Cosa è un termocoppia?

Cos'è un termocoppio?

Definizione di termocoppio

Un termocoppio è un dispositivo che converte le differenze di temperatura in una tensione elettrica, basandosi sul principio dell'effetto termoelettrico. È un tipo di sensore che può misurare la temperatura in un punto o in una posizione specifica. I termocoppî sono ampiamente utilizzati in applicazioni industriali, domestiche, commerciali e scientifiche grazie alla loro semplicità, durata, basso costo e ampio intervallo di temperatura.

Effetto termoelettrico

L'effetto termoelettrico è il fenomeno di generazione di una tensione elettrica dovuta a una differenza di temperatura tra due metalli o leghe metalliche diverse. Questo effetto fu scoperto dal fisico tedesco Thomas Seebeck nel 1821, che osservò che si creava un campo magnetico intorno a un anello chiuso di due metalli dissimili quando una giunzione era riscaldata e l'altra raffreddata.

L'effetto termoelettrico può essere spiegato dal movimento degli elettroni liberi nei metalli. Quando una giunzione viene riscaldata, gli elettroni acquisiscono energia cinetica e si muovono più velocemente verso la giunzione più fredda. Ciò crea una differenza di potenziale tra le due giunzioni, che può essere misurata con un voltmetro o un amperometro. L'entità della tensione dipende dai tipi di metalli utilizzati e dalla differenza di temperatura tra le giunzioni.

Funzionamento del termocoppio

Un termocoppio è costituito da due fili fatti di metalli o leghe metalliche diversi, uniti alle estremità per formare due giunzioni. Una giunzione, chiamata giunzione calda o di misura, è posizionata nella località dove si desidera misurare la temperatura. L'altra giunzione, chiamata giunzione fredda o di riferimento, è mantenuta a una temperatura costante e nota, solitamente a temperatura ambiente o in un bagno di ghiaccio.

Quando c'è una differenza di temperatura tra le due giunzioni, viene generata una tensione elettrica nel circuito del termocoppio a causa dell'effetto termoelettrico. Questa tensione può essere misurata con un voltmetro o un amperometro collegato al circuito. Utilizzando una tabella di taratura o una formula che correla la tensione alla temperatura per un dato tipo di termocoppio, si può calcolare la temperatura della giunzione calda.

Tipi di termocoppî

Esistono vari tipi, come K, J, T ed E, che differiscono per combinazioni di metalli, intervalli di temperatura e applicazioni specifiche.

Vantaggi

• Possono misurare un ampio intervallo di temperature, da criogeniche a molto elevate.

• Sono dispositivi semplici, robusti e affidabili che possono resistere a ambienti aspri e vibrazioni.

• Sono economici e facili da installare e sostituire.

• Hanno un tempo di risposta rapido e possono misurare cambiamenti dinamici di temperatura.

• Non richiedono alimentazione esterna o amplificazione per il loro funzionamento.

Svantaggi

• Hanno bassa accuratezza e stabilità rispetto ad altri sensori.

• Sono suscettibili a errori a causa della corrosione, ossidazione, contaminazione o invecchiamento dei fili.

• Richiedono una giunzione di riferimento a una temperatura nota per una misurazione accurata.

• Hanno un output non lineare che richiede calibrazione o compensazione complessa.

• Possono generare tensioni termoelettriche indesiderate a causa di giunzioni parassite nel circuito.

Criteri di selezione

Scegliere in base all'intervallo di temperatura, all'accuratezza, alla compatibilità con l'ambiente, alle dimensioni, alle caratteristiche elettriche e al costo.

• Applicazioni comuni

• Industrie siderurgiche e ferriere

• Dispositivi a gas

• Sensori di radiazione termopila

• Manifattura

• Produzione di energia

• Impianti di processo

• Termocoppî come manovacuometri

Conclusione

I termocoppî sono sensori di temperatura ampiamente utilizzati che consistono in due tipi diversi di metalli uniti insieme a un'estremità. Quando la giunzione dei due metalli viene riscaldata o raffreddata, viene creata una tensione che può essere correlata alla temperatura.

I termocoppî presentano molti vantaggi e svantaggi rispetto ad altri sensori di temperatura. Possono misurare un ampio intervallo di temperature, da criogeniche a molto elevate. Sono dispositivi semplici, robusti e affidabili che possono resistere a ambienti aspri e vibrazioni. Sono economici e facili da installare e sostituire. Hanno un tempo di risposta rapido e possono misurare cambiamenti dinamici di temperatura. Tuttavia, hanno bassa accuratezza e stabilità rispetto ad altri sensori. Sono suscettibili a errori a causa della corrosione, ossidazione, contaminazione o invecchiamento dei fili. Richiedono una giunzione di riferimento a una temperatura nota per una misurazione accurata. Hanno un output non lineare che richiede calibrazione o compensazione complessa.

Per selezionare il termocoppio giusto, considerare l'intervallo di temperatura e l'accuratezza necessari, la compatibilità chimica e la durata dei fili, la dimensione e la forma della sonda, le caratteristiche elettriche e l'immunità ai rumori, nonché la disponibilità e il costo del tipo e degli accessori.

I termocoppî sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni in vari settori e domini. Alcune delle applicazioni comuni dei termocoppî sono le industrie siderurgiche e ferriere, i dispositivi a gas, i sensori di radiazione termopila, la manifattura, la produzione di energia, gli impianti di processo e i termocoppî come manovacuometri.