La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 MISURE DI TEMPERATURA. 2 - Effetti termoelettrici - Le termocoppie - Circuiti di misura - Il giunto della termocoppia ARGOMENTI DELLA LEZIONE.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 MISURE DI TEMPERATURA. 2 - Effetti termoelettrici - Le termocoppie - Circuiti di misura - Il giunto della termocoppia ARGOMENTI DELLA LEZIONE."— Transcript della presentazione:

1 1 MISURE DI TEMPERATURA

2 2 - Effetti termoelettrici - Le termocoppie - Circuiti di misura - Il giunto della termocoppia ARGOMENTI DELLA LEZIONE

3 3 Le termocoppie: - Sensori di temperatura molto semplici - Trasducono T f.e.m. direttamente mediante effetto termoelettrico - Operano da T min criogeniche fino a T MAX - Operano da T min criogeniche fino a T MAX - Pertanto sono diffusissime

4 4 EFFETTITERMOELETTRICI

5 5 a) EFFETTO SEEBECK: in un circuito costituito da 2 materiali diversi A e B, se i giunti sono a temperatura T 1 T 2 ( f.e.m. e I) T= (T 1 - T 2 ) A BB T1T1T1T1 T2T2T2T2 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB I

6 6 Si usa leffetto Seebeck per misurare la T 1 di un giunto se è nota la T 2 dellaltro giunto ( f.e.m. e I) T= (T 1 - T 2 ) A BB T1T1T1T1 T2T2T2T2 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB I

7 7 b) EFFETTO PELTIER: se in un circuito formato da due materiali diversi A e B viene fatta passare corrente elettrica I un giunto si scalda mentre laltro si raffredda; ai giunti si ha assorbimento e cessione di calore T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB I

8 8 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB I Questo effetto modifica la T dei giunti: T 1 caldo cresce e T 2 freddo cala Quindi può generare errori di misura

9 9 Se I T di ogni giunto ; in genere non è un problema importante Effetto Peltier è utilizzato per il raffreddamento di sistemi elettronici T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB I

10 10 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A T 1 > T 2 Q 12 I c) EFFETTO THOMSON: in un conduttore con estremità a temperature diverse T 1 e T 2 si genera una differenza di potenziale che genera I concorde col flusso Q 12. Q 12 IE reversibile I Q 12

11 11 Anche questo effetto può generare errori di misura T, ma di un ordine di grandezza trascurabile se I Anche questo effetto può generare errori di misura T, ma di un ordine di grandezza trascurabile se I T1T1T1T1 T2T2T2T2 A T 1 > T 2 Q 12 I

12 12 Pertanto per misurare la temperatura con un circuito a termocoppia, sfruttando leffetto Seebeck, è necessario misurare la f.e.m. mantenendo la corrente I molto bassa

13 13 In genere si usano: - metodi potenziometrici - voltmetri ad elevata impedenza ( > 200 M ) ( > 200 M )

14 14 LEGGI DELLE TERMOCOPPIE

15 15 1) Variazioni di T sui fili A e B non influenzano la f.e.m. di una termocoppia se i giunti rimangono a T 1 e T 2 e se i conduttori A e B sono di due materiali perfettamente omogenei T1T1T1T1 T2T2T2T2 T5T5T5T5 T6T6T6T6 T3T3T3T3 T4T4T4T4 T1T1T1T1 T2T2T2T2 T9T9T9T9 T7T7T7T7 T8T8T8T8A B A B f.e.m. (T 1 -T 2 )

16 16 Utile per inserire uno strumento di misura nel cicuito T1T1T1T1 T2T2T2T2 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A A A B T3T3T3T3 T3T3T3T3 T4T4T4T4 BC f.e.m. (T 1 -T 2 ) 2) La introduzione di un terzo metallo C in una termocoppia A e B non modifica la f.e.m. se le nuove giunzioni sono isoterme (T 3 =T 3 ) e T 1 e T 2 sono invariate

17 17 3) Se in un circuito di termocoppia si apre un giunto che si trova alla T 1 e si inserisce un terzo metallo C, tenendo le due nuove giunzioni alla T 1, la f.e.m. generata non cambia T1T1T1T1 T2T2T2T2 A B T1T1T1T1 T2T2T2T2 A B T1T1T1T1 C f.e.m. (T 1 -T 2 )

18 18 Questa proprietà è utilizzabile per: - inserzione di strumento di misura - realizzazione di termocoppia con fili A e B saldati direttamente al metallo C di cui si deve misurare T 1 T1T1T1T1 T2T2T2T2AB T1T1T1T1 T2T2T2T2AB T1T1T1T1 C f.e.m. (T 1 -T 2 )

19 19 4) Se la termocoppia A e C con giunti a T 1 e T 2 genera f.e.m. E AC e la termocoppia C e B con giunti a T 1 e T 2 genera f.e.m. E CB, allora la termocoppia A e B con giunti a T 1 e T 2 genera f.e.m. E AB = E AC + E CB E ac T1T1T1T1 T2T2T2T2ACC + - E cb T1T1T1T1 T2T2T2T2CBB + - E ac +E cb T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB + -

20 20 Ciò permette di calcolare il potere termoelettrico di qualsiasi termocoppia A e B se è noto il potere termoelettrico di ogni materiale con riferimento ad un unico materiale C ( il Platino Pt ) tabelle e grafici dei poteri termoelettrici riferiti al Pt a 0°C tabelle e grafici dei poteri termoelettrici riferiti al Pt a 0°C

21 21 5) Se una termocoppia A e B fornisce f.e.m. E 12 con giunti a T 1 e T 2 ed E 23 con giunti a T 2 e T 3 allora essa genera E 13 = E 12 + E 23 se i giunti sono a T 1 e T 3 E1E1E1E1 T2T2T2T2ABB + - T1T1T1T1 E2E2E2E2 T3T3T3T3ABB + - T2T2T2T2 E 1 +E 2 T3T3T3T3 A BB + - T1T1T1T1

22 22 tabelle e grafici dei poteri termoelettrici riferiti delle diverse termocoppie riferiti a 0°C tabelle e grafici dei poteri termoelettrici riferiti delle diverse termocoppie riferiti a 0°C E1E1E1E1 T2T2T2T2 A BB + - T1T1T1T1 E2E2E2E2 T3T3T3T3 A BB + - T2T2T2T2 E 1 +E 2 T3T3T3T3 A BB + - T1T1T1T1

23 23 Questa proprietà è utilizzata per riferire le misure di una qualsisi temperatura T 3 a 0°C ( quindi avere f.e.m. T [ °C ] ) senza necessariamente tenere il giunto di riferimento a 0°C E1E1E1E1 T2T2T2T2 A BB + - T1T1T1T1 E2E2E2E2 T3T3T3T3 A BB + - T2T2T2T2 E 1 +E 2 T3T3T3T3 A BB + - T1T1T1T1

24 24 Infatti: a) se T 2 = 0°C E 30 (T 3 -T 2 ) = T 3 [ °C ] b) se T 2 0°C, ma nota, si può usare tabella per trovare E 20 e misurare E 32 per determinare E 30 = E 32 + E 20 e quindi T 3 in [ °C ] T3T3T3T3 T2T2T2T2AB f.e.m. (T 3 -T 2 )

25 25 TIPO MATERIALI A e B S(Pt - Rodio 10%) / Pt R(Pt - Rodio 13%) / Pt E(Ni - Cromo 10%) / (Cu - Ni) JFe / (Cu - Ni)[ ferro / costantana] K(Ni - Cr 10%) / (Ni - Al 6%) [cromel / allumel] TCu / (Cu - Ni) [ rame /costantana] N(Ni - Cr - Si) / (Ni - Si) W 3 (Tung.-Renio 3%) / (Tung. - Renio 25%) I materiali per termocoppie sono attualmente standardizzati ( norme IEC)

26 26 Poteri termoelettrici di ciascun elemento di termocoppia (positivo o negativo) riferiti al Pt T [°C] f.e.m. [mV] JPJPJPJP J N T N Giunto di riferimento Pt KPKPKPKP TPTPTPTP KNKNKNKN

27 27 f.e.m. generate: curve con giunto a 0°C f.e.m. [mV] E J T K N R S T [°C]

28 28 Impiego di termocoppia per misurare T 2 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A BB f.e.m. [mV] J T [°C] T 1 Nota f.e.m.misurata T2T2T2T2

29 29 - sensibilità [mV / °C ] - linearità - campo di misura - incertezza Sono normallizzate (ad es. in Italia UNI ) Diversi tipi di TC

30 30 Le f.e.m. generate sono pochi mV e non sono perfettamente lineari f.e.m. [mV] E J T K N R S T [°C]

31 31 Pt / PtRodio (R, S) °C (alte T, ambienti ossidanti) (alte T, ambienti ossidanti) Cromel / Allumel (K) °C Cu / Costantana (T) °C Ferro / Costant. (J) °C (la più usata in industria) (la più usata in industria) Tipico campo di misura:

32 32 Incertezza tipica di fili standard non tarati uno per uno: Pt / PtRodio (R ed S) ± 0.25% lettura Cu / Costantana (T) ± 0.50% Cromel / Allumel (K)± 0.75% Ferro /Costantana (J)± 1.00% Pt / PtRodio (R ed S) ± 0.25% lettura Cu / Costantana (T) ± 0.50% Cromel / Allumel (K)± 0.75% Ferro /Costantana (J)± 1.00%

33 33 CIRCUITI DI MISURA

34 34 a) Circuito con giunto di riferimento in bagno di H 2 O e GHIACCIO ( 0°C ) AB Mercurio

35 35 Il bagno di H 2 O e ghiaccio è un riferimento molto preciso e stabile ±0.1 °C Adatto ad uso in laboratorio Poco adatto ad impieghi industriali

36 36 A B T2T2T2T2 TXTXTXTX VOLTMETRO CIRCUITO DI COMPENSAZIONE E X2 E 02 E X0 =E X2 +E 02 b) Circuiti con compensazione elettronica della T 2 di riferimento Circuito compensatore misura T 2 di riferimento e genera E 02 sulla base delle tabelle, quindi dalla E 0X T X in [°C]

37 37 A B TXTXTXTX T2T2T2T2 Il trasduttore che misura T 2 di riferim. (termistore) è su una basetta isoterma Simili circuiti sono molto usati nei: - termometri digitali - sistemi acquisizione dati

38 38 c) TERMOPILA: N termocoppie in serie con giunti a T 1 e T 2 aumenta la sensibilità Usata anche per: - generazione f.e.m. - misure di flussi termici - misure di flussi termici T1T1T1T1 T1T1T1T1 T1T1T1T1 T2T2T2T2 T2T2T2T2 T2T2T2T2 T2T2T2T2VOLTMETRO

39 39 Utili ad esempio per controllo T media di ambienti d) TERMOCOPPIE in parallelo: misurano T media tra le giunzioni di misura T X1 T X2 T X3 T REF VOLTMETRO E (T X1 +T X2 +T X3 )/3

40 40 IL GIUNTO DI UNA TERMOCOPPIA

41 41 molti tipi di giunti differenti molti tipi di giunti differenti - già preparati - da realizzare Caratteristiche statiche e dinamiche delle termocoppie dipendono da - giunto - installazione

42 42 Misure di Tdi fluidi isolanti di fluidi conduttori di superfici isolanti o conduttrici di interno di solidi Giunti diversi con o senza guaine, involucri e supporti

43 43 resistenza termica tra giunto e corpo o fluido (guaine, supporti, isolanti elettrici ecc.) causa T quindi errore di misura resistenza termica tra giunto e corpo o fluido (guaine, supporti, isolanti elettrici ecc.) causa T quindi errore di misura TXTXTXTX T < T X Q TXTXTXTX

44 44 Se le dimensioni del giunto D costante di tempo del sistema le termocoppie veloci devono avere giunto piccolo A ( T X - T giunto ) = M C dT giunto / dt A ( T X - T giunto ) = M C dT giunto / dt serve (A / M) (D 2 / D 3 )=1/D D serve (A / M) (D 2 / D 3 )=1/D D La è però limitata sopratutto da eventuali guaine e supporti

45 45 Alcune tipiche forme di giunto Fili intrecciatiSaldatura di testaBrasatura

46 46 In genere i fili delle termocoppie sono entro guaine isolanti e protettive Spesso la termocoppia è inserita in un supporto metallico che la isola e le conferisce robustezza meccanica

47 47 Le termocoppie utilizzate per misurazioni di T di fluidi in condotti sono installate in pozzetti porta- sonda per ragioni di robustezza, tenuta, manutenzione Pozzetto Testa di connessione cavi Filettatura


Scaricare ppt "1 MISURE DI TEMPERATURA. 2 - Effetti termoelettrici - Le termocoppie - Circuiti di misura - Il giunto della termocoppia ARGOMENTI DELLA LEZIONE."

Presentazioni simili


Annunci Google