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Una termocoppia misura la temperatura generando da sé la propria tensione. Due metalli diversi uniti in un punto producono una piccola differenza di potenziale quando quel giunto sta a una temperatura diversa da quella dell'altro capo dei fili, e l'ampiezza di quella tensione segue una curva pubblicata per la coppia di metalli usata. Al sensore non va fornito nulla perché funzioni, ed è questa proprietà a decidere dove si usano le termocoppie: in cima al campo di temperatura, nei punti di misura più piccoli e su macchine dove un elemento a resistenza non sopravviverebbe.
Una termocoppia misura la temperatura generando da sé la propria tensione. Due metalli diversi uniti in un punto producono una piccola differenza di potenziale quando quel giunto sta a una temperatura diversa da quella dell'altro capo dei fili, e l'ampiezza di quella tensione segue una curva pubblicata per la coppia di metalli usata. Al sensore non va fornito nulla perché funzioni, ed è questa proprietà a decidere dove si usano le termocoppie: in cima al campo di temperatura, nei punti di misura più piccoli e su macchine dove un elemento a resistenza non sopravviverebbe.
I tipi letterali sono il modo rapido di indicare quelle coppie di metalli. Il tipo K è il più usato, dal campo medio in su; il tipo J serve le apparecchiature più vecchie, il tipo T copre le basse temperature e la refrigerazione, il tipo E offre la sensibilità più alta fra le coppie di metalli comuni, il tipo N è stato messo a punto per una stabilità migliore in temperatura, e i tipi R, S e B usano platino e rodio per i campi più alti e gli impieghi più impegnativi. La scelta fra loro è una scelta di campo, sensibilità, atmosfera e costo, e decide a cosa deve essere impostato lo strumento ricevente.
Si arriva a una termocoppia in due situazioni che sembrano diverse ma sono lo stesso problema. La prima è una temperatura oltre ciò che un elemento a resistenza sopporta, tipicamente sopra 500 °C e senz'altro sopra 850 °C. La seconda è un punto di misura troppo piccolo, troppo rapido o troppo scomodo per una sonda a inserimento: una barra di stampaggio a iniezione, una fascia riscaldante, un corpo di cuscinetto, un condotto di scarico, una superficie di vetro o ceramica. In entrambi i casi a decidere sono di solito la meccanica e non l'elemento.
Ciò che distingue un gruppo termocoppia da un altro raramente è la lettera. Sono la forma del giunto, il materiale e il diametro della guaina, come la sonda è trattenuta sul processo e come viene gestito il giunto freddo all'altro capo. Queste quattro decisioni fissano il tempo di risposta, la durata e l'errore reale di misura, e sono quelle da chiarire prima di parlare di prezzo.
L'effetto porta il nome di Seebeck. Dove due metalli diversi si incontrano, una differenza di temperatura fra quel giunto e gli altri capi dei fili genera una piccola corrente, e la tensione che ne risulta è circa proporzionale alla differenza di temperatura su un tratto limitato. Non lo è su tutto il campo, ed è per questo che ogni tipo letterale ha il proprio polinomio e che allo strumento va detto quale tipo sta leggendo. Il segnale di una termocoppia è anche piccolo: decine di microvolt per grado per i tipi comuni in metallo base, e solo pochi microvolt per grado per i tipi al platino.
Poiché la tensione è generata fra il giunto di misura e i morsetti dove arrivano i fili, la temperatura di quei morsetti fa parte della misura. Il rimedio è la compensazione del giunto freddo: lo strumento misura la temperatura dei propri morsetti e reintegra la tensione corrispondente, così che la lettura riguardi solo il giunto di misura. La compensazione non è opzionale e non è una rifinitura. Senza, una termocoppia riferisce la differenza fra due temperature, e una sola delle due è quella che interessa.
Lo stesso principio vincola il cablaggio. Ogni punto in cui il cavo di una termocoppia incontra il rame è esso stesso un giunto termoelettrico, quindi il circuito va costruito con il cavo per termocoppie abbinato e, dove viene prolungato, con cavo di compensazione o di prolungamento dello stesso tipo e con connettori delle stesse leghe. Una morsettiera in rame fra la sonda e lo strumento non interrompe la misura, quanto invece inserire altri due giunti le cui temperature sono sconosciute: l'errore che introducono è fisso e facile da scambiare per deriva del sensore.
Due conseguenze riguardano il giunto in sé. Un giunto a massa salda il punto di misura alla guaina, e questo dà una risposta rapida perché calore e corrente passano con facilità, ma collega anche il circuito di misura a tutto ciò che la guaina tocca; su metallo collegato a terra quel percorso può essere una fonte di disturbo o di corrente circolante. Un giunto isolato stacca il punto di misura dalla guaina, e questo isola il circuito al prezzo del tempo di risposta. Un giunto nudo è ancora più rapido e si usa dove il mezzo non è corrosivo e non serve tenerlo fuori.
La maggior parte della specifica è definita da queste decisioni e non dalla classe di accuratezza. Ognuna vincola la successiva, ed è per questo che si chiariscono in ordine.
| Decisione | Opzioni da definire | Cosa decide davvero |
|---|---|---|
| Tipo di taratura | K, J, T, E, N, R, S o B, e il relativo cavo di prolunga | Il campo utilizzabile, la sensibilità in microvolt per grado, l'atmosfera che la coppia tollera e a cosa deve essere impostato lo strumento ricevente. È l'unica decisione che, se sbagliata, invalida del tutto la lettura. |
| Forma del giunto | A massa, isolato o nudo; il giunto può essere saldato o far parte di un contatto a molla | Il tempo di risposta, l'isolamento elettrico fra il circuito di misura e la macchina, e quanta protezione il giunto ha dal mezzo. |
| Guaina e diametro | Acciaio inossidabile, Inconel, ceramica o un cavo minerale con treccia, con diametri da meno di un millimetro a parecchi millimetri | Quanto in fretta risponde il gruppo e cosa sopporta. Una guaina pesante in una lega resistente alla corrosione dura a lungo, e risponde come la guaina e non come il giunto che contiene. |
| Come la sonda è trattenuta | Fascetta a molla, testa filettata, raccordo a compressione, piazzuola di saldatura o punta nuda appoggiata a una superficie | La pressione di contatto e la profondità di immersione, che insieme decidono se il giunto vede la temperatura del processo o quella della staffa che lo trattiene. |
| Gestione del giunto freddo | Una testa a morsetti alla sonda, un trasmettitore montato sulla sonda, o un cavo di compensazione che torna fino allo strumento | Dove avviene la compensazione e cosa costa la linea. Trasmettere alla sonda converte la piccola tensione in un segnale di anello prima che questo possa raccogliere disturbi. |
| Numero di punti di misura | Una sonda per canale, o una scheda di ingresso multiplexata | Se ogni punto ha bisogno di un proprio canale sullo strumento e di una propria compensazione, che su una macchina a più punti è spesso la parte maggiore del costo. |
| Criterio | Come chiarirlo | Perché determina la risposta |
|---|---|---|
| L'estremo superiore del campo di temperatura | Prenda la temperatura normale di lavoro e vi aggiunga la sovraelongazione che il processo produce davvero, non quella che il circuito di regolazione dovrebbe produrre. | Ne derivano insieme il tipo letterale e il materiale della guaina. Una coppia di metalli comuni scelta per economia smette di essere la risposta giusta ben sotto il campo indicato per essa, quando si tiene conto dell'atmosfera. |
| L'atmosfera | Indichi in cosa sta la sonda: aria, gas di camino, metallo fuso, vuoto, ambiente riducente o ossidante, o una superficie calda in aria ferma. | Il tipo K è soggetto a deriva in atmosfera riducente e all'effetto di ordinamento a corto raggio intorno a 250-550 °C; il tipo N è stato sviluppato in parte per rispondere a questo. I tipi al platino sono la risposta ad alta temperatura, ma non sono immuni dalla contaminazione. |
| Tempo di risposta richiesto | Decida se la lettura deve seguire un processo che cambia o se è soltanto un valore a regime. | Una guaina fine, un giunto a massa o nudo e una piccola massa in punta accorciano tutti la risposta, e ciascuno scambia protezione o isolamento con velocità. Un gruppo lento che legge un processo ciclico riferisce una media che nessuno ha chiesto. |
| Ambiente elettrico | Dica se la sonda è fissata a metallo collegato a terra e se nelle vicinanze ci sono inverter o riscaldatori. | Il segnale in microvolt raccoglie disturbi che un anello 4-20 mA ignora. Un cavo schermato o con treccia e un giunto isolato sono le risposte usuali, e trasmettere alla sonda è quella più completa. |
| Distanza dallo strumento | Misuri la linea, poi decida dove deve stare il giunto freddo. | Il cavo di compensazione costa più del rame e ha una propria tolleranza, quindi una linea lunga è di solito servita meglio da un trasmettitore alla sonda che da un lungo cavo di compensazione fino alla sala controllo. |
| Se la lettura deve essere verificabile | Si chieda se il valore sarà stampato, usato in un controllo ispettivo o per rilasciare un lotto. | Una termocoppia nuda non porta con sé una taratura tracciabile, a meno che non ne sia fornita. Dove il numero va difeso, il gruppo ha bisogno di una tolleranza documentata e di una strada per una nuova verifica. |
Questi sono i tipi in cui una richiesta per una termocoppia si risolve di solito, e il punto in cui la scelta si decide davvero.
| Alternativa più vicina | Cosa lo distingue da una termocoppia |
|---|---|
| Termocoppie di tipo K | Un solo tipo letterale e non la famiglia. Vale sceglierlo dove la coppia generalista copre campo e atmosfera, e evitarlo dove il processo sta nella fascia di ordinamento o lavora in atmosfera riducente. |
| Sensori di temperatura RTD | Misura la resistenza invece di generare una tensione, quindi ha bisogno di una corrente di eccitazione e dà un segnale più lento, più ampio e più coerente. Dove la temperatura resta nel campo di un elemento al platino e la lettura deve concordare fra strumenti, il sensore RTD è lo strumento migliore e la termocoppia non è equivalente. |
| Rilevatori di temperatura a resistenza | L'elemento a resistenza nudo o il componente sensibile, fornito come pezzo con conduttori anziché come gruppo montato con attacco di processo. Si sceglie quando il corpo e l'attacco sono quelli dell'acquirente. |
| Trasmettitori di temperatura | Non misura nulla da sé. Legge la termocoppia e converte la piccola tensione in un segnale di anello prima che questo viaggi, ed è così che di norma si collega una termocoppia quando lo strumento è a più di qualche metro. |
| Termometri a infrarossi | Legge una superficie senza contatto, quindi può misurare un bersaglio in movimento o irraggiungibile che nessuna sonda potrebbe toccare. Misura una superficie e non la massa, e l'emissività deve essere nota, quindi completa una termocoppia invece di sostituirla. |
| Regolatori di temperatura | Riceve il segnale della termocoppia e pilota un riscaldamento o un raffrescamento verso la consigna. È lo strumento a cui la sonda è collegata su una macchina, ed è la parte che deve essere impostata sullo stesso tipo letterale. |
Il tipo letterale è ciò che una richiesta nomina per primo e ciò che decide di meno. La forma del giunto, la guaina e come la sonda è trattenuta decidono se la misura funziona.
La prima risposta può essere un preventivo anziché una serie di domande, se la richiesta le contiene. Dove un valore non è noto, invii la descrizione del compito di misura e confermeremo ciò che implica.
Prodotti disponibili
Termocoppie
Termocoppia a pinza con molla, testa filettata M12×1,5 in acciaio inox e cavo intrecciato schermato, per stampi, estrusori e fasce riscaldate.
Anche in Misura di temperatura
Tutti i tipi per cui quotiamo in Misura di temperatura. Un tipo senza ancora un link è comunque quotabile - è descritto nella Misura di temperatura panoramica, e riceve una pagina propria non appena viene pubblicato un modello per essa.
Domande frequenti
Il tipo K copre l'escursione più ampia fra quelle utili ed è il più facilmente reperibile, ed è la scelta di buonsenso sotto circa 1100 °C in condizioni ossidanti pulite. Lo cambi per una ragione precisa e non per preferenza: tipo T per le basse temperature e sotto zero, tipo J dove le apparecchiature esistenti sono già cablate così, tipo N dove conta la stabilità nel campo medio, tipo E dove un segnale più forte aiuta, e un tipo al platino dove la temperatura o l'ambiente escludono una coppia di metalli comuni.
Perché la scatola di giunzione fa parte del circuito. Dove il cavo di una termocoppia incontra il rame si crea un ulteriore giunto termoelettrico, e se quel giunto sta a una temperatura diversa dai morsetti dello strumento la compensazione non corrisponde più al circuito reale. Le cause usuali sono una morsettiera in rame nella linea, il cavo di prolunga sbagliato o morsetti in ottone anziché nella lega abbinata.
Solo se il prolungamento è trattato come parte della misura. Il cavo in rame sposta il giunto freddo all'altro capo del rame, e lo strumento compensa allora nel punto sbagliato. La risposta corretta è un cavo di prolunga o di compensazione del tipo abbinato, e connettori delle stesse leghe. Su una linea lunga un trasmettitore alla sonda di solito costa meno del cavo di compensazione e toglie il problema del tutto.
È dichiarata come classe di tolleranza sul conduttore stesso e vale a una temperatura di riferimento, non su tutto il campo, quindi un unico valore di accuratezza per un gruppo termocoppia fuorvia. Sopra a questo stanno l'errore di compensazione del giunto freddo nello strumento, la deriva del conduttore in servizio e, dove la sonda non è immersa, la differenza fra la punta e il mezzo. Dove la lettura deve essere difendibile, è tutto il gruppo che va tollerato e verificato.
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