Che cos'è la termocoppia?

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 grazie alla loro ampia disponibilità e al costo molto contenuto. Sfortunatamente, tuttavia, non sono i lettori di temperatura più precisi.

L'effetto Seebeck gioca 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 affidano a questo effetto per misurare la temperatura. Quando una termocoppia viene posta 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 a seconda dei tipi di metallo utilizzati.

Quando una termocoppia misura un gradiente di temperatura, misura 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; poiché la tensione corrisponde direttamente alla differenza di temperatura tra le due giunzioni dei semiconduttori della termocoppia.

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 un ampio intervallo di temperature che possono misurare. Tuttavia, l'economicità di questo tipo si manifesta nel fatto che non è molto preciso e può subire cambiamenti in sensibilità a temperature superiori a 354 gradi Celsius, che è il punto di Curie per il nichel, un costituente di cromo. Le termocoppie di tipo E (chromel-constantin) hanno una sensibilità maggiore rispetto al tipo K e non sono magnetiche. Esistono molti altri tipi di termocoppie e un elenco completo può essere trovato nella sezione Risorse.

Le termocoppie vengono utilizzate nella produzione dell'acciaio per misurare la temperatura dell'acciaio al fine di determinare il contenuto di carbonio dell'acciaio in base alla 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 si genera una corrente nella termocoppia che 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.

Le termocoppie obbediscono a tre leggi quando sono in funzione. Innanzitutto, la legge dei materiali omogenei afferma che le temperature non applicate alle giunzioni del la termocoppia non influenzerà la tensione prodotta, perché non creano più una temperatura pendenza. In secondo luogo, la legge dei materiali intermedi afferma che i nuovi materiali iniettati nel circuito non lo faranno cambiare la tensione finché le giunzioni formate dal nuovo materiale non subiscono una temperatura pendenza. La legge delle temperature successive afferma che le tensioni tra tre o più giunzioni possono essere sommate.