Una termocoppia è un trasduttore termoelettrico. In altre parole, è un dispositivo utilizzato per misurare le temperature in vari campi: in medicina, nell'industria, nella scienza, nei sistemi di automazione, così come nella vita di tutti i giorni. Oggigiorno le termocoppie sono molto diffuse e vengono utilizzate quasi ovunque. In pratica le termocoppie più utilizzate sono di tipo K, così come J e T. Sono utilizzati per misurare le temperature di acqua, aria, gas, lubrificanti e così via.
Contenuto
- Classificazione per tipo
- Specifiche dello strumento
- Principio di base del lavoro
- Vantaggi e svantaggi
Classificazione per tipo
Se lo si desidera, è possibile creare un dispositivo del genere anche in modo indipendente. Tuttavia, dovresti comunque conoscere alcune delle caratteristiche di tali convertitori, la loro differenza nel tipo di materiali utilizzati. E i tipi di termocoppie sono classificati come segue:
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Tipo E. Lega usata chromel - costantana. Questi sensori sono altamente sensibili - fino a 68 µV / ° C. Adatto per uso criogenico. Le temperature di applicazione variano da -50°C a +740°C. - Tipo J. Qui la composizione è ferro - costantana. Utilizzato per condizioni nell'intervallo di temperatura da -40 ° C a +750 ° C. Ha una produttività aumentata di –50 µV / ° С.
- Le termocoppie di tipo K sono realizzate in una lega di cromo-alluminio. Questi sono senza dubbio i sensori generici più popolari. Hanno una resa fino a 41 μV/°C. Sono utilizzati in intervalli di temperatura da -200 ° C a +1350 ° C. In condizioni non ossidanti e inerti, i sensori di tipo K vengono utilizzati fino a 1260 ° C.
- Tipo M. Queste termocoppie sono utilizzate principalmente nei forni a vuoto. Adatto per temperature fino a +1400°C.
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Regolatori tipo N - nikrosil-nisil. Sono stabili e resistenti all'ossidazione e hanno una resa di 39 μV/°C. Pertanto, vengono utilizzati a temperature da -270 ° C a +1300 ° C. - I tipi B, R e S sono disponibili in lega rodio-platino. I sensori di classe B, R e S sono piuttosto costosi e hanno prestazioni basse: solo 10 μV / ° C. Grazie alla loro elevata affidabilità, vengono utilizzati esclusivamente per misurare le alte temperature.
- Sensori a base di renio e leghe di tungsteno. Operano principalmente nell'automazione dei processi industriali, nella produzione di idrogeno, e così via. Non raccomandato per l'uso in ambienti acidi.
Specifiche dello strumento
È interessante notare che le termocoppie non necessitano di alimentatori aggiuntivi. Sono utilizzati per misurare temperature di un intervallo abbastanza ampio: da -200 ° C a +2000 ° C. Inoltre, hanno parametri variabili. È anche problematico che si deve tener conto dell'influenza della temperatura delle estremità libere sui risultati finali della misurazione. Inoltre, la bassa tensione di uscita richiede amplificatori ragionevolmente precisi.
I termometri digitali compatti sono un esempio lampante dell'uso di dispositivi basati sul principio delle termocoppie. Attualmente è il principale e, forse, il più diffuso strumento per effettuare misure statiche e dinamiche.
Il segnale di uscita della termocoppia è a tensione costante. Può essere facilmente convertito in un codice digitale. E poi può essere misurato usando gli strumenti più semplici. Per questi scopi, puoi prendere, ad esempio, un multimetro digitale di piccole dimensioni.
Caratteristica degli strumenti di misura a termocoppia elevata precisione e sensibilità, nonché la correttezza delle caratteristiche di conversione. In genere, la tensione di uscita varia da 0 a 50 mV e le prestazioni tipiche vanno da 10 a 50 μV / ° C. Tutto dipende dai materiali utilizzati nel sensore.
Principio di base del lavoro
Il principio di funzionamento di una termocoppia si basa sull'effetto termoelettrico, altrimenti chiamato effetto Seebeck. Afferma che quando un conduttore è esposto, la sua resistenza e tensione cambiano di conseguenza.
Il principio di funzionamento di una termocoppia è che se due conduttori metallici dissimili sono collegati in serie, si forma un circuito elettrico chiuso. Se poi si riscalda questa connessione, nel circuito si genera una forza elettromotrice (termo-EMF). Sotto la sua influenza, viene generata una corrente elettrica in un circuito chiuso.
Il luogo di riscaldamento, di regola, è chiamato giunzione calda, di conseguenza, la giunzione fredda non si riscalda. Il valore del termo-EMF viene misurato collegando un galvanometro o un microvoltmetro all'interruzione del circuito elettrico. Cioè, dipende direttamente dalla differenza di temperatura tra la giunzione fredda e quella calda.
A causa del riscaldamento della giunzione dei conduttori della termocoppia, si forma una differenza di potenziale tra le estremità libere. Può essere facilmente convertito in un codice digitale. Diventa possibile determinare la temperatura di riscaldamento alla giunzione dei conduttori.
Per misurazioni accurate, il giunto freddo deve essere sempre a temperatura costante. Poiché ciò è piuttosto difficile da ottenere, vengono utilizzati schemi di compensazione.
Vantaggi e svantaggi
Le termocoppie offrono molti vantaggi rispetto ai sensori di temperatura termoelettrici comparabili. I plus, ad esempio, includono:
- costruzione semplice;
- forza;
- affidabilità;
- versatilità;
- basso costo;
- può essere utilizzato in una varietà di condizioni;
- è possibile misurare un'ampia varietà di temperature;
- la precisione delle misurazioni.
Tuttavia, come qualsiasi altro dispositivo, questi sensori hanno i loro svantaggi:
- tensione di uscita piuttosto bassa;
- non linearità.
La misurazione della temperatura mediante termocoppie, inventata nel XIX secolo, è ampiamente utilizzata nella produzione moderna. Inoltre, ci sono aree di attività in cui l'uso di questi sensori è talvolta l'unico modo possibile per ottenere le misurazioni necessarie.
