Scelta della strumentazione di misura

La modalit`a di esecuzione del test sperimentale consente di utilizzare svariati strumenti di misura per rilevare le temperature del sistema (termocoppie, termoresistenze,

termoca-mere, pirometri, ...). Nella scelta dello strumento pi`u adatto si devono considerare diversi aspetti, tra cui:

ˆ Il range di temperature coperto e la precisione della misura in tale range; ˆ La prontezza dello strumento (o viceversa la sua inerzia termica);

ˆ Il tipo di misura, “a contatto” oppure “non a contatto”. Nel primo caso `e necessario definire come fissare il sensore nella posizione in cui deve essere effettuata la misura; ˆ La capacit`a di effettuare misure in presenza di differenze di potenziale, come avviene

nei corpi attraversati da corrente elettrica.

Il range di temperatura previsto, che si ricorda essere tra T_ambiente ÷ 300 C, porta ad escludere in principio il pirometro ottico Modline 5R-1410 della Ircon, a disposizione dei Laboratori, il quale presenta una scala di misura da 600 °C a 1400 °C, incompatibile quindi con le esigenze del caso in esame. Tra gli altri strumenti capaci di eseguire mi-sure non a contatto `e particolarmente interessante la termocamera ad infrarossi IRISYS IRI4030, rappresentata in figura 4.31. Essa `e dotata di due scale termiche selezionabili (-10°C/+250°C e 200°C/900°C) ed esegue una vera e propria “fotografia” di ci`o che ha di fronte permettendo poi di leggere la temperatura in un qualsiasi punto dell’immagine cos`ı ottenuta.

Fig. 4.31: Rappresentazione della termocamera ad infrarossi IRISYS IRI4030. Il limite principale di questa soluzione `e che richiede la conoscenza precisa dell’emissi-vit`a dei materiali di cui si vuole conoscere la temperatura; in assenza di questa informazio-ne, ma soltanto per temperature inferiori ai 100 C ÷ 120 C, `e possibile utilizzare i marker, ovvero dei nastri adesivi aventi emissivit`a nota che vengono applicati sul componente da analizzare permettendo cos`ı di rilevarne la temperatura. Nel caso in esame, essendovi la necessit`a di ottenere dei risultati precisi ed affidabili anche alle alte temperature, si `

e deciso di utilizzare questo strumento unicamente come riferimento per la valutazione delle altre soluzioni, sulla base del confronto tra le misure ottenute alle basse temperature con strumenti diversi. La figura 4.32 riporta un esempio di immagine acquisita con la termocamera e aperta con il relativo software di elaborazione dati.

Fig. 4.32: Rappresentazione di un’immagine acquisita con la termocamera ad infrarossi IRISYS IRI4030.

Passando agli strumenti a contatto, assume notevole importanza il modo in cui ta-le contatto si concretizza e la minore o maggiore facilit`a di realizzarlo a livello pratico. Ad esempio, le termoresistenze PT100, illustrate in figura 4.33, eseguono misure fino a 500 C ÷ 800 C (in relazione al modello) ed hanno un’elevata prontezza (ovvero una bassa inerzia termica); tuttavia presentano le seguenti criticit`a:

ˆ Necessitano di un ottimo contatto termico con il materiale nel punto di misura. Ci`o richiede in genere l’utilizzo di piastrine di fissaggio e di particolari paste termiche; ˆ Sono elementi passivi, ovvero richiedono alimentazione esterna;

ˆ Devono essere isolate in caso di passaggio di corrente nel materiale di cui si vuole conoscere la temperatura.

Gli strumenti di misura della temperatura che presentano minori criticit`a, in termini di campo di utilizzo, fissaggio al materiale e necessit`a di isolamento sono le termocoppie, le quali costituiscono pertanto la soluzione adottata nel presente test sperimentale. Tra le svariate tipologie presenti sul mercato, quelle a disposizione nei Laboratori sono:

ˆ Termocoppie di tipo K. Sono ottenute dalla giunzione di due conduttori, formati da due diverse leghe di nichel, uno a base della lega nichel cromo, laltro a base della lega nichel alluminio (Ni-Cr + / Ni-Al -). Si tratta di una termocoppia molto versatile che pu`o operare fino a 1200°C.

ˆ Termocoppie di tipo C. Sono costituite da leghe di tungsteno e renio, due materiali metallici con elevato punto di fusione, in grado quindi di resistere a temperature molto elevate. In particolare, il conduttore che spontaneamente assume potenziale positivo `e formato da una lega di tungsteno contenente il 5% di renio, mentre il

Fig. 4.33: Rappresentazione della termoresistenza PT100.

conduttore sul quale si ha la generazione spontanea di un valore negativo del po-tenziale `e costituito da una lega di tungsteno in cui la percentuale di renio `e 26% (W-5% Re + / W-26% Re -). Una termocoppia cos`ı costituita `e in grado di misurare temperature fino ai 2300°C, anche se risulta generalmente meno accurata al di sotto dei 500°C.

Fig. 4.34: Rappresentazione della termocoppia tipo K.

Le tipo K sono sprovviste di isolamento perci`o risultano sicuramente pi`u reattive ma anche meno adatte ad eseguire misure in presenza di passaggio di corrente. Le tipo C, viceversa, sono dotate di isolamento perci`o hanno maggiore inerzia termica a fronte di una precisione maggiore in presenza di passaggio di corrente, almeno in linea teorica. Tuttavia, come evidenziato in precedenza, questa tipologia risulta accurata soprattutto alle alte temperature, perdendo in precisione nel range di interesse per l’esperimento in esame. Al fine di scegliere la tipologia di termocoppia che meglio si adatta alle esigenze dell’esperimento sono state confrontate le misure ottenute con una termocoppia tipo K, una

tipo C e una termocamera, presa come riferimento alle basse temperature. In figura 4.35

sono riassunti i risultati di tale confronto. Si osserva che le due termocoppie, la cui taratura era gi`a stata fatta preventivamente, rilevano temperature molto simili, soprattutto alle basse temperature. Al crescere della temperatura per`o la termocoppia tipo K si mantiene pi`u vicina ai risultati ottenuti con la termocamera mentre la tipo C risente della maggiore inerzia termica e si allontana sensibilmente da tali valori.

Fig. 4.35: Rilevazioni di temperatura eseguite con diversi strumenti a confronto.

Per le ragioni esposte in questo paragrafo e alla luce dei risultati ottenuti con il con-fronto diretto appena descritto si `e scelto di utilizzare le termocoppie di tipo K per rilevare la temperatura dei componenti del sistema in esame.