Come scegliere un termometro industriale

Il termometro è uno strumento usato per misurare e leggere la temperatura.

La misurazione della temperatura può essere effettuata con l’ausilio di diverse tecnologie, che si basano tutte sulla variazione di una proprietà fisica in base alla temperatura: espansione, pressione, resistenza elettrica, radiazione infrarossa, ecc.

È opportuno tenere presente che la maggior parte dei termometri indica, nei fatti, la temperatura del dispositivo stesso, o più precisamente la temperatura del suo elemento sensibile. Nel caso dei dispositivi a contatto, ad esempio, affinché la temperatura dell’elemento sensibile corrisponda veramente alla temperatura del cosiddetto bersaglio, dovremo lasciare il termometro in contatto con detto bersaglio fino a raggiungimento dell’equilibrio termico, cioè fino a quando, per l’appunto, termometro e bersaglio non abbiano raggiunto la stessa temperatura. Un caso a parte è la misurazione della temperatura dell’aria, in quanto un termometro esposto al sole mostrerà un valore più alto della temperatura reale dell’aria. Per questo motivo i termometri delle stazioni meteorologiche vengono installati in ambienti chiusi e ventilati.

I termometri industriali trovano impiego in molti campi: in medicina, in meteorologia, nella ricerca scientifica, nell’industria vera e propria, ma anche in diversi dispositivi e impianti della nostra vita quotidiana, ad esempio nei sistemi di riscaldamento/condizionamento, nei forni della cucina, ecc.

Termometri: vedi i prodotti

  • Termometro: quale scegliere?

    Per scegliere un termometro che sia adatto alle nostre esigenze dovremo valutare diversi fattori. Le domande che dobbiamo farci sono diverse.

    • Abbiamo bisogno di un dispositivo fisso per il monitoraggio continuo di un processo industriale oppure di un dispositivo portatile per effettuare misurazioni itineranti o occasionali?
    • Il termometro potrà entrare in contatto con l’oggetto della misurazione oppure no?
    • Quale intervallo di temperatura dovremo misurare? Quali saranno le temperature minime e massime?
    • Il dispositivo dovrà essere in grado di misurare cambiamenti improvvisi di temperatura (tempo di risposta)?
    • Dove verrà installato? Dovrà essere letto a distanza?
    • Come verrà installato? Quali sono le opzioni di montaggio?
    • In quali condizioni ambientali e di processo (tempo, vibrazioni, compatibilità del materiale con fluidi aggressivi) verrà utilizzato?
    • Abbiamo bisogno di un termometro in grado di memorizzare i risultati delle misurazioni? O magari capace anche di emettere un segnale di uscita che ci permetterà di controllare un processo di produzione?
  • Termometro con o senza contatto?

    Esistono due tipi principali di termometri: i termometri a contatto, che durante la misurazione devono essere posti a contatto diretto con il bersaglio, e i termometri senza contatto, che effettuano misurazioni a distanza.

    Termometri a contatto

    Questi termometri sono dotati di un elemento sensibile le cui proprietà variano in base alla temperatura. La temperatura effettivamente misurata è in realtà la temperatura dell’elemento sensibile. Per misurare la temperatura dell’oggetto della misurazione, l’elemento sensibile e l’oggetto devono raggiungere il cosiddetto equilibrio termico. In altre parole, l’elemento sensibile deve raggiungere la temperatura del bersaglio. Affinché ciò avvenga, sono essenziali sia un buon contatto tra elemento sensibile e bersaglio sia un tempo sufficiente per raggiungere l’equilibrio termico.

    Esistono diverse tipi di termometri a contatto:

    • con tubo in vetro
    • a liquido
    • a gas inerte
    • bimetallici
    • elettronici (termocoppie, termistori, resistenze) 

    Vantaggi: a seconda della configurazione dell’elemento sensibile, il termometro sarà in grado di misurare:

    • La temperatura di una superficie (facendo attenzione a mettere correttamente in contatto  sensore e superficie del bersaglio)
    • La temperatura interna (per mezzo di un sensore che penetra nel bersaglio)
    • La temperatura di un liquido o di un gas.

    Svantaggi:

    • Il tempo di risposta è abbastanza lungo (è necessario aspettare che termometro e bersaglio raggiungano l’equilibrio termico).
    • La precisione della misurazione è variabile (dipende dalla qualità del contatto tra elemento sensibile e bersaglio).
    • La temperatura massima misurabile dipende dalla resistenza dei materiali.

    Termometri senza contatto

    I termometri senza contatto sono in grado di misurare la temperatura a distanza, senza cioè entrare in contatto diretto con il bersaglio. Questo tipo di termometri si avvale di una tecnologia ad infrarossi. 

    Vantaggi: 

    • La misurazione è istantanea.
    • Sono compatibili con temperature molto elevate.
    • Sono la soluzione ideale per effettuare misurazioni qualora il contatto con l’obiettivo sia impossibile, per esempio nella misurazione della temperatura dei liquidi corrosivi o di cilindri in rotazione.

    Svantaggi:

    • Possono misurare solo la temperatura esterna, non una temperatura interna.
    • Non sono in grado di misurare la temperatura di un gas.
  • Perché scegliere un termometro di vetro?

    Termometro in vetro SIKA

    Termometro in vetro SIKA

    Questi termometri sono costituiti da un tubo di vetro al cui interno troviamo un serbatoio contenente un liquido che è a contatto con un tubo capillare.

    Funzionamento:

    Questi termometri sfruttano l’espansione volumetrica di un liquido che si verifica a seguito di un aumento della temperatura. Il diametro molto piccolo del tubo capillare fa sì che anche lievi cambiamenti nel volume del liquido si traducona in differenze visibili nell’altezza della colonnina del liquido stesso. Questa altezza corrisponde a una data temperatura, leggibile grazie alla scala graduata incisa sul tubo di vetro.

    Tipo di liquido

    Il mercurio è stato per molto tempo il liquido più usato in quanto non aderisce al vetro, raggiunge rapidamente l’equilibrio termico e permette di misurare un’ampia gamma di temperature. Tuttavia, a causa della sua tossicità, nella maggior parte dei termometri troviamo oggi altri liquidi, come l’alcool colorato con inchiostro.

    Applicazioni

    I termometri con tubo di vetro sono ancora ampiamente utilizzati nei laboratori e nel settore alimentare. Sono disponibili in versione fissa e portatile. Nel caso dei modelli industriali fissi, il tubo di vetro è protetto da una cassa di metallo, che rende il termometro più robusto.

    Vantaggi

    • Non richiedono un’alimentazione elettrica.
    • Realizzano misurazioni molto precise.
    • Il loro campo di misurazione dipende dal liquido utilizzato ed è compreso tra -200°C e 1000°C.
    • Non sono sensibili alle vibrazioni.

    Svantaggi:

    • Il tubo di vetro è fragile.
    • Il tempo di risposta è lungo, in quanto il liquido deve raggiungere l’equilibrio termico con il bersaglio.
  • Perché scegliere un termometro a espansione di gas o di liquido?

    Termometro a gas di espansione JUMO

    Termometro a espansione JUMO

    I termometri a espansione meccanica di gas o di liquido rientrano nella categoria dei termometri analogici e hanno generalmente un quadrante circolare.

    Sono costituiti da un serbatoio, situato nel tubo di misura, e da un tubo Bourdon, che forma un circuito ermeticamente chiuso contenente un liquido o un gas inerte sotto pressione.

    Un tubo capillare può essere a sua volta collocato tra il tubo di misura e il tubo Bourdon in modo che il quadrante si venga a trovare più lontano rispetto al punto di misura e si possa effettuare una lettura da diversi metri di distanza.

    Per effetto della temperatura, la pressione interna del sistema varia causando la deformazione del tubo Bourdon. Il movimento indotto da tale deformazione è trasmesso permezzo di un apposito meccanismo alla lancetta, che si muove di conseguenza lungo una scala graduata.

    Vantaggi

    • Essendo interamente meccanici, questi termometri non hanno bisogno di un’alimentazione elettrica.
    • Effettuano misurazioni molto accurate.
    • Il campo di misurazione dipende dal liquido o dal gas utilizzato (tra -40 e 400°C per i liquidi, tra -200 e 700°C per i gas).
    • La misurazione è veloce.
    • Il display può essere montato a diversi metri di distanza dal punto di misura per mezzo di un tubo capillare.

    Svantaggi:

    • Il meccanismo di questi termometri è sensibile alle vibrazioni. Come per i manometri Bourdon, che hanno lo stesso principio di funzionamento, esistono termometri con liquido smorzante, che protegge il meccanismo dalle vibrazioni.
    • La temperatura ambiente può influenzare la misurazione.
  • Perché scegliere un termometro a barra di metallo o bimetallico?

    Termometro bimetallico AMETEK

    Termometro bimetallico AMETEK

    Esistono due tipi di termometri per l’espansione di un solido: i termometri bimetallici e i termometri a barra singola. Entrambi sfruttano le proprietà di espansione termica dei metalli.

    Termometri ad espansione a barra di metallo

    Il sensore è una barra di metallo che subisce un’espansione lineare proporzionale all’aumento della temperatura. La variazione di lunghezza della barra è trasmessa da un sistema meccanico alla lancetta, che si muove su una scala graduata.

    Termometri bimetallici

    L’elemento sensibile è costituito da due fogli di metalli dissimili uniti insieme mediante saldatura o incollaggio e avvolti a spirale o a elica. 

    Poiché i due metalli hanno coefficienti di espansione termica diversi, i due fogli reagiscono all’aumento di temperatura espandendosi in maniera diversa, il che provoca a sua volta la deformazione dell’elemento bimetallico. Questa deformazione è trasmessa da un sistema meccanico alla lancetta, la quale indicherà il risultato della misurazione su una scala graduata. 

    I termometri bimetallici possono essere fissi, nel qual caso saranno particolarmente adatti alla misurazione permanente in un processo, oppure portatili.

    Vantaggi

    • Essendo interamente meccanici, non hanno bisogno di un’alimentazione elettrica.
    • Il loro prezzo è inferiore a quello dei termometri a espansione di gas o di liquido.
    • La temperatura ambiente non ha alcuna influenza sulla misurazione.

    Svantaggi:

    • Il loro tempo di risposta è lungo (l’elemento bimetallico reagisce lentamente ai cambiamenti di temperatura).
    • Non consentono una lettura a distanza perché quadrante e sensore non possono essere separati (a differenza di quanto accade nei termometri a espansione di gas o di liquido a tubo capillare).
    • Sono sensibili alle vibrazioni.
  • Perché scegliere un termometro elettronico?

    Termometro portatile CHAUVIN ARNOUX

    Termometro portatile CHAUVIN ARNOUX

    I termometri elettronici a contatto sono composti da un sensore e da un circuito elettronico che converte il segnale elettrico del sensore in informazioni sulla temperatura misurata, la quale viene visualizzata su un display.

    In base al tipo di sensore, che può essere una resistenza elettrica, un termistore o una termocoppia, distinguiamo tre tipi di termometri digitali: i termometri a resistenza, con termistore e con termocoppia.

    Termometri a resistenza

    I termometri a resistenza, noti anche come termoresistenze o RTD, consistono in un filo metallico arrotolato la cui resistenza elettrica varia in base alla temperatura.  È quindi la misura della variazione della resistenza di questo elemento che permette di conoscerne la temperatura.

    I metalli più comunemente usati negli elementi di rilevamento sono il platino, il rame e il nichel. Ognuno di questi metalli permette di misurare una certa gamma di temperature. I più comuni sono i termometri a resistenza di platino PT100 e PT1000, che a 0°C hanno rispettivamente una resistenza di 100 e 1000 Ohm.

    Vantaggi:

    • Si tratta di termometri di altissima precisione, spesso utilizzati come termometri di riferimento.
    • Forniscono un segnale più lineare di altri termometri elettronici.
    • Offrono un ampio campo di misura, che è compreso tra -250 e 1100°C nel caso dei sensori al platino.

    Svantaggi:

    • Il loro tempo di risposta è più lungo rispetto a quello dei termometri a termocoppia.
    • Sono più costosi.
    • Sono più ingombranti.

    Termometri con termistore

    I termistori sono semiconduttori (di ossidi metallici sinterizzati) molto sensibile alla temperatura: la loro resistenza elettrica varia dieci volte di più di quella dei sensori in platino.

    Esistono due tipi di termistori: i termistori NTC e PTC.

    • Termistori NTC (Negative Temperature Coefficient): la loro resistenza diminuisce con l’aumentare della temperatura. Hanno un campo di misura compreso tra -200 e 1000°C.
    • Termistori PTC (Positive Temperature Coefficient), la loro resistenza aumenta con l’aumentare della temperatura. Hanno un campo di misura compreso tra 0 e 100°C.

    Vantaggi

    • Sono più sensibili dei termometri a resistenza.
    • Sono più compatti dei termometri a resistenza.

    Termometri a termocoppia

    La termocoppia funziona sulla base dell’effetto Seebeck e consiste in due fili di metalli diversi saldati insieme a un’estremità in maniera da formare un cosiddetto giunto caldo. Più semplicemente, una termocoppia misura la temperatura del giunto caldo, che è esposto alla temperatura che si vuole misurare.

    Le termocoppie si differenziano tra loro in base ai materiali di cui sono composte, da cui a loro volta dipendono sensibilità e campo di misura. La composizione delle termocoppie è indicata da una serie di lettere (vedi tabella qui sotto).

    Simbolo Lega Intervallo di temperatura
    J Fe / Cu-Ni (ferro/costantana) -210 / 1200°C
    K  Ni-Cr / Ni-Al (chromel/alumel) -270 / 1372°C
    T Cu / Cu-Ni (rame/costantana) -270 / 400°C
    E Ni-Cr / Cu-Ni (chromel/costantana) -270 / 1000°C
    N Ni-Cr-Si / Ni-Si (nicrosil/nisil) -270 / 1300°C
    S Pt-10%Ro / Pt (platino-rodio/platino) -50 / 1768°C
    R Pt-13%Ro / Pt (platino-rodio/platino) -50 / 1768°C
    B Pt-30%Ro / Pt (platino-rodio/platino) 0 / 1820°C
    C Tu-Rhe 5% / Tu-Rhe 26% (tungsteno-renio / tungsteno-renio) 0 / 2320°C

    Vantaggi

    • La misurazione è veloce.
    • Coprono una vasta gamma di temperature, che va da -270 a 2000°C.
    • Hanno un prezzo decisamente accessibile.

    Uno dei principali vantaggi dei termometri elettronici è che esistono in numerose configurazioni: termometri fissi adatti al monitoraggio continuo del processo, dispositivi portatili, con possibilità di lettura in remoto, ecc.

  • Perché scegliere un termometro a infrarossi?

    Termometro a infrarossi FLUKE

    Termometro a infrarossi FLUKE

    I termometri a infrarossi, detti anche pirometri, sono apparsi sul mercato più recentemente ma si stanno affermando in più settori.

    I dispositivi a infrarossi sfruttano il seguente principio: tutte le superfici emettono energia sotto forma di radiazione infrarossa e più alta è la temperatura della superficie, maggiore è la quantità di energia irradiata dalla superficie stessa. La radiazione emessa dalla superficie di cui vogliamo conoscere la temperatura è orientata, per mezzo di una lente, verso un sensore a infrarossi, il cui segnale di uscita è convertito poi in una misura che potrà essere letta sul display del termometro.

    Il vantaggio principale dei termometri a infrarossi è che la misurazione viene effettuata a distanza, senza che termometro e bersaglio entrino in contatto. Questa tecnologia, di conseguenza, è particolarmente utile quando altri tipi di termometri non possono essere utilizzati, ossia ogni qualvolta sia preferibile che il termometro e la superficie non entrino a contatto diretto. Ad esempio, usereremo un pirometro per misurare la temperatura di una superficie in movimento, come potrebbe essere quella di un cilindro in rotazione, per misurare temperature molto elevate, nonché per le misurazioni in ambienti aggressivi o in luoghi di difficile accesso.

    I termometri a infrarossi sono oggigiorno dispositivi di misurazione di uso comune: non solo garantiscono una misurazione affidabile e veloce della temperatura, ma il loro prezzo è ormai decisamente accessibile. I termometri a infrarossi, inoltre, sono disponibili in più modelli e configurazioni, e sono quindi adatti a un’ampia gamma di applicazioni: i termometri fissi sono più adatti per il monitoraggio e il controllo dei processi, ad esempio, laddove i termometri palmari o tascabili sono la soluzione ideale per le misurazioni occasionali.

    Dal punto di vista pratico, per finire, si tratta di termometri di facile utilizzo: basta puntare il dispositivo verso la superficie del bersaglio perché la temperatura di quest’ultima appaia sul display. Nella scelta del modello più adatto alle nostre esigenze, tuttavia, dovremo valutare più fattori.

    • Il sensore a infrarossi di questi termometri, ad esempio, ha necessariamente una lunghezza d’onda fissa. Tuttavia, la natura del bersaglio (vetro, fiamme, ecc.) o la composizione dell’atmosfera (presenza di vapore acqueo o di altre particelle) fa sì che una determinata lunghezza d’onda sia necessaria per poter effettuare la misurazione. Pertanto, all’acquisto di un termometro a infrarossi, sarà necessario scegliere un modello con una lunghezza d’onda compatibile all’applicazione.
    • La misurazione a infrarossi, come dicevamo, è direttamente influenzata dall’emissività della superficie del bersaglio. L’emissività è la capacità di una superficie di emettere energia infrarossa e varia tra 0 e 1, a seconda delle caratteristiche del bersaglio (materiale, colore, tipo di superficie, ecc). Per ottenere una misura esatta è dunque necessario impostare sul termometro il valore di emissività dell’obiettivo (sempre che il modello lo permetta) oppure scegliere un termometro bicromatico, che effettuerà la misurazione a due lunghezze d’onda diverse.
    • I termometri ad infrarossi hanno anche un determinato campo visivo. Questo significa che non misurano la temperatura in un punto preciso, e che anzi il valore misurato corrisponde alla temperatura media dell’intera superficie che rientra nel suo campo visivo. Di conseguenza, affinché la misurazione sia accurata, la superficie del bersaglio deve occupare l’intero campo visivo del termometro. In caso contrario, il termometro rileverà le superfici circostanti o che si trovano dietro l’obiettivo e che hanno temperature diverse e il risultato della misurazione sarà errato. Per evitare che ciò accada, la maggior parte dei termometri a infrarossi è dotata di un sistema di puntamento ottico o laser.

    Vantaggi

    • La misurazione viene effettuata a distanza, senza contatto diretto con il bersaglio, quindi è possibile misurare la temperatura di superfici in movimento, inaccessibili o in ambienti aggressivi.
    • Si possono misurare temperature molto alte (>2000°C).
    • La misurazione è affidabile e veloce.
    • Il prezzo di questi termometri è diventato accessibile.

    Svantaggi

    • Misurano solo la temperatura delle superfici.
    • La misura può essere influenzata dall’atmosfera tra bersaglio e termometro (polvere, vapore acqueo, ecc.). 
    • L’emissività del bersaglio deve essere presa in considerazione.
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