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Come scegliere una termocoppia
#1
Il principio di funzionamento di una termocoppia si basa sulla proprietà di generare una F.E.M. (Forza Elettro Motrice) da parte della giunzione di due metalli differenti sottoposti all’azione della temperatura. Questa F.E.M. è direttamente proporzionale al salire e allo scendere della temperatura. Questa caratteristica viene denominata effetto seebeck nome che deriva dal fisico che ha per primo osservato questo evento.

Ci sono differenti tipologie di termocoppie che vengono classificate in base alla scelta dei metalli accoppiati e alla loro proprietà di raggiungere più o meno temperature elevate o basse (Vedi allegato 1). Le tre termocoppie più comuni sono K, T e J, di cui il tipo K è il più diffuso grazie al suo ampio intervallo di temperature di misura ed il suo basso costo. Il tipo K ha un conduttore positivo Nichel-Cromo ed un conduttore negativo Nichel-Alluminio. Vi sono termocoppie per alte temperature come R, S, B, G, C e D che offrono prestazioni fino a 2320 °C. Esse Sono costituite da metalli preziosi (platino/rodio e Tungsteno/renio) e quindi sono relativamente costose. La termocoppia di tipo S per le sue caratteristiche è quella tipicamente utilizzata dai laboratori accreditati LAT come campione di riferimento di laboratorio.
Sebbene il tipo di termocoppia determini l'intervallo di temperatura, la portata massima è limitata dal diametro del filo termocoppia. Cioè, una termocoppia molto sottile potrebbe non raggiungere l'intervallo di temperature dichiarato.

Poiché le termocoppie misurano un'ampia gamma di temperature e possono essere relativamente robuste, sono molto spesso utilizzate nell'ambito industriale. Per la scelta della nostra termocoppia dobbiamo tenere in considerazione le seguenti caratteristiche:

1-Campo di temperatura e tolleranze (vedi allegato 1).
2-Morfologia (TC a filo a sonda e superficie).
3-Resistenza chimica del materiale della termocoppia o guaina.
4-Resistenza alle vibrazioni ed all'abrasione.
5-Tempo di risposta in misura
6-Tipologia di giunzione (Vedi allegato 2)

Inoltre si devono verificare i requisiti d'installazione (potrebbe essere necessaria la compatibilità con le attrezzature esistenti; fori esistenti possono limitare il diametro della sonda da utilizzare).

1-Campo di temperatura e tolleranze.
Per quanto riguarda il campo di temperatura ci si deve affidare alla tabella riportata nell’allegato 1 scegliendo la termocoppia più adatta anche in funzione del rapporto costi benefici. Se si deve utilizzare una termocoppia a 1000°C abbiamo una vasta gamma di termocoppia fra le quali può ricadere la nostra scelta a questo punto si dovrà decidere anche in base ai costi. Ad esempio sia la tipo K che la S coprono il campo di temperatura precedentemente menzionato però la tipo S ha un costo 10 volte superiore rispetto alla tipo K e per la maggior parte delle applicazioni la tipo S e sin troppo accurata e delicata per pensare di poterla sfruttare ragionevolmente. Le normative di riferimento per le termocoppie sono la CEI EN 60584-1/2/3 le quali riportano le caratteristiche in generale, le colorazioni dei cavi di estensione e compensazione, le tabelle riportanti le forze elettromotrici di riferimento e le tolleranze in base alla tipologia e alla classe di appartenenza.


2-Morfologia
Termocoppia di filo ad estremità a perlina
Una termocoppia di filo ad estremità a forma di perla è la più semplice tra le termocoppie. È costituita da due fili di termocoppia uniti insieme con un cordone saldato. Poiché il cordone è esposto, ci sono delle limitazioni applicative. La termocoppia di questo tipo non deve essere utilizzata con liquidi che potrebbero corrodere e ossidare la lega di termocoppia. Le superfici metalliche possono anche essere problematiche. Spesso le superfici metalliche, in particolare i tubi, sono utilizzati per scaricare a terra i sistemi elettrici. Il collegamento indiretto ad un impianto elettrico potrebbe influenzare la misura della termocoppia. In generale, le termocoppie a filo ad estremità a perlina sono una buona scelta per la misurazione della temperatura del gas. Poiché possono essere molto piccole, esse forniscono dei tempi di risposta molto veloci.
Sonda a termocoppia
Una sonda a termocoppia consiste di un filo di termocoppia alloggiato all'interno di un tubo metallico o ceramico. La parete del tubo è la guaina della sonda. I materiali di guaina comuni sono l'acciaio inox e Inconel. L'Inconel supporta i campi di temperature superiori rispetto all'acciaio inossidabile, tuttavia, quest'ultimo è spesso preferito per la sua ampia compatibilità chimica. Per le temperature molto elevate, sono disponibili altre guaine di materiali resistenti alle temperature estreme come le guaine in ceramica o allumina.
Sonda di superficie
La misurazione della temperatura di una superficie solida risulta complessa per la maggior parte dei tipi di sensori di temperatura. Per garantire una misurazione accurata, l'intera area di misurazione del sensore deve essere a contatto con la superficie. Questo può essere difficoltoso quando si lavora con un sensore rigido ed una superficie rigida anch'essa. Dato che le termocoppie sono costituite da metalli pieghevoli, la giunzione è a forma piatta e sottile per garantire il massimo contatto con una superficie solida rigida. Queste termocoppie sono una scelta eccellente per le misure di superficie. La termocoppia può anche essere costituita da un meccanismo a contatto girevole (a rotelle), che lo rende adatta per misurare la temperatura di una superficie in movimento.

3-Resistenza chimica del materiale della termocoppia o guaina.
Durante la scelta del tipo di termocoppia si deve anche considerare l’applicazione per la quale verrà impiegata. Le termocoppie possono essere inguainate con diversi materiali in funzione della necessità di resistere più o meno alle alte temperature ed in funzione di dover essere esposte ad agenti chimici esterni. Si possono avere anche termocoppie che non sono inguainate e presentano le caratteristiche simili ad un cavo con rivestimento flessibile. Alcune termocoppie a filo hanno delle caratteristiche per le quali la loro guaina flessibile può comunque resistere a temperature medio/alte come quelle con guaina in fibra di vetro.

4-Resistenza alle vibrazioni ed all'abrasione.
Altri due fattori da tenere in considerazione sono le vibrazioni e l’abrasione che possono influire sulle prestazioni e sul funzionamento della termocoppia in questione. Scegliere una termocoppia con guaina in allumina per un utilizzo in ambienti con vibrazioni importanti non è indicato poiché l’allumina presenta caratteristiche di durezza elevate pertanto le vibrazioni porterebbero alla rottura del materiale. Molto più indicate guaine metalliche o per misure di bassa temperatura termocoppie a filo. Per la scelta della termocoppia si deve anche fare attenzione agli eventuali agenti abrasivi presenti nel vostro processo. Una termocoppia a filo di sicuro non avrebbe vita facile all’interno di tali processi. In alcuni casi sono previsti cicli di sostituzione periodica per far si che la termocoppia installata sul processo sia sempre efficiente.

5-Tempo di risposta in misura
La costante di tempo è stata definita come il tempo richiesto da un sensore per raggiungere il 63,2% del cambiamento di temperatura in un insieme di condizioni specifico. Una termocoppia a giunzione esposta ha una risposta più veloce. Inoltre, minore è il diametro della guaina della sonda, più veloce è la risposta, ma la temperatura massima sostenibile può essere inferiore. Tuttavia la guaina della sonda può non sopportare l'intera gamma di temperatura del tipo di termocoppia.

6-Tipologia di giunzione (Vedi allegato 2)
Le sonde a termocoppia con guaina sono disponibili con uno dei seguenti tre tipi di giunzione: a terra, isolata o esposta. Sulla punta di una sonda a giunzione a terra, i fili della termocoppia sono fisicamente attaccati alla parete interna della sonda. Ciò si traduce in buon trasferimento di calore dall'esterno, attraverso la parete della sonda alla giunzione della termocoppia. In una sonda isolata, la giunzione termocoppia è separata ed isolata dalla parete della sonda. Il tempo di risposta è più lento dello stile a terra, ma l'isolamento elettrico può fare la differenza (Vedi allegato 3). La termocoppia a giunzione esposta, sporge fuori dalla punta della guaina ed è esposta all'ambiente circostante. Questa tipologia offre il miglior tempo di risposta, ma è limitata all'uso nelle applicazioni secche, non corrosive e non pressurizzate.




Buona lettura


Allegati Anteprime
   

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#2
salve, chiedo scusa per la mia ignoranza innanzitutto.

ho una termocoppia di tipo k collegata a un termostato elettronico, avrei necessità di prolungare i cavi è necessario procurare una prolunga apposita o è possibile collegare ai terminali della termocoppia una coppia di cavi di rame identici?

la mia ignoranza mi suggerisce che quest'ultimo metodo possa funzionare visto che trasporterebbe semplicemente ciò che ai capi della termocoppia è già misurato.

grazie per il consiglio che vorrete darmi.
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#3
Ciao e benvenuto. Per non sbagliare le misure devi procurarti una prolunga di cavo della stesso tipo della tua.
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#4
quindi poi togliere i morsetti e mettere una presa adatta? è quantificabile l'errore che ci sarebbe utilizzando una prolunga di rame?

grazie ancora
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#5
Puoi comprare dei connettori maschio e femmina abbinandoli correttamente. L'errore dipende dalle FEM parassite che si generano dipendenti dalla temperatura ambiente. Non le puoi quantificare.
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