Termocoppia a pinza

Una termocoppia a pinza misura la temperatura di una superficie di macchina o di un punto praticato tenendo premuta contro di essa una sonda con una molla. Il giunto di misura sta dentro una piccola punta in acciaio inox, e il corpo che la porta è una pinza rotante con una molla allungata, così la profondità di inserimento si può stabilire nel punto di misura invece che essere fissata dalla lunghezza della sonda. Su presse per stampaggio a iniezione, estrusori, stampi e fasce riscaldate la differenza pratica è di solito proprio questa: la sonda deve essere premuta in un ugello, in una canna o in una fascia in un punto senza spazio per un gruppo filettato e senza accesso per una chiave.

La costruzione di questa pagina è di tipo K come standard, con tipo E e un elemento a resistenza PT100 offerti nello stesso corpo. Il tipo K copre da 0 a 800 °C, il tipo E da 0 a 400 °C e il PT100 da -200 a 450 °C. La testa filettata è in acciaio inox M12×1,5 e si svita, lasciando una semplice sonda a pinza dove non c’è un bossolo filettato da usare. Il cavo è una guaina intrecciata in acciaio inox su un cavo schermato ad alta temperatura, in lunghezze da 1 a 5 m, e il materiale della punta è ferro.

Il giunto è saldato e non attorcigliato. Il materiale fornito ne fa un punto: i due conduttori sono uniti dentro la punta con saldatura ad arco in argon e isolati da un tubo ceramico ad alta frequenza, il che è una costruzione diversa dalla pratica usuale di attorcigliare i conduttori insieme, ed è la differenza che si vede come stabilità nella parte alta del campo.

Come funziona una termocoppia

La termocoppia produce una tensione e non una resistenza. Due metalli diversi uniti in un punto generano una piccola differenza di potenziale quando quel giunto sta a una temperatura diversa da quella dell’altro capo dei fili, e la tensione è di poche decine di microvolt per grado. Al sensore non deve essere fornita energia perché funzioni, ed è per questo che la termocoppia conviene alla parte alta del campo di temperatura, dove un elemento a resistenza andrebbe alla deriva, e per questo che si può costruire molto piccola.

Lo stesso principio fissa i vincoli. Poiché la tensione è generata fra il giunto di misura e i morsetti dove i fili arrivano, la temperatura di quei morsetti fa parte della misura: lo strumento deve conoscere la temperatura dei morsetti e compensarla. Significa anche che il circuito va costruito per intero con il filo per termocoppia corrispondente. Ogni punto dove il filo per termocoppia incontra un conduttore di rame è esso stesso un giunto termoelettrico, e uno che non è alla temperatura dei morsetti contribuisce con un errore invece che con un collegamento.

Le due forme di giunto del materiale fornito derivano da come è costruita la punta. In un giunto messo a massa la saldatura è anche in contatto elettrico con la guaina, quindi il calore la raggiunge in fretta e la risposta è rapida, ma il circuito di misura è collegato a tutto ciò che la guaina tocca. In un giunto isolato la saldatura sta isolata dentro la punta, il che separa il circuito al prezzo di una risposta più lenta. Il materiale offre entrambe e non dichiara un tempo di risposta per nessuna delle due, quindi la scelta si fa sulle ragioni dell’impianto e non su un valore pubblicato.

Due ulteriori proprietà pratiche vengono dalla costruzione. La guaina intrecciata sul cavo è insieme un protettore meccanico e una schermatura, il che conta su una macchina che porta azionamenti e resistenze di riscaldamento dove un segnale in millivolt non schermato raccoglie disturbi. E la guaina è in acciaio inox mentre la punta è in ferro, così la sonda tollera il contatto con la macchina senza che il cavo irrigidisca e infragilisca come farebbe un normale cavo polimerico vicino a una fascia calda.

Come scegliere la termocoppia a pinza

Si cominci dalla temperatura e dallo strumento. Il tipo di taratura segue il campo: tipo K fino a 800 °C, tipo E fino a 400 °C, oppure la variante PT100 dove un elemento a resistenza si presta meglio allo strumento. Da lì la decisione è obbligata, perché il sensore deve combaciare con il tipo di ingresso dello strumento di temperatura a cui si collega. Un PT100 su un ingresso di tipo K dà una visualizzazione plausibile e sbagliata, e il materiale fornito lo segnala esattamente.

Poi il montaggio. Dove la macchina ha un bossolo filettato nel punto di misura, la testa in acciaio inox M12×1,5 si avvita lì e la molla stabilisce la pressione di contatto. Dove non c’è, la testa si svita e la sonda viene serrata direttamente. La sede di serraggio è da 11,5 mm interni e 13 mm esterni con altezza 18 mm, e ne esistono versioni da 12 mm e da 14 mm a richiesta, quindi la sede deve combaciare con il bossolo o il foro in cui sta.

Poi la forma del giunto, messo a massa o isolato, per le ragioni dette sopra: rapidità contro isolamento.

Poi il cavo. La gamma standard è da 1 a 5 m, con 1 m, 5 m e 7 m nominati come lunghezze usuali, e altre lunghezze a richiesta. Una corsa più lunga della gamma standard vuol dire una prolunga, e una prolunga deve essere fatta con lo stesso filo per termocoppia con connettori corrispondenti; il materiale fornito non li specifica. Dove il cavo passa vicino a una superficie calda o lungo un asse in movimento, è la guaina intrecciata a proteggerlo, e il raggio minimo di curvatura per questo non è dichiarato.

Da ultimo i capicorda. I capicorda a forcella sono standard, con rosso al positivo e blu al negativo. Dove il morsetto dello strumento non accetta una forcella, si possono ottenere a richiesta capicorda a spinotto.

Limiti e punti da confermare

Il sensore non è di per sé uno strumento di misura tracciabile. Il materiale fornito non dà né una classe di accuratezza né una tolleranza per la termocoppia, e non dà un tempo di risposta, quindi questa pagina dichiara i campi ma non un’incertezza di misura. Dove una lettura deve essere difendibile, la termocoppia va abbinata a un trasmettitore o a uno strumento la cui accuratezza è nota e, idealmente, verificata contro un campione.

Il cavo è un limite facile da trascurare. Una sonda dichiarata fino a 800 °C alla punta non significa che il cavo sopravviva a 800 °C, e il materiale fornito non dichiara la portata di temperatura del cavo né quella del suo isolamento. Il punto di misura e il cammino che il cavo percorre vanno quindi considerati separatamente.

Diverse proprietà nominate nel materiale non sono quantificate. La sonda è descritta come capace di curvarsi e di sopportare pressioni elevate, ma non sono dati né un raggio minimo di curvatura né un valore di pressione, quindi nessuno dei due è pubblicato qui. Il materiale dà inoltre una gamma standard del cavo da 1 a 5 m e poi include 7 m fra le lunghezze usuali, il che è fuori da quel campo come dichiarato.

Da ultimo, l’identificazione è aperta. Il materiale fornito mette il tipo di taratura nel campo modello invece di un codice del pezzo, e un tipo di taratura è comune a ogni fornitore di quella termocoppia, quindi non è usato qui come identificatore. Un ordine dovrebbe dichiarare il tipo di taratura, la forma del giunto, la lunghezza del cavo, i capicorda e le dimensioni della sede di serraggio.