Una termocoppia è un dispositivo di misurazione della temperatura che viene esposto a un processo per determinarne la temperatura. Un pozzetto termometrico è una struttura che circonda la sonda della termocoppia (o RTD) e la protegge da aspetti del processo quali portate di liquidi o materiali caustici o degradanti. I pozzetti termometrici vengono utilizzati anche per mantenere l'integrità dei limiti di pressione nei sistemi.
I pozzetti termometrici sono utilizzati per proteggere i sensori di temperatura, quali termocoppie, termistori e termometri bimetallici, da danni causati da pressione eccessiva, velocità dei materiali e corrosione. Inoltre, aumentano la longevità del sensore, consentono la sostituzione del sensore senza svuotare il sistema e riducono la probabilità di contaminazione. I pozzetti termometrici progettati per applicazioni ad alta pressione sono in genere lavorati da barre per garantire l'integrità. I pozzetti termometrici più piccoli, destinati ad ambienti di vuoto spinto, possono essere realizzati con tubi saldati ad un'estremità.
Tipi di pozzetti termometrici
I pozzetti termometrici sono classificati in base al design dello stelo. Un pozzetto termometrico diritto ha lo stesso diametro su tutta la lunghezza di inserimento e offre protezione contro la corrosione e l'erosione. I pozzi termometrici a gradini hanno solitamente un diametro di ¾" nella parte superiore che si riduce a ½" vicino alla punta. La superficie ridotta consente velocità più uniformi e una risposta più rapida alla temperatura per i dispositivi di rilevamento. I pozzi termometrici conici hanno un diametro che diminuisce gradualmente lungo la lunghezza di inserimento. Offrono una resistenza superiore e tempi di risposta rapidi alle variazioni di temperatura. I pozzi termometrici conici sono utilizzati più spesso in applicazioni ad alta velocità. Casi di studio condotti su pozzetto termometrico diritto e conico utilizzati in gasdotti di gas naturale hanno rilevato che le termocoppie diritte subivano guasti prematuri quando esposte a vibrazioni indotte dal flusso.
Pozzetto termometrico con design a saldare 
Pozzetto termometrico filettato per impieghi gravosi 
Pozzetto termometrico filettato standard Tipo di collegamento
I pozzetti termometrici possono essere collegati a un RTD, a un termistore o a una termocoppia tramite diversi tipi di collegamento. Alcuni dei più comuni sono:
- Pozzetto termometrico filettato
- Saldabile
- Saldabile a tasca
- O-ring
- Flangia
I collegamenti filettati sono realizzati con materiali che possono essere saldati o brasati e forniscono una resistenza aggiuntiva. Nei processi in cui è necessario evitare la contaminazione da filettature, come nell'industria alimentare e farmaceutica, vengono comunemente utilizzati collegamenti saldati. I collegamenti con O-ring utilizzano un O-ring per sigillare l'interno di un manicotto saldato a un serbatoio. La struttura a doppia saldatura del pozzetto termometrico flangiato ANSI B16.5 sigilla i giunti aperti sia internamente che esternamente per impedire alle sostanze corrosive di penetrare nelle fessure.
Pozzetti termometrici flangiati Dimensioni del foro
Nei processi in cui vengono utilizzati diversi tipi di dispositivi di misurazione, la scelta di una dimensione standard del foro consente una maggiore flessibilità. Ciò consente di utilizzare un unico pozzetto termometrico per termocoppie, RTD, termometri bimetallici o termometri di prova. Queste dimensioni standard del foro sono adatte ai dispositivi di rilevamento della temperatura più comunemente utilizzati e includono quanto segue:
Foro di diametro 0,26":
Termometri bimetallici con stelo da ¼" Termocoppie calibro #20 Termometri di prova in vetro senza armatura altri dispositivi con un diametro massimo di 0,25"
Diametro interno 0,385":
Termocoppie calibro #14 termometri di prova con liquido in vetro corazzati altri dispositivi con un diametro massimo di 0,35"
Selezione dei materiali
La scelta del materiale giusto è fondamentale per garantire la longevità di un pozzetto termometrico. Nel specificare il materiale è necessario considerare il tipo di sostanza chimica, la temperatura e la portata a cui sarà esposto il pozzetto termometrico. Gli effetti corrosivi delle sostanze chimiche aumentano con l'aumentare delle concentrazioni e delle temperature. Inoltre, le particelle sospese nel fluido possono causare erosione. L'elenco che segue include alcuni dei materiali più frequentemente utilizzati per la costruzione di pozzetti termometrici:
- Acciai al carbonio
- Acciai al cromo/molibdeno
- Socket Weld
- Acciaio inox
- Incoloy®
- Inconel®
- Monel®
- Hastelloy®
- Lega Haynes®
- Titanio
Gli acciai al carbonio hanno una bassa resistenza alle sostanze corrosive e sono limitati ad applicazioni con basse temperature e pressioni. Il materiale più comunemente usato per i pozzetti termometrici è l'acciaio inossidabile. Un pozzetto termometrico in acciaio inossidabile è economico e altamente resistente al calore e alla corrosione. L'acciaio al cromo/molibdeno è un acciaio inossidabile ad alta resistenza utilizzato per i recipienti pressurizzati. L'aggiunta di molibdeno migliora la resistenza alla corrosione. La lega Haynes è composta da cobalto, nichel, cromo e tungsteno. È utilizzata più spesso per ambienti contenenti solfuri, carburi e cloro.
Insertion Length
La lunghezza di inserimento è la distanza dal punto di connessione del pozzetto termometrico alla punta. Per ottenere la massima accuratezza possibile, la lunghezza di inserimento deve essere sufficientemente lunga da consentire all'intera parte sensibile alla temperatura del dispositivo di misurazione di estendersi nel mezzo da misurare. Quando si misura la temperatura dei liquidi con un sensore di temperatura, il dispositivo deve essere immerso nella soluzione per una lunghezza pari alla parte sensibile alla temperatura più un minimo di un pollice. Per il gas o l'aria, deve essere immerso per una lunghezza pari alla parte sensibile alla temperatura più altri tre pollici. La sezione sensibile alla temperatura di una termocoppia o di un termistore è corta; pertanto, è possibile utilizzare un pozzetto termometrico con una lunghezza di inserimento più breve. La sezione sensibile alla temperatura dei termometri bimetallici, degli RTD e dei termometri a liquido in vetro è compresa tra 1 e 2 pollici e deve essere immersa per almeno 2 pollici e mezzo nel liquido per ottenere una precisione accettabile.
Conclusione
Tutti i dispositivi di rilevamento della temperatura sono soggetti a deterioramento a causa dell'esposizione al flusso, al calore e alla pressione. Nel tempo, l'ambiente di lavorazione aggressivo può influire sulle prestazioni e sull'integrità strutturale del sensore. Ad esempio, i metalli utilizzati nella fabbricazione di una sonda termocoppia sono vulnerabili agli ambienti corrosivi. Inoltre, il filo della termocoppia ha un diametro medio compreso tra 0,10 e 0,20" e subisce cambiamenti metallurgici se esposto al calore per periodi prolungati. I pozzetti termometrici proteggono il sensore di misurazione dagli effetti dannosi dell'ambiente di processo per evitare derive di misurazione. Tutti i dati di temperatura relativi a processi critici devono essere documentati con dispositivi di registrazione quali i regolatori di temperatura. Inoltre, tutti i sensori di temperatura utilizzati in tali processi devono essere sottoposti a calibrazione periodica per verificarne l'accuratezza. I calibratori a blocco secco offrono una calibrazione tracciabile NIST per sonde a termistore, termocoppia e RTD. Le apparecchiature senza contatto, come termocamere e pirometri, e i calibratori a corpo nero a infrarossi forniscono una precisione dell'1%, ma con un'elevata ripetibilità. Sebbene le calibrazioni possano essere eseguite internamente, un laboratorio di calibrazione accreditato AS17025 garantirà che i metodi utilizzati siano tracciabili NIST.
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