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Termocoppia

Che cos'è una termocoppia?

Una termocoppia è un circuito comprendente due diversi metalli (ferro e rame) uniti tra di loro attraverso due giunzioni.

In teoria in assenza di generatore di tensione non dovrebbe fluire alcuna corrente all’interno dell’anello metallico in quanto tutti i portatori di carica si trovano allo stesso potenziale.

Tuttavia una differenza di temperatura tra i due metalli genera anche una differenza di potenziale tale da creare una corrente. Questo fenomeno è noto come effetto Seebeck.

effetto Seebeck

L’effetto Seebeck consiste nel mantenere le due giunzioni a temperature diverse e tale gradiente di temperatura farà in modo che si crei una differenza di potenziale tra i due metalli che genera una corrente che scorre dalla giunzione mantenuta a temperatura minore verso quella a temperatura maggiore, cioè nel verso che va dal rame al ferro.

Come avviene la rilevazione della temperatura

Abbiamo detto che le due giunzioni sono tenute a temperature diverse vi è dunque una giunzione calda ed una fredda.

La giunzione calda viene posta a contatto con il sistema di cui si vuole conoscere la temperatura e dunque si porta in equilibrio termico con esso.

La giunzione fredda viene lasciata a temperatura ambiente tuttavia essa è collegata tramite altri conduttori ad un registratore di temperatura che rileva la temperatura tramite una termoresistenza ed opera una compensazione della temperatura ambiente così che è come se il giunto freddo si trovasse a temperatura 0°C qualsiasi sia la temperatura ambiente. Questo processo assicura una grande precisione nella misurazione della temperatura.

Dipendenza tra temperatura e differenza di potenziale

Abbiamo detto che vi è dipendenza per una termocoppia tra la differenza di temperatura tra le due giunzioni e la differenza di potenziale elettrico che si misura. Tale relazione non è lineare e dipende inoltre dai due metalli che sono presenti in una termocoppia.

Nel caso di termocoppie di tipo J composte cioè da ferro e costantana (una lega a base di rame e nichel) i limiti di temperatura rilevati vanno da -40°C a + 750 °C  con una sensibilità di appena 51,7 μV/°C.

La legge che lega la temperatura della giunzione calda quando quella fredda è relazionata allo 0°C è la seguente:

T = c0 + c1 ∙ V + c2 ∙ V2 + …. + cn ∙ Vn

In questa equazione le c sono dei coefficienti che sono noti attraverso tabelle specifiche mentre V è il potenziale elettrico misurato tra le giunture della termocoppia ed espresso in mV. La temperatura è restituita in °C.

Forniamo qui di seguito una tabella che fornisce i valori dei primi 8 coefficienti c dell’equazione appena scritta per le termocoppie di tipo J suddiviso su due colonne: nella prima i coefficienti validi se la rilevazione del potenziale è compreso tra -8,095 mV e 0 mV e la seconda colonna relativa ai potenziali compresi tra 0 mV e 42,919 mV:

termocoppia

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