con la guaina, il calore circola rapidamente.
Anche il tempo di risposta è una funzione di la dimensione della guaina. Una guaina di diametro ridotto (ad esempio 0,25 mm, 0,5 mm o 1 mm) offre un tempo di reazione migliore. Fare attenzione nella scelta di questa guaina, la sua resistenza a determinati ambienti e alle alte temperature potrebbe essere inferiore a quella della termocoppia. In caso di danni alla guaina, calibrazione della termocoppia (detta anche calibrazione) effettuata prima dell'utilizzo della sonda potrebbe risultare alterata.
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