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Termocoppie, sonde a termocoppia e sensori

Che cosa è un sensore a termocoppia?

Una termocoppia è un sensore per misurare la temperatura. È costituita da due metalli diversi, uniti ad una estremità. Quando la giunzione dei due metalli viene riscaldata o raffreddata, viene prodotta una tensione che può essere legata alla temperatura con l'utilizzo di un termometro adatto allo scopo.

Note per la loro versatilità come sensori di temperatura, le termocoppie possono essere realizzate in stili estremamente variabili. Si possono trovare a filo isolato o adirittura nudo o come sonde a termocoppia in cui i fili sono protetti in uno scudo metallico.

Le termocoppie trovano applicazione in una vasta gamma di applicazioni, da usi industriali ad usi comuni per la rilevazione di temperatura in regolari apparecchiature. Grazie alla vasta gamma di modelli a disposizione, è estremamente importante capire la loro struttura di base, le funzionalità, in modo da determinare meglio qual'è il miglior tipo di termocoppia da utilizzare.

Termocoppia protetta da scudo metallico, sezione con i due cavi visibili

Impara qualcosa di nuovo sulle termocoppie.

Industrial thermocouple probes, we have a large selection.

Quali sono i diversi tipi di termocoppia?


Le termocoppie sono disponibili in diverse combinazioni di metalli e tarature in base alle diverse applicazioni. Le tre tarature più comuni sono K, T e J, K, di cui il tipo K è il più diffuso grazie al suo ampio intervallo di temperature di misura ed il suo basso costo. Il tipo K ha un conduttore positivo Nichel-Cromo ed un conduttore negativo Nichel-Alluminio. Vi sono calibrazioni ad alte temperature R, S, B, G, C e D che offrono prestazioni fino a 2320 °C. Sono costituiti da metalli preziosi (platino/rodio e Tungsteno/renio) e quindi sono relativamente costosi.

Sebbene la calibrazione della termocoppia determini l'intervallo di temperatura, la portata massima è limitata dal diametro del filo termocoppia. Cioè, una termocoppia molto sottile potrebbe non raggiungere l'intervallo di temperature. La nostra Guida alle massime temperature delle termocoppie  mostra le temperature massime per ogni tipo di termocoppia e diametro del filo. Questa guida fornisce anche i limiti di temperatura superiori per le sonde termocoppie ad isolamento minerale con diametri di guaina comuni.

Come scegliere il tipo di termocoppia?


Le termocoppie misurano un'ampia gamma di temperature e possono essere relativamente robuste, sono molto spesso utilizzate nell'ambito industriale. Il seguente critero è utilizzato nella selezione di una termocoppia:
  • Campo di temperatura.
  • Resistenza chimica del materiale della termocoppia o guaina.
  • Resistenza alle vibrazioni ed all'abrasione.
  • Requisiti d'installazione (potrebbe essere necessaria la compatibilità con le attrezzature esistenti; fori esistenti possono limitare il diametro della sonda da utilizzare).

Tipi di termocoppie

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Termocoppia a filo sottile non isolata saldata all'estremitá Termocoppia a filo con opzionale insolamento in ceramica
Una termocoppia a filo scoperto è la più semplice tra le termocoppie. I due diversi fili sono uniti ad una estremità attraverso una saldatura e possono venire inseriti in tubi di ceramica per isolarli dall'ambiente esterno. Poiché la giunzione è esposta, ci sono delle limitazioni applicative. Una termocoppia di questo tipo non deve essere utilizzata con liquidi che potrebbero corrodere e ossidare le leghe. Inoltre le stesse superfici metalliche possono presentare problematiche in quanto spesso , in particolare i tubi, sono utilizzate per scaricare a terra i sistemi elettrici. Il collegamento indiretto ad un impianto elettrico potrebbe influenzare la misura della termocoppia. In generale, tali termocoppie sono una buona scelta per la misurazione della temperatura di gas. Poiché molto piccole, forniscono tempi di risposta molto bassi.
Sonda a termocoppia con giunto di transizione Sonda a termocoppia
Una sonda a termocoppia consiste di un filo di termocoppia alloggiato all'interno di un tubo metallico. La parete del tubo è la guaina della sonda. I materiali di guaina comuni sono l'acciaio inox e Inconel. L'Inconel supporta i campi di temperature superiori rispetto all'acciaio inossidabile, tuttavia, quest'ultimo è spesso preferito per la sua ampia compatibilità chimica. Per le temperature molto elevate, sono disponibili altre guaine di materiali resistenti alle temperature estreme.

Clicca qui per maggiori informazioni sulle sonde a termocoppia per temperature estreme.

La punta della sonda termocoppia è disponibile in tre stili diversi. A terra, isolati ed esposti. Con una punta a terra la termocoppia è in contatto con la parete della guaina. Una giunzione a terra fornisce un tempo di risposta rapido, ma è più suscettibile ai disturbi delle reti di terra elettriche. Nelle giunzioni isolate, la termocoppia è separata dalla parete della guaina da uno strato di isolante. Nella giunzione esposta la punta di termocoppia sporge al di fuori della parete della guaina e questo le rende le più adatte per la misurazione dell'aria.
Termocoppia con sonda speciale per superfici in movimento Sonda di superficie
La misurazione della temperatura di una superficie solida risulta complessa per la maggior parte dei tipi di sensori di temperatura. Per garantire una misurazione accurata, l'intera area di misurazione del sensore deve essere a contatto con la superficie. Questo può essere difficoltoso quando si lavora con un sensore rigido ed una superficie rigida anch'essa. Dato che le termocoppie sono costituite da metalli pieghevoli, la giunzione è a forma piatta e sottile per garantire il massimo contatto con una superficie solida rigida. Queste termocoppie sono una scelta eccellente per le misure di superficie. La termocoppia può anche essere costituita da un meccanismo a contatto girevole (a rotelle), che lo rende adatta per misurare la temperatura di una superficie in movimento.

FAQ sulle termocoppie

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Come funziona una termocoppia?

Quando due fili composti da diversi metalli sono uniti alle due estremità e una viene riscaldata , vi è una corrente continua che scorre nel circuito termoelettrico. Se questo circuito è aperto al centro, la tensione a circuito aperto (la tensione Seebeck) è una funzione della temperatura per la giunzione e della composizione dei due metalli. Questo significa che quando la giunzione dei due metalli è riscaldata o raffreddata una tensione è prodotta in modo da essere correlata alla temperatura.

Che cosa è il tempo di risposta di un sensore a termocoppia?


Il "tempo di risposta" o "costante di tempo" è definito come il tempo necessario al sensore per raggiungere il 63,2% della variazione di temperatura istantanea. Il 100% viene raggianto dopo un tempo pari a 5 volte il valore della costante di tempo. Scegliere una giunzione esposta piuttosto che interna allo scudo comporta differenti tempi di risposta per il sensore. La giunzione esposta ha una risposta più veloce, ma comporta una minore protezione per l'elemento sensibile. Lo stesso si può dire per il valore del diametro dello scudo metallico; minore è il diametro dello scudo della sonda, più veloce è la risposta, ma la temperatura massima sostenibile dalla sonda può essere inferiore. Va comunque tenuto presente che qualchevolta lo scudo della sonda può non sopportare l'intera gamma di temperatura del tipo di termocoppia.

Materiale  Temperatura massima Ambiente operativo
Ossidante Idrogeno Vuoto Inerte
304 SS 898°C
(1650°F)
Molto buono Buono Molto buono Molto buono
Inconel 600 1148°C
(2100°F)
Molto buono Buono Molto buono Molto buono


Come scegliere il tipo di giunzione?


Le sonde a termocoppia con guaina sono disponibili con uno dei seguenti tre tipi di giunzione: a terra, isolata o esposta (vedi il grafico qui di seguito: "Stili di punta di termocoppia"). Sulla punta di una sonda a giunzione a terra, i fili della termocoppia sono fisicamente attaccati alla parete interna della sonda. Ciò si traduce in buon trasferimento di calore dall'esterno, attraverso la parete della sonda alla giunzione della termocoppia. In una sonda isolata, la giunzione termocoppia è separata ed isolata dalla parete della sonda. Il tempo di risposta è più lento dello stile a terra, ma l'isolamento elettrico può fare la differenza (vedi la tabella sotto).

Resistenza di isolamento a temperatura ambiente.
Termocoppia a giunzione isolata.
Diametro nominale della guaina. Minima tensione applicata dc. Minima resistenza di isolamento.
Minore di 0.90mm (0.03in.) 50V 100M Ohm
0.80-1.5mm (0.030 to 0.059in.) 50V 500M Ohm
Maggiore di 1.5mm (0.059in.) 500V 1000M Ohm


La termocoppia a giunzione esposta, sporge fuori dalla punta della guaina ed è esposta all'ambiente circostante. Questa tipologia offre il miglior tempo di risposta, ma è limitata all'uso nelle applicazioni secche, non corrosive e non pressurizzate.

Campi e tolleranze delle termocoppie


Gli intervalli di temperatura e le specifiche di precisione IEC ed ANSI sono pubblicati nella nostra Guida alle tolleranze delle termocoppie per i tipi più comuni.

Codici di colori di fili e limiti di errore (Codici di colore di termocoppia).

Tabelle di riferimento per termocoppie.


Le termocoppie producono una tensione di uscita che può essere correlata alla temperatura che misura la termocoppia. I documenti nella tabella seguente forniscono la tensione termica e la temperatura corrispondente per un determinato tipo di termocoppia. La maggior parte dei documenti fornisce anche la gamma di termocoppia di temperatura, i limiti di errore e le considerazioni ambientali.

Fare clic sul collegamento qui sotto per visualizzare il documento correlato.
° Termocoppia tipo K ° Termocoppia tipo R
° Termocoppia tipo T ° Termocoppia tipo S
° Termocoppia tipo J ° Termocoppia tipo B
° Termocoppia tipo N ° Termocoppia tipo C
° Termocoppia tipo E ° Tungsteno e tungsteno/
Renio
° Nichel-cromo vs. oro-0,07
per cento di ferro atomico