Le termocoppie sono tipi molto comuni di sensori di temperatura nell'industria. Sono robusti, offrono una risposta rapida e possono misurare temperature elevate. La termocoppia è un sensore che entra in contatto con l'ambiente da misurare, a differenza ad esempio del termometro a infrarossi. Il sensore di temperatura a termocoppia può essere immerso in un mezzo che può essere liquido o gassoso e collegato ad un registratore. Per comprendere il metodo di misurazione termica utilizzato dalla termocoppia, è necessario prima osservare la sua composizione. Vedremo poi come si deduce la temperatura dalla misura di una corrente elettrica. Alcune pratiche sono fondamentali per garantire che la misurazione della temperatura della termocoppia sia accurata.
La sonda termocoppia utilizza la forza elettromotrice
IL sensore di temperatura a termocoppia contiene due fili di metalli o leghe metalliche conduttrici. Questi fili sono collegati ad un'estremità, è a questa giunzione che viene misurata la temperatura. Viene generalmente definita saldatura a caldo. L'altra estremità è collegata alla scatola di misurazione della temperatura tramite la cosiddetta saldatura o giunto freddo.
Quando la saldatura a caldo presenta una variazione di temperatura, viene creata una debole corrente elettrica. Questa forza elettromotrice (o fem) è proporzionale alla temperatura in gradi Celsius del punto di misurazione. Noi usiamo tabelle di conversione delle termocoppie stabilire a corrispondenza tra la corrente misurata e la temperatura.
Come scegliere i materiali che compongono una sonda termocoppia?
L'intervallo di misurazione della temperatura i sensori a termocoppia variano a seconda dei metalli utilizzati per la loro fabbricazione. Questa differenza dipende dalla conduttività delle leghe che costituiscono i fili della coppia. Queste combinazioni di due tipi di leghe sono classificate in base a quelle che chiamiamo tipologie di termocoppie.
Cavi di collegamento si trovano generalmente tra i fili della termocoppia e i dispositivi di misura, senza falsare i risultati. Questo è possibile grazie a la legge dei metalli intermedi. Secondo questo principio, anche se un terzo conduttore omogeneo integra un circuito, la forza elettromotrice esistente non subirà alcuna modifica.
Come garantire l'accuratezza della misurazione della temperatura della termocoppia?
Per utilizzare correttamente una termocoppia è necessario prestare attenzione a due elementi essenziali. Se il giunto caldo è la parte della sonda che sembra più importante per la lettura della temperatura, sappi che il principio funziona soprattutto grazie a la differenza tra le tensioni misurabili alle due estremità dei fili. È quindi necessario effettuare quella che viene chiamata compensazione del giunto freddo. È anche necessario garantire l’affidabilità del sistema di misurazione eseguendo la calibrazione in diverse fasi della vita della sonda di temperatura.
Compensazione della giunzione fredda
La corrente elettrica misurata risulta in realtà dalla differenza di temperatura tra il giunto caldo e il giunto freddo. Esistono diversi metodi per compensare la giunzione fredda. Il più affidabile è quello che consiste in mantenere il giunto freddo ad una temperatura di 0°C mettendolo in un bagno di acqua ghiacciata. Sebbene questo metodo sia facilmente applicabile in laboratorio, non è molto adatto ad un ambiente industriale.
Un secondo metodo è quello di posizionare la giunzione fredda in un forno di calibrazione, che mantiene la saldatura a una temperatura nota utilizzando un termostato. È anche possibile lasciare il giunto freddo a temperatura ambiente e misurare la temperatura in questa giunzione. Quando scegli uno di questi ultimi due metodi, devi eseguire un calcolo differenziale per dedurre la temperatura del giunto caldo. Infatti le tabelle di conversione partono da una temperatura di 0°C. La misurazione della tensione risultante viene quindi convertita in gradi Celsius in base al tipo termocoppia di cui si tratta. Esistono strumenti di misura in grado di eseguire direttamente il calcolo della compensazione in base a parametri personalizzabili.
Calibrare la sonda della termocoppia
La termocoppia viene calibrata subito dopo la sua fabbricazione, prima di essere messa in vendita. C'è un'altra calibrazione da ogni volta che cambia incarico. Si consiglia inoltre di calibrare una sonda termocoppia non appena si sospetta un malfunzionamento.
Due principali metodi di calibrazione per un sensore a termocoppia esistere. Quando eseguiamo calibrazione per confronto, la misura della temperatura della termocoppia viene confrontata con quella effettuata da un'altra sonda di misura termica. La tecnica del punto fisso consiste nell'esporre la sonda termocoppia ad una precisa temperatura. Si tratta di 0,01°C, la temperatura che si ottiene quando l'acqua è in parti uguali nelle sue tre forme.
Misura termica nell'industria
Indipendentemente dal settore di attività, molti processi industriali richiedono l'utilizzo di un rilevatore per la misura della temperatura. La termocoppia è uno dei dispositivi più utilizzati. Il suo tempo di risposta è breve, è economico e può misurare temperature elevate. Sensori a termistore sono molto presenti anche nel settore. Questo tipo di sonda misura la temperatura in base alle variazioni della resistenza dei materiali. Finalmente, termometri ad espansione di gas o liquidi (olio o glicerina) offrono una grande precisione. Tuttavia, il loro campo di misurazione è inferiore a quello di una termocoppia o di una sonda a resistenza.
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