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Cos’è una termocoppia e come funziona

I.P.

La termocoppia è uno strumento molto utilizzato per calcolare temperature basato sull’effetto Seebeck. Questi trasduttori di temperatura, nonostante siano tutto sommato poco accurati, con errori sistematici sotto il grado Celsius, sono molto comuni.

Hanno infatti numerosi punti di forza: sono molto economiche, facili da sostituire, standardizzate e possono misurare intervalli molto ampi di temperature.

 

Come funzionano le termocoppie 

La termocoppia è formata da due conduttori di materiali eterogenei che si uniscono nel “giunto caldo”, punto preso in esame quando poi si compie la misurazione.

I due estremi sono invece collegati ad una morsa chiamata “giunto freddo”, che è collegata alla macchina di misurazione, sia direttamente che in maniera indiretta tramite una prolunga.

Un principio da tener conto è quello della compensazione. Sia entrambi i giunti hanno chiaramente una temperatura. Ai fini della misurazione è importante conoscere la temperatura di entrambi i giunti poiché andrà sommata. 

Se infatti il giunto freddo ad inizio misurazione ha una temperatura di 10 gradi mentre il giunto caldo di 40, la temperatura effettiva sarebbe di 50 gradi. Ovviamente questo principio perde di valore se il giunto freddo è a 0 gradi.

Negli impianti industriali il funzionamento è così: il giunto caldo è inserito all’interno di una guaina protettiva che penetra l’interno ciò che si vuole misurare. 

I due connettori sono quindi connessi ad una morsetta, generalmente di porcellana, protetta da una testina. Da qui ci sono altri due connettori uguali ai primi che fungono da prolunga fino alla sala di controllo centralizzata

La temperatura viene poi misurata attraverso un termistore od una termoresistenza che viene immessa nello strumento che si sta misurando per compensare il segnale proveniente dalla coppia. 

 

Tipologie di termocoppie

Esistono molte varianti di termocoppie, generalmente distinguibile per i connettori elettrici che formano la giunzione e rispetto al loro campo di applicazione.

La più comuei ed utilizzata è la termocoppia di tipo k, formate da Chromel e Alumen, molto economiche e con molte diverse applicazioni possibili.

Hanno un intervallo di misura che va dai -200 gradi centigradi ai 1260 gradi centigradi, con una sensibilità di circa 41 µV/°C.

Con più bassi intervalli di misurazione abbiamo poi le termocoppie di tipo J, formate da ferro e Costantana. Questo va infatti da -40 gradi centigradi ai 750 gradi centigradi. Questa caratteristica li rende chiaramente meno comuni ed utilizzati rispetto a quelle di tipo k.

Simili a queste ci sono poi le termocoppie di tipo T (rame e Costantana). Hanno un intervallo compreso dai -200 ai 400 gradi centigradi, con una sensibilità di 48,2 µV/°C. questa coppia viene generalmente utilizzata nei laboratori.

Le termocoppie di tipo E, formate da Chromel e Costantana sono particolarmente adatte, invece, per misurazioni a basse temperature, dette anche criogeniche, avendo una elevata sensibilità (68 µV/°C).

Le termocoppie di tipo N (Nicrosil e Nisil) sono oggi molto utilizzate, essendo a tutti gli effetti un’evoluzione delle termocoppie di tipo k. Con un intervallo di misurazione compreso tra i 650 e i 125° gradi centigradi sono ottime come sostituto a basso costo delle termocoppie a base di platino.

Infine le termocoppie B, R ed S sono tutte composte da metalli nobili e presentano pertanto caratteristiche simili.

Pur essendo le più stabili tra le termocoppie, presentando una bassissima sensibilità (10 µV/°C) sono sconsigliate per misurazioni ad alte temperature.

La scelta della termocoppia più adatta viene effettuata in base alla temperatura media da misurare.

Per temperature più basse sono in genere utilizzate le termocoppie di tipo J, avendo un elevato coefficiente termoelettrico. Le termocoppie di tipo k o R sono invece generalmente preferite per misurazioni ad alte temperature.

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