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Come scegliere un sensore di temperatura?

La temperatura è sicuramente la grandezza fisica più misurata in ambito industriale ed è un parametro essenziale nello svolgimento di un gran numero di processi. I sensori di temperatura trasformano un’informazione di temperatura in un segnale elettrico utilizzabile da uno strumento di misura, un display o da un sistema automatico.

I sensori di temperatura si dividono in due gruppi principali a seconda della loro tecnologia:

  • I sensori a contatto, che costituiscono la maggioranza dei sensori di temperatura e sono dotati di un elemento sensibile che funge da punto di contatto tra sensore e target.
  • I sensori senza contatto, che si avvalgono invece di una tecnologia ad infrarossi per misurare a distanza la temperatura di una superficie.

 

Sensori di temperatura: consultare i prodotti

  • Sensori di temperatura: quale scegliere?

    Per scegliere il sensore di temperatura più adatto alle vostre esigenze, dovrete chiedervi se sia più opportuno scegliere un sensore a contatto o a infrarossi.

    Per cominciare, esistono diversi tipi di sensori a contatto, come i sensori per la misurazione della temperatura superficiale o le sonde, che sono invece destinate a misurare la temperatura all’interno di un materiale. In ogni caso, la qualità del contatto tra il sensore e ciò di cui si desidera misurare la temperatura sarà di primaria importanza.

    I sensori a infrarossi, invece, sono destinati a misurare esclusivamente la temperatura di superficie. I dispositivi ad infrarossi, infatti, non entrano in contatto con i corpi di cui misurano la temperatura ma possono subire l’effetto dell’atmosfera presente tra sensore e target.

     

    Se ho bisogno di un sensore a contatto, verso quale tecnologia devo orientarmi?

    Esistono più tipi di sensori a contatto:  le termocoppie, i sensori a resistenza, ecc. Nessuna di queste tecnologie è migliore delle altre: ognuna presenta vantaggi e inconvenienti.

     

    Criteri di scelta Termocoppia RTD Termoresistenza
    Precisione * *** *
    Linearità ** *** *
    Sensibilità * ** ***
    Costo *** * **

    Anche il tempo di risposta del sensore può essere un criterio di scelta importante qualora si debbano misurare delle variazioni di temperatura. Le termocoppie, ad esempio, hanno un tempo di risposta più rapido rispetto alle termoresistenze, chiamate anche RTD.

    Il range di temperatura e la tecnologia sono anch’essi un criterio di scelta importante. Le termocoppie e gli RTD, inoltre, possiedono campi di misura diversi e vengono suddivisi in categorie in base al materiale in cui è realizzato l’elemento sensibile.

  • Perché scegliere un sensore di temperatura a termocoppia?

    Sensore di temperatura a termocoppia della marca Danfoss
    Sensore di temperatura a termocoppia della marca Danfoss

    I sensori a termocoppia sfruttano l’effetto Seebeck e sono costituiti da due fili di metalli diversi: due estremità di questi fili metallici sono saldate insieme (giunto caldo o giunto di misura) mentre le altre due (giunto freddo o giunto di riferimento) sono collegate ad un voltmetro. Le termocoppie determinano la temperatura misurando la tensione elettrica generata dalla differenza di temperatura tra i due giunti.

    Esistono diversi tipi di termocoppie che corrispondono ad altrettante coppie di metalli. Ogni coppia di metalli possiede un range di misurazione diverso:

     

    Tipo Composizione Range di temperatura
    T rame/costantana da -250°C a 400°C
    J ferro/costantana da -180°C a 750°C
    E chromel/costantana da -40°C a 900°C
    K chromel/alumel da -180°C a 1200°C
    S platino-rodio (10%)/platino da 0°C a 1700°C
    R platino-rodio (13 %)/platino da 0°C a 1700°C
    B platino-rodio (30 %)/platino-rodio (6 %) da 0°C a 1800°C
    N nicrosil/nisil da -270°C a 1280°C
    G tungsteno/tungsteno-renio (26 %) da 0°C a 2600°C
    C tungsteno-renio (5 %)/tungsteno-renio (26 %) da 20°C a 2300°C
    D tungsteno-renio (3 %)/tungsteno-renio (25 %) da 0°C a 2600°C

    La scelta del tipo di termocoppia dipenderà molto dal range di temperatura entro il quale sarà necessario lavorare, ma anche dal tipo di ambiente:

    • E: Uso continuo in atmosfere ossidanti o inerti
    • J: Vuoto, atmosfere riducenti o inerti.
    • K: Uso continuo in atmosfere ossidanti o neutre.
    • N: Applicazioni in cui gli elementi di tipo K riscontrano problemi in termini di durata di vita.
    • T: Atmosfere ossidanti, riducenti, inerti o sottovuoto.  Non subiscono la corrosione negli ambienti umidi.
    • R & S: Alte temperature.  Devono essere protetti da un apposito tubo non metallico e da isolanti in ceramica. Il tipo R è usato nell’industria, il tipo S in laboratorio.
    • B: Come R&S ma capace di misurare temperature più elevate.

     

    Vantaggi:

    • Tenuta e stabilità a temperature elevate
    • Ampia scelta di diametri e dimensioni
    • Misurazione ad altezza della saldatura calda
    • Tempo di risposta molto breve
    • Basso costo

    Svantaggi:

    • Minore precisione rispetto ad altre tecnologie
    • cablaggio costoso, compensazione di saldatura fredda necessaria
    • segnale elettrico debole

    Punti più importanti:

    • ampio range di temperature
    • tempo di risposta breve
    • termocoppia tipo K
    • termocoppia tipo T
  • Perché scegliere un sensore di temperatura a resistenza?

    Sensore di temperatura a resistenza della marca Krohne
    Sensore di temperatura a resistenza della marca Krohne

    I sensori di temperatura a resistenza, chiamati spesso RTD, sono sensori a contatto. La variazione della resistenza di un metallo (platino, rame, nichel o tungsteno) in base alla temperatura serve a questo tipo di sensori per determinare la temperatura. I sensori a resistenza si avvalgono di diversi metalli, che offrono range di misurazione diversi:

    • Platino: da -200°C a 600°C
    • Rame: da -190°C a 150°C
    • Nichel: da -60° a 180°C
    • Tungsteno: da -100°C a 1400°C

     

    Il metallo più utilizzato per i sensori di temperatura a resistenza è il platino in quanto offre un range di misurazione interessante. In questo caso si parla di sensori di temperatura a resistenza di platino. Quelli più comunemente usati sono i Pt100 (che presentano una resistenza di 100 ohm a 0°C) e i Pt1000 (che offrono una resistenza di 1000 ohm a 0°C. I Pt1000 garantiscono maggiore precisione e tollerano meglio fili più lunghi rispetto ai Pt100.

    Rispetto alle termocoppie, i sensori a resistenza garantiscono maggiore precisione e una risposta più lineare. Più stabili in fase di misurazione, hanno un ampio range di temperatura. D’altra parte, però, il loro tempo di risposta è più lungo e la loro sensibilità minore.

    Punti più importanti:

    • precisione
    • tempo di risposta elevato
    • bassa sensibilità
    • ampio range di misura
    • Pt100
    • Pt1000
  • Perché scegliere un sensore di temperatura a termoresistenza?

    Sensore di temperatura a termoresistenza della marca Omega
    Sensore di temperatura a termoresistenza della marca Omega

    Le termoresistenze sono un altro tipo di sensore a resistenza e sfruttano la variazione di resistenza degli ossidi metallici in base alla temperatura. Questi sensori si suddividono a loro volta in due categorie: i sensori NTC (coefficiente di temperatura negativa), che hanno una variazione di resistenza negativa piuttosto regolare, e i PTC (coefficiente di temperatura positiva), che presentano invece una rapida variazione di resistenza positiva su un range ristretto di temperature. 

    Le termoresistenze, oltre ad essere poco costose, si caratterizzano per un tempo di risposta rapido, ma sono anche abbastanza fragili e il loro range di misura è nettamente inferiore rispetto a quello offerto da altre tecnologie.

    Punti più importanti:

    • alta sensibilità
    • precisione
    • economico
    • range di temperatura limitato
    • CTN
    • CTP
  • Perché scegliere un sensore di temperatura ad infrarossi?

    Sensore di temperatura ad infrarossi della marca Optris
    Sensore di temperatura ad infrarossi della marca Optris

    I sensori di temperatura ad infrarossi misurano le radiazioni comprese nello spettro infrarosso emesse da una superficie al fine di determinare la temperatura della superficie in questione. Il principale vantaggio di questo tipo di sensore è che effettua la misurazione a distanza.

    Rispetto ai modelli a contatto, questi sensori hanno un tempo di risposta molto rapido e non hanno bisogno di raggiungere l’equilibrio termico, ossia di raggiungere la stessa temperatura dell’oggetto da misurare. I modelli ad infrarossi, di conseguenza, possono realizzare misurazioni su oggetti in movimento e trovano impiego, per esempio, nelle linee di produzione, in ambienti di difficile accesso come i forni, ecc.

    D’altro canto, però, possono misurare esclusivamente la temperatura di superficie e tale misura può essere influenzata dalle condizioni della superficie stessa (presenza di polvere, ruggine, ecc.), dalla pulizia della lente del sensore (polvere) e dall’ambiente lungo il tragitto ottico tra sensore e target (polvere, umidità, gas di combustione, ecc.)

    Punti più importanti:

    • senza contatto
    • a distanza
    • misura di superficie
    • tempo di risposta molto rapido
    • oggetti in movimento
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