Il filo della termocoppia spiegato: Principio, parti, tipi e selezione
Che cos'è il filo per termocoppie?
Il filo per termocoppie è un sensore di temperatura realizzato collegando due metalli dissimili. Quando questi metalli vengono riscaldati o raffreddati, generano una piccola tensione, nota come effetto termoelettrico, che è direttamente correlata alla differenza di temperatura tra le due giunzioni. Questa tensione può essere misurata e convertita in una lettura della temperatura.
I fili delle termocoppie sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni industriali, scientifiche e commerciali in cui il monitoraggio preciso della temperatura è fondamentale. Sono particolarmente diffuse nei processi che richiedono il controllo di temperature elevate, come ad esempio nelle fornaci, nei forni e nei motori. A seconda dell'intervallo di temperatura e delle esigenze specifiche dell'applicazione, si utilizzano diversi tipi di termocoppie, argomento che approfondiremo in seguito.
Principio di funzionamento del filo della termocoppia
Il principio di base del funzionamento del filo della termocoppia è l'effetto Seebeck, un fenomeno che genera una tensione quando due metalli dissimili vengono uniti in due giunzioni esposte a temperature diverse. Questo processo può essere suddiviso in quattro fasi fondamentali, dalla creazione delle giunzioni alla lettura della temperatura finale, come illustrato di seguito:
- Giunzioni calde e fredde: Una giunzione del filo della termocoppia viene collocata nel punto di misurazione (giunzione calda) e l'altra estremità viene collocata a una temperatura di riferimento (giunzione fredda o "giunzione di riferimento").
- Generazione di tensione: Quando i due metalli dissimili sono soggetti a differenze di temperatura, alla giunzione si genera una piccola tensione. Questa tensione è direttamente correlata alla differenza di temperatura tra le due estremità del filo.
- Misurazione della tensione: Questa tensione viene misurata da un dispositivo (ad esempio, un voltmetro o un misuratore di termocoppie) e, sulla base di questa tensione, viene calcolata la temperatura della giunzione calda.
- Uscita: La tensione generata varia a seconda dei tipi di metalli utilizzati e viene utilizzata per determinare la temperatura del giunto caldo.
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Ulteriori letture: Positivo o negativo? Guida per principianti all'identificazione dei fili di termocoppia
Spiegazione delle parti del filo della termocoppia
Un tipico filo di termocoppia è costituito da diversi componenti chiave:
- Fili conduttivi: I fili stessi sono costituiti da due metalli diversi scelti per le loro proprietà termoelettriche. I materiali più comuni sono:
- rame (per le termocoppie di tipo T)
- nichel-cromo e nichel-alluminio (per le termocoppie di tipo K)
- Platino e rodio (per le termocoppie di tipo R, S e B).
- Giunzioni: Nel circuito di una termocoppia sono presenti due giunzioni:
- Giunzione calda: L'estremità di misura dove viene rilevata la temperatura.
- Giunzione fredda (o giunzione di riferimento): L'estremità della termocoppia che viene mantenuta a una temperatura di riferimento nota.
- Isolamento: Per proteggere i fili e prevenire i cortocircuiti, i fili delle termocoppie sono spesso isolati con materiali come fibra di vetro, teflon o rivestimenti in ceramica. L'isolamento garantisce inoltre letture accurate impedendo ai fili di entrare in contatto tra loro.
- Guaina protettiva: alcuni fili delle termocoppie sono racchiusi in una guaina protettiva fatta di materiali come l'acciaio inossidabile per proteggersi dai danni fisici e dall'esposizione chimica, assicurando che il filo rimanga intatto in ambienti difficili.
Tipi di termocoppie
I fili delle termocoppie sono progettati specificamente per adattarsi al tipo di termocoppia con cui vengono utilizzati, poiché ogni tipo corrisponde a una combinazione unica di metalli e intervalli di temperatura. Alcuni dei tipi più comuni sono:
- Tipo K (Chromel-Alumel): È il tipo di termocoppia più diffuso, noto per la sua versatilità e affidabilità. Ha un ampio intervallo di temperatura, in genere da -270°C a 1372°C, ed è comunemente utilizzata nelle applicazioni industriali.
- Tipo J (ferro-costantana): Le termocoppie di tipo J sono adatte a temperature comprese tra -40°C e 750°C e sono comunemente utilizzate per la misurazione della temperatura per usi generici.
- Tipo T (rame-costantana): Sono ideali per le misure a bassa temperatura, con un intervallo compreso tra -200°C e 350°C. Sono spesso utilizzati nelle industrie criogeniche e alimentari.
- Tipo R (Platino-Rodio): Le termocoppie di tipo R sono utilizzate per le misure ad alta temperatura, in genere tra 0°C e 1600°C. Sono altamente precise e vengono utilizzate in genere nelle applicazioni scientifiche.
- Tipo S (platino-rodio): Simile al tipo R, ma con proporzioni diverse di platino e rodio. Sono utilizzati per misure di alta precisione nei laboratori.
- Tipo B (Platino-Rodio): Sono noti per misurare temperature molto elevate, con un intervallo fino a 1700°C. Il tipo B è comunemente utilizzato nelle applicazioni industriali ad alta temperatura, come il monitoraggio dei forni.
- Tipo E (cromo-costantana): Con un rendimento elevato, le termocoppie di tipo E sono utili per le misure a bassa temperatura e il loro campo di misura va da -200°C a 900°C.
- Tipo N (Nicrosil-Nisil): Questo tipo di termocoppia presenta una maggiore stabilità e resistenza all'ossidazione, che la rendono adatta ad applicazioni industriali di alta precisione. L'intervallo di temperatura è compreso tra -200°C e 1300°C.
Come scegliere il filo della termocoppia
Quando si acquista un filo per termocoppia, è importante selezionare il tipo giusto per la propria applicazione specifica. Sia che si lavori in ambito industriale, di ricerca o di laboratorio, la scelta di un filo per termocoppia di alta qualità garantisce precisione e durata delle misure di temperatura.
- Intervallo di temperatura: Assicurarsi che il filo per termocoppie acquistato abbia l'intervallo di temperatura appropriato per le proprie esigenze specifiche.
- Materiale: Scegliere un filo per termocoppie realizzato con materiali adatti all'ambiente in cui verrà utilizzato. Ad esempio, per gli ambienti ad alta temperatura, scegliere una termocoppia di tipo K o di tipo S.
- Isolamento e guaina: a seconda delle condizioni (ad esempio, esposizione a sostanze chimiche, umidità elevata o temperature estreme), scegliere l'isolamento e la guaina protettiva appropriati.
- Precisione: Assicurarsi che il filo sia classificato per il livello di precisione richiesto dall'applicazione.
Selezionando con cura i fili per termocoppie che soddisfano i requisiti specifici dell'applicazione, è possibile garantire misure di temperatura affidabili e precise in qualsiasi ambiente. Stanford Advanced Materials (SAM) offre una selezione completa di fili per termocoppie di qualità superiore, tra cui fili per termocoppie in lega di platino-rodio (Pt-Rh), tipo J, tipo K e tungsteno-renio. Per informazioni dettagliate sulle offerte e sulle specifiche dei nostri fili per termocoppie, vi invitiamo a consultare il nostro catalogo completo dei prodotti.
Riferimenti:
[1] Litteaur, Raymond. (2018). Tecniche di verifica in situ per termocoppie multipunto in recipienti a pressione. 10.13140/RG.2.2.20703.30885.
