Quando sono richieste misurazioni accurate della termocoppia, è pratica comune mettere in relazione entrambi i leg al conduttore di rame in corrispondenza del punto di congelamento, in modo che i conduttori di rame possano essere collegati allo strumento di lettura delle FEM grazie alla giunzione fredda. Questa procedura evita la generazione di FEM termiche sui morsetti dello strumento di lettura. Le variazioni di temperatura della giunzione di riferimento influenzano il segnale di uscita e gli strumenti adottati devono essere dotati di un mezzo che elimini questa potenziale fonte di errore.
Le FEM generate dipendono da una differenza di temperatura, per cui per effettuare una misura è necessario conoscere il riferimento. Ciò è mostrato schematicamente nella Fig. 1 e può essere realizzato posizionando la giunzione di riferimento in un bagno di acqua con ghiaccio a temperatura costante di 0 °C (32 F). Poiché i bagni di ghiaccio sono spesso scomodi da manutenere e non sempre sono pratici, vengono spesso adottati molti metodi alternativi.
Tecniche per la compensazione della giunzione fredda
Metodo a ponte elettrico
Per questo metodo viene solitamente utilizzato un circuito a ponte elettrico a giunzione fredda con compensazione automatica, come mostrato in Figura 2. Questo sistema incorpora una resistenza termosensibile (RT), che si trova in un leg della rete a ponte ed è termicamente integrata con la giunzione fredda (T2). Il ponte viene solitamente eccitato da una batteria al mercurio o da una sorgente di alimentazione in c.c stabile. La tensione di uscita è proporzionale allo sbilanciamento creato tra la temperatura di riferimento equivalente prefissata in (T2) e la giunzione calda (T1). In questo sistema, è possibile scegliere la temperatura di riferimento di 0 °C o 32 F.
Al variare della temperatura ambiente intorno alla giunzione fredda (T2), viene visualizzata una tensione generata termicamente che produce un errore nell'uscita. Tuttavia, una tensione automatica pari ed opposta viene introdotta in serie con l'errore termico, annullando l'errore e mantenendo la temperatura della giunzione di riferimento equivalente su un ampio intervallo di temperatura ambiente, con un elevato grado di precisione. Integrando i conduttori in rame con la giunzione fredda, il materiale della termocoppia stesso non è collegato al morsetto di uscita del dispositivo di misurazione, con conseguente eliminazione degli errori secondari.
Metodo di refrigerazione termoelettrica
La camera di riferimento termoelettrica TRC ice pointTM di Omega sfrutta l'equilibrio reale di ghiaccio, acqua distillata e deionizzata e pressione atmosferica per mantenere a 0 °C diversi pozzetti di riferimento. I pozzetti sono distribuiti in una camera cilindrica sigillata contenente acqua distillata e deionizzata pura.
Le pareti esterne della camera vengono raffreddate da elementi di raffreddamento termoelettrici per provocare il congelamento dell'acqua nel pozzetto, in modo che questo funga da riferimento della giunzione fredda. L'aumento di volume prodotto dal congelamento di un guscio di ghiaccio sulla parete del pozzetto viene rilevato tramite l'espansione di un soffietto che aziona un microinterruttore, diseccitando l'elemento di raffreddamento. Il congelamento e lo scongelamento alternati del guscio di ghiaccio mantengono con accuratezza un ambiente di 0 °C attorno ai pozzetti di riferimento. Uno schema applicativo è mostrato in Fig. 3.
Il funzionamento completamente automatico elimina la necessità di controlli frequenti, richiesti invece dai bagni di ghiaccio comuni. Le letture della termocoppia possono essere osservate direttamente dalle tabelle di riferimento dei punti di congelamento senza apportare correzioni per la temperatura della giunzione di riferimento.
Camera di riferimento per calibrazione ice point™ portatile
La nuova camera di riferimento ice point™ TRCIII-A è l'ultima aggiunta alla linea OMEGA di strumentazioni di riferimento per calibrazione. La camera di riferimento TRCIII-A ice point™ sfrutta l'equilibrio di ghiaccio e acqua distillata deionizzata a pressione atmosferica per mantenere esattamente a 0 °C sei pozzetti di riferimento.
Con questo strumento è possibile utilizzare qualsiasi combinazione di termocoppie, inserendo semplicemente le giunzioni di riferimento nei pozzetti di riferimento. È anche possibile eseguire la calibrazione di altri tipi di sensori di temperatura a 0 °C. Riferimenti per forno riscaldato: il tipo a doppio forno impiega due forni a temperatura controllata per simulare temperature di riferimento del punto di congelamento come mostrato in Fig. 4. Due forni sono utilizzati a temperature diverse per offrire l'equivalente di una bassa temperatura di riferimento che differisca dalla temperatura di uno dei due forni.
Ad esempio, i conduttori provenienti da una sonda a termocoppia di tipo K sono collegati con un forno a 150° per produrre una giunzione Chromega¨-Alomega¨ e Alomega-Chromega a 150 F (2,66 mV ciascuna).
Schema di funzionamento delle termocoppie
La tensione tra i fili di uscita del primo forno sarà il doppio di 2,66 mV, o 5,32 mV. Per compensare questo livello di tensione, i conduttori di uscita (Chromega e Alomega) sono collegati a conduttori di rame all'interno di un secondo forno mantenuto a 265,5 F. Questa è l'esatta temperatura alla quale Chromega-Rame e Alomega-Rame producono una tensione bucking di differenziale pari a 5,32 mV.
Pertanto, tale tensione annulla il differenziale di 5,32 mV proveniente dal primo forno, lasciando 0 mV sui morsetti di uscita in rame. Tale tensione equivale a 0 °C (32 F).
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