Una termocoppia è un dispositivo utilizzato per convertire il calore in energia elettrica. Misura la differenza di temperatura tra due punti. Le termocoppie sono tra i sensori di temperatura più utilizzati a causa della loro ampia disponibilità e dei costi molto bassi. Sfortunatamente, tuttavia, non sono i più accurati lettori di temperatura.
L'effetto Seebeck
L'effetto Seebeck gioca un ruolo chiave nella funzione di una termocoppia. Si afferma che una differenza di temperatura tra due semiconduttori metallici creerà elettricità. Quando questi semiconduttori formano un anello, viene prodotta una corrente elettrica. Le termocoppie si basano su questo effetto per misurare la temperatura. Quando una termocoppia viene posizionata tra un gradiente di temperatura tra due semiconduttori, diventa parte del circuito creato dall'effetto Seebeck. Ciò consente di misurare una tensione e convertire tale tensione in un gradiente di temperatura leggibile in base ai tipi di metallo utilizzati.
La funzione di una termocoppia
Quando una termocoppia misura un gradiente di temperatura, sta misurando la differenza di temperatura tra due semiconduttori. Ciò significa che una termocoppia deve essere collegata a un multimetro, che consente all'utente di leggere la tensione dei due semiconduttori coinvolti. La differenza di temperatura e la tensione sono direttamente correlate. Pertanto, se si può leggere la tensione che attraversa un circuito, si può quindi calcolare la differenza di temperatura tra i due semiconduttori. Questa differenza di temperatura si ottiene misurando la tensione; perché la tensione corrisponde direttamente alla differenza di temperatura tra le due giunzioni dei semiconduttori della termocoppia.
Tipi di termocoppie
Esistono molti tipi di termocoppie, tutte variabili nella lega metallica utilizzata nella loro sonda . Le termocoppie di tipo K più comuni (chromel-alumel), sono molto economiche e hanno una vasta gamma di temperature che possono misurare. Tuttavia, l'economicità di questo tipo mostra nel fatto che non è molto preciso e può sperimentare cambiamenti di sensibilità a temperature superiori a 354 gradi Celsius, che è il punto di Curie per il nichel, un componente di Chromel. Le termocoppie di tipo E (chromel-constantin) hanno una sensibilità maggiore rispetto al tipo K e sono non magnetiche. Esistono molti altri tipi di termocoppie e nella sezione Risorse è disponibile un elenco completo.
Applicazioni
Le termocoppie vengono utilizzate nella produzione di acciaio per misurare la temperatura dell'acciaio in ordine determinare il contenuto di carbonio dell'acciaio in base alla sua temperatura di fusione. Sono anche utilizzati nelle luci pilota. Questa applicazione richiede che la sonda della termocoppia si trovi nella fiamma pilota per indicare se la fiamma è accesa. Quando la fiamma è accesa, una corrente viene generata nella termocoppia e legge il calore prodotto dalla fiamma. Quando la fiamma è spenta, i sensori elettronici possono sapere di spegnere il gas per prevenire possibili perdite di gas.
Leggi sull'uso della termocoppia
Le termocoppie obbediscono a tre leggi quando sono in funzione. Innanzitutto, la legge dei materiali omogenei afferma che le temperature non applicate alle giunzioni della termocoppia non influenzeranno la tensione prodotta, perché non creano più un gradiente di temperatura. In secondo luogo, la legge dei materiali intermedi afferma che i nuovi materiali iniettati nel circuito non modificheranno la tensione finché le giunzioni formate dal nuovo materiale non subiranno un gradiente di temperatura. La legge delle temperature successive afferma che le tensioni tra tre o più giunzioni possono essere sommate insieme.
