Come scegliere un sensore di temperatura

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:

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

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.

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.

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.)