19-09-2025-Mechanical Measurements-How Thermocouples Work [EN]-[IT]

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ENGLISH

19-09-2025-Mechanical Measurements-How Thermocouples Work [EN]-[IT]

With this post, I would like to provide a brief introduction to the topic mentioned above.
(lesson/article code: EX_65)

Image created with artificial intelligence, Microsoft Copilot software used

Introduction
A thermocouple is an electronic device used to measure temperature and is essentially a temperature sensor based on the Seebeck effect.

Operating principle of a thermocouple
A thermocouple consists of two different metal conductors soldered together at one point. Typically, the two metals are copper and constantan, and this point is called the hot junction.
When this junction is heated, a small difference in electrical potential is generated between the two conductors. The value of this voltage is proportional to the temperature difference between the hot junction and the cold junction.
Measuring this voltage is used to determine the temperature of the hot junction. This principle is also known as the Seebeck effect.
In other words, the Seebeck effect is a thermoelectric effect whereby, in a circuit made up of metal conductors, a temperature difference generates a potential difference. The name Seebeck comes from the Estonian physicist who studied it, Thomas Johann Seebeck.

The Five Laws of Thermocouples

Image created with artificial intelligence, the software used is Napkin.ai

Below is a list of the five laws of thermocouples:
1-Law of homogeneous metals
2-Law of intermediate metals
3-Law of movable junctions
4-Law of the sum of emfs
5-Law of Reference Temperature
Law of Homogeneous Metals
This is a very important law because it states that a homogeneous conductor does not generate electromotive force (EMF) if subjected to a change in temperature, unless there are junctions with other metals.
In other words, this law confirms that a circuit composed of a single metal does not generate EMF, even when subjected to temperature gradients.
Law of Intermediate Metals
The EMF is not altered by the insertion of a third metal in a thermoelectric circuit if the junctions with it are at the same temperature.
Law of Movable Junctions
Physical position does not affect the EMF, which depends only on the temperatures of the junctions.
Law of Sum of EMFs
Note: The EMF is the difference in electric potential generated by a source that pushes electric charges in a circuit.
To explain the law of the sum of electromotive forces, I'll use an example.
If a thermocouple A-B produces an electromotive force between two temperatures and a thermocouple B-C produces an emf between the same temperatures, then thermocouple A-C will produce the sum of the two electromotive forces.
Law of Reference Temperature
This law discusses the importance of the junction. Temperature measurement with a thermocouple is always relative to a reference junction (i.e., the cold junction), which must be known and maintained at a constant temperature.
Below is an image of a thermocouple.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Main components of a thermocouple

Image created with artificial intelligence Artificial, the software used is Microsoft Copilot

We can describe a thermocouple as an electronic device divided into three main parts.
Hot junction
This is the measuring point exposed to the temperature to be detected.
Cold junction
The cold junction, on the other hand, is the reference point, maintained at a known temperature.
Conductors
This junction is made up of two wires of different metals.

Graphic diagram of the thermocouple and the five laws
Below is the graphic diagram of the thermocouple and the five fundamental laws that govern its practical application.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Conclusions
The thermocouple is an inexpensive and reliable temperature sensor, based on the conversion of a temperature difference into a measurable electrical signal. Thermocouples are among the most widely used devices in industry. They have a wide temperature range, are robust, provide a rapid response, and are inexpensive. However, they have disadvantages such as sensitivity to corrosion, limited accuracy, and the need for calibration.
The sectors in which thermocouples are used include the metallurgical industry, where furnace temperatures are controlled; the automotive industry, where engine temperatures are measured; and the aerospace industry, where thermal control of turbines occurs.

Question
Did you know that thermocouples were developed after an observation by Estonian physicist Thomas Johann Seebeck (1770-1831)?
Did you know that in the 19th century, thermocouples were used to measure the temperature in steam engines?
Did you know that thermocouples became widely used after the mid-1800s, being used for physics, chemistry, and metallurgy experiments, and to measure high temperatures inaccessible to traditional thermometers?
Did you know that, after all this, thermocouples became a key tool for industrial progress of the time?

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ITALIAN

19-09-2025-Misure meccaniche-Funzionamento delle termocoppie [EN]-[IT]

Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: EX_65)

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
Una termocoppia è un dispositivo elettronico che viene usato per fare misure di temperatura ed è sostanzialmente un sensore di temperatura basato sull’effetto seebeck
Principio di funzionamento di una termocoppia
In una termocoppia sono presenti due conduttori metallici diversi saldati insieme in un punto. Tipicamente i due metalli sono rame e costantana e questo punto viene chiamato giunzione calda.
Quando questa giunzione viene riscaldata si genera una piccola differenza di potenziale elettrico tra i due conduttori. Il valore di questa tensione è proporzionale alla differenza di temperatura che c’è tra la giunzione calda e la giunzione fredda.
La misura di questa tensione viene utilizzata per risalire alla temperatura della giunzione calda. Questo principio è noto anche come effetto Seebeck.
In altre parole l' effetto Seebeck è un effetto termoelettrico per cui, in un circuito costituito da conduttori metallici, una differenza di temperatura genera una differenza di potenziale. Il nome Seebeck deriva dal fisico estone che lo studiò, cioè Thomas Johann Seebeck

Le cinque leggi delle termocoppie

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Napkin.ai

Qui di seguito l’elenco delle 5 legge delle termocoppie
1-Legge dei metalli omogenei
2-Legge dei metalli intermedi
3-Legge delle giunzioni mobili
4-Legge della somma delle f.e.m.
5-Legge della temperatura di riferimento
Legge dei metalli omogenei
Questa è una legge molto importante perché afferma che un conduttore omogeneo non genera forza elettromotrice (f.e.m.) se è sottoposto ad una variazione di temperatura, a meno che non ci siano giunzioni con altri metalli.
In altre parole questa legge conferma che un circuito composto da un solo metallo non genera forza elettromotrice, anche se sottoposto a gradienti termici.
Legge dei metalli intermedi
La forza elettromotrice non viene alterata dall’inserimento di un terzo metallo in un circuito termoelettrico se le giunzioni con esso sono alla stessa temperatura.
Legge delle giunzioni mobili
La posizione fisica non interferisce con la forza elettromotrice la quale dipende solo dalle temperature delle giunzioni.
Legge della somma delle f.e.m.
Nota: La f.e.m. è la differenza di potenziale elettrico generata da una sorgente che spinge le cariche elettriche in un circuito.
Per spiegare la legge della somma delle forze elettromotrici provo ad usare un esempio.
Se una termocoppia A-B produce una forza elettromotrice tra due temperature e una termocoppia B-C produce una f.e.m. tra le stesse temperature, allora la termocoppia A-C produrrà la somma delle due forze elettromotrici.
Legge della temperatura di riferimento
Questa legge parla dell’importanza della giunzione. La misura della temperatura con una termocoppia è sempre relativa a una giunzione di riferimento (cioè la giunzione fredda), la quale deve essere nota e mantenuta a temperatura costante.
Qui di seguito un’immagine di una termocoppia

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Componenti principali di una termocoppia

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Possiamo descrivere una termocoppia come un dispositivo elettronico diviso in tre parti principali.
Giunto caldo
Questo è il punto di misura esposto alla temperatura da rilevare.
Giunto freddo
Il giunto freddo invece è il punto di riferimento, mantenuto a temperatura nota.
Conduttori
Questo giunto è formato da due fili di metalli diversi

Schema grafico della termocoppia e delle cinque leggi
Qui di seguito lo schema grafico della termocoppia e delle cinque leggi fondamentali che ne regolano l’applicazione pratica.

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Conclusioni
La termocoppia è un sensore di temperatura economico e affidabile, basato sulla conversione di una differenza di temperatura in un segnale elettrico misurabile. Le termocoppie sono tra i dispositivi più usati in ambito industriale. Queste hanno un ampio intervallo di temperatura, sono robuste, forniscono una risposta rapida ed hanno un costo contenuto. Però hanno degli svantaggi come la sensibilità alla corrosione, precisione limitata e necessità di calibrazione.
I settori in cui le termocoppie hanno impiego sono l’industria metallurgica in cui vengono controllate le temperature dei forni, l’automotive in cui viene misurata la temperatura dei motori e il settore aerospaziale in cui avviene il controllo termico delle turbine.

Domanda
Sapevate che le termocoppie nacquero dopo un'osservazione del fisico estone Thomas Johann Seebeck (1770-1831)?
Sapevate che nel 1800 le termocoppie venivano usate per misurare la temperatura nei motori a vapore?
Sapevate che dopo la metà del 1800 le termocoppie ebbero una larga diffusione e che vennero usate per esperimenti di fisica, chimica, in metallurgia e per misurare temperature elevate inaccessibili ai termometri tradizionali?
Sapevate che, dopo tutto questo, le termocoppie divennero uno strumento chiave per il progresso industriale di quel tempo?

THE END