Le Termocoppie

La termocoppia è un trasduttore di temperatura il cui funzionamento è basato sull’effetto termoelettrico (effetto Seebeck).

Le termocoppie sono realizzate tramite giunzioni con metalli diversi. Sperimentalmente si osserva che in un circuito formato da due metalli diversi A e B le cui giunzioni si trovano a temperature diverse T1 e T2 si instaura una circolazione di corrente.

Se il circuito viene aperto, si manifesta ai suoi capi una differenza di potenziale che dipende dalla differenza di temperatura e un coefficiente di proporzionalità (coefficiente di Seebeck).

La giunzione collegata è chiamata giunto caldo, ed è il punto nel quale viene applicata la temperatura da misurare. L’altra estremità, costituita dalle estremità libere dei due conduttori, è convenzionalmente chiamata giunto freddo.

Principio di funzionamento


Il principio di funzionamento delle termocoppie si basa sull’effetto Seebeck. In un circuito formato da due conduttori di natura differente, sottoposto a un gradiente di temperatura, si instaura una differenza di potenziale.

Tale potenziale è funzione diretta della differenza di temperatura, secondo una legge non lineare, ma nel nostro caso, con un’approssimazione di primo grado, considereremo tale relazione come la seguente:

Coefficiente di Seebeck

Il coefficiente di Seebeck α dipende dai due metalli ed è funzione a sua volta della temperatura, ma per fini pratici, la caratteristica viene opportunamente linearizzata.

In commercio si trovano varie tipologie di termocoppie. A tal proposito si riporta di seguito la tabella delle proprietà delle differenti tipologie:

In particolare se TF=0V la tensione misurata è direttamente proporzionale alla temperatura del giunto caldo TC, e pertanto si ha:


Collegamento Termocoppia

Prendiamo in esempio una termocoppia di tipo T. La f.e.m. misurata dipende sia dalle temperature delle giunzioni della termocoppia (JC-JF), sia dalle giunzioni dovute ai cavetti di collegamento.

Nel diagramma di collegamento è necessario annullare la f.e.m. generata dal giunto JR.

Il giunto rame-rame non porta contributo poiché fatto con due materiali uguali.

Il giunto constantana-rame invece genera una f.e.m VR che si oppone alla f.e.m Vc generata dalla termocoppia, pertanto la tensione misurata sarà:

Compensazione Termocoppia

Con i sistemi di acquisizione dati si preferisce fare la compensazione del giunto freddo mediante procedure software.

Questo metodo di compensazione risulta molto flessibile, in quanto si adatta a tutte le termocoppie e consente di tener conto anche delle non linearità del comportamento.

La compensazione software prevede innanzitutto la misura della temperatura ambiente tramite un sensore montato su di un blocco isotermo. A tale scopo può essere impiegato un sensore di temperatura integrato con uscita in tensione.

Legami tensione temperatura

Nella pratica, si usano legami funzionali noti, sia diretti che inversi, fra la tensione della termocoppia e la temperatura, riferita a 0 °C. Queste funzioni dirette e inverse sono assegnate con opportuni sviluppi polinomiali:

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