Cos'è una termocoppia
Una termocoppia è una sonda di temperatura che utilizza due metalli dissimili uniti in due punti. La tensione creata quando i metalli sono soggetti a un gradiente di temperatura viene utilizzata per calcolare la temperatura. Esistono molti tipi diversi di termocoppia, ciascuno progettato per uno specifico intervallo di temperatura e sensibilità.
Come funzionano le termocoppie
L'effetto termoelettrico, chiamato anche effetto Seebeck, fu scoperto nel 1821 da Thomas Seebeck, un fisico tedesco. Ha scoperto che un'asta di metallo generava una piccola differenza di potenziale tra le estremità quando avevano temperature diverse. La differenza di temperatura fa sì che gli elettroni si allontanino dal nucleo verso l'estremità fredda, determinando una differenza di potenziale tra le estremità. Il coefficiente di Seebeck è una misura della sensibilità termoelettrica di un materiale e della sua capacità di indurre una tensione quando sottoposto a un gradiente termico. Una termocoppia misura la differenza tra la temperatura sconosciuta sulla punta della sonda e una temperatura nota su una giunzione fredda, che di solito è simulata da un diodo o un termistore.
Tipi di termocoppia
Le termocoppie utilizzano un'ampia varietà di metalli come ferro, nichel, platino, rame e tungsteno. Usano anche leghe metalliche come chromel, costantana e nicrosil. Le termocoppie sono identificate da una lettera maiuscola contrassegnata su di esse. Il tipo K è utilizzato per uso generale, il tipo E è utilizzato per la criogenia e il tipo C è utilizzato nei forni ad alta temperatura. Ci sono molti altri tipi, ciascuno chiamato dopo una lettera maiuscola.
- Tipo K ( cromel / alumel ) - Con un'ampia varietà di applicazioni, è disponibile a basso costo e in una varietà di sonde. Chromel è una lega Ni - Cr e alumel è una lega Ni - Al . Hanno un range di temperatura da –200 °C a +1372°C e una sensibilità di circa 41 µV/°C. Ha una buona resistenza all'ossidazione.
- Tipo E (chromel / costantana [ lega Cu - Ni ]): non sono magnetici e per la loro sensibilità sono ideali per l'utilizzo a basse temperature, nel campo criogenico. Hanno una sensibilità di 68 µV/°C.
- Tipo J ( ferro /costantana): il suo range di utilizzo è –270/+1200°C. Per le sue caratteristiche, il suo utilizzo è consigliato in atmosfere inerti, riducenti o sottovuoto, il suo uso continuato a 800°C non presenta problemi, il suo principale inconveniente è la rapida ossidazione che subisce il ferro sopra i 550°C; e al di sotto di 0°C è necessario prendere precauzioni a causa della condensazione del vapore acqueo sul ferro.
- Tipo T ( rame / costantana ): ideale per misurazioni tra -200 e 260°C. Resistono alle atmosfere umide, riducenti e ossidanti e sono applicabili nella criogenia. La termocoppia di tipo T ha una sensibilità di circa 43 µV/°C.
- Tipo N ( nicrosil [ Ni - Cr - Si ] / nisil [ Ni - Si ]): è adatto per misure ad alta temperatura grazie alla sua elevata stabilità e resistenza all'ossidazione ad alte temperature, e non necessita del platino utilizzato nei tipi B, R e S, che sono più costosi.
Le termocoppie di tipo B, R e S sono invece le più stabili, ma per la loro bassa sensibilità (10 µV/°C circa) vengono generalmente utilizzate per misurare temperature elevate (oltre 300°C).
- Tipo B ( Pt - Rh ): platino - 30% rodio sono adatti alla misura di alte temperature superiori a 1800°C. I tipi B presentano lo stesso risultato a 0°C e 42°C a causa della loro curva temperatura/tensione, limitando così il loro utilizzo a temperature superiori a 50°C.
- Tipo R ( Pt - Rh ): platino - 13% rodio adatto a misurare temperature fino a 1300°C. La sua bassa sensibilità (10 µV/°C) e il suo prezzo elevato sminuiscono il suo appeal.
- Tipo S ( Pt / Rh ): platino - 10% rodio ideale per misure ad alta temperatura fino a 1300°C, ma la sua bassa sensibilità (10 µV/°C) e il suo prezzo elevato lo rendono uno strumento non adatto all'uso generale. Per la loro elevata stabilità, il tipo S viene utilizzato per la calibrazione del punto di fusione universale dell'oro (1064,43°C).
Termocoppie a bassa sensibilità, come nel caso dei tipi B, R e S, hanno anche una risoluzione inferiore. La scelta delle termocoppie è importante per garantire che coprano l'intervallo di temperature da determinare.
Campi d'impiego delle termocoppie
Le termocoppie vengono utilizzate nei riscaldatori a gas per monitorare la fiamma pilota, quindi se la fiamma si spegne, si verifica una caduta di tensione nella termocoppia che provoca la chiusura del valore del gas elettrico. Le termocoppie sono utilizzate nelle fonderie per misurare le alte temperature dei metalli fusi che sarebbero difficili da misurare con altri mezzi. Sono utilizzati per misurare la temperatura dei chip dei computer, in particolare la CPU che può essere distrutta se lasciata surriscaldare. Le termocoppie sono utilizzate anche negli impianti di condizionamento e nei frigoriferi.
Nelle stufe a gas, le termocoppie vengono utilizzate per monitorare la fiamma che brucia. La termocoppia riscaldata dalla fiamma fornisce la corrente elettrica necessaria per mantenere elettromagneticamente aperta una valvola del carburante. Se la fiamma si spegne, la termocoppia si raffredda, l'elettrovalvola si chiude e l'ulteriore alimentazione del combustibile viene interrotta. Il metodo ha il vantaggio di non richiedere alcuna energia ausiliaria. Lo svantaggio di questo sistema è che reagisce molto lentamente e quindi una certa quantità di gas può fuoriuscire.
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ultimo aggiornamento: 20 Giugno 2021