Termocoppie

Le termocoppie sono tra i sensori di temperatura più diffusi nell’industria, apprezzate per la robustezza, l’ampio campo di misura e il basso costo. Funzionano sfruttando un fenomeno fisico, l’effetto termoelettrico: unendo due metalli diversi e scaldando il punto di giunzione, tra le estremità compare una piccola tensione elettrica che dipende dalla temperatura. Misurando questa tensione si risale alla temperatura del punto di misura. Le termocoppie sono semplici, resistenti e capaci di misurare temperature molto alte, per questo si trovano ovunque servano misure robuste in forni, motori, processi industriali e apparecchiature. Capire come funzionano, quali tipi esistono e come sceglierle aiuta a usarle correttamente e a ottenere misure di temperatura affidabili in condizioni anche estreme.

Questa pagina spiega l’effetto termoelettrico, i tipi e le classi di termocoppia, e i criteri di scelta. È una guida per il tecnico che misura la temperatura a contatto.

L’effetto termoelettrico

Il principio della termocoppia è l’effetto termoelettrico, o effetto Seebeck. Quando due metalli diversi sono uniti in un punto e questo punto è a una temperatura diversa dalle altre estremità, nel circuito compare una piccola tensione elettrica, dell’ordine dei millivolt, che dipende dalla differenza di temperatura tra la giunzione di misura, detta giunto caldo, e le estremità collegate allo strumento, dette giunto freddo. La tensione dipende dai due metalli usati e dalla differenza di temperatura in modo noto e ripetibile. Lo strumento misura questa tensione e, conoscendo la temperatura del giunto freddo, calcola la temperatura del punto di misura. È un principio semplice ed elegante: la termocoppia non ha bisogno di alimentazione, genera essa stessa il segnale, ed è questo che la rende così robusta e affidabile. La misura richiede però di conoscere la temperatura del giunto freddo, aspetto gestito dalla compensazione del giunto freddo.

Tipi e classi di termocoppia

Esistono diversi tipi di termocoppia, identificati da lettere, che si differenziano per la coppia di metalli usata. Ogni tipo ha un campo di temperatura e caratteristiche proprie: alcuni tipi coprono temperature moderate con buona precisione e basso costo, altri sono adatti a temperature molto elevate, altri resistono ad ambienti particolari o offrono maggiore stabilità. La scelta del tipo dipende dalla temperatura da misurare, dall’ambiente e dalla precisione richiesta. Oltre al tipo, le termocoppie hanno una classe di tolleranza, che indica l’errore massimo ammesso: una classe più stretta significa maggiore accuratezza. Conta poi la costruzione della sonda: il diametro, la guaina protettiva, la giunzione isolata o a massa, la forma adatta a liquidi, superfici o penetrazione. Scegliere il tipo, la classe e la costruzione giusti è ciò che rende la termocoppia adatta all’applicazione specifica.

Aspetto	Cosa determina
Tipo	Coppia di metalli e campo di temperatura
Classe	Tolleranza e accuratezza
Costruzione	Forma e protezione della sonda

Pregi, limiti e scelta

Le termocoppie hanno pregi notevoli: un campo di misura molto ampio, che arriva a temperature molto elevate irraggiungibili da altri sensori, grande robustezza meccanica e termica, tempi di risposta rapidi soprattutto nelle versioni sottili, semplicità e basso costo. Per questo sono lo standard nelle misure industriali gravose, nei forni, nei processi ad alta temperatura, nei motori. I limiti sono una precisione in genere inferiore rispetto alle termoresistenze, un segnale debole e non lineare che richiede una buona elettronica, e la necessità della compensazione del giunto freddo. Nella scelta si bilanciano temperatura massima, ambiente, precisione e costo: dove serve misurare temperature altissime o in condizioni gravose la termocoppia è spesso l’unica scelta, mentre dove conta la massima precisione a temperature moderate si preferisce una termoresistenza. Conoscere questi compromessi guida verso il sensore giusto.

• Sfruttano l’effetto termoelettrico, senza alimentazione.
• Coprono un campo di temperatura molto ampio.
• Sono robuste e adatte alle alte temperature.
• Scegliere tipo, classe e costruzione secondo l’uso.
• Richiedono la compensazione del giunto freddo.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili conta scegliere il tipo di termocoppia adatto alla temperatura e all’ambiente, garantire un buon contatto termico con il punto da misurare, usare cavi di compensazione corretti e assicurare la compensazione del giunto freddo. Le termocoppie possono derivare nel tempo, soprattutto ad alte temperature, per cui vanno verificate periodicamente su un riferimento. Contano anche il buon isolamento e la protezione dalla corrosione e dagli agenti chimici. Documentare tipo, classe e taratura rende le misure confrontabili. Con questi accorgimenti, le termocoppie offrono misure di temperatura robuste e affidabili in un campo di applicazione vastissimo, dalle misure ambientali fino alle temperature più estreme dei processi industriali.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie a infrarossi e termiche del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato alle termoresistenze Pt100 e NTC e alla compensazione del giunto freddo. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo le termocoppie fanno capo alle termocoppie, Pt100 e sonde di processo, nella famiglia temperatura e termografia. Se devi misurare temperature a contatto, anche molto alte, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.