{"id":210,"date":"2002-04-03T00:00:00","date_gmt":"2002-04-02T22:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"210","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/210\/","title":{"rendered":"Quali tipi di termometro esistono? Su quale principio fisico si basano?"},"content":{"rendered":"

Elenchiamo
\n qui alcuni tra i tipi piu’ comuni di termometri<\/span><\/font><\/p>\n

Termometro
\n campione<\/font><\/b><\/span><\/u><\/span><\/font><\/p>\n

Un
\n modo concettualmente semplice di misurare la temperatura \u00e8 quello
\n che sfrutta la legge dei gas perfetti <\/i>(PV=nRT<\/b>, ove P<\/b>
\n \u00e8 la pressione, V<\/b> il volume, n<\/b> il numero di moli ed
\n R<\/b> la costante universale dei gas). <\/span><\/font> <\/p>\n

Poich\u00e9
\n la deviazione da questa legge nel caso di gas reali tende a zero al tendere
\n a zero della pressione, \u00e8 possibile, lavorando a pressione sufficentemente
\n bassa a volume costante<\/i>, calcolare la differenza di temperatura
\n rispetto a quella di riferimento attraverso la misura della variazione
\n di pressione<\/i> in una data massa di gas posta successivamente in equilibrio
\n con il riferimento a T<\/span>o
\n <\/span>e con il corpo a temperatura incognita T.
\n Si ha infatti T=(T<\/b><\/span>o<\/b><\/span>\/P<\/b><\/span>o<\/b><\/span>)\u00a0P<\/b>, (legge di Gay-Lussac).<\/span><\/font><\/p>\n

Su
\n questo principio si basa il “termometro a gas perfetto <\/i>“(termometro
\n campione), tecnica tuttavia di uso assai delicato e quindi raramente impiegata
\n nella pratica di laboratorio.<\/span><\/font><\/p>\n

In
\n pratica infatti si usano sempre termometri secondari che vengono tarati
\n su termometri campione.<\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Termometri secondari<\/u><\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Termometro
\n a liquido<\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Il
\n pi\u00f9 antico e ancor oggi assai diffuso \u00e8 il termometro
\n a liquido <\/i>, che sfrutta la dilatazione (approssimativamente lineare
\n con la temperatura) di un liquido posto in un tubo graduato. <\/span><\/font><\/p>\n

Si
\n usa generalmente mercurio (da -38\u00a0<\/span>o<\/span>C a
\n +300\u00a0<\/span>o<\/span>C),
\n e a basse temperature alcool etilico ( fino a ‑120\u00a0<\/span>o<\/span>C) o pentano (fino a -220\u00a0<\/span>o<\/span>C), ed il liquido viene fatto espandere
\n in un capillare per guadagnare in sensibilit\u00e0. <\/span><\/font><\/p>\n

La
\n sensibilit\u00e0<\/i> \u00e8 inversamente proporzionale alla sezione
\n del capillare e direttamente al volume del bulbo, mentre la prontezza<\/i><\/span> \u00e8 inversamente proporzionale al volume del bulbo.<\/span><\/font><\/p>\n

L’uso
\n del termometro a capillare \u00e8 limitato dalla difficolt\u00e0
\n di accoppiamento termico con campioni solidi<\/i> e dalla apprezzabile
\n conducibilit\u00e0 termica della colonna di liquido e del tubo in vetro.
\n <\/span><\/font><\/p>\n

La
\n sua precisione \u00e8 migliore di 0.5 <\/span>o<\/span>C solo
\n in intervalli ristretti, ed esso non si presta bene ad essere interfacciato
\n con sistemi di registrazione o di controllo automatico della temperatura.<\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Termometro a termocoppia<\/u><\/b><\/span><\/font><\/p>\n

La
\n termocoppia<\/i> sfrutta la dipendenza dalla temperatura della forza
\n elettromotrice ai capi di una giunzione tra metalli diversi (effetto Seebeck).
\n Questa forza elettromotrice V<\/span>TC<\/span> \u00e8 funzione crescente di T , ed \u00e8
\n quasi lineare in prossimit\u00e0 della temperatura ambiente, con un
\n coefficiente ∂V<\/span>TC<\/span>\/∂T≈30\u00b5V\/K.
\n <\/span><\/font><\/p>\n

I
\n vantaggi essenzialmente sono: massa trascurabile (prontezza<\/i>), facilit\u00e0
\n di accoppiamento termico, piccola conducibilit\u00e0 (purch\u00e9
\n si usino fili sufficentemente sottili e lunghi), basso costo, possibilit\u00e0
\n di interfacciamento con dispositivi di controllo. Svantaggi: non-linearit\u00e0<\/i>
\n e scarsa sensibilit\u00e0<\/i>. L’intervallo utile \u00e8 all’incirca
\n da 10 K a 1000 K. La precisione \u00e8 limitata principalmente dal sistema
\n di lettura di V<\/span>TC <\/span>(praticamente
\n inferiore a 0.1 K). La sensibilit\u00e0 dipende dai materiali usati
\n nei vari tipi di termocoppia. I tipi principali sono J<\/b>\u00a0: (Fe+,
\n Costantana-), K<\/b> : (Cromel+, Alumel-), T<\/b> : (Cu+, Costantana-),
\n E<\/b>\u00a0: (Cromel+, Costantana-). La Costantana \u00e8 una lega
\n 60%Cu-40%Ni (anche55%Cu-45%Ni), il Cromel \u00e8 90%Ni-10%Cr, e l’Alumel
\n \u00e8 95% Ni-2%Mn-2%Al-1%Co .<\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Termometri a resistenza<\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Un
\n terzo gruppo di termometri secondari \u00e8 costituito dai sensori
\n resistivi<\/i>:, che possono essere divisi in tre categorie: a resistenza
\n metallica o a semiconduttore.<\/span><\/font><\/p>\n

Termometri
\n a resistenza metallica <\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Tra
\n i termometri a resistenza metallica (di solito: nichel, rame e platino)
\n quelli di platino sono i pi\u00f9 affidabili perch\u00e9 un filo di
\n platino pu\u00f2 essere prodotto con un estremo grado di purezza (e
\n si possono quindi costruire sensori con elevata riproducibilit\u00e0).
\n <\/span><\/font><\/p>\n

La
\n resistivit\u00e0 di un cristallo metallico segue infatti in prima approssimazione
\n e per temperature non troppo basse la legge r(T)=r<\/b><\/span>o<\/b><\/span>(1+aT)<\/b>, dove r<\/span>o<\/span> \u00e8 la resistivit\u00e0 residua
\n a T≈0 K (proporzionale alla quantit\u00e0 di impurezze e imperfezioni
\n del reticolo) e a =(∂R\/∂T)\/R<\/b><\/span> \u00e8 il coefficiente di temperatura (per Pt a≈3.85×10<\/span>-3<\/span> K<\/span>-1<\/span>).<\/span><\/font><\/p>\n

Vantaggi:
\n piccola massa (prontezza<\/i>), discreta linearit\u00e0 su ampio
\n intervallo<\/i> (100K<T<1000 K), pu\u00f2 essere polarizzato in
\n a.c. e pertanto si presta ad essere usato con elettronica di rivelazione
\n molto accurata (lock-in).\u00a0 <\/span><\/span><\/font><\/p>\n

Svantaggi
\n : sensori di piccole dimensioni hanno bassa resistenza<\/i> ( ≈100
\n Ω a temperatura ambiente) e quindi la resistenza dei cavi di collegamento
\n al sistema di misura produce un errore apprezzabile alle basse temperature
\n se non si adottano opportuni sistemi di compensazione (configurazioni
\n a tre o quattro terminali). <\/span><\/font><\/p>\n

La
\n sensibilit\u00e0 infine \u00e8 limitata dall’autoriscaldamento<\/i>
\n per effetto Joule che pone un limite superiore alla corrente di polarizzazione.
\n <\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Termometri a semiconduttore<\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Termometri
\n a germanio<\/i>\u00a0 <\/span>e thermistors\u00a0 <\/span><\/i><\/span>: sfruttano la dipendenza esponenziale<\/i><\/span> della resistenza dalla temperatura r(T)=r<\/b><\/span>o<\/b><\/span>exp(B\/T)<\/b>, dovuta alla creazione termica
\n di coppie in un semiconduttore. <\/span><\/font><\/p>\n

Da
\n ci\u00f2 deriva la grande sensibilit\u00e0<\/i> a basse temperature
\n e la notevole non-linearit\u00e0<\/i>. <\/span><\/font><\/p>\n

Anche
\n i termometri di questo tipo vanno polarizzati <\/i>(in d.c. o in a.c.)
\n e condividono quindi i corrispondenti vantaggi (interfacciabilit\u00e0)
\n e svantaggi (autoriscaldamento) elencati per i termometri a resistenza.
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Un
\n altro vantaggio \u00e8 la possibilit\u00e0 di scegliere il valore
\n ohmico a temperatura ambiente in un intervallo vastissimo, senza dover
\n aumentare apprezzabilmente le dimensioni del sensore. <\/span><\/font><\/p>\n

L\u2019equazione
\n caratteristica di un termistore NTC \u00e8 spesso scritta dal costruttore
\n come: <\/span><\/font><\/p>\n

R(T)<\/span>\u00a0<\/span>=<\/span>\u00a0<\/span>R(T<\/span>0<\/span>)\u00a0e<\/span>b(1\/T\u20131\/T<\/span>0<\/span>)
\n <\/span>,<\/span><\/font><\/p>\n

ove
\n R(T<\/span>0<\/span>) \u00e8 la temperatura di riferimento
\n (spesso T<\/span>0<\/span>=300\u00a0K), e la costante b (espressa
\n in unit\u00e0 di gradi Kelvin) \u00e8 detta temperatura caratteristica<\/i>,
\n che quantifica la sensibilit\u00e0 del termistore ad ogni temperatura<\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Termometro a diodo<\/u><\/b><\/span><\/font><\/p>\n

Il
\n termometro a diodo sfrutta il fatto che la dipendenza dalla temperatura
\n della tensione diretta V<\/span>f<\/span> di una giunzione p-n polarizzata con corrente
\n I<\/span>f<\/span> costante
\n \u00e8 quasi lineare<\/i> per temperature T<\/span>\u00a0<\/span>><\/span>\u00a0<\/span>30<\/span>\u00a0<\/span>K. <\/span><\/font><\/p>\n

I
\n vantaggi offerti dai termometri a diodo sono essenzialmente: buona linearit\u00e0
\n e discreta sensibilit\u00e0 (dell’ordine di <\/span>\u00a0<\/span>2.5<\/span>\u00a0<\/span>mV\/K)..<\/span><\/font><\/p>\n

Diversamente
\n che per i sensori resistivi, qui la misura va fatta con la stessa corrente
\n usata per la calibrazione, e dato che si deve misurare la tensione diretta
\n V<\/span>f<\/span>, non si pu\u00f2 usare una corrente alternata
\n (anche se si potrebbe modulare debolmente la corrente per ottenere un
\n segnale a.c.). <\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

Taratura di termometri secondari<\/u><\/b><\/span><\/font><\/p>\n


\n
\n
\n <\/span><\/font><\/p>\n

La
\n taratura di un termometro secondario pu\u00f2 essere ottenuta da un
\n termometro campione con un apparato atto a termoregolare il supporto a
\n cui vengono ben ancorati i termometri campione e secondario.<\/span><\/font><\/p>\n

L’uso
\n di un termometro campione pu\u00f2 essere tuttavia evitato se si dispone
\n di alcune temperature note per altra via, ad esempio punti fissi<\/i>\u00a0
\n <\/span>di solidificazione o ebollizione di una sostanza pura.\u00a0 <\/span>Conoscendo la sensibilit\u00e0\u00a0 <\/span>di un termometro si pu\u00f2 usare una
\n taratura con un solo punto noto; ove si pu\u00f2 assumere nota solo
\n la forma della funzione di trasferimento si devono di solito compiere
\n tarature in pi\u00f9 punti (ad esempio per un termistore, ove R(T)=R<\/span>0<\/span>exp(B\/T), servono due temperature note per
\n determinare i due parametri B e R<\/span>0<\/span> ). Per altri termometri ove sia data una
\n tabella di taratura per punti si pu\u00f2 ricavare una interpolazione
\n polinomiale dalla tabella e confrontare per alcune temperature facilmente
\n raggiungibili i valori calcolati con quelli misurati ed aggiustare eventualmente
\n qualche parametro (tipicamente quello di grado zero o di primo ordine
\n nel polinomio) per ridurre gli scarti.<\/span><\/font><\/span><\/font><\/span><\/p>\n


\n
\n \u00a0
\n
\n <\/span><\/p>\n

Esistono
\n poi molti altri tipi di termometri, piu’ sofisticati o obsoleti, o di
\n uso molto particolare (pirometro ottico, termometro a fibra ottica, a
\n cristalli liquidi, lamina bimetalliche, termoscopio di Galileo…), dato
\n che moltissimi sono i fenomeni fisici che dipendono dalla temperatura,
\n e quasi tutti si prestano in un modo o nell’altro a realizzare un termometro.<\/o:p><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

[…]<\/p>\n","protected":false},"author":219,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[53],"tags":[],"class_list":["post-210","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-termodinamica"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/210","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/users\/219"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=210"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/210\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=210"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=210"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=210"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}