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In questa guida spieghiamo quali sono le caratteristiche di una termocoppia e vediamo quali risultano essere i prezzi dei vari prodotti.
Come Funziona la Termocoppia
Le termocoppie sono state il primo metodo di misurazione elettrica della temperatura, trattandosi di sensori molto semplici e affidabili. Conosciute anche come coppie bimetalliche o coppie termoelettriche, le termocoppie basano il loro funzionamento sull’effetto di termoelettricità, il quale definisce il generarsi di un potenziale elettrico ai capi della termocoppia come funzione della differenza di temperatura tra il giunto di misura e il giunto di riferimento.
Andando più nel dettaglio, se due metalli diversi vengono a contatto, alcuni elettroni passano dal metallo caratterizzato da inferiore lavoro di estrazione a quello caratterizzato da maggiore lavoro di estrazione.
Lo spostamento continua fino a quando la tensione di contatto generata non lo blocca. Questa tensione di contatto dipende dai metalli utilizzati e dalla loro temperatura.
Nel momento in cui i due metalli vengono chiusi su un circuito elettrico e i due punti di contatto sono riscaldati a differente temperatura, le tensioni di contatto generate non si compensano più e si genera una circolazione di corrente termoelettrica che trae la sua energia dalla sorgente di calore.
Risulta essere un effetto che definisce una conversione diretta del calore in energia elettrica. I giunti che caratterizzano la termocoppia vengono anche chiamati giunto caldo e giunto freddo.
In base alla relazione spiegata in precedenza, è possibile per ogni tipo di giunzione stabilire un riferimento tabellare, nel quale alla temperatura specifica del giunto corrisponde un valore di tensione generata. Bisogna precisare però che la relazione risultante non presenta un andamento lineare e la tensione riscontrata, dell’ordine dei millivolt, varia in base ai materiali utilizzati.
Immaginiamo di scaldare una barra di metallo a un’estremità. a causa dell’aumento dell’agitazione termica, causato dal riscaldamento, si liberano elettroni che tendono a diffondersi verso l’estremità fredda. Allo stesso tempo, si crea una forza che cerca di diffondere gli ioni positivi, che però risultano essere bloccati nel reticolo cristallino della struttura metallica e non possono migrare. Per ogni elettrone che si sposta rimane uno ione positivo, il quale tende a richiamare indietro l’elettrone stesso con una forza che è data dalla legge di Coulomb, e che può essere rappresentata da un campo elettrico orientato dalla zona calda verso quella fredda. Il campo elettrico produce una tensione, chiamata forza elettromotrice di Thomson. Lo stesso principio descritto si applica a una giunzione tra due metalli diversi, dove le differenti densità degli elettroni provocano la diffusione degli elettroni tra i metalli, generando una forza elettromotrice. Il fenomeno è noto come Effetto Peltier. Le termocoppie sfruttano sia l’effetto Thomson che quello Peltier per generare la tensione termoelettrica. L’insieme dei due effetti è detto Effetto Seebeck.
La scelta di una termocoppia, condizionata dalle esigenze di affidabilità e lunga durata, si basa su alcune variabili che è importante conoscere.
Per iniziare, bisogna sapere a quale temperatura massima e a quale temperatura di lavoro sarà sottoposta la termocoppia.
Bisogna poi determinare se l’esposizione sarà continua oppure intermittente.
Anche l’ambiente è importante, visto che bisogna scegliere il tipo di termocoppia a seconda se la natura dell’ambiente è corrosiva, ossidante oppure neutra.
Altri aspetti che bisogna valutare sono la resistenza meccanica e quella termica.
Tenendo in considerazione tutti questi elementi, si sceglieranno il tipo e il diametro del filo della termocoppia, il materiale della guaina di protezione e il tipo di esecuzione della termocoppia.
Le termocoppie più comuni sono realizzate con rame constantana, ferro constantana, cromel constantana, cromelalluminio, platino platino/13% rodio, platino platino/10% rodio, platino/6% rodio platino/30% rodio. Le termocoppie sono identificate da appositi colori e tipi, elencati nelle norme di riferimento.
Nelle misure di temperatura con termocoppie è molto importante il cavo che collega la termocoppia allo strumento di misura. In base a quanto spiegato prima, la termocoppia genera una forza elettromotrice che dipende dalla differenza di temperatura tra il giunto caldo e quello freddo, costituito in pratica da due terminali liberi della termocoppia normalmente situati in una testa di connessione.
In campo industriale il collegamento tra la testa di connessione della termocoppia e lo strumento di misura viene eseguito tramite un particolare cavo, chiamato cavo di estensione, che è costituito da due termoelementi di filo metallico.
I due termoelementi sono differenti tra loro, vengono tenuti isolati per tutta la loro lunghezza e presentano una relazione tra forza elettromotrice e temperatura uguale o molto simile a quella della termocoppia.
In alcuni casi la composizione nominale dei termoelementi del cavo è diversa da quella della termocoppia alla quale è collegato, mentre la relazione tra forza elettromotrice e temperatura rimane sempre la stessa nel campo di impiego specificato. In questo caso il cavo prende il nome di cavo di estensione sostitutivo o cavo di compensazione.
Tramite questo cavo il giunto freddo della termocoppia viene trasferito alla estremità del cavo dove è collegato lo strumento di misura, il quale a sua volta, attraverso un proprio circuito di compensazione automatica o manuale della temperatura ambiente, permette la taratura della scala di misura.
Per ogni tipo di termocoppia esiste un cavo di estensione che risolve in modo anche economico il problema del collegamento della termocoppia allo strumento di misura, introducendo solo in casi limitati errori di piccola entità.
Un’applicazione molto comune delle termocoppie, è quella di organo di sicurezza negli impianti a gas. In questo caso la differenza di potenziale che si crea con l’aumento della temperatura viene utilizzata per eccitare un’elettrovalvola che apre o chiude il condotto del gas, evitando dispersioni nel caso di spegnimento accidentale della fiamma. Per questo scopo si utilizzano sensori di piccole dimensioni, visto che garantiscono tempi di risposta più brevi.
Prezzi Termocoppie
Nella tabella che segue è possibile trovare informazioni sui prezzi delle termocoppie in vendita online.
Cliccando sui vari prodotti è possibile visualizzare maggiori informazioni, come la descrizione delle caratteristiche e le opinioni e recensioni.
