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Sensori di temperatura a termocoppia

Sensore di temperatura a termocoppia

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Molte industrie diverse scelgono di utilizzare una termocoppia rispetto ad altri tipi di sonde di temperatura. Alcuni dei motivi per cui sono popolari sono che sono molto facili da usare e forniscono risposte rapide quando la temperatura cambia. Hanno anche la gamma più ampia rispetto a qualsiasi altro sensore di temperatura. Le termocoppie possono registrare letture da -200 gradi Celsius a oltre 2000 gradi.

Come scegliere una termocoppia?

Le termocoppie sono sensori di temperatura molto popolari. Sono economici, intercambiabili, robusti e possono misurare un'ampia gamma di temperature. 

Le sonde di misura a termocoppia sono essenzialmente costituite da due metalli/leghe dissimili. Quando si uniscono, generano un segnale debole se c'è una differenza di temperatura tra la giunzione calda (giunzione di misura) e la giunzione fredda o la giunzione di riferimento. 

Il segnale dipende solo dalla differenza di temperatura. E, in quanto tale, una sonda a termocoppia non può essere testata correttamente se entrambe le giunzioni sono alla stessa temperatura. 

Sebbene sia possibile utilizzare quasi tutti i tipi di metallo per realizzare un sensore di temperatura, vengono utilizzati numerosi tipi standard perché hanno tensioni di uscita prevedibili e ampi gradienti di temperatura.

È essenziale che il cablaggio (giunto freddo) al contatore sia di materiale di compensazione o di estensione dello stesso valore nominale della termocoppia. L'uso di fili di rame o altri materiali causerà la perdita di EMC e quindi un errore. 

La legge sui metalli intermedi afferma che un terzo metallo, inserito tra i due metalli dissimili di una giunzione di una termocoppia, non avrà alcun effetto a condizione che le due giunzioni siano alla stessa temperatura. 

Questa legge è importante anche nella costruzione delle giunzioni. È accettabile realizzare una giunzione saldando i due metalli, poiché la saldatura non influirà sulla lettura della temperatura. In pratica le giunzioni a termocoppia vengono realizzate saldando tra loro i due metalli. Ciò garantisce che le prestazioni di misurazione della temperatura non siano limitate dal punto di fusione della saldatura.

Cos'è una termocoppia?

I sensori sono disponibili come termocoppie "nude" che sono poco costose e offrono una risposta rapida. Sono integrati in sonde di temperatura o tubi metallici ad isolamento minerale. 

È disponibile un'ampia varietà di sensori, adatti a diverse applicazioni di misurazione (industriale, scientifica, temperatura degli alimenti, ricerca medica, ecc.). Nella scelta di una termocoppia è necessario tenere in considerazione il tipo di sensore, l'isolamento e la costruzione della sonda di temperatura. Tutto ciò avrà un effetto sull'intervallo di temperatura misurabile, sull'accuratezza della misurazione e sull'affidabilità della lettura della temperatura.

Curva termocoppia


Termocoppia di tipo K (Chromel / Alumel)

Il tipo K è la termocoppia "general purpose". È poco costoso e, grazie alla sua popolarità, è disponibile in un'ampia varietà di sonde. 

Le termocoppie sono disponibili con un intervallo di temperatura da -200 a +1200 gradi Celsius. 

La sensibilità è di circa 41uV / ° C. 

Usa il tipo K a meno che tu non abbia una buona ragione per non farlo.

Materiale + Chromel / - Alumel

Colore + Giallo / - Rosso

Termocoppia di tipo J (ferro / costantana)

Il campo di misura limitato (da -40 a +750°C) rende questo tipo di sonda meno popolare del tipo K. 

L'applicazione principale di questa sonda di temperatura è con apparecchiature meno recenti che non possono accettare termocoppie "moderne". I tipi J non devono essere utilizzati a temperature superiori a 760°C, poiché una brusca trasformazione magnetica causerà una decalibrazione permanente.

Materiale + ferro / - Costantana

Colore bianco / rosso

Termocoppia di tipo N (Nicrosil / Nisil)

L'elevata stabilità e resistenza all'ossidazione rendono il tipo N adatto per misure ad alta temperatura senza il costo dei tipi al platino (B, R, S). Progettata per essere una sonda di misurazione della termocoppia "K" migliorata, sta diventando sempre più popolare.

Materiale + Nicrosil /

Colore Nilo + Arancione / - Rosso

I tipi B, R e S sono tutte termocoppie metalliche "nobili" e hanno caratteristiche simili. 

Questi strumenti di misura sono i più stabili di tutte le termocoppie. Ma a causa della loro bassa sensibilità (circa 10uV/0C), vengono solitamente utilizzati solo per misurazioni ad alta temperatura (>600°C). Questi sensori di temperatura in metallo nobile richiedono tutti guaine protettive in ceramica ad alta purezza per l'uso in applicazioni industriali.

Termocoppia di tipo B (Platino / Rodio)

Adatto per misurazioni ad alta temperatura fino a 1800 ° C.

Termocoppia di tipo R (platino/rodio)

Questo sensore di temperatura a termocoppia è adatto per misurazioni ad alta temperatura fino a 1600 ° C. Tuttavia, ha una bassa sensibilità (10 uV/°C) e un costo elevato.

Termocoppia di tipo S (platino / rodio)

Questa sonda di temperatura è adatta per misurazioni ad alta temperatura fino a 1600 ° C. Grazie alla sua elevata stabilità, il tipo S viene utilizzato come standard per il punto di fusione dell'oro (1064,43 ° C).

Istruzioni d'utilizzo

Precauzioni e considerazioni sull'uso delle termocoppie

La maggior parte dei problemi e degli errori di misurazione della temperatura sono dovuti alla mancanza di comprensione di come funzionano le termocoppie. 

Questi indicatori di temperatura possono subire l'invecchiamento e la precisione può variare di conseguenza, soprattutto dopo un'esposizione prolungata a temperature agli estremi del loro range operativo utile. Ecco alcuni dei problemi più comuni da considerare.

Problemi di connessione dei dispositivi di misurazione della termocoppia

Molti errori di misurazione sono causati da giunzioni non intenzionali. Qualsiasi unione di due metalli dissimili risulterà in un'unione. Se è necessario aumentare la lunghezza del cavo del dispositivo di misurazione, è necessario utilizzare il tipo di cavo di prolunga (ad es. Tipo K per termocoppie di tipo K). 

L'utilizzo di un altro tipo di filo presenterà una giunzione del sensore della termocoppia. I connettori utilizzati devono essere realizzati con il materiale corretto e rispettando la corretta polarità. Qualsiasi cortocircuito dei fili nell'intestazione del terminale o nel connettore creerà un'altra giunzione e lo strumento leggerà quella temperatura e non la temperatura della giunzione calda.

Resistenza al piombo

Per migliorare i tempi di risposta, le termocoppie sono realizzate in filo sottile (nel caso dei tipi al platino, viene preso in considerazione anche il costo). Ciò può portare a un'elevata resistenza del sistema di misura che può renderlo suscettibile al rumore e può anche causare errori dovuti all'impedenza di ingresso dello strumento di misura. 

Un tipico sensore di temperatura a giunzione esposta con filo 32AWG (0,25 mm di diametro) avrà una resistenza di circa 15 ohm/metro. Se sono necessarie termocoppie con fili sottili o cavi lunghi, vale la pena tenere i fili corti e quindi utilizzare un cavo di prolunga (che è molto più spesso, quindi una resistenza inferiore) da far passare tra la termocoppia e lo strumento di misura.

interferenza

L'uscita di una termocoppia è un segnale debole, quindi è soggetta a interferenze elettriche. Se il sensore si trova in un ambiente rumoroso (ad esempio vicino a un motore elettrico), si consiglia di utilizzare un cavo di prolunga schermato. Se si sospetta il sensore di rumore, spegnere tutte le apparecchiature sospette e verificare se la lettura cambia.

Non è possibile eseguire alcuna funzione di manutenzione su una termocoppia, ma si consigliano controlli di calibrazione programmati.

  • Le termocoppie derivano nella calibrazione, ma la velocità di deriva dipende dal tempo e dalla temperatura.
  • In una sorgente di temperatura nota, controllare l'uscita della termocoppia con i gradi C della termocoppia dal grafico.
  • Le termocoppie o il relativo cablaggio possono cortocircuitare o aprirsi, causando segnali di errore. Un'altra condizione di guasto per i data logger oi trasmettitori è la bassa resistenza di isolamento tra i conduttori e la terra, che causa la messa a terra del circuito della termocoppia.

Se la termocoppia mostra una delle 3 condizioni di guasto, deve essere sostituita.

Maggiori informazioni sulle termocoppie di seguito!

Range di temperatura Tabella di conversione (T°/mV)