Nell'anno 1821, un fisico chiamato 'Thomas Seebeck' ha rivelato che quando due diversi fili metallici sono stati collegati a entrambe le estremità di una giunzione in un circuito quando la temperatura applicata alla giunzione, ci sarà un flusso di corrente attraverso il circuito che è noto come campo elettromagnetico (EMF). L'energia prodotta dal circuito prende il nome di effetto Seebeck. Utilizzando l'effetto di Thomas Seebeck come sua linea guida, entrambi i fisici italiani, ovvero Leopoldo Nobili e Macedonio Melloni, collaborarono per progettare una batteria termoelettrica nell'anno 1826, che è chiamata moltiplicatore termico, derivò dalla scoperta della termoelettricità di Seebeck unendo un galvanometro così come una termopila per calcolare la radiazione. Per il suo impegno, alcune persone hanno identificato Nobili come lo scopritore della termocoppia.

Cos'è una termocoppia?

La termocoppia può essere definita come una sorta di temperatura sensore che viene utilizzato per misurare la temperatura in un punto specifico sotto forma di EMF o corrente elettrica. Questo sensore comprende due fili metallici dissimili che sono collegati insieme a una giunzione. La temperatura può essere misurata in questa giunzione e la variazione di temperatura del filo metallico stimola le tensioni.

Termocoppia

La quantità di EMF generata nel dispositivo è molto piccola (millivolt), quindi è necessario utilizzare dispositivi molto sensibili per calcolare la e.m.f prodotta nel circuito. I dispositivi comuni utilizzati per calcolare la e.m.f sono il potenziometro di bilanciamento della tensione e il galvanometro ordinario. Da questi due, un potenziometro di bilanciamento viene utilizzato fisicamente o meccanicamente.

Principio di funzionamento della termocoppia

Il principio della termocoppia dipende principalmente dai tre effetti: Seebeck, Peltier e Thompson.

Vedi beck-effect

Questo tipo di effetto si verifica tra due metalli dissimili. Quando il calore si offre a uno qualsiasi dei fili metallici, il flusso di elettroni si alimenta dal filo metallico caldo al filo metallico freddo. Pertanto, la corrente continua stimola il circuito.

Effetto peltier

“come usare un ohmmetro ”

Questo effetto Peltier è opposto all'effetto Seebeck. Questo effetto afferma che la differenza di temperatura può essere formata tra due qualsiasi conduttore dissimile applicando la variazione potenziale tra di loro.

Effetto Thompson

Questo effetto afferma che quando due metalli disparati si fissano insieme e se formano due giunzioni, la tensione induce la lunghezza totale del conduttore a causa del gradiente di temperatura. Questa è una parola fisica che dimostra il cambiamento di velocità e direzione della temperatura in una posizione esatta.

Costruzione della termocoppia

Di seguito viene mostrata la struttura del dispositivo. Comprende due diversi fili metallici e che sono collegati insieme all'estremità di giunzione. La giunzione pensa come la fine della misurazione. L'estremità della giunzione è classificata in tre tipi: giunzione senza messa a terra, messa a terra ed esposta.

Costruzione termocoppia

Giunzione senza messa a terra

In questo tipo di giunzione i conduttori sono totalmente separati dal carter di protezione. Le applicazioni di questa giunzione includono principalmente lavori di applicazione ad alta pressione. Il vantaggio principale dell'utilizzo di questa funzione è la riduzione dell'effetto del campo magnetico vagante.

Giunzione con messa a terra

In questo tipo di giunzione, i fili metallici, così come il coperchio di protezione, sono collegati tra loro. Questa funzione viene utilizzata per misurare la temperatura nell'atmosfera acida e fornisce resistenza al rumore.

Giunzione a vista

La giunzione esposta è applicabile nelle aree in cui è richiesta una risposta rapida. Questo tipo di giunzione viene utilizzato per misurare la temperatura del gas. Il metallo utilizzato per realizzare il sensore di temperatura dipende fondamentalmente dall'intervallo di calcolo della temperatura.

Generalmente, una termocoppia è progettata con due diversi fili metallici, vale a dire ferro e costantana, che fa in rilevamento elemento collegandosi a una giunzione che è denominata giunzione calda. Questo è costituito da due giunzioni, una giunzione è collegata da un voltmetro o trasmettitore dove la giunzione fredda e la seconda giunzione sono associate in un processo chiamato giunzione calda.

Come funziona una termocoppia?

Il diagramma della termocoppia è mostrato nell'immagine sottostante. Questo circuito può essere costruito con due metalli diversi e vengono accoppiati tra loro generando due giunzioni. I due metalli sono circondati dalla connessione tramite saldatura.

Nel diagramma sopra, le giunzioni sono denotate da P & Q e le temperature sono denotate da T1 e T2. Quando la temperatura della giunzione è dissimile l'una dall'altra, la forza elettromagnetica si genera nel circuito.

Circuito termocoppia

Se il temperato all'estremità della giunzione si trasforma in equivalente, allora l'equivalente, così come la forza elettromagnetica inversa, produce nel circuito e non c'è flusso di corrente attraverso di esso. Allo stesso modo, la temperatura all'estremità della giunzione diventa sbilanciata, quindi la variazione potenziale induce in questo circuito.

L'entità della forza elettromagnetica indotta nel circuito si basa sul tipo di materiale utilizzato per la produzione di termocoppie. L'intero flusso di corrente in tutto il circuito viene calcolato dagli strumenti di misurazione.

La forza elettromagnetica indotta nel circuito è calcolata dalla seguente equazione

E = a (∆Ө) + b (∆Ө) 2

Dove ∆Ө è la differenza di temperatura tra l'estremità della giunzione della termocoppia calda e l'estremità della giunzione della termocoppia di riferimento, a e b sono costanti

Tipi di termocoppie

Prima di passare alla discussione sui tipi di termocoppia, è necessario considerare che la termocoppia deve essere protetta in una custodia protettiva per isolarla dalle temperature atmosferiche. Questo rivestimento ridurrà notevolmente l'impatto della corrosione sul dispositivo.

Quindi, ci sono molti tipi di termocoppie. Diamo uno sguardo dettagliato a quelli.

Tipo K - Questo è anche definito come tipo di termocoppia Nickel-Chromium / Nickel-Alumel. È il tipo più generalmente utilizzato. Ha le caratteristiche di maggiore affidabilità, precisione e poco costoso e può funzionare per intervalli di temperatura estesi.

Tipo K.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -454F a 2300F (-270⁰C fino a 1260⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo K ha un livello di precisione di

Standard +/- 2,2 ° C o +/- 0,75% ei limiti speciali sono +/- 1,1 ° C o 0,4%

Tipo J - È un mix di ferro / costantana. Questo è anche il tipo di termocoppia più utilizzato. Ha le caratteristiche di maggiore affidabilità, precisione e poco costoso. Questo dispositivo può essere utilizzato solo per intervalli di temperatura inferiori e ha una breve durata se utilizzato a un intervallo elevato di temperature.

Tipo J.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -346F a 1400F (-210⁰C fino a 760⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo J ha un livello di precisione di

Standard +/- 2,2 ° C o +/- 0,75% ei limiti speciali sono +/- 1,1 ° C o 0,4%

Tipo T - È un mix di rame / costantana. La termocoppia di tipo T mantiene una maggiore stabilità ed è generalmente implementata per applicazioni a temperature inferiori come congelatori a temperatura ultra bassa e criogenia.

Tipo T.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -454F a 700F (-270⁰C fino a 370⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 1,0 ° C o +/- 0,75% ei limiti speciali sono +/- 0,5 ° C o 0,4%

Tipo E - È un mix di nichel-cromo / costantana. Ha una maggiore capacità di segnale e una migliore precisione rispetto a quella delle termocoppie di tipo K e J quando funzionano a ≤ 1000F.

Tipo e

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -454F a 1600F (-270⁰C fino a 870⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

“differenza tra segnale digitale e analogico ”

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 1,7 C o +/- 0,5% ei limiti speciali sono +/- 1,0 C o 0,4%

Tipo N - È considerata termocoppia Nicrosil o Nisil. I livelli di temperatura e precisione del tipo N sono simili al tipo K. Ma questo tipo è più costoso del tipo K.

Tipo N.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -454F a 2300F (-270⁰C fino a 392⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 2,2 ° C o +/- 0,75% ei limiti speciali sono +/- 1,1 ° C o 0,4%

Tipo S - È considerata come termocoppia Platino / Rodio o 10% / Platino. Il tipo di termocoppia S è estremamente implementato per applicazioni ad alta temperatura come nelle organizzazioni biotecnologiche e farmaceutiche. Viene anche utilizzato per applicazioni con intervallo di temperatura inferiore a causa della sua maggiore precisione e stabilità.

Tipo S.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -58F a 2700F (-50⁰C fino al 1480⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 1,5 ° C o +/- 0,25% ei limiti speciali sono +/- 0,6 ° C o 0,1%

“soft starter per motori a induzione ”

Tipo R - È considerata termocoppia Platino / Rodio o 13% / Platino. Il tipo di termocoppia S è estremamente implementato per applicazioni con intervallo di temperatura elevata. Questo tipo è incluso con una quantità maggiore di rodio rispetto al tipo S che rende il dispositivo più costoso. Le caratteristiche e le prestazioni del tipo R e S sono quasi simili. Viene anche utilizzato per applicazioni con intervallo di temperatura inferiore a causa della sua maggiore precisione e stabilità.

Tipo R.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da -58F a 2700F (-50⁰C fino al 1480⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 200⁰C)

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 1,5 ° C o +/- 0,25% ei limiti speciali sono +/- 0,6 ° C o 0,1%

Tipo B - È considerato come il 30% di platino rodio o il 60% di termocoppia platino rodio. Questo è ampiamente utilizzato nella gamma più alta di applicazioni di temperatura. Di tutti i tipi sopra elencati, il tipo B ha il limite di temperatura più elevato. A livelli di temperatura elevata, la termocoppia di tipo B manterrà maggiore stabilità e precisione.

Tipo B.

Gli intervalli di temperatura sono:

Filo per termocoppia - da 32F a 3100F (0⁰C al 1700⁰C)

Cavo di prolunga (0⁰Da C a 100⁰C)

Questo tipo T ha un livello di precisione di

Standard +/- 0,5%

I tipi S, R e B sono considerati termocoppie di metalli nobili. Questi sono scelti perché possono funzionare anche a intervalli di alta temperatura fornendo grande precisione e una lunga durata. Ma, se confrontati con i tipi di metalli di base, questi sono più costosi.

Quando si sceglie una termocoppia, è necessario considerare molti fattori che si adattano alle loro applicazioni.

Verificate quali sono gli intervalli di bassa e alta temperatura necessari per la vostra applicazione?
Quale budget della termocoppia da utilizzare?
Quale percentuale di accuratezza utilizzare?
In quali condizioni atmosferiche, la termocoppia viene azionata come inerte gassosa o ossidante
Qual è il livello di risposta che ci si aspetta, il che significa che quanto velocemente il dispositivo deve rispondere ai cambiamenti di temperatura?
Qual è il periodo di vita richiesto?
Verificare prima dell'operazione che il dispositivo sia o meno immerso in acqua ea quale profondità?
L'utilizzo della termocoppia sarà intermittente o continuo?
La termocoppia sarà soggetta a torsioni o flessioni per tutta la durata del dispositivo?

Come fai a sapere se hai una termocoppia difettosa?

Per sapere se una termocoppia funziona perfettamente, è necessario eseguire il test del dispositivo. Prima di procedere con la sostituzione del dispositivo, è necessario verificare che sia effettivamente funzionante o meno. Per fare ciò, un multimetro e una conoscenza di base dell'elettronica sono completamente sufficienti. Esistono principalmente tre approcci per testare la termocoppia utilizzando un multimetro e questi sono spiegati come di seguito:

Test di resistenza

Per eseguire questo test, il dispositivo deve essere posizionato in una linea di apparecchi a gas e l'attrezzatura richiesta è un multimetro digitale e pinze a coccodrillo.

Procedura: collegare le clip a coccodrillo alle sezioni del multimetro. Attaccare le clip su entrambe le estremità della termocoppia dove un'estremità sarà piegata nella valvola del gas. Ora accendi il multimetro e annota le opzioni di lettura. Se il multimetro visualizza gli ohm in piccolo ordine, la termocoppia è in perfette condizioni di funzionamento. Oppure quando la lettura è di 40 ohm o più, allora non è in buone condizioni.

Test a circuito aperto

Qui, l'attrezzatura utilizzata è clip a coccodrillo, un accendino e un multimetro digitale. Qui, invece di misurare la resistenza, viene calcolata la tensione. Ora, con l'accendino riscaldare un'estremità della termocoppia. Quando il multimetro visualizza una tensione nell'intervallo di 25-30 mV, funziona correttamente. Oppure, quando la tensione è prossima a 20mV, il dispositivo deve essere sostituito.

Test a circuito chiuso

Qui, l'attrezzatura utilizzata è clip a coccodrillo, adattatore per termocoppia e multimetro digitale. Qui, l'adattatore viene posizionato all'interno della valvola del gas e quindi la termocoppia viene posizionata su un bordo dell'adattatore. Ora accendi il multimetro. Quando la lettura è nell'intervallo di 12-15 mV, il dispositivo è in condizioni adeguate. Oppure quando la lettura della tensione scende sotto i 12mV, indica un dispositivo difettoso.

Quindi, utilizzando i metodi di test sopra, è possibile scoprire se una termocoppia funziona correttamente o meno.

Qual è la differenza tra termostato e termocoppia?

Le differenze tra termostato e termocoppia sono:

Caratteristica	Termocoppia	Termostato
Intervallo di temperatura	Da -454 a 3272⁰F	Da -112 a 302⁰F
Fascia di prezzo	Di meno	Alto
Stabilità	Fornisce meno stabilità	Fornisce una stabilità media
Sensibilità	La termocoppia ha meno sensibilità	Il termostato offre la migliore stabilità
Linearità	Moderare	Povero
Costo del sistema	Alto	medio

Vantaggi e svantaggi

I vantaggi delle termocoppie includono quanto segue.

La precisione è elevata
È robusto e può essere utilizzato in ambienti come vibrazioni dure e alte.
La reazione termica è veloce
L'intervallo operativo della temperatura è ampio.
Ampia gamma di temperature di esercizio
Il costo è basso ed estremamente coerente

Gli svantaggi delle termocoppie includono quanto segue.

Non linearità
Minima stabilità
Basso voltaggio
È richiesta la referenza
minima sensibilità
La ricalibrazione della termocoppia è difficile

Applicazioni

Alcuni dei applicazioni delle termocoppie include il seguente.

Questi sono usati come sensori di temperatura nei termostati in uffici, case, uffici e aziende.
Questi sono utilizzati nelle industrie per monitorare le temperature dei metalli in ferro, alluminio e metallo.
Questi sono utilizzati nell'industria alimentare per applicazioni criogeniche e a bassa temperatura. Le termocoppie sono utilizzate come pompa di calore per eseguire il raffreddamento termoelettrico.
Questi sono usati per testare la temperatura negli impianti chimici, impianti petroliferi.
Questi sono utilizzati nelle macchine a gas per rilevare la fiamma pilota.

Qual è la differenza tra RTD e termocoppia?

L'altra cosa più importante che deve essere considerata nel caso della termocoppia è come è diversa dal dispositivo RTD. Quindi, la tabella spiega le differenze tra RTD e termocoppia.

RTD	Termocoppia
L'RTD è ampiamente adatto per misurare un intervallo di temperatura inferiore compreso tra (-200⁰Da C a 500⁰C)	La termocoppia è adatta per misurare un intervallo di temperatura più elevato compreso tra (-180⁰C fino a 2320⁰C)
Per un intervallo minimo di commutazione, mostra una maggiore stabilità	Questi hanno una stabilità minima e anche i risultati non sono precisi se testati più volte
Ha più precisione di una termocoppia	La termocoppia ha meno precisione
La gamma di sensibilità è maggiore e può persino calcolare variazioni di temperatura minime	L'intervallo di sensibilità è inferiore e questi non possono calcolare variazioni di temperatura minime
I dispositivi RTD hanno un buon tempo di risposta	Le termocoppie forniscono una risposta rapida rispetto a quella degli RTD
L'output è di forma lineare	L'output è di forma non lineare
Questi sono più costosi della termocoppia	Questi sono economici rispetto agli RTD

Qual è la durata della vita?

Il durata della termocoppia si basa sull'applicazione quando viene utilizzata. Quindi, non è possibile prevedere in modo specifico il periodo di vita della termocoppia. Quando il dispositivo viene mantenuto correttamente, il dispositivo avrà una lunga durata. Considerando che, dopo un uso continuo, potrebbero danneggiarsi a causa dell'effetto dell'invecchiamento.

Inoltre, a causa di ciò, le prestazioni di uscita saranno ridotte e i segnali avranno una scarsa efficienza. Anche il prezzo della termocoppia non è elevato. Quindi, è più consigliato modificare la termocoppia ogni 2-3 anni. Questa è la risposta a qual è la durata di una termocoppia ?

Quindi, si tratta di una panoramica della termocoppia. Dalle informazioni di cui sopra, infine, possiamo concludere che la misurazione di uscita termocoppia può essere calcolato utilizzando metodi come un multimetro, un potenziometro e un amplificatore tramite dispositivi di uscita. Lo scopo principale della termocoppia è costruire misurazioni di temperatura coerenti e dirette in diverse applicazioni.