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 per la loro ampia disponibilità e costi molto bassi. Sfortunatamente, tuttavia, non sono i lettori di temperatura più precisi.
L'effetto Seebeck
L'effetto Seebeck svolge un ruolo chiave nella funzione di una termocoppia. 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 di convertirla in un gradiente di temperatura leggibile a seconda dei 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, è quindi possibile calcolare la differenza di temperatura tra i due semiconduttori. Questa differenza di temperatura si ottiene misurando la tensione; poiché 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 più comuni termocoppie di tipo K (chromel-alumel) sono molto economiche e hanno una vasta gamma di temperature che possono misurare. Tuttavia, il basso costo di questo tipo dimostra che non è molto preciso e può subire variazioni di sensibilità a temperature superiori a 354 gradi Celsius, che è il punto di Curie per il nichel, un componente del cromel. Le termocoppie di tipo E (cromel-costantina) hanno una sensibilità superiore rispetto al tipo K e non sono magnetiche. Esistono molti altri tipi di termocoppie e un elenco completo è disponibile nella sezione Risorse.
Applicazioni
Le termocoppie vengono utilizzate nella produzione di acciaio per misurare la temperatura dell'acciaio al fine di determinare contenuto di carbonio dell'acciaio basato sulla sua temperatura di fusione. Sono utilizzati anche nelle luci pilota. Questa applicazione richiede che la sonda della termocoppia sia nella fiamma pilota per dire se la fiamma è accesa. Quando la fiamma è accesa, viene generata una corrente nella termocoppia e legge il calore prodotto dalla fiamma. Quando la fiamma è spenta, i sensori elettronici possono sapere di spegnere il gas per evitare possibili perdite di gas.
Leggi dell'uso della termocoppia
Le termocoppie obbediscono a tre leggi durante il funzionamento. Innanzitutto, la legge dei materiali omogenei afferma che le temperature non applicate alle giunzioni della termocoppia non influenzeranno la tensione prodotta, poiché non creano più un gradiente di temperatura. In secondo luogo, la legge dei materiali intermedi afferma che i nuovi materiali iniettati nel circuito non cambieranno la tensione fintanto che le giunzioni formate dal nuovo materiale non subiranno un gradiente di temperatura. La legge delle temperature successive stabilisce che le tensioni tra tre o più giunzioni possono essere sommate.
