PIROMETRO

PIROMETRO

. Si chiamano pirometri quei termometri che sono particolarmente adatti per la misura delle temperature elevate (p. es., dei forni). I pirometri più usati nella tecnica per misure approssimate sono il pirometro ad argilla di Wedgwood, basato sulla contrazione che un blocchetto di argilla subisce con il riscaldamento; e il pirometro a coni normali di Seger, costituito da una serie di coni di argilla a punto di fusione noto e regolarmente crescente (da 600° a 2000°); s'introduce una serie di questi coni nel forno di cui si vuole misurare la temperatura, e si osserva quali di essi si rammolliscono e si piegano. Nella tecnica moderna però si usano altri pirometri, i quali permettono maggiore esattezza nella misura e più ancora di seguire continuamente le variazioni di temperatura, anche a distanza, e di ottenere il tracciamento di diagrammi o la regolazione automatica della temperatura. Numerosi sono questi pirometri, e si dividono in tre categorie: calorimetrici, elettrici, ottici.

Pirometri calorimetrici. - Il calorimetro offre un mezzo per la misura delle temperature elevate. S'introduca nel forno, di cui si vuole conoscere la temperatura, un pezzo di platino, o di altra sostanza che non fonda e non subisca alcuna modificazione permanente alle alte temperature che si prevede di raggiungere; quando dal suo aspetto si può giudicare che abbia assunto la temperatura del forno, lo s'introduce in un calorimetro ad acqua, e dal riscaldamento prodottovi si ricava la quantità di calore Q ceduta dal metallo; siano t la temperatura finale del calorimetro, T quella richiesta, p la massa del platino o dell'altro metallo adoperato, c il suo calore specifico fra t e T; si ha

Su questo principio sono basati: il calorimetro pirometrico Siemens, il pirometro di Hoadley e il calorimetro pirometrico Weinhold. Essi conducono a risultati precisi solo se usati con tutte le precauzioni necessarie.

Un altro tipo di pirometro calorimetrico è formato da un serpentino che viene posto nel luogo in cui si vuole misurare la temperatura; in questo serpentino circola molto rapidamente una corrente di acqua fredda, della quale si misura la temperatura all'entrata e all'uscita del serpentino: durante questo passaggio l'acqua si riscalda di una quantità che dipende dalla superficie esterna del serpentino, dalla conducibilità del metallo di cui esso è fatto, e dalla temperatura del luogo in cui è posto; quindi, per uno stesso serpentino, l'aumento di temperatura dell'acqua è, se resta costante la portata, sensibilmente proporzionale alla temperatura che si vuole misurare. Questo apparecchio però, con la sua presenza, modifica lievemente la temperatura del forno, e soprattutto si ricopre spesso, a causa della sua bassa temperatura, di prodotti di condensazione, che, cambiando con la loro presenza la conducibilità del serpentino, modificano la costante dell'apparecchio.

Pirometri elettrici. - Vi sono due tipi di pirometri elettrici: il primo si basa sulla variazione di resistenza elettrica dei metalli al variare della temperatura, il secondo invece è fondato sulle coppie termoelettriche. Un pirometro a resistenza si compone di un sottile filo di platino, piegato a spirale e saldato alle sue estremità a grossi fili di platino, o anche a grossi fili di ferro, se non si devono misurare temperature superiori a quella di fusione del ferro; la spirale di platino è posta in un tubo di porcellana esposto alla temperatura che si vuole misurare: si determina, con i procedimenti ordinarî (ponte di Wheatstone), la resistenza della spirale di platino, e poiché si conosce come questa varia con la temperatura si deduce, dalla resistenza misurata, la temperatura alla quale si trova la spirale. Il pirometro a resistenza con filo di platino costituisce l'apparecchio più raccomandato per misure di precisione da circa −200° a circa +600°. Su questo principio si basano il pirometro di Siemens e quello di Callendar e Griffiths. I pirometri a resistenza si prestano facilmente alla realizzazione di apparecchi registratori (termografi), e a segnalare o registrare le temperature anche a distanza; ed essi rientrano nella costruzione di numerosi apparecchi industriali segnalatori delle temperature, che permettono a un'unica persona, in una cabina di controllo, di seguire la marcia di numerosi forni, caldaie, ecc.

I pirometri a forza elettromotrice si basano, come abbiamo detto, sul fenomeno termoelettrico; essi si compongono d'un filo metallico saldato a due altri: una delle saldature è lasciata alla temperatura ordinaria, mentre l'altra, eventualmente circondata da un piccolo tubo di porcellana, viene posta nel luogo di cui si vuole misurare la temperatura; siccome la corrente termoelettrica che si origina nel sistema è una funzione ben definita della differenza di temperatura che c'è tra le due saldature, si può, dal suo valore, risalire alla temperatura cercata. Nel campo delle alte temperature il solo limite all'uso del pirometro a forza elettromotrice è dato dall'ossidabilità e dalla fusibilità dei metalli; con la coppia iridio-rutenioiridio si misurano temperature fino a 2000°. Il pirometro di Becquerel e di Pouillet, che si compone di una coppia ferro-palladio o palladio-platino, permette di misurare temperature fino a circa 1000°, con quello di Le Chatelier (platino-platinorodio) si possono misurare temperature nell'intervallo 300°-1600°.

Pirometri ottici. - Per misurare temperature maggiori di 700° e comunque elevate, sono d'uso comune i pirometri ottici, che sfruttano le leggi dell'irraggiamento del corpo nero. Una piccola apertura praticata nella parete d'un forno irraggia, con sufficiente approssimazione, come un corpo nero; e poiché per un corpo nero vale la legge di Stefan (secondo cui la quantità totale Q di energia emessa da un corpo nero a temperatura assoluta T è proporzionale alla quarta potenza di T, cioè Q = σT⁴), misurando l'intensità dell'irraggiamento totale si può ricavare la temperatura del forno. Su questo principio è fondato il pirometro di Féry, costituito da un cannocchiale in cui, invece del reticolo, è una piccola lastrina d'argento annerita, saldata al contatto ferro-costantana di una coppia termoelettrica; il cannocchiale viene puntato sul foro praticato nel forno, in modo che l'immagine che si forma sulla lastrina di argento la copra interamente; la forza elettromotrice prodotta dalla coppia misurata da un millivoltmetro è allora funzione dell'irraggiamento ricevuto dalla lastrina, e quindi della temperatura del forno; il millivoltmetro è direttamente tarato in gradi. Un altro tipo di pirometro ottico molto usato è quello di Holborn e Kurlbaum, detto a filamento scomparente, in cui si confronta lo splendore della superficie irraggiante con quello del filamento di una lampadina elettrica a incandescenza: un cannocchiale viene puntato sul foro della parete del forno; nel piano in cui si forma l'immagine si trova il filamento di una lampadina a incandescenza; si regola la corrente nel filamento finché questo, assunto lo splendore del forno, risulta invisibile: la corrente a ciò necessaria è funzione della temperatura cercata del forno; l'amperometro che la misura viene direttamente tarato in gradi. Attualmente si costruiscono pirometri che consentono di misurare temperature fino a 5000°, fondati sulla legge dello spostamento di Wien (la lunghezza d'onda cui compete il massimo potere emissivo specifico del corpo nero a una data temperatura diminuisce col crescere della temperatura, e precisamente λ_max • T = 0,288).

Tutti i pirometri a cui abbiamo accennato (calorimetrici, elettrici e ottici) sono tarati per mezzo d'un termometro ad aria fino alle più alte temperature a cui questo può giungere, e procedendo poi per estrapolazione.